Ilık- bu, maddedeki atomların hareketinde bulunan enerji biçimlerinden biridir. Bu hareketin enerjisini doğrudan olmasa da termometreyle ölçüyoruz.
Diğer tüm enerji türleri gibi ısı da vücuttan vücuda aktarılabilir. Bu her zaman cesetler olduğunda olur farklı sıcaklıklar. Üstelik ısıyı aktarmanın birkaç yolu olduğundan temas halinde olmalarına bile gerek yok. Yani:

Isı iletkenliği. Bu, iki cismin doğrudan teması yoluyla ısının aktarılmasıdır. (Parçaları farklı sıcaklıklara sahipse yalnızca tek bir cisim olabilir.) Üstelik cisimler ile cisimler arasındaki sıcaklık farkı da ne kadar büyük olursa. daha büyük alan onların teması - her saniye daha fazla ısı aktarılır. Ek olarak, aktarılan ısı miktarı malzemeye bağlıdır; örneğin çoğu metal ısıyı iyi iletir, ancak ahşap ve plastik çok daha kötüdür. Bu ısı aktarma yeteneğini karakterize eden miktara aynı zamanda termal iletkenlik (daha doğrusu termal iletkenlik katsayısı) denir ve bu da bazı karışıklıklara yol açabilir.

Bir malzemenin ısıl iletkenliğini ölçmek gerekiyorsa, bu genellikle aşağıdaki deneyde gerçekleştirilir: ilgilenilen malzemeden bir çubuk yapılır ve bir ucu bir sıcaklıkta, diğer ucu farklı bir sıcaklıkta tutulur; örneğin daha düşük, sıcaklık. Örneğin soğuk ucu buzlu suya koyalım - bu şekilde muhafaza edilecektir sabit sıcaklık ve buzun erime hızı ölçülerek alınan ısı miktarı değerlendirilebilir. Isı miktarını (veya daha doğrusu gücü) sıcaklık farkına bölmek ve enine kesitçubuk ve uzunluğuyla çarparak, yukarıda belirtildiği gibi J*m/K*m 2 *s cinsinden, yani W/K*m cinsinden ölçülen termal iletkenlik katsayısını elde ederiz. Aşağıda bazı malzemelerin ısı iletkenliğine ilişkin bir tablo görüyorsunuz.

Ancak havanın ısıyı iyi ilettiğini düşünmeye alışkınız, ancak % 99'u havadan oluşsa da pamuk yünü öyle değil. Önemli olan şu ki konveksiyon. Sıcak hava, soğuk havadan daha hafiftir ve yukarı doğru "yüzerek" ısıtılmış veya çok soğutulmuş bir gövdenin etrafında sabit hava sirkülasyonu oluşturur. Konveksiyon, ısı transferini büyük ölçüde artırır: Konveksiyon olmasaydı, bir tencere suyu sürekli karıştırmadan kaynatmak çok zor olurdu. Ve ısıtıldığında suyun sıcaklığı 0°C ila 4°C aralığındadır küçülür bu da normalin tersi yönde konveksiyona yol açar. Bu durum, hava sıcaklığı ne olursa olsun derin göllerin dibinde sıcaklığın her zaman 4°C'ye ayarlanmasına neden olur.

Isı transferini azaltmak için termosların duvarları arasındaki boşluktan hava dışarı pompalanır. Ancak havanın termal iletkenliğinin 0,01 mm Hg'ye kadar olan basınca, yani derin vakum sınırına çok az bağlı olduğu unutulmamalıdır. Bu fenomen gaz teorisi ile açıklanmaktadır.

Isı transferinin bir diğer yöntemi radyasyondur. Tüm cisimler formda enerji yayar elektromanyetik dalgalar ancak yalnızca yeterince ısıtılanlar (~600°C) görünür aralıkta yayılım gösterirler. Radyasyonun gücü oda sıcaklığında bile oldukça yüksektir - 1 cm2 başına yaklaşık 40 mW. Yüzey alanı açısından insan vücudu(~1m2) bu 400W olacaktır. Kurtarıcı tek lütuf, olağan ortamımızda çevremizdeki tüm bedenlerin de yaklaşık olarak aynı güçte yayılım yapmasıdır. Bu arada radyasyon gücü, yasaya göre büyük ölçüde sıcaklığa (T4 gibi) bağlıdır Stefan-Boltzmann. Hesaplamalar, örneğin 0°C'de termal radyasyonun gücünün, 27°C'ye göre yaklaşık bir buçuk kat daha zayıf olduğunu göstermektedir.

Termal iletkenliğin aksine, radyasyon tam bir boşlukta yayılabilir - bu sayede Dünya'daki canlı organizmalar Güneş'in enerjisini alır. Radyasyon yoluyla ısı transferi istenmiyorsa, soğuk ve sıcak nesneler arasına opak bölmeler yerleştirilerek bu en aza indirilir veya yüzeyin ince bir malzemeyle kaplanmasıyla radyasyonun emilimi (ve bu arada emisyon da aynı ölçüde) azaltılır. metalin ayna tabakası, örneğin gümüş.

• Isı iletkenliğine ilişkin veriler Wikipedia'dan alınmıştır ve bunlara aşağıdaki gibi referans kitaplardan ulaşılmıştır:

• "Fiziksel büyüklükler" ed. I. S. Grigorieva
• CRC Kimya ve Fizik El Kitabı

• Isıl iletkenliğin daha ayrıntılı bir açıklaması bir fizik ders kitabında bulunabilir, örneğin: Genel fizik» D.V.Sivukhina (Cilt 2). 4. ciltte termal radyasyona ayrılmış bir bölüm vardır (Stefan-Boltzmann yasası dahil)

Yüksek termal iletkenlik bakır ve diğerleri kullanışlı özellikler bu metalin insan tarafından erken geliştirilmesinin nedenlerinden biri olarak hizmet etti. Ve bugüne kadar hayatımızın neredeyse her alanında kullanılıyorlar.

Isı iletkenliği hakkında biraz

Fizikte termal iletkenlik, bir nesnedeki enerjinin daha sıcak olanlardan hareketi olarak anlaşılır. küçük parçacıklar daha az ısıtılmış olanlara. Bu işlem sayesinde söz konusu cismin sıcaklığı bir bütün olarak eşitlenir. Isıyı iletme yeteneğinin büyüklüğü, termal iletkenlik katsayısı ile karakterize edilir. Bu parametre, 1 metre kalınlığındaki bir malzemenin birim sıcaklık farkında 1 m2 yüzey alanından bir saniye boyunca geçtiği ısı miktarına eşittir.

Bakır, 20 ila 100 °C arasındaki sıcaklıklarda 394 W/(m*K) termal iletkenlik katsayısına sahiptir. Sadece gümüş onunla rekabet edebilir. Çelik ve demir için bu rakam sırasıyla 9 ve 6 kat daha düşüktür (tabloya bakınız). Bakırdan yapılan ürünlerin ısıl iletkenliğinin büyük ölçüde yabancı maddelere bağlı olduğunu belirtmekte fayda var (ancak bu diğer metaller için de geçerlidir). Örneğin, aşağıdaki gibi maddeler varsa ısı iletim hızı azalır:

• ütü;
• arsenik;
• oksijen;
• selenyum;
• alüminyum;
• antimon;
• fosfor;
• sülfür.

Bakıra çinko eklerseniz, çok daha düşük ısı iletkenlik katsayısına sahip olan pirinç elde edersiniz. Aynı zamanda bakıra başka maddeler eklemek, bitmiş ürünlerin maliyetini önemli ölçüde azaltabilir ve onlara dayanıklılık ve aşınma direnci gibi özellikler kazandırabilir. Örneğin pirinç, daha yüksek teknolojik, mekanik ve sürtünme önleyici özelliklerle karakterize edilir.

Yüksek ısı iletkenliği, ısıtma enerjisinin tüm nesne boyunca hızlı dağılımı ile karakterize edildiğinden, ısı değişim sistemlerinde bakır yaygın olarak kullanılır. Açık şu anda Isıyı hızlı bir şekilde uzaklaştırmak için buzdolapları, vakum üniteleri ve arabalar için radyatörler ve tüpler ondan yapılmıştır. Bakır elementler ısıtma tesisatlarında da kullanılır, ancak ısıtma amaçlıdır.

Metalin ısıl iletkenliğini korumak için yüksek seviye(bu, bakır cihazların mümkün olduğu kadar verimli çalışmasını sağlamak anlamına gelir), tüm ısı değişim sistemleri, fanlar tarafından sağlanan basınçlı hava akışını kullanır. Bu karar, ortamın sıcaklığı arttıkça ısı transferi yavaşladığından herhangi bir malzemenin ısıl iletkenliğinin önemli ölçüde azalmasından kaynaklanmaktadır.

Alüminyum ve bakır - hangisi daha iyi?

Alüminyumun bakıra göre bir dezavantajı vardır: termal iletkenliği 1,5 kat daha azdır, yani 201–235 W/(m*K). Ancak diğer metallerle karşılaştırıldığında bu oldukça yüksek değerler. Alüminyum, bakır gibi yüksek korozyon önleyici özelliklere sahiptir. Ayrıca aşağıdaki gibi avantajları vardır:

• düşük yoğunluk ( özgül ağırlık Bakırdan 3 kat daha az);
• düşük maliyetli(Bakırdan 3,5 kat daha az).

Basit hesaplamalar sayesinde alüminyum parçanın bakır parçadan neredeyse 10 kat daha ucuz olabileceği ortaya çıktı çünkü çok daha hafif ve daha ucuz malzemeden yapılmış. Bu gerçek, yüksek ısı iletkenliğinin yanı sıra, alüminyumun pişirme kapları ve fırınlarda kullanılan gıda folyoları için bir malzeme olarak kullanılmasına olanak tanır. Ana dezavantaj alüminyumun daha yumuşak olması, dolayısıyla yalnızca alaşımlarda (örneğin duralumin) kullanılabilmesidir.

Verimli ısı değişimi için önemli rolısı transfer oranını oynar çevre ve bu, radyatörlerin soğutulmasıyla aktif olarak kolaylaştırılır. Sonuç olarak, alüminyumun (bakırla karşılaştırıldığında) düşük ısı iletkenliği dengelenir ve ekipmanın ağırlığı ve maliyeti azalır. Bu önemli avantajlar, alüminyumun, iklimlendirme sistemlerinde kullanılan bakırın yerini yavaş yavaş almasına olanak tanır.

Radyo endüstrisi ve elektronik gibi bazı endüstrilerde bakır esastır. Gerçek şu ki, bu metal doğası gereği çok plastiktir: son derece ince tellere (0,005 mm) çekilebilir ve bunun yanı sıra diğer özel iletken elemanlar da oluşturulabilir. elektronik cihazlar. Ve yüksek ısı iletkenliği, bakırın, modern yüksek hassasiyetli ancak aynı zamanda kompakt ekipman için çok önemli olan elektrikli cihazların çalışması sırasında kaçınılmaz olarak ortaya çıkan ısıyı son derece etkili bir şekilde ortadan kaldırmasına olanak tanır.

Yüzey kaplamanın gerekli olduğu durumlarda bakır kullanımı önemlidir belli bir şekilçelik bir parçanın üzerine. Bu durumda kaynak yapılan elemana bağlı olmayan bir bakır şablon kullanılır. Alüminyumun bu amaçlar için kullanılması, eriyeceği veya yanacağı için imkansızdır. Karbon arkıyla kaynak yaparken bakırın katot görevi görebileceğini de belirtmekte fayda var.

1 - dişli, 2 - şablon tespitleri, 3 - kaynaklı dişli dişi, 4 - bakır şablonlar

Bakır ve alaşımlarının yüksek ısı iletkenliğinin dezavantajları

Bakırın çok daha fazlası var yüksek maliyet pirinç veya alüminyumdan daha iyidir. Aynı zamanda bu metalin avantajlarıyla doğrudan ilgili dezavantajları da vardır. Yüksek ısı iletkenliği yaratma ihtiyacına yol açar özel koşullar bakır elemanların kesilmesi, kaynaklanması ve lehimlenmesi sırasında. Bakır elementlerin çeliğe göre çok daha konsantre bir şekilde ısıtılması gerektiğinden. Ayrıca parçanın ön ve eş zamanlı ısıtılması sıklıkla gereklidir.

Bakır boruların, ısıtma sisteminin ana hattını veya dağıtımını oluşturması durumunda dikkatli bir izolasyon gerektirdiğini unutmayın. Bu da diğer malzemelerin kullanıldığı seçeneklerle karşılaştırıldığında ağ kurulum maliyetinin artmasına neden olur.

Bakırda da zorluklar ortaya çıkıyor: bu işlem daha güçlü brülörler gerektirecek. 8-10 mm kalınlığındaki metali kaynaklarken iki veya üç torç gerekli olacaktır. Torçlardan biri kaynak yapmak için kullanılırken diğeri parçayı ısıtmak için kullanılır. Genel olarak bakırla kaynak işi, sarf malzemeleri için daha yüksek maliyet gerektirir.

Ayrıca kullanma ihtiyacı hakkında da söylenmelidir. özel aletler. Yani 15 cm kalınlığa kadar kesim yapmak için 30 cm kalınlığındaki yüksek kromlu çelikle çalışabilen bir kesiciye ihtiyacınız olacak. Üstelik aynı alet sadece 5 cm kalınlıkta çalışmak için yeterli.

Birçok sektörde modern endüstri Bakır gibi malzemeler çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu metalin elektriksel iletkenliği çok yüksektir. Bu, öncelikle elektrik mühendisliğinde kullanımının uygunluğunu açıklar. Bakır mükemmel performans özelliklerine sahip iletkenler üretir. Elbette bu metal sadece elektrik mühendisliğinde değil diğer endüstrilerde de kullanılıyor. Talebi, diğer şeylerin yanı sıra, çeşitli agresif ortamlardaki korozyon hasarına karşı direnç, refrakterlik, süneklik vb. nitelikleriyle açıklanmaktadır.

Tarihsel arka plan

Bakır bir metaldir bilinen kişi Antik çağlardan beri. İnsanların bu malzemeyle erken tanışması, öncelikle doğada külçe şeklinde geniş dağılımıyla açıklanmaktadır. Pek çok bilim adamı, bakırın insan tarafından oksijen bileşiklerinden elde edilen ilk metal olduğuna inanıyor. Bir Zamanlar kayalar basitçe ateşte ısıtıldılar ve keskin bir şekilde soğutuldular, bunun sonucunda çatladılar. Daha sonra yangınlarda kömür ilavesi ve körükle üfleme ile bakırın indirgenmesi yapılmaya başlandı. Bu yöntemin geliştirilmesi sonuçta yaratılmasına yol açtı, daha sonra bu metal, cevherlerin oksidatif eritilmesi yöntemiyle üretilmeye başlandı.

Bakır: malzemenin elektriksel iletkenliği

Her şey sakin durumda serbest elektronlar herhangi bir metal çekirdeğin etrafında döner. Bağlandığında harici kaynak etkilendiğinde belli bir sıraya göre sıralanırlar ve mevcut taşıyıcılar haline gelirler. Bir metalin kendi içinden geçebilme derecesine elektrik iletkenliği denir. Uluslararası SI'daki ölçü birimi 1 cm = 1 ohm -1 olarak tanımlanan Siemens'tir.

Bakırın elektriksel iletkenliği çok yüksektir. Bu göstergede bugün bilinen tüm baz metalleri geride bırakıyor. Ondan daha iyi Yalnızca gümüş akımın geçmesine izin verir. Bakırın elektriksel iletkenliği +20 °C sıcaklıkta 57x104 cm -1'dir. Bu özelliği nedeniyle bu metal şu ​​anda endüstriyel ve evsel amaçlarla kullanılanlar arasında en yaygın iletkendir.

Bakır sabit koşullara iyi dayanabilir ve aynı zamanda güvenilir ve dayanıklıdır. Diğer özelliklerinin yanı sıra bu metal aynı zamanda yüksek bir erime noktasına (1083,4 °C) sahiptir. Bu da bakırın uzun zamandır sıcak durumda çalışın. Akım iletkeni olarak yaygınlık açısından yalnızca alüminyum bu metalle rekabet edebilir.

Safsızlıkların bakırın elektriksel iletkenliği üzerindeki etkisi

Elbette günümüzde bu kırmızı metali eritmek için eski çağlara göre çok daha ileri teknikler kullanılıyor. Ancak bugün bile tamamen saf Cu elde etmek neredeyse imkansızdır. Bakır her zaman mevcuttur çeşitli türler safsızlıklar. Bu örneğin silikon, demir veya berilyum olabilir. Bu arada, bakırdaki yabancı maddeler ne kadar fazlaysa, daha az gösterge elektriksel iletkenliği. Örneğin tellerin üretimi için yalnızca yeterince saf metal uygundur. Yönetmeliklere göre safsızlık miktarı %0,1'i aşmayan bakır bu amaçla kullanılabilir.

Çoğu zaman bu metal belirli bir oranda kükürt, arsenik ve antimon içerir. İlk madde malzemenin sünekliğini önemli ölçüde azaltır. Bakır ve kükürtün elektriksel iletkenliği çok farklıdır. Bu safsızlık hiçbir şekilde akımı iletmez. Yani iyi bir yalıtkandır. Ancak kükürtün bakırın elektriksel iletkenliği üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur. Aynı durum termal iletkenlik için de geçerlidir. Antimon ve arsenikte ise tam tersi bir tablo gözleniyor. Bu elementler bakırın elektriksel iletkenliğini önemli ölçüde azaltabilir.

Alaşımlar

Bakır gibi sünek bir malzemenin mukavemetini arttırmak için özel olarak çeşitli katkı maddeleri kullanılabilir. Ayrıca elektrik iletkenliğini de azaltırlar. Ancak bunların kullanımı, çeşitli ürün türlerinin hizmet ömrünü önemli ölçüde uzatabilir.

Çoğu zaman Cd (%0,9) bakırın mukavemetini arttırmak için katkı maddesi olarak kullanılır. Sonuç kadmiyum bronzudur. İletkenliği bakırın %90'ıdır. Bazen kadmiyum yerine katkı maddesi olarak alüminyum da kullanılır. Bu metalin iletkenliği bakırın %65'idir. Tellerin mukavemetini arttırmak için, kalay, fosfor, krom, berilyum gibi katkı maddeleri şeklinde diğer malzemeler ve maddeler kullanılabilir. Sonuç belli bir derecenin bronzudur. Bakır ve çinko kombinasyonuna pirinç denir.

Alaşım özellikleri

Bu sadece içlerinde bulunan safsızlık miktarına değil aynı zamanda diğer göstergelere de bağlı olabilir. Örneğin ısıtma sıcaklığı arttıkça bakırın kendi üzerinden akım geçirme yeteneği azalır. Üretim yöntemi bile bu tür telin elektriksel iletkenliğini etkiler. Günlük yaşamda ve üretimde hem yumuşak tavlı bakır iletkenler hem de sert çekilmiş bakır iletkenler kullanılabilir. İlk çeşit, akımı kendi içinden geçirme konusunda daha yüksek bir yeteneğe sahiptir.

Ancak kullanılan katkı maddeleri ve bunların miktarı bakırın elektriksel iletkenliği üzerinde en büyük etkiye sahiptir. Aşağıdaki tablo okuyucuya bu metalin en yaygın alaşımlarının mevcut taşıma kapasitesine ilişkin kapsamlı bilgi sunmaktadır.

Pirinç ve bakırın elektriksel iletkenliği karşılaştırılabilir. Ancak birinci metal için bu rakam elbette biraz daha düşüktür. Ancak aynı zamanda bronzlardan daha yüksektir. Pirinç iletken olarak oldukça yaygın olarak kullanılır. Akımı bakırdan daha kötü geçirir, ancak aynı zamanda daha az maliyetlidir. Çoğu zaman, radyo ekipmanı için kontaklar, kelepçeler ve çeşitli parçalar pirinçten yapılır.

Yüksek dirençli bakır alaşımları

Bu tür iletken malzemeler esas olarak dirençlerin, reostatların, ölçüm aletlerinin ve elektrikli ısıtma cihazlarının imalatında kullanılır. Bu amaçla en yaygın kullanılan bakır alaşımları konstantan ve manganindir. Direnç birincisi (%86 Cu, %12 Mn, %2 Ni) 0,42-0,48 µOhm/m ve ikincisi (%60 Cu, %40 Ni) 0,48-0,52 µOhm/m'dir.

Isıl iletkenlik katsayısı ile ilişki

Bakır - 59.500.000 S/m. Bu gösterge, daha önce de belirtildiği gibi, yalnızca +20 o C sıcaklıkta doğrudur. Herhangi bir metalin termal iletkenlik katsayısı ile spesifik iletkenlik arasında belirli bir bağlantı vardır. Wiedemann-Franz yasası ile belirlenir. Metaller için gerçekleştirilir. yüksek sıcaklıklar ve aşağıdaki formülle ifade edilir: K/γ = π 2 / 3 (k/e) 2 T, burada y iletkenlik, k — Boltzmann sabiti, e temel yüktür.

Elbette bakır gibi bir metal için de benzer bir bağlantı mevcuttur. Isı iletkenliği ve elektrik iletkenliği çok yüksektir. Her iki göstergede de gümüşten sonra ikinci sırada yer alıyor.

Bakır ve alüminyum tellerin bağlantısı

İÇİNDE son zamanlarda Giderek daha yüksek güce sahip elektrikli ekipmanlar günlük yaşamda ve endüstride kullanılmaya başlandı. Sovyet döneminde kablolar çoğunlukla ucuz alüminyumdan yapılıyordu. Yeni talepleri performans özellikleri ne yazık ki artık karşılık gelmiyor. Bu nedenle bugün günlük yaşamda ve endüstride sıklıkla bakıra dönüşüyorlar. İkincisinin ana avantajı, refrakterliğe ek olarak, oksidatif süreç iletken özellikleri azalmaz.

Genellikle elektrik ağlarını modernleştirirken alüminyum ve bakır teller bağlanmak zorunda. Bu doğrudan yapılamaz. Aslında alüminyum ve bakırın elektriksel iletkenlikleri çok fazla farklılık göstermez. Ancak yalnızca bu metallerin kendileri için. Alüminyum ve bakırın oksitleyici filmleri farklı özelliklere sahiptir. Bu nedenle bağlantı noktasındaki iletkenlik önemli ölçüde azalır. Alüminyumun oksidasyon filmi bakırınkinden çok daha fazla dirence sahiptir. Bu nedenle bu iki tip iletkenin bağlantısı yalnızca özel adaptörler aracılığıyla yapılmalıdır. Bunlar, örneğin metalleri oksit görünümünden koruyan bir macun içeren kelepçeler olabilir. Bu adaptör seçeneği genellikle dış mekanlarda kullanılır. Branş kompresörleri daha çok iç mekanlarda kullanılır. Tasarımları, alüminyum ve bakır arasındaki doğrudan teması ortadan kaldıran özel bir plaka içerir. Bu tür iletkenlerin yokluğunda yaşam koşulları Telleri doğrudan bükmek yerine ara "köprü" olarak rondela ve somun kullanılması tavsiye edilir.

Fiziksel özellikler

Böylece bakırın elektriksel iletkenliğinin ne olduğunu öğrendik. Bu gösterge metalin içerdiği safsızlıklara bağlı olarak değişebilir. Ancak sanayide bakır talebi, bakırın diğer faydalı özelliklerine göre de belirlenmektedir. fiziksel özellikler, aşağıdaki tablodan hangileri hakkında bilgi edinilebilir.

Kimyasal özellikler

Bu özelliklerine göre elektrik ve ısıl iletkenliği çok yüksek olan bakır, sıralamada ilk sıralarda yer almaktadır. ara konum sekizinci grubun ilk üçlüsünün elementleri ile periyodik tablonun birinci grubunun alkali elementleri arasında. Ana olanlara kimyasal özellikler katmak:

kompleks oluşturma eğilimi;

renkli bileşikler ve çözünmeyen sülfitler üretme yeteneği.

Bakırın en karakteristik özelliği iki değerlik durumudur. ile benzerlikler alkali metaller neredeyse hiç yok. Kimyasal aktivitesi de düşüktür. CO2 veya nem varlığında bakırın yüzeyinde yeşil bir karbonat filmi oluşur. Bütün bakır tuzları toksik maddeler. Tek ve iki değerlikli hallerde bu metal çok kararlı hale gelir En yüksek değer endüstri için amonyak var.

Kullanım kapsamı

Bakırın yüksek termal ve elektriksel iletkenliği, çoğu alanda yaygın kullanımını belirler. farklı endüstriler endüstri. Tabii ki, bu metal en çok elektrik mühendisliğinde kullanılır. Ancak bu, uygulamanın tek alanı olmaktan uzaktır. Diğer şeylerin yanı sıra bakır kullanılabilir:

mücevherlerde;

mimaride;

sıhhi tesisat ve ısıtma sistemlerini monte ederken;

gaz boru hatlarında.

Bakır ve altın alaşımı esas olarak çeşitli mücevher türlerinin yapımında kullanılır. Bu, takıların deformasyona ve aşınmaya karşı direncini artırmanıza olanak tanır. Mimaride bakır, çatıların ve cephelerin kaplanmasında kullanılabilir. Bu kaplamanın ana avantajı dayanıklılıktır. Örneğin, tanınmış bir mimari dönüm noktasının çatısı - Katolik Katedrali Alman şehri Hildesheim. Bu binanın bakır çatısı onu güvenilir bir şekilde koruyor iç mekan neredeyse 700 yıldır.

Mühendislik iletişimi

Bakır su borularının temel avantajları aynı zamanda dayanıklılık ve güvenilirliktir. Ayrıca bu metal suya özel benzersiz özellikler kazandırarak onu vücut için faydalı hale getirebilir. Bakır borular aynı zamanda korozyona dayanıklılıkları ve süneklikleri nedeniyle gaz boru hatları ve ısıtma sistemlerinin montajı için de idealdir. Basınçta acil bir artış olması durumunda, bu tür hatlar çelik olanlardan çok daha büyük bir yüke dayanabilir. Bakır boru hatlarının tek dezavantajı yüksek maliyetleridir.

giriiş

Metallerin ısıl iletkenliğinin belirlenmesi, metalurji, radyo mühendisliği, makine mühendisliği ve inşaat gibi bazı alanlarda önemli bir rol oynar. Günümüzde metallerin ısıl iletkenliğini belirlemek için kullanılabilecek birçok farklı yöntem bulunmaktadır.

Bu çalışma, metallerin ana özelliği olan termal iletkenliğin incelenmesine ve ayrıca termal iletkenliğin incelenmesine yönelik yöntemlerin incelenmesine ayrılmıştır.

Çalışmanın amacı metallerin termal iletkenliğinin yanı sıra çeşitli yöntemler laboratuvar araştırması.

Çalışmanın konusu metallerin ısıl iletkenlik katsayılarıdır.

Planlanan sonuç - üretim laboratuvar çalışması Kalorimetrik yönteme göre “Metallerin ısıl iletkenlik katsayısının belirlenmesi”.

Bu hedefe ulaşmak için aşağıdaki görevleri çözmek gerekir:

Metallerin ısı iletkenliği teorisinin incelenmesi;

Isıl iletkenlik katsayısının belirlenmesine yönelik yöntemlerin incelenmesi;

Laboratuvar ekipmanlarının seçimi;

Metallerin ısıl iletkenlik katsayısının deneysel olarak belirlenmesi;

Laboratuvar çalışmasının kurulması “Metallerin ısıl iletkenlik katsayısının belirlenmesi.”

Çalışma şunlardan oluşur: üç bölüm Atanan görevlerin açıklandığı yer.

Metallerin ısıl iletkenliği

Fourier yasası

Isı iletkenliği moleküler transfer doğrudan temas eden cisimler veya aynı cismin parçacıkları arasındaki ısı farklı sıcaklıklar yapısal parçacıkların (moleküller, atomlar, serbest elektronlar) hareket enerjisinin değiş tokuş edildiği.

Termal iletkenlik, vücuttaki mikropartiküllerin termal hareketi ile belirlenir.

Isıl iletkenlik yoluyla ısı transferinin temel yasası Fourier yasasıdır. Bu yasaya göre, yüzeye dik bir dF yüzey elemanından ısıl iletim yoluyla aktarılan ısı miktarı dQ ısı akışı, zamanla df sıcaklık gradyanı, yüzey dF ve zamanla df ile doğru orantılıdır.

Orantılılık katsayısı l'ye termal iletkenlik katsayısı denir. Isı iletkenlik katsayısı, bir maddenin ısı iletme yeteneğini karakterize eden bir maddenin termofiziksel bir özelliğidir.

Formül (1)'deki eksi işareti, ısının azalan sıcaklık yönünde aktarıldığını gösterir.

Bir birim izotermal yüzeyden birim zamanda geçen ısı miktarına ısı akısı denir:

Fourier kanunu gazların, sıvıların ve katıların ısıl iletkenliğini tanımlamak için geçerlidir; fark yalnızca ısıl iletkenlik katsayılarında olacaktır.

Metallerin ısıl iletkenlik katsayısı ve maddenin durumunun parametrelerine bağımlılığı

Termal iletkenlik katsayısı, bir maddenin ısı iletme yeteneğini karakterize eden bir maddenin termofiziksel bir özelliğidir.

Isı iletkenlik katsayısı, grad t'ye dik olarak birim alandan birim zamanda geçen ısı miktarıdır.

İçin çeşitli maddeler Isıl iletkenlik katsayısı farklıdır ve yapıya, yoğunluğa, neme, basınca ve sıcaklığa bağlıdır. Arama tabloları kullanılırken bu koşullar dikkate alınmalıdır.

En büyük öneme sahip olan metallerin ısıl iletkenlik katsayısı. Termal olarak en iletken metal gümüştür ve bunu saf bakır, altın, alüminyum vb. takip eder. Çoğu metal için sıcaklıktaki bir artış, termal iletkenlik katsayısında bir azalmaya yol açar. Bu bağımlılığa yaklaşık olarak düz çizgi denklemi ile yaklaşılabilir.

burada l, l0 sırasıyla belirli bir sıcaklıkta t ve 00C'de termal iletkenlik katsayılarıdır, - sıcaklık katsayısı. Metallerin ısıl iletkenlik katsayısı yabancı maddelere karşı çok hassastır.

Örneğin, bakırda arsenik izleri bile göründüğünde, termal iletkenlik katsayısı 395'ten 142'ye düşer; çelik için %0,1 karbonda l = 52, %1,0 - l = 40, %1,5 karbonda l = 36.

Isıl iletkenlik katsayısı da ısıl işlemden etkilenir. Yani sertleştirilmiş karbon çeliği için l, yumuşak çeliğe göre %10 - 25 daha düşüktür. Bu nedenlerden dolayı ticari metal numunelerin aynı sıcaklıklarda ısıl iletkenlik katsayıları önemli ölçüde farklılık gösterebilmektedir. Alaşımların, saf metallerin aksine, artan sıcaklıkla birlikte termal iletkenlikte bir artışla karakterize edildiğine dikkat edilmelidir. Ne yazık ki, herhangi bir ortak yükleme yapın niceliksel modeller Alaşımların ısıl iletkenliğini belirleyen değerlere henüz ulaşılamamıştır.

Bina ve ısı yalıtım malzemelerinin - dielektriklerin ısı iletkenlik katsayısı metallerinkinden birçok kez daha azdır ve 0,02 - 3,0 arasındadır. Bunların büyük çoğunluğu için (manyezit tuğla hariç), artan sıcaklıkla birlikte ısıl iletkenlik katsayısı da artar. Bu durumda, katılar - dielektrikler için β>0 olduğunu akılda tutarak denklem (3)'ü kullanabilirsiniz.

Birçok bina ve ısı yalıtım malzemesi gözenekli bir yapıya sahiptir (tuğla, beton, asbest, cüruf vb.). Onlar ve toz halindeki malzemeler için termal iletkenlik katsayısı önemli ölçüde bağlıdır. toplu yoğunluk. Bunun nedeni gözenekliliğin artmasıyla birlikte en hacim, ısıl iletkenlik katsayısı çok düşük olan hava ile doldurulur. Aynı zamanda gözeneklilik ne kadar yüksek olursa malzemenin kütle yoğunluğu da o kadar düşük olur. Böylece malzemenin kütle yoğunluğunda bir azalma, diğer eşit koşullar, l'de bir azalmaya yol açar.

Örneğin asbest için kütle yoğunluğunun 800 kg/m3'ten 400 kg/m3'e düşmesi, 0,248'den 0,105'e düşüşle sonuçlanır. Nemin etkisi çok büyüktür. Örneğin kuru tuğla için l = 0,35, sıvı tuğla için 0,6 ve ıslak tuğla için l = 1,0.

Isıl iletkenliğin belirlenmesinde ve teknik hesaplamalarında bu olgulara dikkat edilmelidir. Damlacık sıvıların ısıl iletkenlik katsayısı 0,08 - 0,7 aralığındadır. Aynı zamanda sıvıların büyük çoğunluğu için ısıl iletkenlik katsayısı artan sıcaklıkla azalır. İstisnalar su ve gliserindir.

Gazların ısı iletkenlik katsayısı daha da düşüktür.

Gazların ısıl iletkenlik katsayısı sıcaklık arttıkça artar. 20 mmHg aralığında. (bar)'da 2000'e kadar, yani. Uygulamada en sık karşılaşılan alanda, baskıya bağlı değilim. Bir gaz karışımı (baca gazları, termal fırınların atmosferi vb.) için termal iletkenlik katsayısını hesaplama yoluyla belirlemenin imkansız olduğu unutulmamalıdır. Bu nedenle referans verilerinin yokluğunda güvenilir bir l değeri yalnızca deneysel olarak bulunabilir.

l değerinde< 1 - вещество называют тепловым изолятором.

Isıl iletkenlik problemlerini çözmek için, bir maddenin bazı makroskobik özellikleri (termofiziksel parametreler) hakkında bilgi sahibi olmak gerekir: ısıl iletkenlik katsayısı, yoğunluk, özgül ısı kapasitesi.

Metallerin ısıl iletkenliğinin açıklanması

Metallerin ısıl iletkenliği çok yüksektir. Kafesin ısıl iletkenliğine indirgenmez; bu nedenle burada başka bir ısı transfer mekanizmasının çalışması gerekir. Saf metallerde termal iletkenliğin neredeyse tamamen aşağıdaki nedenlerden dolayı gerçekleştirildiği ortaya çıktı: elektron gazı ve yalnızca iletkenliğin düşük olduğu ağır derecede kirlenmiş metallerde ve alaşımlarda kafes termal iletkenliğinin katkısının önemli olduğu ortaya çıkar.

Bir malzemenin ısıl iletkenliğinin sayısal özelliği, belirli bir kalınlıktaki bir malzemeden geçen ısı miktarı ile belirlenebilir. belirli zaman. Sayısal özelliklerçeşitli profil ürünlerinin ısıl iletkenliğini hesaplarken önemlidir.

Çeşitli metallerin ısıl iletkenlik katsayıları

Isı iletiminin gerçekleşmesi için doğrudan fiziksel temas iki beden arasında gerçekleştirilir. Bu, ısı transferinin yalnızca arasında mümkün olduğu anlamına gelir. katılar Ve sabit sıvılar. Doğrudan temas bunu mümkün kılar kinetik enerji moleküllerden en fazlasına doğru hareket sıcak madde en soğuğa. Isı değişimi, farklı sıcaklıktaki cisimler birbirleriyle doğrudan temas ettiğinde meydana gelir.

Burada şunu belirtmek gerekir ki moleküller sıcak vücut soğuk bir vücuda nüfuz edemez. Sadece kinetik enerjinin transferi gerçekleşir, bu da verir düzgün dağılım sıcaklık. Bu enerji aktarımı, temas halindeki cisimler eşit şekilde ısınana kadar devam edecektir. Bu durumda elde edilir termal denge. Bu bilgiye dayanarak, belirli bir binanın ısı yalıtımı için hangi yalıtım malzemesinin gerekli olacağını hesaplamak mümkündür.