Rich--house.ru

Строительный журнал Rich—house.ru
7 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Плотность золота, его теплоемкость и теплопроводность

Физические и химические свойства металлов. Цвет, плотность металла, температура плавления, теплопроводность, тепловое расширение, теплоемкость, электропро-водность. Магнитные свойства.

. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАФизические свойства. К физическим свойствам металлов относят цвет, плотность, температуру плавления, теплопроводность, тепловое расширение, теплоемкость, электропроводность, магнитные свойства и др.Цветом называют способность металлов отражать световое излучение с определенной длиной волны. Например, медь имеет розово-красный цвет, алюминий — серебристо-белый.Плотность металла характеризуется его массой, заключенной в единице объема. По плотности все металлы делят на легкие (менее 4500 кг/м3) и тяжелые. Плотность имеет большое значение при создании различных изделий. Например, в самолето- и ракетостроении стремятся использовать более легкие металлы и сплавы (алюминиевые, магниевые, титановые), что способствует снижению массы изделий.
Температурой плавления называют температуру, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. По температуре плавления различают тугоплавкие металлы (вольфрам 3416°С, тантал 2950°С, титан 1725°С, и др.) и легкоплавкие (олово 232°С, свинец 327°С, цинк 419,5°С, алюминий 660°С). Температура плавления имеет большое значение при выборе металлов для изготовления литых изделий, сварных и паяных соединений, термоэлектрических приборов и других изделий. В единицах СИ температуру плавления выражают в градусах Кельвина (К).Теплопроводностью называют способность металлов передавать тепло от более нагретых к менее нагретым участкам тела. Серебро, медь, алюминии обладают большой теплопроводностью. Железо имеет теплопроводность примерно в три раза меньше, чем алюминий, и в пять раз меньше, чем медь. Теплопроводность имеет большое значение при выборе материала для деталей. Например, если металл плохо проводит тепло, то при нагреве и быстром охлаждении (термическая обработка, сварка) в нем образуются трещины. Некоторые детали машин (поршни двигателей, лопатки турбин) должны быть изготовлены из материалов с хорошей теплопроводностью. В единицах СИ теплопроводность имеет размерность Вт/(м∙К).Тепловым расширением называют способность металлов увеличиваться в размерах при нагревании и уменьшаться при охлаждении. Тепловое расширение характеризуется коэффициентом линейного расширения α=(l2-l1)/[l1(t2-t1)], где l1 и l2длины тела при температурах t1 и t2. Коэффициент объемного расширения равен 3α. Тепловые расширения должны учитываться при сварке, ковке и горячей объемной штамповке, изготовлении литейных форм, штампов, прокатных валков, калибров, выполнении точных соединений и сборке приборов, при строительстве мостовых ферм, укладке железнодорожных рельс.
Теплоемкостью называют способность металла при нагревании поглощать определенное количество тепла. В единицах СИ имеет размерность Дж/К. Теплоемкость различных металлов сравнивают по величине удельной теплоемкости — количеству тепла, выраженному в больших калориях, которое требуется для повышения температуры 1 кг металла на 1°С (в единицах СИ — Дж/(кг∙К).Способность металлов проводить электрический ток оценивают двумя взаимно противоположными характеристиками -электропроводностью и электросопротивлением. Электрическая проводимость оценивается в системе СИ в сименсах (См), а удельная электропроводность — в Cм/м, аналогично электросопротивление выражают в омах (Ом), а удельное электросопротивление — в Ом/м. Хорошая электропроводность необходима, например, для токонесущих проводов (медь, алюминий). При изготовлении электронагревателей приборов и печей необходимы сплавы с высоким электросопротивлением (нихром, константан, манганин). С повышением температуры металла его электропроводность уменьшается, а с понижением — увеличивается.Магнитные свойства характеризуются абсолютной магнитной проницаемостью или магнитной постоянной, т. е. способностью металлов намагничиваться. В единицах СИ магнитная постоянная имеет размерность Гн/м. Высокими магнитными свойствами обладают железо, никель, кобальт и их сплавы, называемые ферромагнитными. Материалы с магнитными свойствами применяют в электротехнической аппаратуре и для изготовления магнитов.
Химические свойства. Химические свойства характеризуют способность металлов и сплавов сопротивляться окислению или вступать в соединение с различными веществами: кислородом воздуха, растворами кислот, щелочей и др. Чем легче металл вступает в соединение с другими элементами, тем быстрее он разрушается. Химическое разрушение металлов под действием на их поверхность внешней агрессивной среды называют коррозией.Металлы, стойкие к окислению при сильном нагреве, называют жаростойкими или окалиностойкими. Такие металлы применяют для изготовления деталей, которые эксплуатируются в зоне высоких температур.Сопротивление металлов коррозии, окалинообразованию и растворению определяют по изменению массы испытуемых образцов на единицу поверхности за единицу времени.Химические свойства металлов обязательно учитываются при изготовлении тех или иных изделий. Особенно это относится к изделиям или деталям, работающим в химически агрессивных средах.

Химические свойства.

Химические свойства. Химические свойства характеризуют способность металлов и сплавов сопротивляться окислению или вступать в соединение с различными веществами: кислородом воздуха, растворами кислот, щелочей и др. Чем легче металл вступает в соединение с другими элементами, тем быстрее он разрушается. Химическое разрушение металлов под действием на их поверхность внешней агрессивной среды называют коррозией.
Металлы, стойкие к окислению при сильном нагреве, называют жаростойкими или окалиностойкими. Такие металлы применяют для изготовления деталей, которые эксплуатируются в зоне высоких температур.
Сопротивление металлов коррозии, окалинообразованию и растворению определяют по изменению массы испытуемых образцов на единицу поверхности за единицу времени.
Химические свойства металлов обязательно учитываются при изготовлении тех или иных изделий. Особенно это относится к изделиям или деталям, работающим в химически агрессивных средах.

Физические свойства металлов

Тема: Физические свойства металлов

План лекции:

1. Плотность металлов.

2. Температура плавления металлов.

3. Удельная теплоемкость металлов

4. Скрытая теплота металлов

5. Коэффициент теплопроводности металлов при 20 o С

6. Коэффициент теплового расширения.

7. Цвета металлов

Плотность. Это – одна из важнейших характеристик металлов и сплавов. по плотности металлы делятся на следующие группы:

легкие (плотность не более 5 г/см 3 ) – магний, алюминий, титан и др.:

тяжелые – (плотность от 5 до 10 г/см 3 ) – железо, никель, медь, цинк, олово и др. (это наиболее обширная группа);

очень тяжелые (плотность более 10 г/см 3 ) – молибден, вольфрам, золото, свинец и др.

В таблице 2 приведен значения плотности металлов. (Это и последующие таблицы характеризуют свойства тех металлов, которые составляют основу сплавов для художественного литья).

Плотность г/см 3

Плотность г/см 3

Температура плавления. В зависимости от температуры плавления металл подразделяют на следующие группы:

легкоплавкие (температура плавления не превышает 600 o С) – цинк, олово, свинец, висмут и др.;

среднеплавкие (от 600 o С до 1600 o С) – к ним относятся почти половина металлов, в том числе магний, алюминий, железо, никель, медь, золото;

тугоплавкие ( более 1600 o С) – вольфрам, молибден, титан, хром и др.

Ртуть относится к жидкостям.

При изготовлении художественных отливок температура плавления металла или сплава определяет выбор плавильного агрегата и огнеупорного формовочного материала. При введении в металл добавок температура плавления, как правило, понижается.

Температура, oС

Температура, oС

Удельная теплоемкость. Это количество энергии, необходимое для повышения температуры единицы массы на один градус. Удельная теплоемкость уменьшается с увеличением порядкового номера элемента в таблице Менделеева. Зависимость удельной теплоемкости элемента в твердом состоянии от атомной массы описывается приближенно законом Дюлонга и Пти:

где, ma – атомная масса; cm – удельная теплоемкость (Дж/кг * o С).

В таблице 4 приведены значения удельной теплоемкости некоторых металлов.

Скрытая теплота плавления металлов. Это характеристика (таблица 5) наряду с удельной теплоемкости металлов в значительной степени определяет необходимую мощность плавильного агрегата. Для расплавления легкоплавкого металла иногда требуется больше тепловой энергии, чем для тугоплавкого.

Например, для нагревания меди от 20 до 1133 o С потребуется в полтора раза меньше тепловой энергии, чем для нагревания такого же количества алюминия от 20 до 710 o C.

Температура, o С

Удельная теплоемкость, Дж/кг * o С

Температура, o С

Удельная теплоемкость, Дж/кг * o С

Скрытая теплота
плавления, Дж/кг

Скрытая теплота
плавления, Дж/кг

Теплоемкость. Теплоемкость характеризует передачу тепловой энергии от оной части тела к другой, а точнее, молекулярной перенос теплоты в сплошной среде, обусловленный наличием градиента температуры. (таблица 6)

Коэффициент теплопроводности, кВт/м * o С

Коэффициент теплопроводности, кВт/м * o С

Качество художественного литья тесно связано с теплопроводностью металла. В процессе выплавке важно не только обеспечить достаточно высокую температуру металла, но и добиться равномерного распределения температуры во всем объеме жидкой ванны. Чем выше теплопроводность, тем равномернее распределена температура. При электродуговой плавке, несмотря на высокую теплопроводность большинства металлов, перепад температуры по сечению ванны достигает 70-80 o С, а для металла с низкой теплопроводностью этот перепад может достигать 200 o С и более.

Благоприятные условия для выравнивания температуры создаются при индукционной плавке.

Коэффициент теплового расширения. Эта величина, характеризующая изменение размеров образца длиной 1 м при нагревании на 1 o С, имеет важное значение при эмальерных работах (таблица 7)

Коэффициенты теплового расширения металлической основы и эмали должны иметь по возможности близкие значения, чтобы после обжига эмаль не растрескивалась. Большинство эмалей, представляющих твердый коэффициент оксидов кремния и других элементов, имеют низкий коэффициент теплового расширения. Как показала практика, эмали очень хорошо держаться на железе, золоте, менее прочно – на меди и серебре. Можно полагать, что титан – весьма подходящий материал для эмалирования.

Плотность золота, его теплоемкость и теплопроводность

Компрессоры
  • Винтовые компрессоры
  • Поршневые компрессоры
  • Компрессоры 15-40 бар
  • Бустеры
  • Медицинские
  • Бензиновые
  • Масло компрессорное
Подготовка сжатого воздуха
  • Осушители холодильные
  • Осушители адсорбционные
  • Фильтры
  • Сменные элементы
  • Сепараторы циклонные
  • Блоки подготовки воздуха
  • Аксессуары
Трубопроводы и ресиверы
  • Ресиверы
  • Трубопроводы из алюминия
  • Соединители быстросъёмные
  • Пневмо-шланги
    • Прямые
    • Спиральные
    • Катушки с пневмошлангом
Пневмоинструмент
  • Гайковёрты ударные
  • Гайковёрты храповые
  • Шуруповёрты
  • Дрели
  • Шлиф-машинки
  • Зачистные машинки
  • Молотки отбойные
  • Степлеры
  • Пистолеты окрасочные
  • Пескоструйные пистолеты
  • Прессы для герметиков
  • Обдувочные пистолеты
  • Устройства для подкачки шин
  • Аксессуары

Таблица значений плотности и теплоёмеости некоторых веществ.

Таблица значений плотности и теплоёмеости некоторых веществ.

В таблице приведёны значения плотности и теплоёмкость наиболее часто встречающихся веществ.

Таблица значений плотности и теплоёмеости некоторых веществ.

ВеществоТеплоёмкость, кДж/(кг* 0 С)Плотность, кг/м 3
Вода4,191000
Вино3,89970
Молоко3,931018
Пиво3,851010
Азот1,0511,25
Алюминий0,922700
Аммиак2,2441,25
Аргон0,5231,784
Асбест0,82400
Асбоцемент0,961800
Асфальт0,921400
Ацетилен1,681,17
Ацетон2,16790
Базальт0,842970
Бакелит1,591280
Бензин2,05700
Бензин2,02877
Бензол (10 °C)1,42900
Бензол (40 °C)1,77880
Бетон12200
Бумага сухая1,341200
Вино3,89970
Вода4,191000
Водород14,270,09
Водяной пар при 100 °С2,1390,53
Воздух11,293
Вольфрам0,1519300
Гелий5,2960,178
Гипс1,092300
Глина0,882400
Глицерин2,661260
Глицерин2,661263
Гранит0,752700
Графит0,842300
Гудрон2,09990
Деготь каменноугольный2,09960
Дерево (дуб)2,4700
Дерево (пихта)2,7500
Дерево (сосна)2,7520
ДСП2,3700
Железо0,467800
Земля влажная22000
Земля сухая0,841600
Земля утрамбованная32000
Зола0,8750
Золото0,1319300
Известь0,84700
Кальцит (известковый шпат)0,82750
Каолин (белая глина)0,882600
Керосин2850
Кирпич0,851800
Кирпичная кладка12000
Кислород0,9131,429
Кислота азотная концентрированая3,11520
Кислота серная концентрированая1,341830
Кислота соляная 17%1,931070
Клей столярный4,191200
Кожа1,512650
Латунь0,388500
Лед (0°С)2,11920
Лед (-10°С)2,22920
Лед (-20°С)2,01920
Лед (-60°С)1,64920
Лед сухой (СО2 твердый)1,381970
Масло моторное1,9900
Масло оливкковое1,84890
Масло подсолнечное1,84890
Медь0,388900
Молоко3,931018
Морская вода 18°С , 0,5% раствор соли4,11010
Морская вода 18°С , 3% раствор соли3,931030
Морская вода 18°С , 6% раствор соли3,781050
Мрамор0,922700
Неон0,91030
Нефть1,9800
Никель0,58900
Олово0,257300
Парафин2,89900
Пиво3,851010
Полистирол0,91050
Полиуретан1,381200
Полихлорвинил/Поливинилхлорид1,3800
Полиэтилен2,3970
Пробка куском2,05240
Пропан1,981860
Резина твердая1,421300
Ртуть0,1313600
Свинец0,1311400
Сера ромбическая0,712070
Серебро0,2510500
Сероводород1,541020
Скипидар1,8860
Соль каменная0,922300
Соль поваренная0,882200
Спирт метиловый (метанол)2,47790
Спирт нашатырный4,731000
Спирт этиловый (этанол)2,39790
Сталь0,467800
Стекло оконное0,672500
Тело человека3,471050
Углекислый газ0,8371977
Уголь бурый (0-100 °С) 20% воды2,091500
Уголь бурый (0-100 °С) 60% воды3,141800
Уголь бурый (0-100 °С) в брикетах1,511800
Уголь каменный (0-100 °С)1,311600
Фарфор0,82300
Хлор0,523,214
Цинк0,47100
Чугун0,547400
Шифер0,751800

ООО Энтексис (Enteksys.ru) — Официальный дистрибьютор
Schneider Airsystems, OMI Srl,
Parise Compressori, JOSVAL.

  • О нас
  • Каталог
  • Информация
  • Сервис
  • Контакты

©2012 ООО Энтексис | Тел.: +7 (495) 724-38-05

17. Теплоемкость и теплопроводность металлов и сплавов

17. Теплоемкость и теплопроводность металлов и сплавов

Теплоемкость – это способность вещества поглощать теплоту при нагреве. Ее характеристикой является удельная теплоемкость – количество энергии, поглощаемой единицей массы при нагреве на один градус. От величины теплопроводности зависит возможность появления трещин в металле. Если теплопроводность низкая, то риск возникновения трещин увеличивается. Так, легированные стали имеют теплопроводность, которая в пять раз меньше, чем теплопроводность меди и алюминия. Размер теплоемкости влияет на уровень расходуемого топлива на нагрев заготовки до определенной температуры.

У металлических сплавов удельная теплоемкость находится в пределах 100-2000 Дж/(кг*К). У большинства металлов теплоемкость составляет 300–400 Дж/(кг*К). Теплоемкость металлических материалов растет с повышением температуры. Полимерные материалы, как правило, имеют удельную теплоемкость 1000 Дж/(кг?К) и более.

Электрические свойства материалов характеризуются наличием носителей зарядов электронов или ионов и свободой их передвижения под действием электрического поля.

Высокие энергии ковалентной и ионной связи сообщают материалам с этими типами связи свойства диэлектрика. Их слабая электрическая проводимость обусловлена влиянием примесей, причем под влиянием влаги, образующей с примесями проводящие растворы, электропроводность таких материалов возрастает.

Материалы с разными типами связи имеют различные температурные коэффициенты электросопротивления: у металлов он положителен, у материалов с ковалентным и ионным типом связи – отрицателен. При нагреве металлов концентрация носителей зарядов – электронов не увеличивается, а сопротивление их движению возрастает из-за увеличения амплитуд колебаний атомов. В материалах с ковалентной или ионной связью при нагреве концентрация носителей зарядов повышается настолько, что нейтрализуется влияние помех от увеличения колебаний атомов.

Теплопроводностью называется перенос тепловой энергии в твердых телах, жидкостях и газах при макроскопической неподвижности частиц. Перенос теплоты происходит от более горячих частиц к холодным и подчиняется закону Фурье.

Теплопроводность зависит от типа межатомной связи, температуры, химического состава и структуры материала. Теплота в твердых телах переносится электронами и фононами.

Механизм передачи теплоты, в первую очередь, определяется типом связи: в металлах теплоту переносят электроны; в материалах с ковалентным или ионным типом связи – фононы. Самым теплопроводным является алмаз. В полупроводниках при весьма незначительной концентрации носителей заряда теплопроводность17б осуществляется в основном фононами. Чем совершеннее кристаллы, тем выше их теплопроводность. Монокристаллы лучше проводят теплоту, чем поликристаллы, так как границы зерен и другие дефекты кристаллической структуры рассеивают фононы и увеличивают электросопротивление. Кристаллическая решетка создает периодическое энергетическое пространство, в котором передача теплоты электронами или фононами облегчена по сравнению с аморфным состоянием.

Чем больше примесей содержит металл, мельче зерна и больше искажена кристаллическая решетка, тем меньше теплопроводность. Чем больше размеры зерен, тем выше теплопроводность. Легирование вносит искажение в кристаллические решетки твердых растворов и понижает теплопроводность по сравнению с чистым металлом – основой сплава. Структурные составляющие, представляющие дисперсные смеси нескольких фаз (эвтектики, эвтектоиды), снижают теплопроводность. Структуры с равномерным распределением частиц фаз имеют меньшую теплопроводность, чем основа сплава. Предельным видом подобной структуры является пористый материал. По сравнению с твердыми телами газы являются теплоизоляторами.

Графит имеет высокую теплопроводность. При передаче теплоты параллельно слоям атомов углерода базисной плоскости теплопроводность графита превышает теплопроводность меди более чем в 2 раза

Разветвленные пластины графита в сером чугуне имеют структуру монокристалла, и поэтому он имеет высокую теплопроводность. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом при той же объемной доле графита имеет теплопроводность 25…40 Вт/м*К, что почти вдвое меньше по сравнению с серым чугуном.

При нагреве теплопроводности сталей разных классов сближаются. Стекло имеет низкую теплопроводность. Полимерные материалы плохо проводят теплоту, теплопроводность большинства термопластов не превышает 1,5 Вт/(мОК).

Теплопроводность может меняться также, как и электропроводность в случае, если электронная теплопроводность металла составляет l e. Тогда любые изменения, происходящие в химическом и фазовом составе и структуре сплава влияют на теплопроводность также, как и на электропроводность (по правилу Видемана-Франца).

При отдалении состава сплава от чистых компонентов происходит понижение теплопроводности. Исключение составляют, например, медно-никелевые сплавы, в которых происходят обратные явления.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Плотность золота, его теплоемкость и теплопроводность

В таблице представлены свойства золота — такие, как плотность, удельная теплоемкость, коэффициент температуропроводности, теплопроводность и удельное электрическое сопротивление.

Золото относится к тяжелым металлам и имеет высокую плотность, значение которой близко к плотности урана. Известны случаи подмены золотых слитков слитками из урана с позолотой. По массе и внешнему виду такие слитки практически идентичны золотым. Плотность золота равна 19300 кг/м 3 , а плотность урана 19100 кг/м 3 (значения даны при температуре 300 К или 27°С).

С ростом температуры плотность золота уменьшается. Например, при 1000 К она принимает значение 18650 кг/м 3 . Золото начинает плавится при температуре около 1100°С. При переходе в жидкое состояние плотность золота резко снижается — плотность жидкого золота при этой температуре равна 17170 кг/м 3 .

Удельная теплоемкость золота, как и других тяжелых металлов — невысока. При температуре 27°С теплоемкость золота равна 128,7 Дж/(кг·град). При нагревании золота его удельная теплоемкость растет. Зависимость теплоемкости золота от температуры подобна таковой для меди и серебра, хотя при плавлении у золота скачек теплоемкости отсутствует. Теплоемкость жидкого золота при дальнейшем росте его температуры снижается. Коэффициент электронной теплоемкости золота равен 764 кДж/(моль·К 2 ).

Золото относится к металлам с высоким значением коэффициента теплопроводности. Теплопроводность золота равна 317 Вт/(м·град). В таблице даны два значения теплопроводности для каждой температуры (по данным разных авторов). Для расчетов можно взять среднее значение. Температурная зависимость коэффициента теплопроводности золота подобна аналогичным зависимостям для серебра и меди, хотя значение теплопроводности золота несколько меньше. Теплопроводность золота уменьшается при нагревании.

Температуропроводность золота при нагревании также уменьшается. При температуре 300 К она равна 128·10 -6 м 2 /с (погрешность данных в таблице по температуропроводности 5%). Удельное электрическое сопротивление золота больше чем у меди и серебра. При комнатной температуре оно составляет величину 2,27·10 -8 Ом·м. С повышением температуры золота его удельное электрическое сопротивление растет, а при переходе золота в жидкое состояние значительно увеличивается (в 2-3 раза).

Источник:
В.Е. Зиновьев. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах.

Теплопроводность и теплоемкость материалов

Теплопроводность

Теплопроводность – способность материала проводить тепловой поток через свою толщину при наличии разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Показателем теплопроводности является коэффициент теплопроводности λ. Иногда теплопроводность выражают величиной, обратной λ,— термическим сопротивлением (R = 1 / λ).

Коэффициент теплопроводности зависит от природы материала, его строения, пористости и влажности. Материал кристаллического строения обычно более теплопроводен по сравнению с материалом аморфного строения. Коэффициент теплопроводности слоистых (слоистые пластики) и волокнистых (древесина) материалов существенно зависит от направления теплового потока по отношению к слоям или волокнам. Так, у древесины вдоль волокон он примерно вдвое больше, чем поперек.

Величина λ тем больше, чем крупнее поры в материалах. Коэффициент снижается с уменьшением средней плотности однородных материалов, причем наименьшую теплопроводность имеют материалы с развитой пористостью и небольшой влажностью. При увлажнений материала теплопроводность его увеличивается, так как коэффициент теплопроводности воды примерно в 25 раз больше, чем воздуха. Ниже приводятся коэффициенты теплопроводности различных материалов, Вт / (м · °С); для сравнения даются значения λ воды и воздуха:

бетон тяжелый…………. 1,28—1,55

кирпич глиняный………. 0,70—0,85

вдоль волокон 0,30

поперек волокон 0,17

минеральная вата 0,06—0,09

бетон теплоизоляционный . .0,03—0,08

Теплопроводность имеет практическое значение при выборе материалов для наружных стен, перекрытий и покрытий зданий, изоляции теплосетей, холодильников, котлов и т. п.

Теплоемкость

Теплоемкость – свойство материала поглощать тепло при нагревании и отдавать при охлаждении. Отношение теплоемкости к единице количества материала (по массе или объему) называется удельной теплоемкостью, которая численно равна количеству тепла (в Дж), необходимому для нагревания I кг материала на I °С. Удельная теплоемкость, кДж / (кг -°С), приведенных ниже материалов составляет:

алюминиевые сплавы 0,90

природные каменные материалы 0,75—0,93

бетон тяжелый 0,80—0,92

Теплоемкость учитывают при определении теплоустойчивости наружных ограждений отапливаемых зданий (требуются материалы с наиболее высокой удельной теплоемкостью), при расчете подогрева составляющих бетона и раствора, также мастик для работ в зимнее время и т. п.

Тепловое расширение

Тепловое расширение – свойство материала изменять объем и размеры при нагревании. Количественно характеризуется коэффициентами объемного и линейного расширения. Коэффициент объемного расширения равен относительному увеличению объема материала, а коэффициент линейного расширения – относительному увеличению его длины при нагревании на 1 °С. Жесткое соединение нескольких материалов с разными коэффициентами теплового расширения может вызвать в конструктивном элементе значительные по величине напряжения, которые приведут к его короблению и растрескиванию. При большом изменении размеров материала из-за колебаний температуры может произойти его разрушение.

Огнестойкость – способность материала противостоять действию огня и высоких температур во время пожара. По степени огнестойкости все материалы делят на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Под действием огня или высокой температуры материалы ведут себя по-разному: несгораемые (природные каменные материалы, бетон, кирпич, сталь и т. п.) не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются; трудносгораемые (фибролит, асфальтовый бетон, древесина, пропитанная огнезащитными составами) с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются в присутствии источника огня; сгораемые (незащищенная древесина, войлок, рубероид, большинство полимерных материалов) воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня. Причем из числа несгораемых одни материалы (кирпич глиняный, черепица, большинство бетонов) практически не деформируются и не растрескиваются, другие – значительно деформируются (сталь), а некоторые разрушаются (гранит, мрамор, известняк).

При оценке огнестойкости материалов необходимо также учитывать совместное действие высокой температуры, воды и других жидкостей, используемых при тушении пожара, а также химических веществ и газов, выделяющихся из некоторых материалов (особенно полимерных).

Огнеупорность – свойство материала выдерживать, не расплавляясь и не деформируясь, длительное воздействие высоких температур. По степени огнеупорности материалы подразделяют на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие: огнеупорные (например, шамотный кирпич) выдерживают продолжительное воздействие температуры свыше 1580 °C (используют для внутренней облицовки промышленных печей), тугоплавкие (гжельский кирпич) выдерживают температуру 1350—1580 °С, легкоплавкие (кирпич глиняный обыкновенный) противостоят температуре ниже 1350 °С.

Электропроводность – способность материала проводить электрический ток. Она зависит от обратного электропроводности свойства – электрического сопротивления. Очевидно, что чем меньше удельное электрическое сопротивление материала, тем лучше он проводит электрический ток. В зависимости от этого показателя все материалы подразделяют на проводники, полупроводники и изоляторы. К проводникам относятся серебро, медь и ее сплавы, алюминий, сталь. Хорошими изоляторами являются резина, асбест, фарфор, стекло, пластические массы. Полупроводники (кремний, мышьяк и др.) занимают промежуточное положение между проводниками и изоляторами; в обычных условиях они слабо проводят электрический ток. Полупроводники широко применяются в различных отраслях народного хозяйства, в частности для регулирования силы тока и напряжения, преобразования одного вида энергии в другой.

Электропроводность и соответственно электрическое сопротивление материалов учитывают при оценке качества и выборе шнуров, проводов, кабелей, электроустановочных и других изделий.

Цвет материалов – это определенное зрительное ощущение, вызываемое в результате воздействия на глаз потоков электромагнитного излучения в диапазоне видимой части спектра. В общем случае цвет материала связан с его окраской, свойствами поверхности и оптическими свойствами источников света. Цвет играет большую роль при выборе облицовочных и отделочных материалов.

Структура – строение материала, определенное сочетание его составных частей. В структуре материалов различают структуру горной породы, структуру металла и др.

Фактура (от латинского фактура – обработка, строение) – видимое строение поверхности материала. Различают две группы фактур: рельефные (с разной высотой и разнообразным характером рельефа) и гладкие (от зеркально-блестящих до шероховато-ровных).

Цвет, структура и фактура различных материалов более подробно рассмотрены при их характеристике в соответствующих главах книги.

Теплоаккумулирующая способность материалов

  • Теплоаккумуляторы

Теплоаккумулирующая способность материалов, то есть способность материала удерживать тепло, оценивается удельной теплоемкостью, т.е. количеством тепла (в кДж), необходимым для повышения температуры одного килограмма материала на один градус. Например, вода имеет удельную теплоемкость, равную 4,19 кДж/(кг*K). Это значит, например, что для повышения температуры 1 кг воды на 1°K требуется 4,19 кДж.

Таблица 1. Сравнение некоторых теплоаккумулирующих материалов

Ма­те­ри­алПлот­ность, кг/м 3Теп­ло­ем­кость, кДж/(кг*K)Ко­эф­фи­ци­ент те­пло­про­вод­нос­ти, Вт/(м*K)Мас­са ТАМ для те­пло­ак­ку­му­ли­ро­ва­ния 1 ГДж те­пло­ты при Δ= 20 K, кгОт­но­си­тель­ная мас­са ТАМ по от­но­ше­нию к мас­се во­ды, кг/кгОбъем ТАМ для те­пло­ак­ку­му­ли­ро­ва­ния 1 ГДж те­пло­ты при Δ= 20 K, м 3От­но­си­тель­ный объем ТАМ по от­но­ше­нию к объему во­ды, м 3 /м 3
Гранит, галька16000,840,4559500549,6*4,2
Вода10004,20,611900111,91
Глауберова соль (декагидрат сульфата натрия)*14600 т
1300 ж
1,92 т
3,26 ж
1,85 т
1,714 ж
33000,282,260,19
Парафин*786 т2,89 т0,498 т37500,324,770,4

Для водонагревательных установок и жидкостных систем отопления лучше всего в качестве теплоаккумулирующего материала применять воду, а для воздушных гелиосистем — гальку, гравий и т.п. Следует иметь в виду, что галечный теплоаккумулятор при одинаковой теплоаккумулирующей способности по сравнению с водяным теплоаккумулятором имеет в 3 раза больший объем и занимает в 1,6 раза большую площадь. Например, водяной теплоаккумулятор диаметром 1,5 м и высотой 1,4 м имеет объем 4,3 м 3 , в то время как галечный теплоаккумулятор в форме куба со стороной 2,4 м имеет объем 13,8 м 3 .

Плотность аккумулирования теплоты в значительной степени зависит от метода аккумулирования и рода теплоаккумулирующего материала. Она может быть аккумулирована в химически связанном виде в топливе. При этом плотность аккумулирования соответствует теплоте сгорания, кВт*ч/кг:

  • нефть — 11,3;
  • уголь (условное топливо) — 8,1;
  • водород — 33,6;
  • древесина — 4,2.

При термохимическом аккумулировании теплоты в цеолите (процессы адсорбции — десорбции) может аккумулироваться 286 Вт*ч/кг теплоты при разности температур 55°C. Плотность аккумулирования теплоты в твердых материалах (скальная порода, галька, гранит, бетон, кирпич) при разности температур 60°C составляет 14 17 Вт*ч/кг, а в воде — 70 Вт*ч/кг. При фазовых переходах вещества (плавление — затвердевание) плотность аккумулирования значительно выше, Вт*ч/кг:

  • лед (таяние) — 93;
  • парафин — 47;
  • гидраты солей неорганических кислот — 40 130.
Таблица 2. Сравнение удельной теплоемкости и плотности различных материалов на основе равных объемов

Ма­те­ри­алУдель­ная те­пло­ем­кость, кДж/(кг*K)Плот­ность, кг/м 3Те­пло­ем­кость, кДж/(м 3 *K)
Вода4,1910004187
Металлоконструкции0,4678333437
Бетон1,1322422375
Кирпич0,8422421750
Магнетит, железная руда0,6851253312
Базальт, каменная порода0,8228802250
Мрамор0,8628802375

К сожалению, лучший из приведенных в таблице 2 строительных материалов — бетон, удельная теплоемкость которого составляет 1,1 кДж/(кг*K), удерживает лишь ¼ того количества тепла, которое хранит вода того же веса. Однако плотность бетона (кг/м 3 ) значительно превышает плотность воды. Во втором столбце таблицы 2 приведены плотности этих материалов. Умножив удельную теплоемкость на плотность материала, получим теплоемкость на кубический метр. Эти величины приведены в третьем столбце таблицы 2. Следует отметить, что вода, несмотря на то, что обладает наименьшей плотностью из всех приведенных материалов, имеет теплоемкость на 1 м 3 выше (2328,8 кДж/м 3 ), чем остальные материалы таблицы, в силу ее значительно большей удельной теплоемкости. Низкая удельная теплоемкость бетона в значительной степени компенсируется его большой массой, благодаря которой он удерживает значительное количество тепла (1415,9 кДж/м 3 ).

Справочник

  • Главная
  • >Справочник
  • >Теплофизические свойства веществ
  • >Теплоемкость твердых материалов и жидкостей

Удельная теплоемкость различных твердых веществ при 20 °C (если не указано другое значение температуры)

НазваниеCpж
кДж/(кг °С)
НазваниеCpж
кДж/(кг °С)
Асбест0,80Мрамор0,80
Асбоцемент (плиты)0,96Панели легкие строительные1,47. 1,88
Асфальт0,92Парафин2,19
Базальт0,84Песчаник глиноизвестковый0,96
Бакелит1,59Песчаник керамический0,75-0,84
Бетон1,00Песчаник красный0,71
Бумага сухая1,34Пластмасса1.67. 2.09
Волокно минеральное0,84Полистирол1,38
Гипс1,09Полиуретан1,38
Глина0,88Полихлорвинил1,00
Гранит0,75Пробка1,26. 2,51
Графит0,84Пробка, крошка1,38
Грунт песчаный1.1. 3.2Резина твердая1,42
Дерево, дуб2,40Сера ромбическая0,71
Дерево, пихта2,70Слюда0,84
Древесно-волокнистая плита2,30Солидол1,47
Земля влажная2,0Соль каменистая2.1. 3.0
Земля сухая0,84Соль каменная0,92
Земля утрамбованная1,0-3,0Соль поваренная0,88
Зола0,80Стекло0,75-0,82
Известь0,84Стекловолокно0,84
Кальцит0,80Тело человека3,47
Камень0.84..1,26Торф1,67. 2,09
Каолин (белая глина)0,88Уголь бурый (О. 1ОО °С )
Картон сухой1,3420% воды2,09
Кварц0,7560% воды3,14
Кизельгур (диатомит)0,84в брикетах1,51
Кирпич0,84Уголь древесный0,75. 1,17
Кирпичная стена0,84. 1,26Уголь каменный (0. 100°С)1,17. 1,26
Кожа1,51Фарфор0,80
Кокс (0. 100°С)0,84Хлопок1,30
(0. 1000°C)1,13Целлюлоза1.55
Лед (0°С)2.11Цемент0,80
(-10°С)2,22Чугун0,55
(-20 °С)2,01Шерсть1,80
(-60 °С )1,64Шифер0,75
Лед сухой (твердая CO2)1,38Щебень0,75. 1,00

Удельная теплоемкость различных жидких веществ при 20 °С (если не указано другое значение температуры)

НазваниеCpж
кДж/(кг °С)
НазваниеCpж
кДж/(кг °С)
Ацетон2,22Масло минеральное1,67. 2,01
Бензин2,09Масло смазочное1,67
Бензол (10°С)1,42Метиленхлорид1,13
(40С)1,77Метил хлорид1,59
Вода чистая (0°С)4,218Морская вода (18°С)
(10°С)4,1920,5% соля4,10
(20°С)4,1823% соля3,93
(40°С)4,1786% соли3,78
(60°С)4,184Нефть0,88
(80°С)4,196Нитробензол1,47
(100°С)4,216Парафин жидкий2,13
Глицерин2,43Рассол (-10°С)
Гудрон2,0920% соли3,06
Деготь каменноугольный2,0930% соли2,64. 2,72
Дифенил2,13Ртуть0,138
Довтерм1,55Скипидар1,80
Керосин бытовой1,88Спирт метиловый (метанол)2,47
Керосин бытовой (100 °С)2,01Спирт нашатырный4,73
Керосин тяжелый2,09Спирт этиловый (этанол)2,39
Кислота азотная 100%-я3,10Толуол1.72
Кислота серная 100%-я1,34Трихлорэтилен0,93
Кислота соляная 17%-я1,93Хлороформ1,00
Кислота угольная (-190°С)0,88Этиленгликоль2,30
Клей столярный4,19Эфир кремниевой кислоты1,47

Примечание: источниками справочных данных являются публикации в Интернете, поэтому они не могут считаться «официальными» и «абсолютно точными». Как правило, в Интернет справочниках не приводятся ссылки на научные работы, являющиеся основой опубликованных данных. Мы стараемся брать информацию из наиболее надежных научных сайтов. Однако если кого-то интересуют ссылки на эксперименты, советуем произвести самостоятельно углубленный поиск в Интернете. Будем признательны за любые комментарии к нашим справочным таблицам, а особенно за уточнения существующей информации или дополнение справочных данных.

Дайте определение физических свойств металлов: плотности, температуры плавления, теплопроводности, теплоемкости

Плотность — величина, определяемая отношением массы материала (вещества) к занимаемому им объему. Различают истинную и среднюю плотности.

Истинная плотность, или плотность вещества (абсолютная плотность), — это масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии. Это значит, что при измерении объема в него не входят поры, пустоты и другие полости, присущие материалу в естественном состоянии. Истинная плотность материала — характеристика постоянная, которая не может быть изменена без изменения его химического состава или молекулярной структуры.

Средняя плотность, или плотность материала, — это масса единицы объема материала в естественном состоянии, т.е. объем, измеряется вместе с порами.

Численные значения средней и истинной плотности совпадают, когда материал не имеет пор, т.е. для абсолютно плотных материалов, например металлов.

Плотность большинства металлов больше 5000 кг/м3, условно их называют тяжелыми. Максимальную плотность имеют материалы с ненаправленными металлическими или ионными связями.

Металлы с плотностью меньше 5000 кг/м3 относят к легким. Плотность металла тем меньше, чем меньше атомная масса и чем больше радиус его атома. Весьма легкими металлами являются литий и калий (плотность соответственно 534 и 860 кг/м3), самыми тяжелыми — платина и осмий (плотность соответственно 21 450 и 22 500 кг/м3). Плотность других металлов и сплавов составляет: железа 7860, чугуна 7000, меди 8920, латуни 8500, алюминия 2702 кг/м3.

Температура плавления — температура перехода твердого кристаллического вещества в жидкое состояние при постоянном внешнем давлении. Температура обратного перехода из жидкого состояния в твердое кристаллическое вещество называется температурой затвердевания.

Теплопроводность — это способность материала проводить теплоту через свою толщу с той или иной скоростью при наличии разности температур на противоположных поверхностях.

Теплопроводность материалов зависит от многих факторов — атомно-молекулярного строения вещества, структуры, пористости, характера пор, влажности, температуры, при которой происходит передача теплоты, и др. Передача теплоты в металлах происходит за счет свободных электронов, находящихся в постоянном движении. Они все время сталкиваются с колеблющимися ионами и обмениваются с ними энергией. Поэтому колебания ионов, усиливающиеся при нагревании, передаются электронами соседним ионам, от них следующим и т.д. В результате происходит быстрое выравнивание температуры по всей массе металла.

Металлы и сплавы являются хорошими проводниками теплоты и обладают различной теплопроводностью. Лучше других металлов проводят теплоту серебро и золото, за ними следуют медь, алюминий, вольфрам, магний, цинк, железо и др. Железо имеет теплопроводность примерно в три раза меньше, чем алюминий, и в пять раз меньше, чем медь. Например, теплопроводность меди 389,6; алюминия 209,3; железа 74,4; чугуна 62,8; стали 45,4 Вт/(м* о К). Меньшей теплопроводностью обладают свинец и ртуть. Чем больше теплопроводность металла, тем быстрее теплота при нагревании распространяется по всему объему.

Теплопроводность материалов определяет их принадлежность по назначению к теплоизоляционным, конструкционно-теплоизоляционным и конструкционным материалам. Учитывают теплопроводность при изготовлении нагревательных приборов; изоляции стен и перекрытий отапливаемых зданий, различных тепловых агрегатов (котлов, теплосетей и т.п.), холодильников; обработке металлов режущими инструментами; газовой резке металлов и сплавов. Например, если металл хорошо проводит теплоту, то при нагреве и быстром охлаждении (термическая обработка, сварка) в нем образуются трещины. Металлы и сплавы с хорошей теплопроводностью широко используются для изготовления приборов и устройств, связанных с отводом или подводом теплоты, например для радиаторов. Чем больше теплопроводность металла, тем труднее нагреть кромки свариваемой детали до нужной температуры.

Теплоемкость — свойство материала поглощать при нагревании определенное количество теплоты и отдавать его при охлаждении. Характеризуется удельной теплоемкостью, т.е. количеством теплоты, которое необходимо для повышения температуры 1 г вещества на 1 К. Теплоемкость металлов обусловлена как ионным остовом (решетчатая теплоемкость), так и электронным газом (электронная теплоемкость). Высокой удельной теплоемкостью обладает вода (4,1868 кДж/(кг* о К)), низкой — асбест (0,2093). Теплоемкость металлических сплавов находится в пределах 0,1. 2,0 кДж/(кг* о К), большинства металлов — 0,3. 0,4 кДж/(кг* о К).

Свойства, характеристики и пробы золота

Уже несколько тысячелетий золото считают драгоценным металлом. Но не только потому, что оно красиво выглядит и трудно добывается, а еще и благодаря определенным физическим свойствам. В лабораториях, где был исследован этот металл, определили, что плотность золота, его теплопроводность и тягучесть — свойства, которыми не обладает большинство элементов.

Физические и химические свойства золота

Конечно, инвесторов интересуют в основном котировки золота. Но есть и такие, кто хочет разгадать секрет ценности металла. Именно они и подметили существенные отличия между золотом и другими металлами. Золото — металл желтого цвета, мягкой консистенции. Эти характеристики относятся только к чистому элементу, а не образцам в сплавах, где есть примеси руды или других металлов. Золото 999 пробы легко деформируется, на нем остаются царапины от ногтей, а также его можно порезать ножом.

У металла высокая теплопроводность и низкое сопротивление. Это означает, что золото хорошо проводит ток и тепло. Но на практике драгметалл слишком дорогой, чтоб использовать его в промышленных масштабах. Разве что в старых микросхемах, резисторах находят золото и подвергают его аффинажу. Это кропотливый труд, поскольку драгметалла в этих деталях мало, и получить его не так просто в домашних условиях. Даже в сим-картах есть металлическое вещество с добавлением крупинки золота.

Ковкость и тягучесть драгметалла дает возможность людям изготавливать сусальное золото. Это специальные тонкие листы, толщиной до 100 нм, с помощью которых наносят позолоту на предметы. Причем листы также обладают прочностью и всеми другими свойствами, присущими золоту.

Трудно в это поверить, но из одного грамма чистого золота можно соорудить тончайшую проволоку длиной в три километра, при этом она не порвется. Ценится также способность металла отражать свет, чаще всего это используют ювелиры, изготавливая украшения, которые переливаются и сверкают на свету.

Если говорить о плотности металла, она среди всех элементов таблицы Менделеева одна из самых высоких. Опередила золото только платина. Плотность драгметалла — 19,3 г/см² (у платины — 21,45 г/см²). Эти факты означают следующее:

  • если взять одинаковые объемы золота и воды, драгметалл будет весить в 19,3 раза больше;
  • вес литровой бутылки с золотом — около 16 килограммов;
  • половина стакана с золотом будет весить 1 килограмм.

Именно этот фактор значительно упрощает добычу золота. Высокая плотность облегчает нахождение и фильтрование металла. Поскольку золото может скапливаться на берегах рек и плыть по течению, с помощью специальных шлюзов задерживают частички металла, а далее их поднимают на поверхность. Это способ называется промывкой золота. Его выполняют несколько раз, что позволяет концентрировать металл и осаживать его на дно.

Шлихование как самый простой способ добычи, основанный на плотности золота, был популярен во времена золотой лихорадки и поисков золота на Клондайке. И даже сейчас на местах добычи этого металла, особенно где не предусмотрена техника или не ведутся поиски в промышленных масштабах, местные жители ищут металл таким способом.

Эта процедура стала настолько популярной для обычных людей, что многим хочется испытать этот способ нахождения драгметалла. Сегодня устраиваются специальные туры по любительской добыче золота. Там каждый может попробовать заняться шлихованием и даже обменять находки на небольшие деньги.

Если сравнивать плотность серебра и золота, то у первого металла показатель равен 10,5 г/см². Вольфрам и то более близок к золоту по плотности, чем серебро. Но вольфрам чаще используется в промышленности, и его добыча не столь трудна, поэтому он по стоимости оценивается ниже, чем драгметаллы. Остальные элементы таблицы Менделеева сильно отстают от платиновой группы и золота.

Плотность золотых самородков значительно ниже, чем высшая 999 проба. Все потому, что большие слитки золота образуются с помощью процессов вымывания и минерализации. А это значит, что в самородках больше примесей. От последних, а также и минералов избавляются с помощью химических процессов с добавлением царской водки и последующим осаждением.

Плотность золота разных марок

Зависимость между плотностью и пробой золота

Плотность 999 пробы наиболее приближена к числу 19,3 г/см². Поэтому, если вы не знаете пробы своего изделия, можно определить ее по плотности. Такой метод будет отличаться от химического и с помощью ювелира. Но тем не менее его можно провести даже дома.

Итак, поскольку все остальные металлы менее плотные, то их примеси в золоте делают окончательный сплав менее плотным. Если у вас есть червонное золото 585 пробы, значит, в него добавлена медь, и плотность продукта уменьшилась. Примеси из никеля и цинка также уменьшат этот показатель. Только палладий и платина утяжелят плотность кольца.

Поэтому, чтоб определить пробу с помощью плотности в домашних условиях, нужно взять пробирку или мензурку. Далее засечь уровни воды до и после опускания в пробирку золотого украшения. Взвешивание в воде — старый способ, который использовался еще до революции. Он дает погрешность в измерениях примерно в 20–30 %.

Химические свойства золота — важный показатель, влияющий на стоимость и свидетельствующий о том, что драгметалл не зря был выбран как роскошный и дорогой. Возможно, в будущем этими свойствами будут пользоваться чаще. Но на данный момент они используются только в нескольких сферах жизни.

Читать еще:  Регулировка, замена, натяжение тросов и пружин секционных ворот.
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×