У каких металлов высокая теплопроводность

Нахождение в природе

Хром является довольно распространённым элементом в земной коре (0,012 % по массе). Основные соединения хрома — хромистый железняк (хромит) FeO·Cr2O3. Вторым по значимости минералом является крокоит PbCrO4.

Месторождения

Самые большие месторождения хрома находятся в ЮАР (1-е место в мире), Казахстане, России, Зимбабве, Мадагаскаре. Также есть месторождения на территории Турции, Индии, Армении, Бразилии, на Филиппинах.

Главные месторождения хромовых руд в РФ известны на Урале (Донские и Сарановское).

Разведанные запасы в Казахстане составляют свыше 350 миллионов тонн (2-е место в мире).

От чего зависит показатель теплопроводности

Изучая способность передачи тепла металлическими изделиями выявлено, что теплопроводность зависит от:

• вида металла;
• химического состава;
• пористости;
• размеров.

Металлы имеют различное строение кристаллической решетки, а это может изменить теплопроводность материала. Так, например, у стали и алюминия, особенности строения микрочастиц влияют по-разному на скорость передачи тепловой энергии через них.

Коэффициент теплопроводности может иметь различные значения для одного и того же металла при изменении температуры воздействия. Это связано с тем, что у разных металлов градус плавления отличается, а значит, при других параметрах окружающей среды, свойства материалов также будут отличаться, а это отразится на теплопроводности.

Показатели для стали

• В справочных материалах по теплопроводности различных материалов особое место занимают данные, представленные о сталях разных марок.Так, в справочных материалах собраны экспериментальные и расчетные данные следующих типов стальных сплавов:стойких к воздействию коррозии, повышенной температуры;
• предназначенных для производства пружин, режущего инструмента;
• насыщенных легирующими добавками.

В таблицах сведены показатели, которые были собраны для сталей в температурном диапазоне от -263 до 1200 градусов.Усредненные показатели составляют для:

• углеродистых сталей 50 – 90 Вт/(м×град);
• коррозионностойких, жаро- и теплостойких сплавов, относящимся к мартенситным — от 30 до 45 Вт/(м×град);
• сплавов, относящимся к аустенитным от 12 до 22 Вт/(м×град).

В этих справочных материалах размещена информация и свойствах чугунов.

отсюда

В таблице представлены значения теплопроводности металлов (цветных), а также химический состав металлов и технических сплавов в интервале температуры от 0 до 600°С.

Цветные металлы и сплавы: никель Ni, монель, нихром; сплавы никеля (по ГОСТ 492-58): мельхиор НМ81, НМ70, константан НММц 58,5-1,54, копель НМ 56,5, монель НМЖМц и К-монель, алюмель, хромель, манганин НММц 85-12, инвар; магниевые сплавы (по ГОСТ 2856-68), электрон, платинородий; мягкие припои (по ГОСТ 1499-70): олово чистое, свинец, ПОС-90, ПОС-40, ПОС-30, сплав Розе, сплав Вуда. Читать далее →

Какой же все таки поставить радиатор? Я думаю каждый из нас задавался таким же вопросом придя на рынок или в магазин запчастей, осматривая огромный выбор радиаторов на любой вкус, удовлетворяющий даже самого извращенного привереды. Хочешь двух рядный, трех рядный, побольше, поменьше, с крупной секцией с мелкой, алюминиевый, медный. Вот именно из какого металла изготовлен радиатор и пойдет речь.

Одни считают, что медь. Это своеобразные староверы, так бы назвали их в XVII веке. Да, если взять не новые автомобили XX века, то тогда повсеместно устанавливались медные радиаторы. Не зависимо от марки и модели, была ли это бюджетная микролитражка или тяжеловесный многотонный грузовик. Но есть и другая армия автовладельцев утверждая что радиаторы изготовленные из алюминия лучше медных. Потому как их устанавливают на новые современные автомобили, на сверхмощные двигатели требующие качественного охлаждения.

И что самое интересное они все правы. И у тех и у других есть свои плюсы и естественно минусы. А теперь небольшой урок физики. Самым отличным показателем, на мой взгляд, являются цифры, а именно коэффициент теплопроводности. Если сказать по простому то это способность вещества передавать тепловую энергию от одного вещества другому. Т.е. у нас имеется ОЖ, радиатор из N-ного металла и окружающая среда. Теоретически чем выше коэффициент тем быстрее радиатор будет забирать тепловую энергию у ОЖ и быстрее отдавать в окружающую среду.

Итак, теплопроводность меди составляет 401 Вт/(м*К), а алюминия — от 202 до 236 Вт/(м*К). Но это в идеальных условиях. Казалось бы медь выиграла в данном споре, да это «+1» за медные радиаторы. Теперь кроме всего необходимо рассмотреть собственно конструкцию самих радиаторов.

Медные трубки в основе радиатора, так же медные ленты воздушного радиатора для передачи полученного тепла в окружающую среду. Крупные ячейки сот радиатора позволяют снизить потери скорости воздушного потока и позволяют прокачать большой объем воздуха за единицу времени. Слишком малая концентрация ленточной части радиатора снижает эффективность теплопередачи и увеличивает концентрацию и силу локального нагрева радиатора.

Я нашел два вида радиаторов в основе которых лежат алюминиевые и стальные трубки. Вот еще не маловажная часть, т.к. коэффициент теплопроводности стали очень мал по сравнению с алюминием, всего лишь 47 Вт/(м*К). И собственно только из-за высокой разности показателей, уже не стоит устанавливать алюминиевые радиаторы со стальными трубками. Хотя они прочнее чистокровных алюмишек и снижают риски протечки от высокого давления, например при заклинившем клапане в крышке расширительного бачка. Высокая концентрация алюминиевых пластин на трубках увеличивает площадь радиатора обдуваемого воздухом тем самым увеличивая его эффективность, но при этом увеличивается сопротивление воздушного потока и снижается объем прокачиваемого воздуха.

Ценовая политика же на рынке сложилась таким образом что медные радиаторы значительно дороже алюминиевых. Из общей картины можно сделать вывод что и те и другие радиаторы по своему хороши. Какой же все таки выбрать? Этот вопрос остается за вами.

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

теплопроводность алюминиевых сплавов (с чипмейкера)

где можно узнать какие алюминиевые сплавы обладают наибольшей теплопроводностью?

необходимо для изготовления теплового мостика

• Чем чище, тем теплопроводнее. Лучше всего электротехнический.
• Если в алюминиевый сплав добавить медью, цинк, магний или кремний, то коэффициент теплопроводности в нём заметно повысится, по отношению к алюминию в чистом виде.

  Наивысшая теплопроводность из алюминиевых сплавов отмечается у АД1.
  Его теплопроводность при 20 0С — равняется 210 Вт/(м•град).

• На самом деле, любые примеси ухудшают теплопроводность чистых металлов и это общее правило. АД1 — это и есть самый чистый технический алюминий (99,3% Al), поэтому он и имеет самую высокую теплопроводность из технических материалов на основе алюминия. Теплопроводность химически чистого алюминия (99,99% Al) еще выше и составляет 235 Вт/мК.

Справляемся с жарой в салоне в зимнее время

Коэффициент теплопроводности вакуума

Интересно рассмотреть с этой точки зрения коэффициент теплопроводности вакуума. Он близок нулю — причем, чем вакуум глубже вакуум, тем его теплопроводность ближе к нулевой. Почему? Дело в том, что в вакууме крайне низкая концентрация материальных частиц, которые способны переносить тепло. Но тепло в вакууме всё же передаётся — при помощи излучения. Так, например, чтобы довести до минимума теплопотери, термос делают с двойными стенками, откачивая между ними воздух. А также делают «серебрение». На том же качестве, что зеркальная поверхность отражает излучение лучше, основаны свойства таких материалов, как фольгированный пенофол и другие подобные изоляционные материалы.
Ниже смотрим познавательные видеоматериалы для более полного представления такого физического понятия, как теплопроводность, на конкретных примерах.

Теплопроводность меди. Замечательное свойство

В истории человеческой цивилизации роль меди преувеличить невозможно. Именно с нее человек начинал осваивать металлургию, учился создавать инструменты, посуду, украшения, деньги. И все благодаря уникальным свойствам этого металла, проявляющимся при сплаве с другими веществами. То мягкий, то прочный, то тугоплавкий, то плавится без всяких усилий. Обладает множеством прекрасных характеристик, и одной из них является теплопроводность меди.

Если речь зашла об этой характеристике, то надо пояснить, о чем идет речь. Теплопроводностью называют способность вещества передавать тепло от нагретого участка к холодному. Так вот, теплопроводность меди одна из самых высоких среди металлов. Как можно оценить такое свойство, как хорошее или как плохое?

Если спросить кулинаров и поваров, они скажут, как хорошее, благодаря чему медная посуда наилучшим образом передает тепло от огня к готовящемуся продукту, да и нагрев равномерно распределяется по поверхности, контактирующей с пламенем.

Конечно, и другие металлы, и не только металлы, передают тепло, или, по-другому, обладают достаточной теплопроводностью, но у меди эта способность одна из лучших, так называемый коэффициент теплопроводности меди самый высокий, выше только у серебра.

Отмеченная способность обеспечивает широкие возможности использования металла в самых разных областях. В любых системах теплообмена медь является первым кандидатом на применение. Например, в электроотопительных приборах или в радиаторе автомобиля, где нагретая охлаждающая жидкость отдает лишнее тепло.

Теперь можно попытаться понять, чем обусловлен эффект передачи тепла. Происходящее объясняется достаточно просто. Происходит равномерное распределение энергии по объему материала. Можно провести аналогию с летучим газом. Попав в какой-то замкнутый сосуд, такой газ занимает все доступное ему место. Так и здесь, если металл нагреть в какой-то отдельной области, то полученная энергия равномерно распределяется по всему материалу.

Таким явлением можно объяснить теплопроводность меди. Не вдаваясь в квантовую физику, можно сказать, что за счет внешнего поступления энергии (нагрева) часть атомов получает дополнительную энергию и затем передает ее другим атомам. Энергия (нагрев) распространяется по всему объему предмета, вызывая его общий нагрев. Подобное происходит с любым веществом.

Разница только в том, что медь, теплопроводность которой очень высокая, хорошо передает тепло, а другие вещества делают то же самое значительно хуже. Но во многих случаях это может быть и нужным свойством. На свойстве веществ плохо проводить тепло основана теплоизоляция, за счет плохой передачи тепла не происходит его потерь. Теплоизоляция в домах позволяет сохранять комфортные условия проживания в самые суровые морозы.

Обмен энергией, или, как в нашем случае, передача тепла, может осуществляться и между разными материалами, если они находятся в физическом контакте. Именно это происходит, когда мы ставим чайник на огонь. Он нагревается, а затем от посуды нагревается вода. За счет свойств материала происходит передача тепла. Теплопередача зависит от многих факторов, в том числе от свойств самого материала, таких как его чистота. Так, если теплопроводность меди лучше, чем у других металлов, то уже ее сплавы, бронза и латунь обладают значительно худшей теплопроводностью.

Говоря об этих свойствах, нельзя не отметить, что теплопроводность зависит от температуры. Даже у самой чистой меди, с содержанием 99,8%, с ростом температуры коэффициент теплопроводности падает, а у других металлов, например, марганцевой латуни, с повышением температуры коэффициент растет.

В изложенном описании дано объяснение такого понятия, как теплопроводность, объяснена физическая суть явления, на примере меди и других веществ рассмотрены некоторые варианты применения этих свойств в повседневной жизни.

Как увеличить теплоотдачу?

Благодаря имеющемуся соотношению объема трубы к площади ее поверхности, достаточно часто возникает необходимость увеличить ее способность отдавать тепло. Это требуется для наиболее эффективного отопления помещений.

О том, как увеличить теплоотдачу трубы, известно уже давно, на практике применяли и применяют следующие способы.

Пример эффективного увеличения теплоотдачи – конвектор, применявшийся в системах отопления

еще в советские времена. Он представлял собой согнутую трубу (U-образная форма) с наваренными перпендикулярно ей пластинами. Данный метод называется оребрение, он применяется и в современных отопительных устройствах.

Неплохой результат дает и окраска излучающих тепло поверхностей матовой черной краской. Конечно это не слишком хороший вариант с точки зрения дизайнера, но он существенно повышает инфракрасное излучение прибора.

Обеспечить более высокую теплоотдачу системы отопления можно было путем увеличения площади поверхности нагревательных элементов.

Раньше это достигалось несколькими способами:

• Увеличение длины труб. Простой пример – обычный полотенцесушитель, коэффициент теплоотдачи трубы, конечно, не меняется, более эффективный обогрев получали именно за счет увеличения длины.
• Еще один способ повышения эффективности отопления — применение регистров. Они представляют собой несколько параллельных линий труб, отдача тепла и в этом случае достигалась за счет увеличения рабочей площади устройства. Конечно, сравнивать теплоотдачу регистра и современных отопительных приборов нельзя, но в недавнем прошлом подобная конструкция во многих случаях становилась единственно возможной.

Появление новых материалов дало возможность использовать другие способы повышения эффективности отопления. Самый популярный — теплый водяной пол, правда, в последнее время стальные трубы в этой сфере не применяются, появились более современные материалы, но принцип тот же.

Существенное увеличение длины греющих элементов позволяет получить эффективное отопление.

Сейчас для монтажа систем водяного теплого пола, в основном, применяют металлопластик и другие виды полимерных труб.

В связи с тем, что теплоотдача трубы стальной все-таки ограничена, все чаще стали применяться другие материалы, например алюминий. Радиаторы из него обладают высоким коэффициентом теплоотдачи.

Что влияет на теплопроводность

Из-за того, что в воздухе тепло передаётся только за счёт движущихся частиц, материалы, которые имеют пористую структуру, хуже отводят тепло. Передача энергии сильно зависит от количества, плотности, размера и формы пустых мест внутри сырья, из которого изготовлена конструкция (дом, печь или любая другая). 

Также на энергетическую эффективность влияют отражающие свойства материала. Если покрытие имеет зеркальную поверхность, то оно будет получать меньше тепла от солнечных лучей и ламповых обогревателей. 

Большую роль в передаче энергии по сырью играет влажность. Сырой воздух может увеличить скорость охлаждения, так как вода довольно сильно и быстро поглощает тепло, а влажные стены легче остывают. 

Стены с плотно подогнанным утеплителемИсточник www.rikkosteel.ro

Также на теплопроводность материала влияет его слоистость и волокнистость. Например, пол, который покрыт торцовой деревянной шашкой проводит большее количество энергии, чем щитовой или дощатый паркет. Это обусловлено тем, что у древесных изделий термическое сопротивление поперёк волокон в 2 раза выше, чем вдоль соединений. Таким особенностям подвергаются и искусственные материалы со слоистой структурой.

На теплопроводность влияет плотность соприкосновения одного материала к другому. Например, стена, к которой плотно прилегает железная поверхность будет остывать быстрее. Но это работает и в обратную сторону. Если между двумя деталями будет прослойка из воздуха или газа, то передача энергии уменьшится.

Это применяется при изготовлении окон из стекла или пластиковых аналогов. Также некоторые строители оставляют воздушную прослойку между двумя параллельными стенами или полом и фундаментом.
 

Стены с воздушной прослойкойИсточник проекты-домов-ростов.рф

Выгоден ли биметаллический радиатор и насколько?

Чтобы подтвердить высокие показатели теплоотдачи, часто приводят данные с таблиц.

Материал, из которого изготовлен радиатор отопления	Показатели теплоотдачи (Вт/м*К)
Чугун	53
Сталь	66
Алюминий	230
Биметалл	380

Такие сведения, которые выгодно отличаются на фоне «собратьев» часто используют и для рекламы в роли достоверных данных о теплоотдаче различных систем водяного отопления. Хотя о том, что теплоотдача биметаллических радиаторов выше, чем у аналогов, хорошо известно всем и без данных из справочника, но неужели разница и правда может быть до 40%?

От чего зависит фактор теплоотдачи

• Тепловой напор радиатора играет следующую роль – выше больше разница между температурой воздуха и средних данных температуры поверхности, тем сильнее тепловой потом, который передается в воздух помещения.
• Теплопроводность материала, из которого выполнен радиатор – чем выше показатель теплопроводности, тем меньше будет разница между наружной стенкой радиатора и температурой носителя.
• Размеры обогревательной системы и количество секций.
• Давление и температура теплоносителя.

Тепловой напор — это первый критерий, который рассчитывают как разность полусумм и температуры воздуха в помещении. Есть даже определенный поправочный коэффициент, который помогает уточнить теплоотдачу радиатора при расчете мощности системы для комнаты.

По таблице поправочных коэффициентов можно сделать вывод, что те данные о теплоотдаче биметаллического радиатора будут соответствовать реальности только при первом часе работы системы отопления, так как такие данные возможны только при перепаде температур в холодном помещении. Обычно теплоносители редко нагреваются выше, чем 85 градусов, а значит, максимальная отдача тепла доступна при комнатных 15 градусах.

Теплопроводность материала стенки радиатора — это второй критерий, при котором радиатор, сделанный из биметалла, сильно проигрывает конструкции из алюминия. Приведенное на схеме устройство секции отопления из биметалла ясно показывает, что стенки состоит из алюминия и стали. Даже если толщина стенки будет одинаковой в аналогичных условиях, биметаллический корпус не сможет быть лучше по теплоотдаче, чем алюминиевая система отопления.

Обычно размеры этих двух отопительных систем совпадают и рассчитаны на установку под подоконником. Отметим, что конструкция из алюминия и биметалла занимает больше по площади места, чем стальные или чугунные модели. По этой причине теплоотдача может быть сильнее, чем при стандартом расчете на основании одних лишь свойств металлов – теплоемкости и теплопроводности. Теперь осталось разобраться с давлением и температурой теплоносителя.

Идеальные условия использования биметаллических радиаторов

Во многом устройство и схема алюминиевой биметаллической системы похожи. Внутри секции есть основной канала, по которому и будет двигаться разогретый теплоноситель. Размеры и форма канала будут соответствовать сечению подводящей трубы, а это значит, что жидкость не будет подвержена дополнительным завихрениям и не будет локальных мест перегрева.

Из табличных данных, на которые мы уже опирались выше, становится ясно, что эти два типа радиаторных конструкций проектируют при расчете на высокое давление и высокую температуру теплоносителя. В этом случае все преимущества очевидны. Для начала, разность температур увеличивается, и вместо обычных 70 градусов разницы может быть уже и 100. К примеру, на входе в систему отопления давление и температура теплоносителя равны 18 бар и 110 градусов, а для паровых систем и все 120 градусов. Значит, имеем поправочный коэффициент эффективности теплоотдачи 1,2 , что равно 20%.

Хотя все производители дают одинаковый срок службы и гарантии для двух типов теплообменников, на самом деле работать на протяжении длительного времени может только биметалл. При наличии различных присадок горячая вода все равно будет действовать разрушительно для алюминия. Другое ли дело легирующая сталь с добавками в виде никеля и марганца, срок службы которой может быть равен и 15 лет.

Основные виды утеплителей, применяемые для снижения теплопотерь

Для проведения теплоизоляционных мероприятий любых видов применяются следующие разновидности изоляторов:

• пенополистирол экструзивного получения (XPS), относится к производным полистирола (представлен различными выпускающими предприятиями, имеет множество брендов);
• пенопласт, его производство тоже подразумевает обработку полистирола, но по другой технологии (имеет достаточное количество производителей, разбивка по брендам не четкое, позиционируется, как «пенопласт»).
• минеральная или базальтовая вата, коренным образом отличается от полистирольной продукции и выступает основным конкурентом вспененных полистиролов (представлена на рынке изолирующих товаров большим числом производителей).

Число производственных компаний, как отечественных, так и иностранных, измеряется десятками. При выборе продукции требуется опираться на физические свойства каждого, отдельно взятого товара.

Особенности теплопроводности готового строения

Планируя проект будущего дома, нужно обязательно учесть возможные потери тепловой энергии. Большая часть тепла уходит через двери, окна, стены, крышу и полы.

В многоквартирных домах потери тепла будут отличаться по сравнению с частным строением

Если не выполнять расчеты по теплосбережению дома, то в помещении будет прохладно. Рекомендуется постройки из кирпича, бетона и камня дополнительно утеплять.

Утепление построек из бетона или камня повышает комфортные условия внутри здания

Разновидности утепления конструкций

Теплое здание получится при оптимальном сочетании конструкции из прочных материалов и качественного теплоизолирующего слоя. К подобным сооружениям можно отнести следующие:

Монтажные работы по утеплению каркасного сооружения требуют использования дополнительных конструктивных элементов

Особенности монтажа теплоизолирующего материала с внутренней стороны

Перенос тепла на молекулярном уровне

Когда материя нагревается, увеличивается средняя кинетическая энергия составляющих ее частиц, то есть увеличивается уровень беспорядка, атомы и молекулы начинают более интенсивно и с большей амплитудой колебаться около своих равновесных положений в материале. Перенос тепла, который на макроскопическом уровне можно описать законом Фурье, на молекулярном уровне представляет собой обмен кинетической энергией между частицами (атомами и молекулами) вещества, без переноса последнего.

Это объяснение механизма теплопроводности на молекулярном уровне отличает его от механизма термической конвекции, при котором имеет место перенос тепла за счет переноса вещества. Все твердые тела обладают способностью к теплопроводности, в то время как тепловая конвекция возможна только в жидкостях и газах. Действительно, твердые вещества переносят тепло в основном за счет теплопроводности, а жидкости и газы, если есть температурные градиенты в них, переносят тепло в основном за счет процессов конвекции.

Характеристики тепловой и электрической проводимости чугуна

Величина теплопроводности (Л кал/см*сек*град) и связанные с ней коэффициенты температуропроводности (а = Л/ус см2/сек) и тепловой активности (b = VЛус кал/см2*сек*град) влияют на условия кристаллизации, определяют в некоторой мере получающиеся в отливках усадочные раковины и напряжения, а также те предельные скорости нагрева и охлаждения, которые допустимы для отливки той или иной конфигурации. Эти тепловые свойства играют большую роль для таких отливок, как отопительные трубы, изложницы, детали холодильных установок и двигателей внутреннего сгорания и т. д., так как определяют равномерность распределения температуры в отливках и интенсивность отвода тепла от них.

Электропроводность (у = 1/р мком-1*см-1) или обратное ей электросопротивление (р мком*см) имеют значение для таких отливок, как реостаты и электронагревательные элементы. Кроме того, величина электросопротивления, будучи связана с потерями на токи Фуко обратно пропорциональной зависимостью, имеет значение для отливок, работающих в переменном магнитном поле.

В противоположность теплоемкости и тепловому расширению, электропроводность и теплопроводность определяются главным образом не кинетической и потенциальной энергией ион-атомов, а движением свободных обобщенных электронов. С увеличением температуры и амплитуды колебаний ион-атомов сопротивление движению свободных электронов повышается. Поэтому показатели проводимости чугуна, в противоположность тепловому расширению и теплоемкости, понижаются с повышением температуры:

Однако это правило следует рассматривать как граничное, применимое только для чистых металлов и высоких температур. Тем более, следовательно, оно неприменимо для чугуна с характерными для него сложной структурой и процессом графитизации. Действительно, число Лоренца составляется для белого чугуна около 0,7*10в-2, для серого чугуна с мелким графитом — 0,8*10в-2 и для серого чугуна с крупным графитом — 2,5*10в-2. Графитизация, таким образом, различно влияет на теплопроводность и электропроводность чугуна, что является основной причиной непостоянства отношения (III. 74). Несмотря на это, принципиальное влияние разных факторов на теплопроводность и электропроводность чугуна в большинстве случаев аналогично и изменения этих свойств следуют в общем одним закономерностям.

Проводимость чугуна в большей степени, чем какое-либо другое физическое свойство, зависит от структуры, ее дисперсности и мельчайших загрязнений, т. е. является структурно-чувствительным свойством. В этом отношении характеристики проводимости, определяющиеся пробегом свободных электронов, радикально отличны от теплоемкости и теплового расширения, обусловленных энергией колебания ион-атомов. Соответствующие средние значения проводимости основных структурных составляющих можно оценить следующим образом:

Еще резче проявляется отрицательное влияние кремния на белом чугуне вследствие полного отсутствия графитизирующего действия.

Подобно кремнию, влияние углерода также различно в разных чугунах. В противоположность серому чугуну, углерод в ковком и высокопрочном чугунах почти не оказывает влияния на теплопроводность, так как графит в этих чугунах малоэффективен. В белом же чугуне углерод, увеличивая количество цементита в структуре, понижает теплопроводность.

Сопоставление характеристик проводимости разных чугунов (обычных и специальных) приводится в табл. 36.

Из таблицы видно, что высоколегированные чугуны характеризуются более низкой проводимостью, чем обычные. В этом отношении особенно отличаются алюминиевые и хромовые чугуны, Однако некоторые из приведенных данных еще требуют проверки.

Что нужно знать о теплопроводности пенопласта

Способность материала к теплопередаче, проводить или задерживать тепловые потоки принято оценивать коэффициентом теплопроводности. Если посмотреть на его размерность – Вт/м∙С о , то становится понятным, что это величина удельная, то есть определенная для следующих условий:

• Отсутствие влаги на поверхности плиты, то есть коэффициент теплопроводности пенопласта из справочника — это величина, определенная в идеально сухих условиях, которых в природе практически не существует, разве что в пустыне или в Антарктиде;
• Значение коэффициента теплопроводности приведено к толщине пенопласта в 1 метр, что очень удобно для теории, но как-то не впечатляет для практических расчетов;
• Результаты измерения теплопроводности и теплопередачи выполнены для нормальных условий при температуре 20 о С.

Согласно упрощенной методике, при расчетах термического сопротивления слоя пенопластового утеплителя нужно умножить толщину материала на коэффициент теплопроводности, затем умножить или разделить на несколько коэффициентов, используемых для того, чтобы учесть реальные условия работы теплоизоляции. Например, сильное обводнение материала, или наличие мостиков холода, или способ монтажа на стены здания.

Насколько теплопроводность пенопласта отличается от других материалов, можно увидеть в приведенной ниже сравнительной таблице.

На самом деле не все так просто. Для определения значения теплопроводности можно составить своими руками или использовать готовую программу для расчета параметров утепления. Для небольшого объекта обычно так и поступают. Частник или самозастройщик может вообще не интересоваться теплопроводностью стен, а уложить утепление из пенопластового материала с запасом в 50 мм, что будет вполне достаточно для самых суровых зим.

Большие строительные компании, выполняющие утепление стен на площади десятков тысяч квадратов, предпочитают поступать более прагматично. Выполненный расчет толщины утепления используется для составления сметы, а реальные значения теплопроводности получают на натурном объекте. Для этого наклеивают на участок стены несколько различных по толщине листов пенопласта и измеряют реальное термосопротивление утеплителя. В результате удается рассчитать оптимальную толщину пенопласта с точностью до нескольких миллиметров, вместо приблизительных 100 мм утеплителя можно уложить точное значение 80 мм и сэкономить немалую сумму средств.

Насколько выгодно использование пенопласта в сравнении с типовыми материалами, можно оценить из приведенной ниже диаграммы.