Физические свойства алюминия и меди: теплопроводность
Теплопроводность меди и алюминия таблица
Так что же такое теплопроводность? С точки зрения физики теплопроводность – это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).
Можно сказать проще, теплопроводность – это способность материала проводить тепло. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной.
Передача тепла происходит за счет передачи энергии при столкновении молекул вещества. Происходит это до тех пор, пока температура внутри тела не станет одинаковой.
Такой процесс может происходить в твердых, жидких и газообразных веществах.
На практике, например в строительстве при теплоизоляции зданий, рассматривается другой аспект теплопроводности, связанный с передачей тепловой энергии. В качестве примера возьмем “абстрактный дом”.
В “абстрактном доме” стоит нагреватель, который поддерживает внутри дома постоянную температуру, скажем, 25 °С. На улице температура тоже постоянная, например, 0 °С.
Вполне понятно, что если выключить обогреватель, то через некоторое время в доме тоже будет 0 °С. Все тепло (тепловая энергия) через стены уйдет на улицу.Чтобы поддерживать температуру в доме 25 °С, нагреватель должен постоянно работать. Нагреватель постоянно создает тепло, которое постоянно уходит через стены на улицу.
Коэффициент теплопроводности
Количество тепла, которое проходит через стены (а по научному – интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности) зависит от разности температур (в доме и на улице), от площади стен и теплопроводности материала, из которого сделаны эти стены.
Для количественной оценки теплопроводности существует коэффициент теплопроводности материалов. Этот коэффициент отражает свойство вещества проводить тепловую энергию. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лучше он проводит тепло.
Если мы собираемся утеплять дом, то надо выбирать материалы с небольшим значением этого коэффициента. Чем он меньше, тем лучше. Сейчас в качестве материалов для утепления зданий наибольшее распространение получили утеплители из минеральной ваты, и различных пенопластов.
Набирает популярность новый материал с улучшенными теплоизоляционными качествами – Неопор.
Коэффициент теплопроводности материалов обозначается буквой ? (греческая строчная буква лямбда) и выражается в Вт/(м2*К). Это означает, что если взять стену из кирпича, с коэффициентом теплопроводности 0,67 Вт/(м2*К), толщиной 1 метр и площадью 1 м2.
, то при разнице температур в 1 градус, через стену будет проходить 0,67 ватта тепловой энергии. Если разница температур будет 10 градусов, то будет проходить уже 6,7 ватта. А если при такой разнице температур стену сделать 10 см, то потери тепла будут уже 67 ватт.
Подробней о методике расчета теплопотерь зданий можно посмотреть здесь.
Следует отметить, что значения коэффициента теплопроводности материалов указываются для толщины материала в 1 метр. Чтобы определить теплопроводность материала для любой другой толщины, надо коэффициент теплопроводности разделить на нужную толщину, выраженную в метрах.
В строительных нормах и расчетах часто используется понятие “тепловое сопротивление материала”. Это величина обратная теплопроводности. Если, на пример, теплопроводность пенопласта толщиной 10 см – 0,37 Вт/(м2*К), то его тепловое сопротивление будет равно 1 / 0,37 Вт/(м2*К) = 2,7 (м2*К)/Вт.
Коэффициент теплопроводности материалов
Ниже в таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов применяемых в строительстве.
| Материал | Коэфф. тепл. Вт/(м2*К) |
| Алебастровые плиты | 0,470 |
| Алюминий | 230,0 |
| Асбест (шифер) | 0,350 |
| Асбест волокнистый | 0,150 |
| Асбестоцемент | 1,760 |
| Асбоцементные плиты | 0,350 |
| Асфальт | 0,720 |
| Асфальт в полах | 0,800 |
| Бакелит | 0,230 |
| Бетон на каменном щебне | 1,300 |
| Бетон на песке | 0,700 |
| Бетон пористый | 1,400 |
| Бетон сплошной | 1,750 |
| Бетон термоизоляционный | 0,180 |
| Битум | 0,470 |
| Бумага | 0,140 |
| Вата минеральная легкая | 0,045 |
| Вата минеральная тяжелая | 0,055 |
| Вата хлопковая | 0,055 |
| Вермикулитовые листы | 0,100 |
| Войлок шерстяной | 0,045 |
| Гипс строительный | 0,350 |
| Глинозем | 2,330 |
| Гравий (наполнитель) | 0,930 |
| Гранит, базальт | 3,500 |
| Грунт 10% воды | 1,750 |
| Грунт 20% воды | 2,100 |
| Грунт песчаный | 1,160 |
| Грунт сухой | 0,400 |
| Грунт утрамбованный | 1,050 |
| Гудрон | 0,300 |
| Древесина – доски | 0,150 |
| Древесина – фанера | 0,150 |
| Древесина твердых пород | 0,200 |
| Древесно-стружечная плита ДСП | 0,200 |
| Дюралюминий | 160,0 |
| Железобетон | 1,700 |
| Зола древесная | 0,150 |
| Известняк | 1,700 |
| Известь-песок раствор | 0,870 |
| Ипорка (вспененная смола) | 0,038 |
| Камень | 1,400 |
| Картон строительный многослойный | 0,130 |
| Каучук вспененный | 0,030 |
| Каучук натуральный | 0,042 |
| Каучук фторированный | 0,055 |
| Керамзитобетон | 0,200 |
| Кирпич кремнеземный | 0,150 |
| Кирпич пустотелый | 0,440 |
| Кирпич силикатный | 0,810 |
| Кирпич сплошной | 0,670 |
| Кирпич шлаковый | 0,580 |
| Кремнезистые плиты | 0,070 |
| Латунь | 110,0 |
| Лед 0°С | 2,210 |
| Лед -20°С | 2,440 |
| Липа, береза, клен, дуб (15% влажности) | 0,150 |
| Медь | 380,0 |
| Мипора | 0,085 |
| Опилки – засыпка | 0,095 |
| Опилки древесные сухие | 0,065 |
| ПВХ | 0,190 |
| Пенобетон | 0,300 |
| Пенопласт ПС-1 | 0,037 |
| Пенопласт ПС-4 | 0,040 |
| Пенопласт ПХВ-1 | 0,050 |
| Пенопласт резопен ФРП | 0,045 |
| Пенополистирол ПС-Б | 0,040 |
| Пенополистирол ПС-БС | 0,040 |
| Пенополиуретановые листы | 0,035 |
| Пенополиуретановые панели | 0,025 |
| Пеностекло легкое | 0,060 |
| Пеностекло тяжелое | 0,080 |
| Пергамин | 0,170 |
| Перлит | 0,050 |
| Перлито-цементные плиты | 0,080 |
| Песок 0% влажности | 0,330 |
| Песок 10% влажности | 0,970 |
| Песок 20% влажности | 1,330 |
| Песчаник обожженный | 1,500 |
| Плитка облицовочная | 1,050 |
| Плитка термоизоляционная ПМТБ-2 | 0,036 |
| Полистирол | 0,082 |
| Поролон | 0,040 |
| Портландцемент раствор | 0,470 |
| Пробковая плита | 0,043 |
| Пробковые листы легкие | 0,035 |
| Пробковые листы тяжелые | 0,050 |
| Резина | 0,150 |
| Рубероид | 0,170 |
| Сланец | 2,100 |
| Снег | 1,500 |
| Сосна обыкновенная, ель, пихта (450…550 кг/куб.м, 15% влажности) | 0,150 |
| Сосна смолистая (600…750 кг/куб.м, 15% влажности) | 0,230 |
| Сталь | 52,0 |
| Стекло | 1,150 |
| Стекловата | 0,050 |
| Стекловолокно | 0,036 |
| Стеклотекстолит | 0,300 |
| Стружки – набивка | 0,120 |
| Тефлон | 0,250 |
| Толь бумажный | 0,230 |
| Цементные плиты | 1,920 |
| Цемент-песок раствор | 1,200 |
| Чугун | 56,0 |
| Шлак гранулированный | 0,150 |
| Шлак котельный | 0,290 |
| Шлакобетон | 0,600 |
| Штукатурка сухая | 0,210 |
| Штукатурка цементная | 0,900 |
| Эбонит | 0,160 |
Источник: http://www.econel.ru/teploprovodnost/
Алюминий против меди в трансформаторах
Разместить публикацию Мои публикации Написать
Введение
Алюминий является основным материалом выбора для обмотки низкого напряжения, сухих трансформаторов мощностью более 15 киловольт-ампер (кВА). В некоторых других странах мира, медь является преобладающим намоточным материалом. Основной причиной выбора алюминиевых обмоток является их низкая начальная стоимость.
Стоимость меди исторически оказалась гораздо более изменчивой, чем стоимость алюминия, так что цена покупки медного проводника в целом является более дорогим выбором. Кроме того, поскольку алюминий имеет большую пластичность и легче поддается сварке, то является более дешевым материалом при производстве.
Тем не менее, надежные соединения алюминия требуют больше знаний и опыта со стороны сборщиков силовых трансформаторов, чем это требуется для медных соединений.
Технические аргументы в электротехнической промышленности о преимуществах и недостатках алюминия по сравнению с медью меняются туда и обратно в течение многих лет.
Большинство из этих аргументов несущественны, а некоторые могут быть классифицированы просто как дезинформация.Повод этой статьи — обсуждение некоторой общей озабоченности по поводу выбора между этими двумя материалами для обмоток трансформаторов.
Таблица 1: Распространенные причины выбора материала обмоток для низковольтных сухих силовых трансформаторов
| ИСТИНА | ЛОЖЬ |
| Оконечные заделки намотанных алюминием трансформаторов несовместимы с медной линией и силовыми кабелями. | * |
| Оконцевание выводов должным образом — более сложная задача для намотанных алюминием трансформаторов. | * |
| Соединения с линией и нагрузкой трансформаторов с медными обмотками более надежны, чем у трансформаторов с алюминиевыми обмотками. | * |
| Трансформаторы с алюминиевыми обмотками весят легче, чем аналогичные с медными обмотками. | * |
| Намотанные медью обмотки низкого напряжения трансформаторов лучше подходят для «ударных» нагрузок, потому что у меди более высокая прочность на растяжение чем у алюминия. | * |
| Трансформаторы с алюминиевыми обмотками имеют более высокие потери, чем аналогичные с медными обмотками. | * |
| Трансформаторы с алюминиевыми обмотками больше греются, потому, что медь обладает лучшей теплопроводностью, чем алюминий. | * |
Различия между медью и алюминием
Основные беспокойства по поводу выбора материала обмотки отражают пять характерных различий между медью и алюминием:
Таблица 2: Пять характерных различий между медью и алюминием
| Параметр | Алюминий | Медь |
| Коэффициент расширения на ° С х 10 -6 при 20 ° С | 23 | 16,6 |
| Теплопроводность БТЕ / фут / ч / БПФ 2 / ° F при 20 ° С | 126 | 222 |
| Электропроводность % при 20 ° С | 61 | 101 |
| Прочность на разрыв н/мм 2 (мягкая) | 28-42 | 40 |
Возможность соединения
Оксиды, хлориды, сульфиды или недрагоценные металлы, более проводящие на меди, чем алюминии. Этот факт делает очистку и защиту соединителей для алюминия более важной. Некоторые считают соединения меди с алюминием несовместимыми. Также под вопросом сопряжение соединений между алюминием трансформаторов и медным проводом присоединения.
Коэффициент расширения
При изменении температуры алюминий расширяется почти на треть больше, чем медь. Это расширение, наряду с пластичным характером алюминия, вызывает некоторые проблемы для ненадлежаще установленных болтовых соединений.
Чтобы избежать ослабления соединения, необходимо его подпружинивание. Используя либо чашевидные или прижимные шайбы можно обеспечить необходимую эластичность при сочленении, без сжатия алюминия.
При использовании надлежащей арматуры алюминиевые соединения, могут быть равными по качеству медным.
Теплопроводность
Некоторые утверждают, что поскольку, теплопроводность меди выше, чем алюминия то это оказывает влияние на снижение хот-спот температуры обмотки трансформатора.
Это верно только тогда, когда проводники обмоток из меди и алюминия одинакового размера, геометрии и дизайна.
Следовательно, для любого силового трансформатора заданного размера, тепловые характеристики теплопроводности алюминия могут быть очень близки меди.
Свойства алюминия: плотность, теплопроводность, теплоемкость Al
В таблице представлены теплофизические свойства алюминия Al в зависимости от температуры. Свойства алюминия даны в широком диапазоне температуры — от минус 223 до 1527°С (от 50 до 1800 К).
Как видно из таблицы, теплопроводность алюминия при комнатной температуре равна около 236 Вт/(м·град), что позволяет применять этот материал для изготовления радиаторов и различных теплоотводов.
Кроме алюминия, высокой теплопроводностью обладает также медь.
У какого металла теплопроводность больше? Известно, что теплопроводность алюминия при средних и высоких температурах все-таки меньше, чем у меди, однако, при охлаждении до 50К, теплопроводность алюминия существенно возрастает и достигает значения 1350 Вт/(м·град). У меди же при такой низкой температуре значение теплопроводности становится ниже, чем у алюминия и составляет 1250 Вт/(м·град).
Алюминий начинает плавиться при температуре 933,61 К (около 660°С), при этом некоторые его свойства претерпевают значительные изменения.
Значения таких свойств, как температуропроводность, плотность алюминия и его теплопроводность значительно уменьшаются.
Плотность алюминия в основном определяется его температурой и имеет зависимость от агрегатного состояния этого металла.
Например, при температуре 27°С плотность алюминия равна 2697 кг/м3, а при нагревании этого металла до температуры плавления (660°С), его плотность становится равной 2368 кг/м3.
Снижение плотности алюминия с ростом температуры обусловлено его расширением при нагревании.
В таблице приведены следующие теплофизические свойства алюминия:
- плотность алюминия, г/см3;
- удельная (массовая) теплоемкость, Дж/(кг·град);
- коэффициент температуропроводности, м2/с;
- теплопроводность алюминия, Вт/(м·град);
- удельное электрическое сопротивление, Ом·м;
- функция Лоренца.
Удельная теплоемкость алюминия
Удельная теплоемкость алюминия существенно зависит от температуры и при комнатной температуре составляет величину около 904 Дж/(кг·град), что значительно выше удельной (массовой) теплоемкости других распространенных металлов, например таких, как медь и железо.
Ниже приведена сравнительная таблица значений удельной теплоемкости этих металлов. Значения теплоемкости в таблице находятся в интервале температуры от -223 до 927°С.
По данным таблицы видно, что величина удельной теплоемкости алюминия значительно выше значения этого свойства у меди и железа, поэтому такое свойство алюминия, как возможность хорошо накапливать тепло, широко применяется в промышленности и теплотехнике, делая этот металл незаменимым.
| t, °С | Алюминий Al | Медь Cu | Железо Fe |
| -173 | 483,6 | — | 216,1 |
| -73 | 800,2 | — | 385 |
| 27 | 903,7 | 385 | 450 |
| 127 | 951,3 | 397,7 | 491,1 |
| 227 | 991,8 | 408 | 530,7 |
| 327 | 1036,7 | 416,9 | 573,1 |
| 427 | 1090,2 | 425,1 | 619,9 |
| 527 | 1153,8 | 432,9 | 679,1 |
| 627 | 1228,2 | 441,7 | 772,8 |
| 727 | 1176,7 | 451,4 | 975,1 |
| 827 | 1176,7 | 464,3 | 794,1 |
| 927 | 1176,7 | 480,8 | 607,1 |
Источники:
отсюда
Теплофизические свойства алюминиевых сплавов АМц, АМг, Д16, АК и др
В таблице представлены состав и теплофизические свойства алюминиевых сплавов для нагартованного, закаленного и отожженого состояний сплава:
- плотность сплавов, кг/м3;
- коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град);
- коэффициент линейного теплового расширения, 1/град;
- удельное электрическое сопротивление, Ом·м.
Теплофизические свойства представлены для следующих сплавов алюминия: А, АМц, АМг, Амг1, АМг5, АВ, Д18, Д1, Д16, АК8, АК4, 32S, В95. Свойства сплавов даны при комнатной температуре, за исключением коэффициента теплового расширения (КТР), который указан для интервалов температуры 20-100, 20-200 и 20-300°С.
Теплопроводность алюминиевых сплавов
Представлена сводная таблица теплопроводности алюминиевых сплавов. В ней приведены значения теплопроводности распространенных алюминиевых сплавов (сплавы алюминия с кремнием, медью, магнием и цинком, литейные сплавы, дюралюминий) при различной температуре в диапазоне от 4 до 700К.
По данным таблицы видно, что теплопроводность алюминиевых сплавов в основном увеличивается с ростом температуры. Наибольшей теплопроводностью при комнатной температуре обладает такой сплав, как АД1 — его теплопроводность при этой температуре равна 210 Вт/(м·град). Более низкая теплопроводность свойственна в основном литейным алюминиевым сплавам, например АК4, АЛ1, АЛ8 и другим.
Температура в таблице в градусах Кельвина !
| АВ | 298…373…473…573 | 176…180…184…189 |
| АД1 нагартованный | 4…10…20…40…80…150…300 | 50…130…260…400…250…220…210 |
| АД31 закаленный, состаренный | 4…10…20…40…80…200…300…600 | 35…87…170…270…230…200…190…190 |
| АД33 | 300…373…473…573 | 140…151…163…172 |
| АД35 | 298…373…473…573 | 170…174…178…182 |
| АК4 | 300…500…600…700 | 145…160…170…170 |
| АК6 закаленный, состаренный | 20…77…223…293…373…473…573…673 | 35…90…192…176…180…184…184…189 |
| АК8 закаленный, состаренный | 20…40…80…150…300…573…673 | 50…72…100…125…160…180…180 |
| АЛ1 | 300…400…600 | 130…140…150 |
| АЛ2 | 20…77…293 | 10…18…160 |
| АЛ4 | 300…473…673 | 150…160…155 |
| АЛ5 | 300…473…573 | 160…170…180 |
| АЛ8 | 300…473…673 | 92…100…110 |
| АМг1 | 298…373…473…573…673 | 184…188…192…188…188 |
| АМг2 | 4…10…20…40…80…150…300…373…473…573…673 | 4,6…12…25…49…77…100…155…159…163…164…167 |
| АМг3 | 20…77…90…203…293 | 41…86…89…123…132 |
| АМг5 отожженный | 10…20…40…80…150…300…473…673 | 10…20…40…66…92…130…130…150 |
| АМг6 | 20…77…173…293 | 13…43…75…92 |
| АМц нагартованный | 4…10…20…40…80…150…300…473…573…673 | 11…28…58…110…140…150…180…180…184…188 |
| В93 | 300…473…673 | 160…170…160 |
| В95 | 300…473…673 | 155…160…160 |
| ВАД1 | 20…80…300 | 30…61…160 |
| ВАЛ1 | 300…473…673 | 130…150…160 |
| ВАЛ5 | 300…573…673 | 150…160…160 |
| ВД17 | 300…673 | 130…170 |
| Д1 | 298…373…473…573…673 | 117…130…150…172…176 |
| Д16 закаленный, состаренный | 10…20…40…80…150…300…373…473…573 | 9…19…37…61…90…120…130…146…163 |
| Д20 закаленный, состаренный | 20…40…80…150…300…373…473…573…673 | 27…38…61…85…140…142…147…155…160 |
| Д21 | 298…373…473…573 | 130…138…151…168 |
Свойства сплавов алюминия с кремнием, медью, магнием и цинком
В таблице представлены состав и следующие теплофизические свойства алюминиевых сплавов:
- плотность сплавов, кг/м3;
- коэффициент теплопроводности, Вт/(м·°С);
- коэффициент линейного теплового расширения, 1/град;
- коррозионная устойчивость в воде и на воздухе;
- температура изменения прочности.
Плотность, теплопроводность и коэффициент линейного теплового расширения сплавов представлены в зависимости от температуры в интервале от 500 до 660°С. Плотность алюминиевых сплавов с кремнием и цинком наиболее высока. Из легких сплавов можно отметить сплавы, содержащие магний.
Следует отметить, что наибольшей коррозионной устойчивостью в воде и на воздухе обладают алюминиевые сплавы с высоким содержанием меди — они устойчивы к коррозии до температуры 200…250°С. Такие сплавы также обладают высокими прочностными характеристиками.
Теплопроводность алюминиевых сплавов в зависимости от температуры
В таблице представлены состав алюминиевых сплавов и коэффициент их теплопроводности в диапазоне температуры от 173 (-100°С) до 773К (500°С). По данным таблицы видно, что чем больше содержится алюминия в сплаве, тем выше его теплопроводность. При нагревании алюминиевых сплавов, их теплопроводность, как правило, увеличивается.
Теплопроводность сплава алюминия с литием
Даны значения коэффициента теплопроводности сплава алюминия с литием при комнатной температуре. Теплопроводность указана в зависимости от содержания лития в сплаве по массе (от 0 до 11%). Необходимо отметить, что увеличение процентного содержания лития приводит к уменьшению теплопроводности сплава.
Плотность, теплопроводность, теплоемкость алюминиевых сплавов Амц, Амг1, Амг2, Д1, Д16
Представлены значения плотности (при температуре 293К), коэффициента теплопроводности, Вт/(м·°С), и удельной (массовой) теплоемкости, кДж/(кг·°С) некоторых алюминиевых сплавов в зависимости от температуры (свойства даны при температурах 25, 100 , 200, 300, 400 °С).
В таблице указана плотность, теплопроводность, теплоемкость следующих сплавов алюминия: Амц, Амг1, Амг2, Д1, Д16. Следует отметить, что плотность алюминиевых сплавов примерно одинаковая, но немного выделяется такой сплав алюминия, как Д-1 — его плотность равна 2800 кг/м3.
Теплопроводность, теплоемкость и удельное сопротивление сплава 1151Т
В таблице представлены значения коэффициента теплопроводности, Вт/(м·град), удельной (массовой) теплоемкости, кДж/(г·град)
и удельного сопротивления алюминиевого сплава 1151Т.
Свойства алюминиевого сплава 1151Т даны в зависимости от температуры (в интервале от 0 до 400 °С).
По данным таблицы видно, что теплопроводность этого сплава увеличивается при нагревании, однако в районе температуры 200°С имеет место некоторое ее снижение с последующим ростом.
Такой же характер изменения свойственен и удельной теплоемкости сплава 1151Т. Удельное электрическое сопротивление рассматриваемого сплава увеличивается по мере роста его температуры.
Температурные коэффициенты линейного расширения (КТР) сплава 1151Т
В таблице представлены значения температурных коэффициентов линейного расширения (КТР) алюминиевого сплава 1151Т.
Коэффициенты линейного расширения алюминиевого сплава 1151Т даны в зависимости от температуры (в интервале от 0 до 500 °С). При высоких температурах КТР сплава 1151Т увеличивается.
Теплофизические свойства алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mn
В таблице представлены теплофизические свойства алюминиевых сплавов, содержащих медь и марганец. рассмотрены такие сплавы, как сплав 01205, 1201, Д21, Д20. Свойства сплавов представлены в зависимости от температуры в диапазоне от 25 до 400°С. Из рассмотренных сплавов наиболее теплопроводным является сплав Д20, с теплопроводностью 138 Вт/(м·град) при температуре 25°С.
Даны следующие теплофизические свойства сплавов:
- коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град);
- удельная (массовая) теплоемкость, кДж/(кг·град);
- коэффициент линейного теплового расширения, 1/град.
Теплофизические свойства алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Si
В таблице представлены следующие теплофизические свойства сплавов алюминия с магнием и кремнием:
- плотность, кг/м3;
- коэффициент теплопроводности, Вт/(м·°С);
- удельная теплоемкость, кДж/(кг·°С).
Свойства представлены в зависимости от температуры в интервале от 25 до 400°С. Даны свойства следующих сплавов: АД31, АД33, АД35, АВ. Следует отметить, что удельная теплоемкость сплавов увеличивается при нагревании.
Удельная теплоемкость высокопрочных сплавов алюминия В93, сплав 1933, В95, сплав 1973, В96 и др
Указана массовая теплоемкость кДж/(кг·°С) при температуре от 20 до 400°С следующих сплавов: В93, В93пч, сплав 1933, В95, В95пч, В95оч, сплав 1973, В96Ц, В96Ц-3. С ростом температуры сплава его теплоемкость увеличивается.
Теплопроводность высокопрочных сплавов алюминия В93, сплав 1933, В95, сплав 1973, В96 и др
В таблице приведены значения теплопроводности в размерности Вт/(м·град) в зависимости от температуры (интервал от 25 до 400°С) следующих алюминиевых сплавов: В93, В93пч, сплав 1933, В95, В95пч, В95оч, сплав 1973, В96Ц, В96Ц-3. Наиболее теплопроводными, по данным таблицы, являются сплавы В93, В93пч, сплав 1933, имеющие значение теплопроводности 163 Вт/(м·град) при температуре 25°С.
Источники:1. Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.:Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
2. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники.
3. В.М. Белецкий, Г.А. Кривов. Алюминиевые сплавы (состав, свойства, технология, применение). Справочник. Под общей ред. академика РАН И.Н. Фридляндера — К.: «Коминтех», 2005. — 365 с.
4. Богданов С.Н., Бурцев С.И., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодильная теника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: Справ./ Под ред. С.Н. Богданова. 4-е изд., перераб. и доп. — СПб.: СПбГАХПТ, 1999.- 320 с.
Физические свойства алюминия и меди — теплопроводность
Высокая теплопроводность меди наряду с другими замечательными свойствами определила этому металлу значимое место в истории развития человеческой цивилизации. Изделия из меди и ее сплавов используются практически во всех сферах нашей жизни.
Температура плавления и кипения
В момент плавления алюминия возрастает объем металла: для алюминия чистотой 99,65 % — на 6,25%, для более чистого металла — на 6,60 %. По мере повышения степени чистоты алюминия температура его плавления возрастает:
| Степень чистоты, % | 99,2 | 99,5 | 99,6 | 99,97 | 99,996 |
| Температура плавления, °С | 657 | 658 | 659,7 | 659,8 | 660,24 |
3 Минусы высокой теплопроводности
Низкая теплопроводность во многих случаях является нужным свойством – на этом основана теплоизоляция. Использование медных труб в системах отопления приводит к гораздо большим потерям тепла, чем при применении магистралей и разводок из других материалов. Медные трубопроводы требуют более тщательной теплоизоляции.
У меди высокая теплопроводность, что обуславливает достаточно сложный процесс монтажных и других работ, имеющих свою специфику. Сварка, пайка, резка меди требует более концентрированного нагрева, чем для стали, и зачастую предварительного и сопутствующего подогрева металла.
При газовой сварке меди необходимо использование горелок мощностью на 1–2 номера выше, чем для стальных деталей такой же толщины. Если медь толще 8–10 мм, рекомендуется работать с двумя или даже тремя горелками (часто сварку производят одной, а другими осуществляют подогрев).
Сварочные работы на переменном токе электродами сопровождаются повышенным разбрызгиванием металла. Резак, достаточный для толщины высокохромистой стали в 300 мм, подойдет для резки латуни, бронзы (сплавы меди) толщиной до 150 мм, а чистой меди всего в 50 мм.
Все работы связаны с значительно большими затратами на расходные материалы.
1 Медь – коротко про теплопроводность
Теплопроводностью называют процесс переноса энергии частиц (электронов, атомов, молекул) более нагретых участков тела к частицам менее нагретых его участков. Такой теплообмен приводит к выравниванию температуры.
Вдоль тела переносится только энергия, вещество не перемещается. Характеристикой способности проводить тепло является коэффициент теплопроводности, численно равный количеству теплоты, которая проходит через материал площадью 1 м 2.
толщиной 1 м, за 1 секунду при единичном градиенте температуры.
Коэффициент теплопроводности меди при температуре 20–100 °С составляет 394 Вт/(м* К) – выше только у серебра. Стальной прокат уступает меди по этому показателю почти в 9 раз, а железо – в 6.
Различные примеси по-разному влияют на физические свойства металлов.
У меди скорость передачи тепла снижается при добавлении в материал или попадании в результате технологического процесса таких веществ, как:Высокая теплопроводность характеризуется быстрым распространением энергии нагрева по всему объему предмета. Эта способность обеспечила меди широкое применение в любых системах теплообмена.
Ее используют при изготовлении трубок и радиаторов холодильников, кондиционеров, вакуумных установок, автомашин для отвода избыточного тепла охлаждающей жидкости.
В отопительных приборах подобные изделия из меди служат для обогрева.
Способность меди проводить тепло снижается при нагреве. Значения коэффициента теплопроводности меди в воздухе зависит от температуры последнего, которая влияет на теплоотдачу (охлаждение).
Чем выше температура окружающей среды, тем медленнее остывает металл и ниже его теплопроводность.
Поэтому во всех теплообменниках используют принудительный обдув вентилятором – это повышает эффективность работы устройств и одновременно поддерживает тепловую проводимость на оптимальном уровне.
Основные свойства
Алюминий — химический элемент третей группы периодической системы Д.И. Менделеева.
| Плотность , (кг/м3) | 2,7 |
| Температура плавления Тпл, °С | 660 |
| Температура кипения Ткип, °С | 2 327 |
| Скрытая теплота плавления, Дж/г | 393,6 |
| Теплопроводность l , Вт/м •град (при 20° С) | 228 |
| Теплоемкость Ср, Дж/(г · град) (при 0–100°С) | 0,88 |
| Коэффициент линейного расширения α × 10-6, 1/°С (пр°С) | 24,3 |
| Удельное электросопротивление ρ × 10-8, Ом× м (при 20°С) | 2,7 |
| Предел прочности σ в, МПа | 40–60 |
| Относительное удлинение δ , % | 40–50 |
| Твердость по Бринеллю НВ | 25 |
| Модуль нормальной упругости E , ГПа | 70 |
2 Теплопроводность алюминия и меди – какой металл лучше?
Теплопроводность алюминия и меди различна – у первого она меньше, чем у второго, в 1,5 раза.
У алюминия этот параметр составляет 202–236 Вт/(м*К) и является достаточно высоким по сравнению с другими металлами, но ниже, чем у золота, меди, серебра. Область применения алюминия и меди, где требуется высокая теплопроводность, зависит от ряда других свойств этих материалов.
Алюминий не уступает меди по антикоррозионным свойствам и превосходит в следующих показателях:
- плотность (удельный вес) алюминия меньше в 3 раза;
- стоимость – ниже в 3,5 раза.
Аналогичное изделие, но выполненное из алюминия, значительно легче, чем из меди. Так как по весу металла требуется меньше в 3 раза, а цена его ниже в 3,5 раза, то алюминиевая деталь может быть дешевле примерно в 10 раз.
Благодаря этому и высокой теплопроводности алюминий нашел широкое применение при производстве посуды, пищевой фольги для духовок.
Так как этот металл мягкий, то в чистом виде не используется – распространены в основном его сплавы (наиболее известный – дюралюминий).
В различных теплообменниках главное – это скорость отдачи избыточной энергии в окружающую среду. Эта задача решается интенсивным обдувом радиатора посредством вентилятора.При этом меньшая теплопроводность алюминия практически не отражается на качестве охлаждения, а оборудование, устройства получаются значительно легче и дешевле (к примеру, компьютерная и бытовая техника).
В последнее время в производстве наметилась тенденция к замене в системах кондиционирования медных трубок на алюминиевые.
Медь практически незаменима в радиопромышленности, электронике в качестве токопроводящего материала. Благодаря высокой пластичности из нее можно вытягивать проволоку диаметром до 0,005 мм и делать другие очень тонкие токопроводящие соединения, используемые для электронных приборов.
Более высокая, чем у алюминия, проводимость обеспечивает минимальные потери и меньший нагрев радиоэлементов.
Теплопроводность позволяет эффективно отводить выделяемое при работе тепло на внешние элементы устройств – корпус, подводящие контакты (к примеру, микросхемы, современные микропроцессоры).
Шаблоны из меди используют при сварке, когда необходимо на стальную деталь сделать наплавку нужной формы. Высока теплопроводность не позволит медному шаблону соединиться с приваренным металлом.
Алюминий в таких случаях применять нельзя, так как велика вероятность его расплавления или прожига.
Медь также используют при сварке угольной дугой – стержень из этого материала служит неплавящимся катодом.
Отражательная способность
С повышением степени чистоты алюминия возрастает его способность отражать свет от поверхности.
Так, степень отражения белого света от прокатанных алюминиевых листов (фольги) в зависимости от чистоты металла, возрастает следующим образом: для Аl 99,2%—75%, Аl 99,5%—84% и для Аl 99,8%—86%.
Поверхность листа, изготовленного из электролитически рафинированного алюминия чистотой 99,996%, отражает 90% падающего на него белого света.
Механические свойства меди
Предел прочности на разрыв, σ МПа
Относительное удлинение после разрыва, δ ψ%
Относительное сужение, после разрыва, %
Твердость по Бринеллю, НВ
При отрицательных температурах медь имеет более высокие прочностные свойства и более высокую пластичность, чем при температуре 20°С. Признаков холодноломкости техническая медь не имеет. С понижением температуры увеличивается предел текучести меди и резко возрастает сопротивление пластической деформации.
