Теплопроводность алюминия и керамики

Теплопроводность, теплоемкость, плотность керамики и огнеупоров

Теплопроводность и плотность керамики, огнеупоров

В таблице представлены значения плотности, пористости П, теплопроводности керамики и огнеупоров в зависимости от температуры. Свойства керамики и огнеупоров в таблице даны для температуры от 200 до 1600°С.

Содержание оксида алюминия Al2O3 в изделиях находится в пределах от 28 до более 90%; содержание оксида кремния SiO2 в керамике от 25 до более 97%; содержание оксида циркония ZrO2 от 50 до более 90%. Также в огнеупорах содержаться оксид магния и карбид кремния.

Плотность, пористость П и теплопроводность приведены для следующих материалов: огнеупор из кварцевого стекла, керамика, содержащая оксид алюминия Al2O3, SiO2, MgO, SiC, диоксид циркония ZrO2, изделия: динасовые, полукислые, шамотные, муллитокремнеземистые, муллитовые, муллитокорундовые, корундовые, периклазовые, форстеритовые, карбидкремниевые, бадделеитовые, цирконовые плавленые и поликристаллические.

Плотность керамики в таблице приведена при температуре 20°С. Наиболее плотной и тяжелой керамикой является бадделеитовая керамика на основе оксида циркония — ее плотность составляет от 5500 до 5800 кг/м 3 .

Теплоемкость керамики и огнеупоров

В таблице представлены значения удельной массовой теплоемкости керамики и огнеупоров в зависимости от температуры.
Теплоемкость огнеупоров в таблице дана в интервале температуры от 273 до 1773К (от 0 до 1500°С). Размерность теплоемкости кДж/(кг·град).

Теплоемкость приведена для следующих огнеупорных материалов: алундум, глинозем, карборунд, кирпич динасовый, магнезитовый, хромитовый, шамотный кирпич, силлиманит, уголь электродный, фарфор высоковольтный, низковольтный и установочный, циркон.

Теплоемкость шамота, динаса, корунда и магнезита

В таблице представлены значения удельной массовой теплоемкости этих огнеупоров в зависимости от температуры.
Теплоемкость шамота, динаса, корунда и магнезита в таблице дана в интервале температуры от 50 до 1500°С. Размерность удельной теплоемкости кДж/(кг·град).

Теплоемкость высокоогнеупорных материалов и керамики

В таблице даны значения удельной массовой теплоемкости высокоогнеупорных материалов в зависимости от температуры.
Теплоемкость огнеупорных материалов и керамики в таблице приведена в интервале температуры от 100 до 1400°С (размерность теплоемкости кДж/(кг·град)).

Теплоемкость указана для следующих огнеупоров и керамических материалов: корунд (искусственный), глинозем, муллит, кианит (борисовский), андалузит (Семиз-Бугу), силлиманит, муллитовые изделия, магнезитовые изделия 88% MgO, спекшийся магнезит, серпентин, шпинель, известь (плавленая), окись циркония ZrO2, циркон (ильменский), хромитовые изделия, хромит (халиловский), карборунд (кристаллический), карборундовые изделия типа карбофракс SiC, графит С.

  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. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
  3. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.

Керамические теплопроводящие изоляционные подложки

Теплопроводящие керамические подложки — лучшее на сегодняшний день решение для электроизоляции и отвода тепла от электронных компонентов, которое подходит как для любительских, так и для промышленных применений.

Данные подложки на основе оксида алюминия (Al2O3) многократно превосходят эластичные листовые материалы типа КПТД и слюду по теплопроводности и электрической прочности, обеспечивая отличные условия эксплуатации приборов независимо от их мощности.

Для более требовательных и ответственных применений производятся подложки из нитрида алюминия (AlN), которые имеют выдающуюся теплопроводность, сопоставимую с этим показателем у дорогостоящего и токсичного оксида бериллия (BeO).

Для достижения максимального результата подложки могут быть изготовлены в металлизированном исполнении под пайку. Покрытие из толстой медной фольги быстро распределяет тепло по всей поверхности подложки, еще более усиливая эффект отсутствия зазоров и лишних слоев в паяном соединении. Таким образом обеспечивается абсолютно беспрепятственный отвод тепла и повышается механическая стабильность.

Преимущества

  • лучшая чистота обработки поверхности (10-й класс) и плоскостность, чем у аналогичных штампованных керамических подложек;
  • широкий диапазон выбора толщин: от 0.25мм для максимального отвода тепла (сломать можно, раздавить нельзя — выдерживают любой разумный прижим) до 2мм для уменьшения паразитной емкости (например, в импульсных устройствах) при достаточно высоком уровне теплопередачи;
  • электрическая прочность не менее 16 кВ/мм для AlN и до 25 кВ/мм для Al2O3, что почти в два раза превышает этот показатель у ряда других керамических прокладок, представленных на рынке.

Физические характеристики

Характеристика/Материал Al2O3 AlN
Теплопроводность, Вт/(м·К) 25 180
Напряжение пробоя, кВ/мм 25 17
Прочность на изгиб, МПа 450 350
Модуль эластичности, ГПа 340 320
Влагопоглощение, %

Стандартные размеры

Тип корпуса Габарит, мм Диаметр отверстий, мм
ТО-126 10х13 3.1
ТО-220 12х18 3.2
ТО-247 18х23 3.6
ТО-264 21х26 3.6
ТО-3 27х41 2 х d4.8 + 2 x d3.6

Примечание: В таблице указаны размеры прокладок под наиболее распространенные типы корпусов.

Сравнение метериалов на примере прокладок под корпус ТО-247 (23х18 мм)

Материал прокладки Типовая толщина
прокладки, мм
Расчетное тепловое
сопротивление, K/W
Улучшение
эффективности, раз
Слюда 0.05 0.173 1.4
Силиконовая прокладка, КПТД 0.2 0.242 1
Оксид бериллия (BeO) 1 0.011 23
Оксид бериллия (BeO) 2 0.021 12
Оксид алюминия (Al2O3) 0.25 0.024 10
Оксид алюминия (Al2O3) 0.38 0.037 7
Оксид алюминия (Al2O3) 0.63 0.061 4
Оксид алюминия (Al2O3) 1 0.097 3
Нитрид алюминия (AlN) 0.25 0.003 72
Нитрид алюминия (AlN) 0.5 0.007 36
Нитрид алюминия (AlN) 1 0.013 18
Нитрид алюминия (AlN) 2 0.027 9

Примечание: в таблице указаны самые популярные толщины выпускаемых подложек Al2O3 и AlN.

Теплопроводность металлов

Все изделия, используемые человеком, способны передавать и сохранять температуру прикасаемого к ним предмета или окружающей среды. Способность отдачи тепла одного тела другому зависит от вида материала, через который проходит процесс. Свойства металлов позволяют передавать тепло от одного предмета другому, с определенными изменениями, в зависимости от структуры и размера металлической конструкции. Теплопроводность металлов — один из параметров, определяющих их эксплуатационные возможности.

Что такое теплопроводность и для чего нужна

Процесс переноса энергии атомов и молекул от горячих предметов к изделиям с холодной температурой, осуществляется при хаотическом перемещении движущихся частиц. Такой обмен тепла зависит от агрегатного состояния металла, через который проходит передача. В зависимости от химического состава материала, теплопроводность будет иметь различные характеристики. Данный процесс называют теплопроводностью, он заключается в передаче атомами и молекулами кинетической энергии, определяющей нагрев металлического изделия при взаимодействии этих частиц, или передается от более теплой части – к той, которая меньше нагрета.

Способность передавать или сохранять тепловую энергию, позволяет использовать свойства металлов для достижения необходимых технических целей в работе различных узлов и агрегатов оборудования, используемого в народном хозяйстве. Примером такого применения может быть паяльник, нагревающийся в средней части и передающий тепло на край рабочего стержня, которым выполняют пайку необходимых элементов. Зная свойства теплопроводности, металлы применяют во всех отраслях промышленности, используя необходимый параметр по назначению.

Понятие термического сопротивления и коэффициента теплопроводности

Если теплопроводность характеризует способность металлов передавать температуру тел от одной поверхности к иной, то термическое сопротивление показывает обратную зависимость, т.е. возможность металлов препятствовать такой передаче, иначе выражаясь, – сопротивляться. Высоким термическим сопротивлением обладает воздух. Именно он, больше всего, препятствует передаче тепла между телами.

Читайте также  Домашняя плавильня для алюминия

Количественную характеристику изменения температуры единицы площади за единицу времени на один градус (К), называют коэффициентом теплопроводности. Международной системой единиц принято измерять этот параметр в Вт/м*град. Эта характеристика очень важна при выборе металлических изделий, которые должны передавать тепло от одного тела к другому.

Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °С

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.

Методы измерения

Для измерения теплопроводности металлов используют два метода: стационарный и нестационарный. Первый характеризуется достижением постоянной величины изменившейся температуры на контролируемой поверхности, а второй – при частичном изменении таковой.

Стационарное измерение проводится опытным путем, требует большого количества времени, а также применения исследуемого металла в виде заготовок правильной формы, с плоскими поверхностями. Образец располагают между нагретой и охлажденной поверхностью, а после прикосновения плоскостей, измеряют время, за которое заготовка может увеличить температуру прохладной опоры на один градус по Кельвину. Когда рассчитывают теплопроводность, обязательно учитывают размеры исследуемого образца.

Нестационарную методику исследований используют в редких случаях из-за того, что результат, зачастую, бывает необъективным. В наши дни никто, кроме ученых, не занимается измерением коэффициента, все используют, давно выведенные опытным путем, значения для различных материалов. Это обусловлено постоянством данного параметра при сохранении химического состава изделия.

Теплопроводность стали, меди, алюминия, никеля и их сплавов

Обычное железо и цветные металлы имеют разное строение молекул и атомов. Это позволяет им отличаться друг от друга не только механическими, но и свойствами теплопроводности, что, в свою очередь, влияет на применение тех или иных металлов в различных отраслях хозяйства.

Сталь имеет коэффициент теплопроводности, при температуре окружающей среды 0 град. (С), равный 63, а при увеличении градуса до 600, он снижается до 21 Вт/м*град. Алюминий, в таких же условиях, наоборот – увеличит значение от 202 до 422 Вт/м*град. Сплавы из алюминия, будут также повышать теплопроводность, по мере увеличения температуры. Только величина коэффициента будет на порядок ниже, в зависимости от количества примесей, и колебаться в пределах от 100 до 180 единиц.

Медь, при изменении температуры в тех же пределах, будет уменьшать теплопроводность от 393 до 354 Вт/м*град. При этом, медь содержащие сплавы латуни будут иметь такие же свойства, как и алюминиевые, а значение теплопроводности будет изменяться от 100 до 200 единиц, в зависимости от количества цинка и других примесей в составе сплава латуни.

Коэффициент теплопроводности чистого никеля считается низким, он будет менять свое значение от 67 до 57 Вт/м*град. Сплавы с содержанием никеля, будут также иметь коэффициент с пониженным значением, который, благодаря содержанию железа и цинка, колеблется от 20 до 50 Вт/м*град. А наличие хрома, позволит понизить теплопроводность в металлах до 12 единиц, с небольшим увеличением этой величины, при нагреве.

Применение

Агрегатное состояние материалов имеет отличительную структуру строения молекул и атомов. Именно это оказывает большое влияние на металлические изделия и их свойства, в зависимости от назначения.

Отличающийся химический состав узлов и деталей из железа, позволяет обладать различной теплопроводностью. Это связано со структурой таких металлов как чугун, сталь, медь и алюминий. Пористость чугунных изделий способствует медленному нагреванию, а плотность медной структуры – наоборот, ускоряет процесс теплоотдачи. Эти свойства используют для быстрого отвода тепла или постепенного нагревания продукции инертного назначения. Примером использования свойств металлических изделий является:

  • кухонная посуда с различными свойствами;
  • оборудование для пайки труб;
  • утюги;
  • подшипники качения и скольжения;
  • сантехническое оборудование для подогрева воды;
  • приборы отопления.

Медные трубки широко используют в радиаторах автомобильных систем охлаждения и кондиционеров, применяемых в быту. Чугунные батареи сохраняют тепло в квартире, даже при непостоянной подаче теплоносителя требуемой температуры. А радиаторы из алюминия, способствуют быстрой передаче тепла отапливаемому помещению.

При возникновении высокой температуры, в результате трения металлических поверхностей, также важно учитывать теплопроводность изделия. В любом редукторе или другом механическом оборудовании, способность отводить тепло, позволит деталям механизма сохранить прочность и не быть подвергнутыми разрушению, в процессе эксплуатации. Знание свойств теплопередачи различных материалов, позволит грамотно применить те или иные сплавы из цветных или черных металлов.

Оценка эффективности теплоотводов для микросхем на примере Orange Pi Zero

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbspНачиная с недавнего времени, в интернет-магазинах стали появляться керамические радиаторы, которые, по заявлению продавца, эффективнее на 800% (!) чем алюминиевые или медные. Конечно, цифры очень сомнительные, но я решил заказать и проверить, сравнив их с другими теплоотводами.


&nbsp&nbsp&nbsp&nbspВ сравнении участвовали: неприкрытый корпус микросхемы, алюминиевый радиатор 14мм Х 14мм Х 6мм; 618р за 50 штук, медный радиатор 13мм Х 12мм Х 4мм; 285р за 8 штук, и модный керамический 15мм Х 15мм Х 5мм; 110р за 10 штук.
&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp«Измерения» проводились на плате Orange Pi Zero, в качестве ОС был установлен armbian с mainline-ядром. Нагрузка на процессор создавалась командой stress, а мониторинг осуществлялся утилитой armbianmonitor. Частота процессорных ядер в простое составляет 480 МГц, под нагрузкой — 1100МГц с постепенным снижением при тротлинге. Есть информация, что на некоторых ревизиях плат Orange Pi Zero, датчик температуры передает завышенные значения. В данном случае это не важно, так как сравнивается эффективность теплоотводов в одинаковых(примерно) условиях. Каждый замер динамики температуры производился 5 раз с последующим усреднением результата. Оценка эффективности проводилась как для режима пассивного охлаждения, так и при обдувании вентилятором. Вентилятор 40мм на 5 вольт был закреплен на расстоянии 15см от микросхемы SoC.
Результаты:


&nbsp&nbsp&nbsp&nbspНа графиках также представлены усредненные уровни тротлинга. Время на графиках отображено в условных единицах, 1 у.е. соответствует доллару США 8-9 секундам, такой интервал выдается утилитой armbianmonitor вместо 5 секунд при 100% загрузке всех четырех ядер процессора. Опять же, мы тут не бозон Хиггса ловим, абсолютные значения не особо важны.
&nbsp&nbsp&nbsp&nbspКроме теплопроводности и «теплоотдачи», важным фактором является термоинтерфейс между корпусом микросхемы и радиатором. Все рассмотренные теплоотводы идут с теплопроводящей клеящейся пленкой. Такой термоинтерфейс требует строгой параллельности поверхностей радиатора и корпуса микросхемы, так как не является пластичным в достаточной степени. Если снять эту пленку с металлических радиаторов, то можно увидеть, что поверхность не обработана и ее кривизна видна невооруженным взглядом. С керамическим радиатором немного получше, он вылеплен с плоской поверхностью, но его термоинтерфейс выполнен на основе стеклоткани.

Поэтому были проведены измерения с использование «компьютерной» термопасты:


Вывод: Конкретно в моем случае, наличие активного охлаждения и качество термоинтерфейса, влияют на эффективность отвода тепла в гораздо большей степени, чем материал изготовления радиатора. В случае пассивного охлаждения, радиаторы есть смысл использовать только с термопастой или теплопроводящем клеем, но даже так, тротлинга избежать не удается. С родным термоинтерфейсом, эффективность радиатора не сильно лучше голого корпуса. Возможно, дело в том, что сам корпус выполнен из пластика (компаунда), и не предназначен для установки на него теплоотвода.
&nbsp&nbsp&nbsp&nbspКерамический радиатор, в моих условиях, особо не отличается от алюминиевого или медного, ни о каких 800% и речи не идет, единственные его преимущества — диэлектрический материал и плоская контактная поверхность. Также заметил, что керамика радиатора очень хорошо вытягивает «влагу» из термопасты, она была почти полностью высушена под ним.

  • радиатор,
  • температура
  • +5
  • 25 мая 2019, 17:59
  • Jarik65535
Читайте также  Резка нержавейки лазером

Комментарии ( 10 )

  • anakost
  • 25 мая 2019, 19:47
  • DIHALT
  • 25 мая 2019, 21:06
  • Vga
  • 26 мая 2019, 00:20

Кроме теплопроводности и «теплоотдачи»

проведены измерения с использование «компьютерной» термопасты

  • Technicum505SU
  • 25 мая 2019, 23:13

наверное правильнее было бы выразиться теплопередачи

В компьютерной технике используют различные термопасты, хотелось бы знать какая именно применялась

Какая теплопроводность у пластика?

Теплопроводность стандартных пластмасс колеблется в районе 0,1-0,3 Вт/м K, т. е. они являются не проводниками тепла, а типичными теплоизоляторами.

Что лучше сохраняет тепло пластик или стекло?

Стекло держит температуру гораздо дольше пластика или металла. Пластиковая. Эта колба немного крепче стеклянной, но также может разбиться от сильного удара или при падении. … Пластик гораздо хуже держит тепло.

Какая теплопроводность у железа?

Коэффициенты теплопроводности различных веществ

Материал Теплопроводность, Вт/(м·K)
Хром 107
Железо 92
Платина 70
Олово 67

Какой теплопроводностью обладает фарфор?

Например, теплопроводность кварцевого стекла при комнатной температуре составляет величину 1,36 Вт/(м·град); теплопроводность хрусталя находится в пределах 0,88-0,91 Вт/(м·град); теплопроводность фарфора имеет величину 1,68 Вт/(м·град).

Какая теплопроводность у керамики?

Керамика Алюмооксидная Al2O3

оксида алюминия ≥96%
Плотность, г/см3 ≥3,72
Прочность на изгиб (20°C), МПа ≥300
Теплопроводность (20°C), Вт/м∙°K 20
Коэффициент теплового расширения (25-1000°C), 1×10-6/°C 8,2

Сколько по времени держит тепло Термокружка?

Сколько термокружка держит тепло

Считается, что такая посуда должна сохранять напиток горячим не менее часа. Как правило, эффективность прямо зависит от конструкции и материалов. Если крышка закрывается герметично, в пластиковой посуде напиток с температурой 90° охлаждается до 70° примерно за 40-60 минут.

Что лучше держит тепло стекло или металл?

Стекло хорошо держит тепло и не вступает во взаимодействие с другими веществами. Поэтому после использования прибора для хранения разных продуктов, они не перенимают друг от друга запахи. Но все же стеклянные колбы требуют более бережного отношения, чем металлические собратья.

Какой материал обладает высокой теплопроводностью?

Материалом с наивысшей теплопроводностью является вовсе не какой-нибудь металл (серебро или медь), как думают многие. Самую высокую теплопроводность имеет материал, который похож на стекло – алмаз. Его теплопроводность почти в 6 раз больше, чем у серебра или меди.

Какой самый теплопроводный материал?

Теплопроводность металлов в зависимости от температуры

Например, из приведенных в таблице металлов, наибольшей теплопроводностью обладает такой металл, как серебро Ag — его коэффициент теплопроводности равен 392 Вт/(м·град) при 100°С и это самый теплопроводный металл.

Чему равна удельная теплоемкость железа?

Удельная теплоемкость железа, как и любого другого элемента, определяется его структурой и изменяется в зависимости от температуры; среднее значение теплоемкости железа при 0-1000°С равно 640,57 Дж/(кг·К) или 0,153 кал/(г·град).

Какая теплоотдача у стекла?

Теплопроводность стекла составляет 1 Вт/(мK). Оно не является теплоизоляционным материалом. Теплоизоляционным считается материал с коэффициентом теплопроводности менее 0,065 Вт/(мK).

Какую теплопроводность имеет древесина?

Теплопроводность древесины и других строительных материалов

Теплопроводность древесины (при -30/+40°C):
Древесина λ, в 10 -3 Вт/(мК) = в мВт/(мК)
Сосна (поперек волокон) 150
Сосна (вдоль волокон) 400
Тополь 170

Какая плотность у фарфора?

Плотность фарфора 2300 кг/м3. Выразите её в г/см3.

Какая теплопроводность алюминия?

Теплопроводность и плотность алюминия

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.

Какая плотность у керамики?

Плотность керамики в таблице приведена при температуре 20°С. Наиболее плотной и тяжелой керамикой является бадделеитовая керамика на основе оксида циркония — ее плотность составляет от 5500 до 5800 кг/м3.

Теплопроводность цветных металлов, теплоемкость и плотность сплавов

Теплопроводность цветных металлов и технических сплавов

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.

По данным таблицы видно, что высокую теплопроводность (при комнатной температуре) имеют магниевые сплавы и никель. Низкая же теплопроводность свойственна нихрому, инвару и сплаву Вуда.

Теплопроводность и плотность алюминия

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/м 3 , а при нагревании этого металла до температуры плавления (660°С), его плотность становится равной 2368 кг/м 3 . Снижение плотности алюминия с ростом температуры обусловлено его расширением при нагревании.

В таблице приведены следующие теплофизические свойства алюминия:

  • плотность алюминия, г/см 3 ;
  • удельная (массовая) теплоемкость, Дж/(кг·град);
  • коэффициент температуропроводности, м 2 /с;
  • теплопроводность алюминия, Вт/(м·град);
  • удельное электрическое сопротивление, Ом·м;
  • функция Лоренца.

Коэффициенты теплопроводности алюминиевых, медных и никелевых сплавов

Теплопроводность металлов, алюминиевых, медных и никелевых сплавов в таблице дана в интервале температуры от 0 до 600°С в размерности Вт/(м·град). Металлы и сплавы: алюминий, алюминиевые сплавы, дюралюминий, латунь, медь, монель, нейзильбер, нихром, нихром железистый, сталь мягкая. Алюминиевые сплавы имеют большую теплопроводность, чем латунь и сплавы никеля.

Что такое теплопроводность

Данный термин означает способность различных материалов к обмену энергией, которая в этом случае представлена теплом. При этом передача энергии проходит от более нагретой части к холодной и происходит за счет:

  1. Молекул.
  2. Атомов.
  3. Электронов и других частиц структуры металла.

Теплопроводность нержавеющей стали будет существенно отличаться от аналогичного показателя другого металла — например, коэффициент теплопроводности меди будет иным, нежели у стали.

Для обозначения этого показателя используется специальная величина, именуемая коэффициентом теплопроводности. Она характеризуется количеством теплоты, которое может пройти через материал за определенную единицу времени.

Читайте также  Переход с металлической трубы на ПНД

Показатели для стали

Теплопроводность может существенно отличаться в зависимости от химического состава металла. Коэффициент данной величины у стали и меди будет разным. Кроме этого, при повышении или уменьшении концентрации углерода изменяется и рассматриваемый показатель.

Существуют и другие особенности теплопроводности:

  1. Для стали, которая не имеет примесей, значение составляет 70 Вт/(м* К).
  2. У углеродистых и высоколегированных сталей проводимость намного ниже. За счет увеличения концентрации примесей она существенно снижается.
  3. Само термическое воздействие также может оказывать воздействие на структуру металла. Как правило, после нагрева структура меняет значение проводимости, что связано с изменением кристаллической решетки.

Коэффициент теплопроводности алюминия значительно выше, что связано с более низкой плотностью этого материала. Теплопроводность латуни также отличается от соответствующего показателя стали.

Коэффициенты теплопроводности сплавов

В таблице даны значения теплопроводности сплавов в интервале температуры от 20 до 200ºС. Сплавы: алюминиевая бронза, бронза, бронза фосфористая, инвар, константан, манганин, магниевые сплавы, медные сплавы, сплав Розе, сплав Вуда, никелевые сплавы, никелевое серебро, платиноиридий, сплав электрон, платинородий.

Какие факторы влияют на показатель?

Чтобы понять, как повысить или понизить показатель разных видов металла, нужно знать какие факторы влияют на этот параметр:

  • размеры изделия, площадь поверхности;
  • форму заготовки;
  • химический состав;
  • пористость материала;
  • вид материала;
  • изменение температуры воздействия.

Также внимание нужно уделить строению кристаллической решетки.


Металлические листы (Фото: Instagram / metall61_armatura_dostavka)

Удельная теплоемкость цветных сплавов

В таблице приведены величины удельной (массовой) теплоемкости двухкомпонентных и многокомпонентных цветных сплавов, не содержащих железа, при температуре от 123 до 1000К. Теплоемкость указана в размерности кДж/(кг·град). Дана теплоемкость следующих сплавов: сплавы, содержащие алюминий, медь, магний, ванадий, цинк, висмут, золото, свинец, олово, кадмий, никель, иридий, платина, калий, натрий, марганец, титан, сплав висмут — свинец — олово, сплав висмут-свинец, висмут — свинец — кадмий, алюмель, сплав липовица, нихром, сплав розе.

Также существует отдельная таблица, где представлена удельная теплоемкость металлов при различных температурах.

Удельная теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов

Удельная (массовая) теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов приведена в таблице при температуре от 0 до 1300ºС. Размерность теплоемкости кал/(г·град). Теплоемкость специальных сплавов: алюмель, белл-металл, сплав Вуда, инвар, липовица сплав, манганин, монель, сплав Розе, фосфористая бронза, хромель, сплав Na-K, сплав Pb — Bi, Pb — Bi — Sn, Zn — Sn — Ni — Fe — Mn.

Плотность сплавов

Представлена таблица значений плотности сплавов при комнатной температуре. Приведены следующие сплавы: бронза, оловянистая, фосфористая, дюралюминий, инвар, константан, латунь, магналиум, манганин, монель — металл, платино — иридиевый сплав, сплав Вуда, сталь катаная, литая.

ПРИМЕЧАНИЕ: Будьте внимательны! Плотность сплавов в таблице указана в степени 10-3. Не забудьте умножить на 1000! Например, плотность катанной стали изменяется в пределах от 7850 до 8000 кг/м3.

  1. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи.
  2. 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.
  3. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
  4. Шелудяк Ю. Е., Кашпоров Л. Я. и др. Теплофизические свойства компонентов горючих систем. М.: 1992. — 184 с.
  5. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.

Основные характеристики современных отопительных радиаторов

Рынок теплового оборудования изобилует современными моделями, отличающимися форматом и теплоотдачей, которые выпускаются из разного металла:

  • алюминий;
  • медь (труба для теплоносителя) и алюминий (внешний кожух);
  • сталь и алюминий;
  • сталь;
  • чугун.

Чугунные батареи считаются «классикой» обогревательных приборов. Тяжелые громоздкие «гармошки» всем известны со времен советской эпохи. Они постепенно вытесняются новыми моделями в стиле ретро из того же чугуна. Покупатели все чаще отдают предпочтение более современным биметаллическим радиаторам.

Хотя чугун долго разогревается, такие батареи пользуются популярностью и завидным спросом потребителей. Новые модели чугунного радиатора типа МС 140 надежные, дешевые, стойкие к перепадам давления в системе, при условии надежного сочленения с трубами при монтаже. При отключении чугунные «гармошки» долго держат тепло, хотя прогреваются дольше других разновидностей. У новых разработок улучшенный дизайн, часто есть ножки для напольного монтажа. Сравнение тепловой инертности (темпов прогревания) и общих показателей представлено в таблице 1.

Таблица 1.

Параметры / металл Чугун Сталь панельные Сталь трубчатые Биметалл Алюминий
Формат Секции Цельные Цельные Секции Секции
Тепловая инертность Высокая Низкая Низкая Низкая Низкая
Стойкость к коррозии Высокая Средняя Средняя Средняя Средняя

Изделия из алюминия со стальной трубкой под теплоноситель – рекордсмены по КПД. На сегодня 1 секция биметаллического радиатора намного быстрее прогревается и отдает больше тепла в атмосферу помещения, чем изделиях из других материалов. При предельной температуре наполнителя слышен характерный треск, поскольку у алюминия и стали разная теплопроводность и степень расширения при нагревании.

Биметаллические радиаторы могут состоять из меди и алюминия с покрытием и без

Также есть батареи на основе медной трубки в алюминиевом кожухе – это самые дорогие биметаллические блоки. У них самые лучшие характеристики, высокая тепловая отдача и наиболее продолжительный срок эксплуатации. Недостатки – высокая стоимость и сложности в монтаже (лучше его доверить профессионалам).

Полезный совет! Оценивая эффективность разных моделей из одного металла, учитывают толщину стенки секции или трубки. Эти параметры должны быть указаны в описании к модели.

Радиаторы отопления из алюминия легче и дешевле, хотя немного уступают биметаллу по основным параметрам, включая мощность секции на1 квадратный метр. Трубчатые модели отличаются приятным дизайном, их легко перекрашивать под цвет помещения. Основной недостаток – вероятность деформации и протечки в мечтах сочленения при гидроударах и предельном давлении. По этой причине специалисты рекомендуют приобретать их для отопления частного сектора.

Стальной корпус отлично противостоит перепадам температур, меньше загрязняется, имея гладкую оцинкованную внутреннюю поверхность. Относительно небольшая цена, высокие темпы разогрева и хороший КПД – определяющие показатели, объясняющие их популярность. Однако со временем внутренний защитный слой разрушается под воздействием абразивных частиц теплоносителя.