Что проводит тепло лучше алюминий или медь: Что лучше проводит тепло медь или алюминий – Теплопроводность алюминий или медь

Содержание

Что лучше проводит тепло медь или алюминий

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.

Вот поэтому я и акцентировал на эти слова.

Вопрос, куда и как применять это понятие. Вот паяльник из алюминия делать нельзя, температуры для пайки не хватит, на одном конце 400гр, а на другом будет 60гр. А медь для этого самое то, её теплоемкость прекрасна, что бы один конец имел температуру 400гр, и на другом 300-350гр. Но вот многие этого не понимают и часто рекомендуют в качестве радиаторов для охлаждения транзисторов и прочее, применять именно медь.

Даже часто читал это в радио-журналах. Когда то это не понимали и промышленники, когда начинали делать мощные транзисторы, но потом разобрались и прекратили применять медные или латунные корпуса, а стали применять материал на основе алюминия или его заменители. Когда то с такой же трудностью сам встретился в начале 70х годов.

Был у меня усилитель на КТ805 (стерео) вот один транзистор сгорел и стаял там КТ805БМ, но у меня такого не было, поставил большой КТ805Б. Так он начал сильно греться, и стал с большим трудом держать мощность при радиаторе 10*10*6см. Занимал место пол усилителя, а на родном била алюминиевая полоска Г-образная 2*3см. Спросил своего друга из конструкторского бюро, почему так, внутри у обоих транзисторов один и тот же кристалл, а держат температуру по разному. На что он ответил, что сам корпус накапливает в себе температуру и не отдает её на радиатор, а в БМ нет этого корпуса и температура быстро рассеивается на алюминиевом радиаторе.

Потом стали делать корпуса, на первый взгляд такие же, как у КТ805Б, но состав на основе алюминия и они стали также меньше нагреваться.. Вот поэтому и нужно применять понятие теплоотдача или теплопроводность правильно.

Извини, что так много написал, но думаю это пригодится, если подобное встретится в жизни. И не только в радио, а просто в жизни. Если сделаешь нагреватель для отопления в доме, то будешь применять именно алюминий, а не медь и латунь. (что я сейчас у себя и применяю в отоплении)

Автор: Андрей Бедов [ Пт сен 05, 2014 18:09:28 ]
Заголовок сообщения: Re: Теплопроводность
Котбазилио, Вы написали абсолютную бредятину с точки зрения термодинамики.
Теплопроводность никак не связана с теплопередачей. Эффективность теплопередачи зависит от относительной разности температур двух взаимодействующих тел. В данном случае: "металл с наибольшей разумной теплопроводностью — воздух".
Автор: Kavka [ Пт сен 05, 2014 20:20:42 ]
Заголовок сообщения: Re: Теплопроводность
Поддержу автора предыдущей реплики.

Теперь к тому, что написал Котбазилио про то что грелось и не грелось, или не так сильно грелось при медном и алюминиевом радиаторе/корпусе.

Во-первых.
Способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности (удельной теплопроводностью). Численно эта характеристика равна количеству теплоты, проходящей через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м.кв., за единицу времени (секунду) при единичном температурном градиенте. Измеряется в Вт/(м*К). Т.е. Чем больше тепловой энергии способно пропустить вещество, тем больше коэффициент теплопроводности. Тут всё по определению и, надеюсь, никто возражать не будет.

Во-вторых, сами транзисторы могли иметь разные характеристики и банальное падение напряжения на них при замене могло быть разным со всеми вытекающими по закону Ома следствиями.
В третьих. Если взять два одинаковых по площади и форме радиатора из меди и алюминия, то при прочих равных условиях у них будет одинаковая теплоотдача. Потому что теплоотдача зависит от площади и разности температур. А более эффективным будет тот радиатор, материал которого сможет переносить больше тепла от охлаждаемой детали к рассеивающим поверхностям, чтобы разность температур была больше. Т.е. более эффективным будет радиатор из материала с больше теплопроводностью. Чем больше теплопроводность, тем меньше термическое сопротивление. Алюминиевый радиатор может быть холоднее медного, но сам транзистор (кристалл) на алюминиевом радиаторе может нагреться сильнее, чем на медном из-за меньшей интенсивности отвода тепла (большего термического сопротивления радиатора).

Как-то так. Вроде всё логично и нигде не напутал.

Автор: Котбазилио [ Пн сен 08, 2014 08:05:45 ]
Заголовок сообщения: Re: Теплопроводность

Теперь можем сравнить медь и алюминий по этим двум таблицам
Теплоемкость Теплопроводность
Медь 0,385 401

Алюминий 0,903 202—236

Что скажите о таких рассуждениях Теплопроводность

А скажу вот что, если Вы сделаете два паяльника из меди и алюминия, то после 30 минут нагрева их выключите, то медный ещё будет горячим, а алюминиевый уже остынет.

Поэтому и применяют алюминий в кухонной посуде, потому что алюминий быстрей передает тепло для варки продуктов. (хотя многие скажут, что это от экономии)

Проверьте на практике, возьмите транзисторную схему (хоть блок питание) и сначала поставьте алюминиевый радиатор и отрегулируйте мощность на нем, что бы транзистор имел 40гр температуру, потом ничего не меняя в параметрах поставьте медный радиатор и транзистар начнет перегреваться.

Такой пример тоже был в моей практике. В 80е годы стало популярно делать электронное зажигание для машины. Я первый собрал такую схему в своём коллективе и там радиатор применил алюминиевую пластину, мои коллеги стали повторять её но один поставил на медную пластину мощный транзистор, (кто то ему так посоветовал) он начал мне доказывать, что схема нерабочая, потому что постоянно сгорает транзистор, тогда я его спросил, а какой радиатор, конечно медный, сказал он. Вот когда я его убедил сменить на алюминиевый, он даже потом удивился и в нос мне тыкал данные из справочников, что медный радиатор лучше отдает тепло.

Вывод, некоторые понятия, нами понимаются неправильно.

Автор: Dick [ Пн сен 08, 2014 09:56:19 ]
Заголовок сообщения: Re: Теплопроводность

Теперь можем сравнить медь и алюминий по этим двум таблицам
Теплоемкость Теплопроводность

Медь 0,385 401

Алюминий 0,903 202—236

Что скажите о таких рассуждениях Теплопроводность

А скажу вот что, если Вы сделаете два паяльника из меди и алюминия, то после 30 минут нагрева их выключите, то медный ещё будет горячим, а алюминиевый уже остынет.

Для правильного "эксперимента" паяльники должны быть одного веса и иметь одинаковую площадь поверхности
И нагревать их нужно до одинаковой температуры, а не одинаковое время.

Для сравнения эффективности радиаторов площадь их поверхности тоже должна
быть одинаковой.

Автор: mrbot [ Вт сен 09, 2014 00:24:24 ]
Заголовок сообщения: Re: Теплопроводность
У нас назрел серьезный спор! ) Думаю без экспериментов не обойтись, что скажите? У кого какие предложения?
Автор: Rtmip [ Вт сен 09, 2014 02:09:09 ]
Заголовок сообщения: Re: Теплопроводность

Мне в связи с этим интересно понять, почему оверклокеры так любят медь и почему производители кулеров для компа делают свои более дорогие

и эффективные модели либо из меди, либо с медным пятаком? Может кто знает?

Автор: Андрей Бедов [ Вт сен 09, 2014 12:17:59 ]
Заголовок сообщения: Re: Теплопроводность

Ну Вы бы хоть постеснялись такое писать. Термодинамические расчёты при проектировании выполняют одними из первых. И не думайте, что в КБ и НИИ работают люди с четырьмя классами ЦПШ.

Автор: Котбазилио [ Ср сен 10, 2014 06:01:21 ]
Заголовок сообщения: Re: Теплопроводность
Да, но главное в алюминии, это то, что нам нужно в радио, это способность быстро отдавать тепло от деталей. У меня есть сковородка (наверное это от космической промышленности) у неё ручка такая же, как и сама сковородка, на первый взгляд просто алюминий, но вот при жарке на ней продуктов, не нужно брать через тряпочку у неё температура комнатная. Пробовал определить где начинается падение температуры и двигая рукой по этой ручке, тепло начинал чувствовать на расстоянии 2см от самой сковороды. Хотя специально нагревал на газе саму ручку, она так же нагревается в том месте, где её грею. То есть имеет свойства тоже нагреваться, но вот понять, то ли она так быстро отдает тепло, то ли не переносит это тепло, понять не возможно.

Но визуально очень похоже на алюминий.

Автор: Андрей Бедов [ Ср сен 10, 2014 14:33:15 ]
Заголовок сообщения: Re: Теплопроводность
Это говорит как раз о том, что у ручки ХРЕНОВАЯ теплопроводность. Как и должно быть в этом случае.
Если бы ручка была медная, Вы бы её голой рукой, без прихватки, не взяли.
С алюминиевым радиатором так же: теплопроводность его ХУЖЕ, чем у меди. Поэтому транзистор горячий, а рёбра радиатора — холодные. Алюминий не "быстрее отдаёт тепло" в окружающую среду, а тупо хреново пропускает его через себя. Неужели по логике непонятно? Тем более уже и цифры приводили в сравнении с медью. А известно, что чем выше температура рёбер — тем ниже температура транзистора, так-как тепло распределяется между транзистором и радиатором равномернее, и результирующая температура такой системы будет ниже. И с более горячих рёбер тепло уходит интенсивнее. Писал же я выше об этом. А Вы начали обвинять изготовителей медных радиаторов в некомпетентности!
Уже просто странный разговор какой-то получается. Если не сказать больше.
Если бы, допустим, серебро было относительно дёшево, то радиаторы делали бы из него, а не из меди. Потому-что его теплопроводность ещё больше, чем у меди.
Серебряная ложка, опущенная в стакан с киплячою водою, нагревается до пальцев за две секунды. Проверял сам, ложка есть такая у бабуськи, а ей досталась от прабабки, дореволюционная!

А может у медной ручки плохая теплоотдача, поэтому и писал я, что при транзисторе КТ805Б не мог остудить огромный радиатор, а как только я взял КТ805БМ, то маленькая полоска алюминия обеспечивала нормальную температуру у транзистора.

И мой пример с эл. зажиганием в машине Вам не помог, у моего приятеля при использовании медной пластины, транзисторы сгорали, а у меня с алюминием ни один транзистор не сгорел, он тоже потом заменил медь на алюминий и проблема исчезла. Видимо я зря привожу так много доказательств, их Вы не читаете. И зачем тогда изменили состав металла в корпусе транзисторов? Видимо наконец поняли, что на основе меди, корпусы плохо отдают тепло.

Но это понятно, там умные ребята сидят и через пару десятков лет до них тоже дошло, что нужно алюминиевую основу радиатора.

Автор: Котбазилио [ Чт сен 11, 2014 11:18:24 ]
Заголовок сообщения: Re: Теплопроводность
Автор: Котбазилио [ Вт сен 16, 2014 14:07:06 ]
Заголовок сообщения: Re: Теплопроводность
Вы написали своё сообщения, не читая моих. Прочтите снова и не будете такое писать — И что-то я сомневаюсь что КТ805 (808 и другие) делали из алюминия когда-то, по моему всегда основание у них было медным — Это Ваши слова.

Когда это я писал, что эти транзисторы делали из алюминия? Будьте внимательны, когда апеллируете.

Автор: Андрей Бедов [ Вт сен 16, 2014 15:54:37 ]
Заголовок сообщения: Re: Теплопроводность
Я написал свои сообщения, отталкиваясь от ВАШИХ, Котбазилио.
Ещё раз говорю, не "рвите жопу", если нечем крыть!
Уже Вам приводили неоднократные примеры из теории и практики.
Вы же стараетесь это опровергнуть своим "жизненным опытом".
Скажу "по-молодёжному" — забейтесь уже, в своих жалких потугах " кому-то чего-то доказать", что уже и так давно очевидно.
"шиза — наш друг", несмотря и с уважением к Вашему возрасту.

Андрей, дорогой, я удивлен Вашему сообщению и скажу старую мудрость — С КЕМ ПОВЕДЕШЬСЯ ОТ ТОГО И НАБЕРЕШЬСЯ. (не учитесь у плохих дядей плохому)

Посмотрите на своё сообщение, в нём жаргон глупого человека, Вы же умный парень (так мне раньше казалось) Какие Вы приводили примеры из практики и теории. Это я Вам привел бесчисленное количество примеров, где доказывает мою правоту. Ещё раз пишу, почему перестали делать корпуса из меди, а стали применять металл на основе алюминия, который многократно дороже меди?

Я же и марки транзисторов привел. Вы меня разочаровали, если будете общаться в таком тоне, то Вы потеряете своё лицо и . а мне бы не хотелось видеть в Вас такие метаморфозы. Оставайтесь всегда приличным человеком.

Пока ещё с уважением, дядя Валера. (мои дети старше Вас)

Автор: Котбазилио [ Ср сен 17, 2014 05:23:27 ]
Заголовок сообщения: Re: Теплопроводность

У Валеры очередное обострение.
Осеннее.
На сегодняшний день стоимость 1 тонны меди на мировых рынках составляет примерно 7000$ http://fx-commodities.ru/copper/
На сегодняшний день стоимость 1 тонны алюминия на мировых рынках составляет примерно 2000$ http://fx-commodities.ru/aluminium/
Да и не нужно ходить на биржу, чтобы убедиться в разнице в 3,5 раза в пользу МЕДИ. Достаточно посмотреть на цены медных и алюминиевых проводов и цены на медный и алюминиевый (дюралюминиевый) профиль (типа волноводного).

Автор: КРАМ [ Ср сен 17, 2014 05:41:21 ]
Заголовок сообщения: Re: Теплопроводность
Автор: Котбазилио [ Ср сен 17, 2014 06:46:58 ]
Заголовок сообщения: Re: Теплопроводность
Почему то все мои оппоненты не умеют анализировать дискуссию и невнимательно читают сообщения.

Я же написал, что новые транзисторы делаются на основе алюминия, но имеют большую цену, потому что этот металл дороже и алюминия и меди, это особый сплав, который и позволяет им передавать большую теплопроводность. В чистом виде алюминий не прочный и механически легко подвержен деформации.

Поэтому и в автомобилестроении применяют не чистый алюминий, а силумин.

Силуми́н — сплав алюминия с кремнием. Химический состав — 4-22 % Si, основа — Al, незначительное количество примесей Fe, Cu, Mn, Ca, Ti, Zn, и некоторых других. Некоторые силумины модифицируются добавками натрия или лития. Добавка всего 0,05 % лития или 0,1 % натрия позволяет увеличить содержание кремния в эвтектическом сплаве до 14 %. Сплав Al-Si (силумины) обладают наилучшими литейными свойствами. В двойных сплавах Al-Si эвтектика состоит из твердого раствора и кристаллов практически чистого кремния. В легированных силуминах (АК9ч) помимо двойной эвтектики имеются тройные и более сложные эвтектики. В двойных силуминах с увеличением содержания кремния до эвтектического состава снижается пластичность и повышается прочность.

Применяются для литья деталей в авто-, мото- и авиастроении (напр. картеров, блоков цилиндров, поршней), и для производства бытовой техники (теплообменников, мясорубок).

Рекомендованные сообщения

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Сейчас на странице 0 пользователей

Нет пользователей, просматривающих эту страницу.

Теплопроводность алюминий или медь

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.

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.

Высокая теплопроводность меди наряду с другими замечательными свойствами определила этому металлу значимое место в истории развития человеческой цивилизации. Изделия из меди и ее сплавов используются практически во всех сферах нашей жизни.

1 Медь – коротко про теплопроводность

Теплопроводностью называют процесс переноса энергии частиц (электронов, атомов, молекул) более нагретых участков тела к частицам менее нагретых его участков. Такой теплообмен приводит к выравниванию температуры. Вдоль тела переносится только энергия, вещество не перемещается. Характеристикой способности проводить тепло является коэффициент теплопроводности, численно равный количеству теплоты, которая проходит через материал площадью 1 м 2 , толщиной 1 м, за 1 секунду при единичном градиенте температуры.

Коэффициент теплопроводности меди при температуре 20–100 °С составляет 394 Вт/(м*К) – выше только у серебра. Стальной прокат уступает меди по этому показателю почти в 9 раз, а железо – в 6. Различные примеси по-разному влияют на физические свойства металлов. У меди скорость передачи тепла снижается при добавлении в материал или попадании в результате технологического процесса таких веществ, как:

Высокая теплопроводность характеризуется быстрым распространением энергии нагрева по всему объему предмета. Эта способность обеспечила меди широкое применение в любых системах теплообмена. Ее используют при изготовлении трубок и радиаторов холодильников, кондиционеров, вакуумных установок, автомашин для отвода избыточного тепла охлаждающей жидкости. В отопительных приборах подобные изделия из меди служат для обогрева.

Способность меди проводить тепло снижается при нагреве. Значения коэффициента теплопроводности меди в воздухе зависит от температуры последнего, которая влияет на теплоотдачу (охлаждение). Чем выше температура окружающей среды, тем медленнее остывает металл и ниже его теплопроводность. Поэтому во всех теплообменниках используют принудительный обдув вентилятором – это повышает эффективность работы устройств и одновременно поддерживает тепловую проводимость на оптимальном уровне.

Теплопроводность алюминия и меди различна – у первого она меньше, чем у второго, в 1,5 раза. У алюминия этот параметр составляет 202–236 Вт/(м*К) и является достаточно высоким по сравнению с другими металлами, но ниже, чем у золота, меди, серебра. Область применения алюминия и меди, где требуется высокая теплопроводность, зависит от ряда других свойств этих материалов.

Алюминий не уступает меди по антикоррозионным свойствам и превосходит в следующих показателях:

  • плотность (удельный вес) алюминия меньше в 3 раза;
  • стоимость – ниже в 3,5 раза.

Аналогичное изделие, но выполненное из алюминия, значительно легче, чем из меди. Так как по весу металла требуется меньше в 3 раза, а цена его ниже в 3,5 раза, то алюминиевая деталь может быть дешевле примерно в 10 раз. Благодаря этому и высокой теплопроводности алюминий нашел широкое применение при производстве посуды, пищевой фольги для духовок. Так как этот металл мягкий, то в чистом виде не используется – распространены в основном его сплавы (наиболее известный – дюралюминий).

В различных теплообменниках главное – это скорость отдачи избыточной энергии в окружающую среду. Эта задача решается интенсивным обдувом радиатора посредством вентилятора. При этом меньшая теплопроводность алюминия практически не отражается на качестве охлаждения, а оборудование, устройства получаются значительно легче и дешевле (к примеру, компьютерная и бытовая техника). В последнее время в производстве наметилась тенденция к замене в системах кондиционирования медных трубок на алюминиевые.

Медь практически незаменима в радиопромышленности, электронике в качестве токопроводящего материала. Благодаря высокой пластичности из нее можно вытягивать проволоку диаметром до 0,005 мм и делать другие очень тонкие токопроводящие соединения, используемые для электронных приборов. Более высокая, чем у алюминия, проводимость обеспечивает минимальные потери и меньший нагрев радиоэлементов. Теплопроводность позволяет эффективно отводить выделяемое при работе тепло на внешние элементы устройств – корпус, подводящие контакты (к примеру, микросхемы, современные микропроцессоры).

Шаблоны из меди используют при сварке, когда необходимо на стальную деталь сделать наплавку нужной формы. Высока теплопроводность не позволит медному шаблону соединиться с приваренным металлом. Алюминий в таких случаях применять нельзя, так как велика вероятность его расплавления или прожига. Медь также используют при сварке угольной дугой – стержень из этого материала служит неплавящимся катодом.

3 Минусы высокой теплопроводности

Низкая теплопроводность во многих случаях является нужным свойством – на этом основана теплоизоляция. Использование медных труб в системах отопления приводит к гораздо большим потерям тепла, чем при применении магистралей и разводок из других материалов. Медные трубопроводы требуют более тщательной теплоизоляции.

У меди высокая теплопроводность, что обуславливает достаточно сложный процесс монтажных и других работ, имеющих свою специфику. Сварка, пайка, резка меди требует более концентрированного нагрева, чем для стали, и зачастую предварительного и сопутствующего подогрева металла.

При газовой сварке меди необходимо использование горелок мощностью на 1–2 номера выше, чем для стальных деталей такой же толщины. Если медь толще 8–10 мм, рекомендуется работать с двумя или даже тремя горелками (часто сварку производят одной, а другими осуществляют подогрев). Сварочные работы на переменном токе электродами сопровождаются повышенным разбрызгиванием металла. Резак, достаточный для толщины высокохромистой стали в 300 мм, подойдет для резки латуни, бронзы (сплавы меди) толщиной до 150 мм, а чистой меди всего в 50 мм. Все работы связаны с значительно большими затратами на расходные материалы.

4 Как у меди повысить теплопроводность?

Медь – один из главных компонентов в электронике, используется во всех микросхемах. Она отводит и рассеивает тепло, образующееся при прохождении тока. Ограничение быстродействия компьютеров обусловлено увеличением нагрева процессора и других элементов схем при росте тактовой частоты. Разбиение на несколько ядер, работающих одновременно, и другие способы борьбы с перегревом себя исчерпали. В настоящее время ведутся разработки, направленные на получение проводников с более высокой электропроводимостью и теплопроводностью.

Открытый недавно учеными графен способен значительно увеличить теплопроводность медных проводников и их возможность к рассеиванию тепла. При проведении эксперимента слой меди покрыли графеном со всех сторон. Это улучшило теплоотдачу проводника на 25 %. Как объяснили ученые, новое вещество меняет структуру передачи тепла и позволяет энергии двигаться в металле свободнее. Изобретение находится на стадии доработки – при эксперименте использовался медный проводник гораздо больших размеров, чем в процессоре.

Шаг пятый.
Предыдущие шажки можно увидеть здесь.
Достался мне тут недавно бракованный кулер Titan D5TB/Cu35. Все было нормально, но основание не отшлифовано совсем, медный пятак имел частые борозды видимо от отрезного станка глубиной примерно 0,5 мм.
Решено было – отполировать и поставить.
Эффект превзошел все ожидания. Температура, под нагрузкой, упала до 47 градусов.
Как это возможно? Алюминий эффективней меди?

Теплопроводность:
Алюминий 180-200 Вт/м*К
Медь обычная 300-320 Вт/м*К

Плотность:
Рал=2700 кг/м3
Рмед=8940 кг/м3, где Р-плотность

Удельная теплоёмкость:
Алюминий — 880 Дж / кг*К
Медь — 385 Дж / кг*К

видим, что:
· плотность меди выше, чем у алюминия примерно в 3,31 раза
· теплопроводность меди выше, чем у алюминия примерно в 1,66-1,75 раза
· теплоёмкость медного радиатора меньше, чем у алюминиевого примерно в 2,28 раза, при равной массе.

Таким образом, если радиаторы одинаковые по размерам и форме, то выполненный из меди будет в 3,31 раза тяжелее, его теплоемкость будет примерно в 1.44 раз больше чем у алюминиевого. Следовательно, при одинаковой нагрузке медный радиатор нагреется в 1.44 раза меньше. При большей разнице температур между процессорным ядром и радиатором теплообмен проходит эффективнее, следовательно, медный радиатор лучше.
Но на практике, я заменил медный радиатор на алюминиевый и выиграл. Почему?
В данном случае я заменил небольшой, но тяжелый радиатор от Thermaltake Volcano 10, с частыми тонкими ребрами, на вдвое больший радиатор от Titan D5TB/Cu35 с достаточно редкими и толстыми ребрами. Масса радиаторов примерно равна, поэтому теплоемкость алюминиевого радиатора будет больше. Следовательно, нагреваться он будет дольше. Кроме того, сопротивление воздушному потоку меньше из-за большей ширины каналов. Следовательно, через алюминиевый радиатор проходит большее количество воздуха, и он (воздух) забирает больше тепла. Тепловой баланс устанавливается на низшей отметке температуры, так как, во-первых, за единицу времени больше тепла отдается в атмосферу вследствие большего количества проходящего воздуха, а площадь теплообмена у обоих радиаторов примерно равна. А во-вторых, сам радиатор нагревается медленнее вследствие большей теплоемкости, поэтому для достижения равной с медным радиатором температуры алюминиевому требуется больше времени, что усугубляет первое положение. Кроме того, возможно в радиаторе от Thermaltake Volcano 10 образовывались не продуваемые зоны, в которых застаивался теплый воздух.
Основное преимущество меди, большая теплопроводность, в данном случае существенного влияния не оказывает, ввиду слабого воздушного потока вследствие чего и алюминиевый и медный радиаторы успевают равномерно распределить тепло по поверхности своих ребер и, следовательно, единица площади ребер обоих радиаторов отдает воздуху примерно равное количество тепла.
Все, что здесь написано, отражает мою личную точку зрения и не более. Я не старался придерживаться классической терминологии и возможно применил неверные определения, за что прошу строго меня не судить.

Конструктивная критика принимается здесь.

сравнение медь или алюминий для проводки

При планировании электромонтажных работ в доме или квартире, может возникнуть вопрос о том, что же лучше: медная или алюминиевая проводка?

В данной статье мы разберемся какой материал следует применять при разводке электрического кабеля в жилых помещениях и рассмотрим все плюсы и минусы медных и алюминиевых проводников.

Какая проводка лучше - сравнение медной и алюминиевой электропроводки

Какая проводка лучше - сравнение медной и алюминиевой электропроводкиКакая проводка лучше - сравнение медной и алюминиевой электропроводкиКакая проводка лучше - сравнение медной и алюминиевой электропроводки

Сравнение алюминиевых и медных проводов по техническим характеристикам

Для того, чтобы понять, чем отличается медь и алюминий, нужно рассмотреть и сравнить их технические характеристики.

Свойства проводников

Основными электрическими свойствами материала проводников являются их удельное электрическое сопротивление, теплопроводность и температурный коэффициент сопротивления. К механическим свойствам можно отнести вес, прочность, удлинение перед разрывом и срок службы в режиме нормальной работы.

Удельное электрическое сопротивление

Удельное электрическое сопротивление – это способность материала оказывать сопротивление электрическому току при его протекании через проводник. Эта характеристика вычисляется по формуле:

Ρ = r⋅S/l,

где l – длина проводника, S – площадь поперечного сечения, r – сопротивление.

Для сравнения:

Материал проводникаУдельное электрическое сопротивление, Ом·мм²/м
Медь0,0175
Алюминий0,0300

Как видно из этой таблицы, у меди удельное сопротивление ниже и, соответственно, она меньше нагревается и лучше проводит электрический ток.

Теплопроводность

Теплопроводность – это свойство проводника, которое показывает количество тепла, которое проходит в единицу времени через слой вещества. Для расчёта электрического кабеля данная характеристика является достаточно важной, так как от неё зависит безопасная эксплуатация электропроводки. Чем выше теплопроводность материала, тем он меньше нагревается и лучше отдает лишнее тепло.

Для сравнения:

Материал проводникаТеплопроводность, Вт/(м·К)
Медь401
Алюминий202—236

Температурный коэффициент сопротивления

При нагревании различных материалов их электропроводимость изменяется. Характеристикой, которая показывает это изменение называется температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Это значение выявляют с помощью специального измерителя ТКС и берут среднее значение этого коэффициента.

Обратите внимание! Температурный коэффициент сопротивления — это отношение относительного изменения сопротивления к изменению температуры. Обозначается α.

Для сравнения:

Материал проводникаТемпературный коэффициент сопротивления, 10-3/K
Медь4,0
Алюминий4,3

Чем меньше температурный коэффициент сопротивления, тем большей стабильностью обладает проводник.

Вес и электропроводимость проводника

Медь намного тяжелее алюминия. Её плотность составляет 8900 кг/м³, а плотность алюминия 2700 кг/м³. Это означает, что проводник из меди будет тяжелее аналогичного по размеру алюминиевого провода в 3,4 раза.

Важно понимать, что электропроводимость меди более чем на 50% выше, чем у алюминия и, соответственно, чтобы проводник из алюминия мог провести такой же ток он должен быть больше медного на 50%.

Поэтому эффективнее использовать медный проводник, чем кабель из алюминиевого материала.

Какая проводка лучше - сравнение медной и алюминиевой электропроводки

Какая проводка лучше - сравнение медной и алюминиевой электропроводки

Удлинение перед разрывом и прочность

Электрический кабель может работать в различных режимах и условиях эксплуатации, поэтому при выборе проводника очень важно учитывать его стойкость к механическим нагрузкам. Сопротивление на разрыв – характеристика, которая учитывает прочность материала и противодействие разрушающей нагрузке.

Для сравнения:

Материал проводникаПредел прочности на разрыв, кг/м²
Медь27 – 44,9
Алюминий8 – 25

Исходя из анализа таблицы хорошо видно, что медь обладает высокой стойкостью к механическому воздействию и существенно превосходит алюминий по такой характеристике.

Срок службы

Срок службы электрической проводки зависит от условий эксплуатации и окружающей среды. Принято считать, что срок службы алюминиевого кабеля в нормальных условиях работы составляет 20-30 лет. В то же время медная проводка служит значительно дольше и срок её службы может достигать до 50 лет.

Какая проводка лучше - сравнение медной и алюминиевой электропроводки

Какая проводка лучше - сравнение медной и алюминиевой электропроводки

Какой материал для электропроводки нужно выбирать для квартиры

В советские времена в жилых помещениях обычным явлением было применение электропроводки из алюминия. Это происходило по тому, что в жилых домах не было высоких нагрузок на электрическую сеть ввиду небольшой мощности и малого количества электрических приборов. С развитием техники и появлением огромного разнообразия мощных электроприборов, которые используются в домашних условиях, существенно повысились требования к качеству и материалам для электрического кабеля. В современных реалиях устройство проводки из алюминиевого материала практически не применяется, так как согласно ПУЭ электрическая проводка в жилых помещениях должна выполняться из меди!

Интересный факт! Не многие знают, но чуть ранее до алюминиевой проводки, в сталинские времена, в квартирах использовалась медная проводка.

Преимущества и недостатки алюминиевой электропроводки

Основными преимуществами электрической проводки из алюминия являются:

  1. Небольшая масса: плотность алюминия ниже и соответственно ниже его масса. При прокладке простых сетей с множеством кабелей, но небольшими нагрузками – это будет удобным преимуществом.
  2. Небольшая цена: алюминий дешевле меди в несколько раз, поэтому изделия из такого материала также отличаются низкой ценой.
  3. Стойкость к окислению: при отсутствии контакта с окружающей средой служит долго и не разрушается от окисления.

К недостаткам данного материала можно отнести:

  1. Низкие показатели по электропроводимости – алюминий имеет высокое удельное сопротивление и нагревается при прохождении через него электрического тока. Поэтому ПУЭ запрещает использование такого кабеля в домашних сетях при поперечном сечении проводника менее 16 мм².
  2. Плохое соединение – из-за окислительных процессов и циклов нагрев/остывание, места соединения алюминиевого кабеля постепенно разрушаются, что может привести к неисправности электрической проводки или короткому замыканию.
  3. Хрупкость проводников – такие кабели легко ломаются при нагреве, что так же очень часто приводит к неисправностям.

Преимущества и недостатки медной электропроводки

Медь разрешена к использованию и широко применяется для устройства электрической проводки в жилых и промышленных зданиях. По электрическим характеристикам она превосходит многие материалы и уступает только серебру.

Преимуществами медных кабелей являются:

  1. Высокая электро- и теплопроводность – медь имеет относительно низкое сопротивление и эффективно проводит электрический ток, обладает высоким КПД, а также существенно не нагревается при правильном сечении кабеля.
  2. Устойчивость к коррозии – медные проводники могут работать при любых условиях эксплуатации и окружающей среды, служат долго и практически не подвергаются коррозии.
  3. Устойчивость к механическим нагрузкам – медная электрическая проводка является прочной, пластичной и гибкой.
  4. Гибкость и удобство монтажа – проводники из меди очень гибкие и их удобно монтировать под разными углами и подключать к розеткам и выключателям.

Главным недостатком меди является её высокая стоимость. Но нужно понимать, что при производстве такого ответственного вида работ, как монтаж проводки очень важна безопасность и долговечность. Поэтому, несмотря на свою стоимость, проводка из меди быстро окупается и при правильной эксплуатации служит очень долго без ремонтов и неисправностей.

Какая проводка лучше - сравнение медной и алюминиевой электропроводки

Какая проводка лучше - сравнение медной и алюминиевой электропроводки

Стоит ли менять старую алюминиевую проводку?

На этот вопрос можно с уверенностью и однозначно ответить: да, безусловно стоит! Применение старой алюминиевой проводки при нынешних современных нагрузках на электрическую сеть не только неэффективно, но и не безопасно. Более того, согласно ПУЭ алюминиевые провода нельзя применять при монтаже проводки в доме. Поэтому, если есть возможность поменять электропроводку, то её стоит обязательно сменить на медную с правильным расчетом, подбором сечения и количества электрических линий.

Электромонтажные работы – это тот случай, когда нельзя экономить на качестве материалов. От правильного подбора и расчета материалов зависит безопасность людей и правильная работа электрических приборов в доме.

Если же вы все-таки решили оставить старую электропроводку, то вам стоит переделать щиток, ограничить мощность и защитить каждую линию от превышения нагрузки выше 16 А (это позволит вам не беспокоится о том, что в какой-то момент проводка перегреется и загорится).

Пусть медная проводка значительно дороже алюминиевой, но в долгосрочной перспективе она окупается и не приносит проблем пользователю.

Какая проводка лучше медная или алюминиевая: преимущества и недостатки

Содержание статьи:

Владельцы недвижимости часто с трудом могут определиться, какая проводка лучше – медная или алюминиевая. Этот вопрос встает перед частными застройщиками и владельцами городских квартир, в которых планируется капитальный ремонт. От правильности принятого решения зависят не только эксплуатационные характеристики жилья, но и безопасность проживания хозяев. Чтобы не ошибиться в выборе электропроводки, необходимо разобраться с плюсами и минусами каждого материала, выяснить общие моменты и принципиальные различия.

На что обращать внимание при выборе проводов

Схема медного и алюминиевого проводов

Выбирая между медью или алюминием для проводки, необходимо отталкиваться от нескольких критериев, от которых зависит эффективность работы электрической системы.

Обращать внимание нужно на такие нюансы:

  • Места расположения розеток, осветительных приборов, пакетных и клавишных выключателей. На основании схемы можно подсчитать, требуемый метраж кабеля.
  • Суммарная мощность приборов, которые одновременно будут включены в сеть. Получается показатель максимальной токовой нагрузки проводов.
  • Стандарт розеток. Они приспособлены под присоединение жил, диаметр которых не превышает 2,5 мм. Соотносится токовая нагрузка и электропроводность металлов.
  • Стоимость материала. На этот параметр нужно ориентироваться в последнюю очередь, так как безопасность превыше всего.

Не следует забывать о таком критерии, как долговечность. Замена коммуникаций – слишком дорогое и трудоемкое мероприятие, чтобы проводить его раз в несколько лет

Свойства алюминия

Алюминиевая проводка легко гнется, но быстро ломается

Алюминий относится к категории легких, химически и биологически инертных металлов с удельным весом 2700 кг/м³. Материал безопасен для человека и окружающей среды.

Достоинства алюминия:

  • Доступная стоимость. Цена определяется более низкой температурой плавления и меньшими, чем у других металлов, затратами на производство.
  • Пластичность. Провод хорошо гнется, сохраняя приданную форму. Жилам придается любая нужная в работе конфигурация.
  • Образование защитного слоя. Поверхность металла после зачистки покрывается тонким слоем, который препятствует его окислению по всему объему.

Вместе с тем, алюминий имеет следующие недостатки:

  • Высокая степень сопротивления потоку электронов. Это вызывает нагревание линий, что может привести к возгоранию отделочных материалов.
  • Большой уровень теплового расширения. Из-за этого возникает ослабление контактных соединений. При частом включении и отключении линий с высокой нагрузкой происходит разъединение цепи.
  • Окисление при контакте с воздухом. Образующаяся от этого пленка имеет плохую проводимость, из-за чего контакты перегреваются и плавят изоляцию, а линия «земля» просто перестает выполнять свою функцию.
  • Короткий срок эксплуатации. Он не превышает 30 лет при средней нагрузке.

Сегодня в соответствии с требованиями ГОСТ использование алюминия запрещено в строительстве жилых домов и инженерных сооружений.

Свойства меди

Медная проводка устойчива к скручиванию и изгибанию

Медь является тяжелым металлом с удельным весом 8700 кг/м³. Это показатель следует учитывать только при прокладке ЛЭП с ограниченным запасом прочности опор. В быту им можно пренебречь. Материал активно взаимодействует с кислородом, образуя оксид — патину, которую можно увидеть на статуях, ограждениях и сувенирах.

Достоинства меди следующие:

  • Долговечность. Если линия не проходит на улице, она может прослужить 30-50 лет в зависимости от влажности помещения.
  • Прочность. Медь устойчива к скручиванию и изгибанию. Качественный кабель можно деформировать до 100 раз без потери его рабочих характеристик.
  • Высокая проводимость. Металл хорошо пропускает электроны, не подвергаясь нагреванию и тепловому расширению.
  • Гибкость. Проводка легко принимает нужное положение, распрямляясь после прекращения действия нагрузки. С кабелями удобно работать в процессе монтажа.

Минусы у материала тоже есть:

  • Высокая цена. Объясняется это сложностями добычи руды и затратами на ее переработку. Чтобы расплавить концентрат, требуется большое количество энергии, плюс затраты на транспортировку.
  • Окисление при взаимодействии с водой и воздухом. Образующаяся пленка ухудшает проводимость контактов и способствует их нагреванию.

Выбирая между алюминиевой или медной проводкой, целесообразно останавливаться на втором варианте, так как он имеет больше достоинств, чем недостатков.

Что лучше проводит ток

Этот показатель определяет такие свойства разводки, как ее предельная мощность, долговечность и пожарная безопасность.

От проводимости зависят такие эксплуатационные характеристики проложенной линии:

  • потери на нагревание от потока электронов;
  • сохранение параметров тока, что важно для чувствительных приборов;
  • степень повышения температуры кабеля во время работы мощных потребителей;
  • наличие или отсутствие в помещении запаха от плавящейся и горящей проводки.

Чтобы понять, что лучше проводит ток – медь или алюминий, можно сопоставить степень их сопротивления. Чем этот показатель меньше, тем ниже вероятность возникновения нежелательных явлений.

Данный показатель составляет:

  • медь — 0,018 Ом×мм²/м;
  • алюминий — 0,028 Ом×мм²/м.

Медь проводит ток более, чем в 1,5 раза лучше. Компенсация сопротивления достигается за счет увеличения сечения жил в кабеле.

Какой материал для проводки лучше

Виды соединений медных проводов

При всех достоинствах алюминия не стоит забывать о его недостатках. Главным из них, не считая механических характеристик, является низкая проводимость. Бесконечно увеличивать диаметр кабеля нельзя, так как бытовые приборы и проложенные в стенах каналы на такое не рассчитаны. Не следует забывать о таком факторе, как хрупкость металла. После нескольких лет эксплуатации он может лопнуть при замене розетки или счетчика. Делать в подрозетнике скрутку нежелательно, так как она долго не прослужит. Выбор в пользу алюминия даст хорошую экономию на закупке материалов, но последующие затраты на ремонт могут свести ее на нет.

Медь тоже имеет свои минусы, но они компенсируются большим количеством преимуществ. Даже процесс протягивания кабеля по каналу происходит легче, так как он хорошо изгибается без каких-либо склонностей к поломке или разрыву. Стоит помнить и о низком сопротивлении. Установив линию с жилами 2,5 мм², можно использовать в быту настолько мощные потребители, насколько это позволяет общая домовая линия.

Подводя итог, можно рекомендовать мастерам делать свой выбор в пользу изделий из меди. Если бюджет ограничен, можно комбинировать материалы, используя современные средства коммутации.

Полезные рекомендации

Соединение проводов должно соответствовать правилам безопасности

Схема разводки кабелей в квартире состоит из верхнего и нижнего уровня. К нижнему проведены розетки, предназначенные для питания потребителей, мощность которых может достигать 2 кВт: стиральные машины, бойлеры, микроволновые печи. Чтобы не подвергать линии риску перегрева и обгорания, здесь целесообразно провести медный кабель с максимально допустимым для бытовых розеток сечением жил.

Верхний уровень используется для питания дверных звонков, потолочных и настенных ламп. Эти изделия потребляют минимальное количество электричества, особенно если в них установлены современные светодиодные лампы. Поверху можно пустить тонкий и недорогой алюминиевый кабель, запаса мощности которого хватит с большим резервом. При таком решении отдельным вопросом встает безопасный способ соединения двух несовместимых между собой металлов.

Токопроводящая паста

Чтобы избежать проблем с контактами после проведения монтажа, можно воспользоваться одним из таких приспособлений:

  • Зажим. Изделие состоит из 3 стальных пластин. Жилы вставляются между ними, после чего пластины затягиваются болтами.
  • Болт с 2 железными шайбами. Концы жил скручиваются кольцами и насаживаются на ось, между разными материалами устанавливаются шайбы. Закручивание гайки обеспечивает надежный контакт.
  • Пружинный коммутатор. Его клеммы обработаны специальной смазкой против коррозии. Жилы вставляются в пазы и фиксируются пружинными рычагами.
  • Колодки. Представляют собой стальную планку с контактами, запрессованную в пластиковый корпус. В концы кабеля вставляются в отверстия, где затягиваются болтами. Изделия могут использоваться для соединения 2-10 пар проводов.

Чтобы избежать окисления проводов, медь следует пропаивать, а алюминий покрывать специальной токопроводящей пастой.

Алюминий обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью. Почему в таком случае его широко используют в теплои

Советую вам обновить и освежить свои познания в теории теплообмена и на всякий случай термодинамику чисто популярно-ознакомительно. Почитал я тут и удивился некоторым выкладкам (одни весьма справедливы, другие мягко говоря... противоречивы), которые наверняка вас еще больше запутали. Итак тепло, как вам пояснили, передается тремя элементарными способами. Отбросим сразу один вид теплообмена - конвекцию. В двух других вы просто запутались применительно и из-за замечательных свойств материала, металла называемого алюминием. Когда говорят об отражении тепла поверхностью скажем алюминиевой фольги - говорят ТОЛЬКО о втором способе теплопередачи - излучении (иногда называют радиацией, точнее - тепловым излучением ) это способ передачи посредством электромагнитных волн (т. к. инфракрасное излучение это определенный участок спектра электромагнитных излучений, или волн - как угодно. Этот способ теплопередачи действует даже в вакууме). В данном случае, независимо от других свойств металла-алюминия используют только высокую отражательную способность поверхности альминиевой фольги (алюминия) .Проще говоря - фольга используется в качестве зеркала для отражения тех самых тепловых электромагнитных излучений (кстати наряду с серебром, алюминий применяют для изготовления обычных зеркал). В этой части все понятно. Теперь что касается третьего способа передачи тепла (а называется он как раз теплопроводностью-это перенос тепловой энергии структурными частицами вещества (молекулами, атомами, ионами) в процессе их теплового движения и еще одного свойства алюминия, тоже как не кстати, называемого теплопроводностью (это-количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло, алюминий из металлов уступает только меди, золоту и серебру). Так вот рассматривая третий вариант передачи тепла можно говорить о тепловой проводимости алюминия. Т. е. условии когда тепловая энергия от очага тепла или тела имеющего высшую температуру по сравнению с алюминиевым изделием ( не важно фольга это, алюминиевая пластина или настоящий алюминиевый радиатор) переносится НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ физическим контактом и соприкосновением поверхностей (тем лучше происходит передача, чем лучший контакт и большая поверхностью соприкосновения). Вспомните алюминиевые радиаторы в автомобилях или в том же компьютере на процессоре, где используется алюминиевые радиаторы для отвода тепла, способом теплопроводности. Теперь обобщим наши исследования на примере скажем устройства термоса. Если вспомните основной элемент термоса это двухстенная колба обе стенки которой покрыты обычным зеркальным слоем и стенки разнесены воздушной прослойкой, так вот воздушная прослойка препятствует передачи способом теплопроводности, а зеркальная поверхность препятствует способу передачи излучением. Точно так же устроена теплоизоляция несущих тепло трубопроводов. Они обмотаны минеральным волокном, которое обеспечивает защиту от передачи способом теплопроводности, а поверх минерального волокна укладывают альминиевую фольгу, которая играет роль зеркала для отражения излучения от трубы, да, да, именно так, а не иначе, а попутно алюминиевая фольга имея светлую внешнюю (здесь уместно вспомнить о понятии абсолютно белом и черном веществах) поверхность намного меньше излучает тепла (эл. магнитных волн) в пространство. Поэтому фольга не соприкасается и не должна соприкасаться с поверхностью трубы, а иначе весь смысл термоизоляции был бы нарушен, так как вы уже знаете в случае соприкосновения фольги и трубы процесс передачи (потери) тепла в атмосферу многократно увеличились бы вследствии действия теплопроводности и высокой теплопроводностью алюминиевых изделий .Надеюсь, вам это помогло разобраться. В противном случае читайте другие источники <a rel="nofollow" href="http://ru.wikipedia.org/wiki/Теплопроводность" target="_blank">http://ru.wikipedia.org/wiki/Теплопроводность</a> <a rel="nofollow" href="http://normis.com.ua/index.php?option=com_content&amp;view=article&amp;id=18&Itemid=25" target="_blank">h

Приведи сначала пример с АЛЮМИНИЕВОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЕЙ. Применяют для ТЕПЛООТВОДА-это другое дело

потому что излучение тепла это около 90% потерь, (теплопроводность и конвекция всего 10)а он хорошо отражает их. отражение и теплопроводность разные явленяе ч

Фольга отражает тепло, а за ней находится термоизоляция.

Аллюминий имеет высокую отражающую способность. А тепло это инфрракрасное излучение. Аллюминий благодаря блестящей поверхности отрает тепло. Благодаря этому свойству его применяют как теплоотражающую поверхность в комплексе с теплоизоляцией.

"Широко используется" это громко сказано.. . Алюминий - действительно обладает высокой отражающей способностью, но он и его сплавы имеют нехорошую особенность. Они все подвержены коррозии при высокой температуре, наличии влаги и кислорода (в среде обладающей не нейтральным рН или когда на него "наводится" напряжение) . Поэтому применять его как теплоизоляционный материал можно в очень ограниченных условиях (там где сухо) , что приводит к резкому ограничению в области применения его как теплоизоляционного материала. Тепло передается: 1. при теплопроводность 2. При излучении (солнечный свет, огонь костра - вот тут алюминий силен, он очень хорошо отражает тепловое излучение) 3. Конвекция.

Потому что тепло может передаваться - и, соответственно, ТЕРЯТЬСЯ - разными способами. В частности, излучением и теплопроводностью. Вот теплопроводность у алюминия действительпено высокая. А излучение, которое напрямую связано с отражательно способностью, - как раз низкое. Потому что то, что хорошо отражает свет, плохо его излучает. Поэтому покрытое блестящим алюминием тело, например, труба, а) не поглощает свет снаружи - а значит, не нагревается внешним излучением, и б) не излучает сама - а значит, не отдаёт то тепло, которое там внутри.

<a rel="nofollow" href="http://www.alutherma.ru" target="_blank">http://www.alutherma.ru</a> Изоляция с Алюминием

Теплопроводность – внеурочная деятельность (конкурсная работа) – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

  • Участник: Шароглазова Ксения Сергеевна
  • Руководитель: Печерская Светлана Юрьевна
Цель данной работы: изучение явления теплопроводности, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостями и газами.

Актуальность: В наше время разрабатываются новые материалы. Знания о теплопроводности различных веществ позволяет не только широко использовать их, но и предотвращать их вредное воздействие в быту, технике и природе.

Цель: изучение явления теплопроводности, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостями и газами.

Задачи:

  • изучить теоретический материал по данному вопросу;
  • исследовать теплопроводность твердых тел;
  • исследовать теплопроводность жидкостей;
  • исследовать теплопроводность газов;
  • сделать выводы о полученных результатах.

Гипотеза: все вещества (твердые, жидкие и газообразные) имеют разную теплопроводность.

Оборудование: спиртовка, штатив, деревянная палочка, стеклянная палочка, медная проволока, пробирка с водой.

Элементы УМК к учебнику А.В.Перышкина: учебник «Физика. 8 класс» А.В.Перышкина

Содержание работы

Внутренняя энергия, как и любой вид энергии, может быть передана от одних тел к другим. Внутренняя энергия может передаваться и от одной части тела к другой. Так, например, если один конец гвоздя нагреть в пламени, то другой его конец, находящийся в руке, постепенно нагреется и будет жечь руку. Явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте называется теплопроводностью.

Изучим это явление, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостью и газом.

Видео: https://cloud.mail.ru/public/JCFY/CFTcCeqhE

Опыт 1Исследование теплопроводности твердых тел на примере деревянной палочки, стеклянной палочки и медного стержня

Внесем в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится.

Вывод: дерево обладает плохой теплопроводностью.

Поднесем к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец останется холодным.

Вывод: стекло имеет плохую теплопроводность.

Если же мы будем нагревать в пламени конец металлического стержня, то очень скоро весь стержень сильно нагреется. Удержать его в руках мы уже не сможем.

Вывод: металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность. Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь. 

Рассмотрим передачу тепла от одной части твердого тела к другой на следующем опыте. Закрепим один конец толстой медной проволоки в штативе. К проволоке прикрепим воском несколько гвоздиков (рис. 6). При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск будет таять. Гвоздики начнут постепенно отваливаться. Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные.

Опыт 1

Выясним, как происходит передача энергии по проволоке. Скорость колебательного движения частиц металла увеличивается в той части проволоки, которая ближе расположена к пламени. Поскольку частицы постоянно взаимодействуют друг с другом, то увеличивается скорость движения соседних частиц. Начинает повышаться температура следующей части проволоки и т. д. Следует помнить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества от одного конца тела к другому.

Опыт 2. Исследование теплопроводности жидкостей на примере воды

Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмем пробирку с водой и станем нагревать ее верхнюю часть. Вода у поверхности скоро закипит, а у дна пробирки за это время она только нагреется (рис. 7). Значит, у жидкостей теплопроводность невелика, за исключением ртути и расплавленных металлов. Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых телах.

Вывод: теплопроводность жидкостей меньше теплопроводности металлов.

Опыт 2

Опыт 3. Исследование теплопроводности газов

Исследуем теплопроводность газов. 

Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышком вверх (рис. 8). Палец при этом долго не почувствует тепла. Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа еще больше, чем у жидкостей и твердых тел.

Вывод: теплопроводность у газов еще меньше, чем у жидкостей. Итак, теплопроводность у различных веществ различна.

Опыт 3

Выводы и их обсуждение

Вывод: Проведенные опыты показывают, что теплопроводность у различных веществ различна. Наибольшей теплопроводность обладают металлы, у жидкостей теплопроводность невелика и самая малая теплопроводность у газов.

Используя §4 учебника физики для 8 класса, представим результаты в виде таблицы:

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

ХОРОШАЯ

ПЛОХАЯ

металлы (серебро, медь, железо)

жидкости (вода)

 

газы (воздух)

 

вакуум

 

пористые тела, пробка, бумага, стекло, кирпич, пластмассы

 

волосы, перья птиц, шерсть

 

вата, войлок

Объяснение явления теплопроводности с молекулярно-кинетической точки зрения: теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В металлах частицы расположены близко, они постоянно взаимодействуют друг с другом. Скорость колебательного движения в нагретой части металла увеличивается и быстро передается соседним частицам. Повышается температура следующей части проволоки. В жидкостях и газах молекулы расположены на больших расстояниях, чем в металлах. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Применение теплопроводности

Теплопроводность на кухне

Теплопроводность и ее регулировка важны в процессе приготовления пищи. Часто во время тепловой обработки продукта необходимо поддерживать высокую температуру, поэтому на кухне используют металлы (медь, алюминий…), так их теплопроводность и прочность выше, чем у других материалов. Из металла делают кастрюли, сковородки, противни, и другую посуду. Когда они соприкасаются с источником тепла, это тепло легко передается пище. Иногда бывает необходимо уменьшить теплопроводность — в этом случае используют кастрюли из материалов с более низкой теплопроводностью, или готовят способами, при которых пище передается меньшее количество тепла. Приготовление блюд на водяной бане — один из примеров уменьшения теплопроводности. Для посуды, предназначенной для приготовления пищи, не всегда используют материалы с высокой теплопроводностью. В духовом шкафу, например, часто используют керамическую посуду, теплопроводность которой намного ниже, чем у металлической посуды. Их самое главное преимущество — способность держать температуру. Хороший пример использования материалов с высокой теплопроводностью на кухне — плита. Например, конфорки электроплиты сделаны из металла, чтобы обеспечить хорошую передачу тепла от раскаленной спирали нагревательного элемента к кастрюле или сковородке. Люди используют материалы с низкой теплопроводностью между руками и посудой, чтобы не обжечься. Ручки многих кастрюль сделаны из пластмасс, а противни вынимают из духовки прихватками из ткани или пластмассы с низкой теплопроводностью.

Материалы с невысокой теплопроводностью также используют для поддержания температуры пищи неизменной. Так, например, чтобы утренний кофе или суп, который берут в путешествие или на обед на работу, оставался горячим, его наливают в термос, чашку или банку с хорошей теплоизоляцией. Чаще всего в них пища остается горячей (или холодной) благодаря тому, что между их стенками находится материал, плохо проводящий тепло. Это может быть пенопласт или воздух, который находится в закрытом пространстве между стенками сосуда. Он не дает теплу перейти в окружающую среду, пище — остыть, а рукам — получить ожог. Пенопласт используют также для стаканчиков и контейнеров для пищи навынос. В вакуумном сосуде Дьюара (известном как «термос», по названию торговой марки) между наружной и внутренней стенкой почти нет воздуха — это еще больше уменьшает теплопроводность.

Отопительная система

Задача любой системы отопления является эффективная передача энергии от теплоносителя (горячей воды) в помещение. Для этого используют специальные элементы системы отопления – радиаторы. Радиаторы предназначены для повышения теплопередачи накопившейся в системе тепловой энергии в помещение. Они представляют собой секционную или монолитную конструкцию, внутри которой циркулирует теплоноситель. Основные характеристики радиатора отопления: материал изготовления, тип конструкции, габаритные размеры (кол-во секций), теплоотдача. Чем выше этот показатель, тем меньше тепловых потерь будет при передаче энергии от теплоносителя в помещение. Лучший материал для изготовления радиаторов – это медь. Наиболее часто используют чугунные радиаторы; алюминиевые радиаторы; стальные радиаторы; биметаллические радиаторы.

Теплопроводность для тепла

Мы используем материалы с низкой теплопроводностью для поддержания постоянной температуры тела. Примеры таких материалов — шерсть, пух, и синтетическая шерсть. Кожа животных покрыта мехом, а птиц — пухом с низкой теплопроводностью, и мы заимствуем эти материалы у животных или создаем похожие на них синтетические ткани, и делаем из них одежду и обувь, которые защищают нас от холода. Кроме этого мы делаем одеяла, так как спать под ними удобнее, чем в одежде. Воздух имеет низкую теплопроводность, но проблема с холодным воздухом в том, что обычно он может свободно двигаться в любом направлении. Он вытесняет теплый воздух вокруг нас, и нам становится холодно. Если движение воздуха ограничить, например, заключив его между внешней и внутренней стенками сосуда, то он обеспечивает хорошую термоизоляцию. У снега и льда тоже низкая теплопроводность, поэтому люди, животные и растения используют их для теплоизоляции. В свежем не утрамбованном снеге внутри находится воздух, что еще больше уменьшает его теплопроводность, особенно потому, что теплопроводность воздуха ниже теплопроводности снега. Благодаря этим свойствам, ледяной и снежный покров защищает растения от замерзания. Животные роют ямки и целые пещеры для зимовья в снегу. Путешественники, переходящие через заснеженные районы, иногда роют подобные пещеры, чтобы в них переночевать. С древнейших времен люди строили убежища изо льда, а сейчас создают целые развлекательные центры и гостиницы. В них часто горит огонь, и люди спят в мехах и синтетических спальных мешках.

Для обеспечения нормальной жизнедеятельности в организме людей и животных необходимо поддерживать определенную температуру в очень узких пределах. У крови и других жидкостей, а также у тканей разная теплопроводность и ее можно регулировать в зависимости от потребностей и окружающей температуры. Так, например, организм может изменить количество крови на участке тела или во всем организме с помощью расширения или сужения сосудов. Наше тело также может сгущать и разжижать кровь. При этом теплопроводность крови, а, следовательно, и части тела, где эта кровь течет, изменяется.

Теплолечение

Современные методы лечения теплом могут быть разделены на три большие группы: 1) контактное приложение нагретых сред; 2) светотепловое облучение и 3) использование теплоты, образующейся в тканях при прохождении высокочастотного электрического тока. Остановимся на использовании нагретых сред. Для теплолечения выбираются среды, позволяющие создать в них значительный запас теплоты. Эта теплота затем должна медленно и постепенно передаваться организму во все время процедуры. Для этого среда должна иметь, возможно, высокую теплоемкость и сравнительно низкие теплопроводность и конвекционную способности. Для теплолечения в основном применяют следующие среды: воздух, воду, торф, лечебные грязи и парафин.

Теплопроводность в бане

Многие любят отдыхать в саунах или банях, но сидеть там на скамейках из материала с высокой теплопроводностью — было бы невозможно. Требуется много времени, чтобы сравнять температуру таких материалов с температурой тела, поэтому вместо них используют материалы с низкой теплопроводностью, например дерево, верхние слои которого намного быстрее принимают температуру тела. Так как в сауне температура поднимается достаточно высоко, люди часто надевают на голову шапочки из шерсти или войлока, чтобы защитить голову от жары. В турецких банях хамамах температура намного ниже, поэтому там для скамеек используют материал с более высокой теплопроводностью — камень.

Интересные факты о теплопроводности

Тепло ли колючим зверям в иголках?

Шерсть не только спасает зверей от холода, но и служит средством защиты. А чтобы защита была внушительнее и надежнее, волосяной покров порой видоизменяется, превращаясь в своеобразные доспехи. Иглы, например. Но вот сохраняет ли такое облачение присущие шерсти свойства, не зябнут ли ежи и дикобразы в своих колючих шубках?

Ученые Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северова РАН обстоятельно изучили теплопроводные и теплоизоляционные свойства иголок, взятых со спины взрослого самца североамериканского дикобраза из коллекции Зоологического музея МГУ, и убедились, что греют эти самые иголки очень даже неплохо. Чтобы понять внутреннюю структуру игл, на них делали тонкие срезы, на которые напыляли золото для исследования в электронном микроскопе. Кератин — главная составляющая иголок — проводит тепло в 10 раз лучше, чем воздух. И благодаря этому иглы увеличивают теплопроводность «доспехов». Следовательно, возрастают и потери тепла с тела животного. Однако внутренняя пористая структура игл создает дополнительное экранирование теплового излучения, что, скорее всего, и компенсирует увеличение теплопроводности. Так что дикобраз, как и другие колючие звери, вовсе не страдает от холода. Иглистый покров сохраняет ровно столько тепла, сколько нужно теплокровному животному такого размера.

Полипропилен

Пока является лучшей основой для материалов (волокон, нитей, пряжи, полотен, тканей), используемых в производстве нательной спортивной одежды, термобелья и термоносков. Среди всех синтетических материалов, применяемых в этой области, он обладает самой низкой теплопроводностью. Поэтому одежда из полипропилена позволяет наилучшим образом сохранить тепло зимой и прохладу летом.

Какой материал имеет самую высокую теплопроводность?

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. Если изготовить чайную ложечку из алмаза, то воспользоваться ею не удастся, так как она будет обжигать пальцы в ту же секунду.

Из чего изготавливают сваи при строительстве зданий в регионах с вечной мерзлотой?

Большие трудности строителям зданий доставляет просадка фундамента особенно в регионах с вечной мерзлотой. Дома часто дают трещины из-за подтаивания грунта под ними. Фундамент передает почве какое-то количество теплоты. Поэтому здания начали строить на сваях. В этом случае тепло передается только теплопроводностью от фундамента свае и далее от сваи грунту. Из чего же надо делать сваи? Оказывается, сваи, выполненные из прочного твердого материала, внутри должны быть заполнены керосином. Летом свая проводит тепло сверху вниз плохо, т.к. жидкость обладает низкой теплопроводностью. Зимой свая за счет конвекции жидкости внутри неё, наоборот, будет способствовать дополнительному охлаждению грунта.

«Огнеупорный шарик»

Обычный воздушный шарик, надутый воздухом, легко воспламеняется в пламени свечи. Он тут же лопается. Если же к пламени свечи поднести такой же шарик, заполненный водой, он становится «огнеупорным». Теплопроводность воды в 24 раза больше, чем у воздуха. Значит, вода проводит тепло в 24 раза быстрее, чем воздух. Пока вода не испарится внутри шарика – он не лопнет.


Теплопроводность — Википедия

Теплопрово́дность — способность материальных тел проводить энергию (теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела путём хаотического движения частиц тела (атомов, молекул, электронов и т. п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.

Теплопроводностью называется также количественная характеристика способности тела проводить тепло. В сравнении тепловых цепей с электрическими это аналог проводимости.

Количественно способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Эта характеристика равна количеству теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К). В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения коэффициента теплопроводности является Вт/(м·K).

Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием гипотетического теплорода от одного тела к другому. Однако с развитием молекулярно-кинетической теории явление теплопроводности получило своё объяснение на основе взаимодействия частиц вещества. Молекулы в более нагретых частях тела движутся быстрее и передают энергию посредством столкновений медленным частицам в более холодных частях тела.

В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:

q→=−ϰgrad(T),{\displaystyle {\vec {q}}=-\varkappa \,\mathrm {grad} (T),}

где q→{\displaystyle {\vec {q}}} — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, ϰ{\displaystyle \varkappa } — коэффициент теплопроводности (удельная теплопроводность), T{\displaystyle T} — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad(T){\displaystyle \mathrm {grad} (T)} (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.[1]

В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):

P=−ϰSΔTl,{\displaystyle P=-\varkappa {\frac {S\Delta T}{l}},} [Вт/(м·К) · (м2·К)/м = Вт/(м·К) · (м·К) = Вт]

где P{\displaystyle P} — полная мощность тепловых потерь, S{\displaystyle S} — площадь сечения параллелепипеда, ΔT{\displaystyle \Delta T} — перепад температур граней, l{\displaystyle l} — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.

Связь с электропроводностью[править | править код]

Связь коэффициента теплопроводности ϰ{\displaystyle \varkappa } с удельной электрической проводимостью σ{\displaystyle \sigma } в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:

ϰσ=π23(ke)2T,{\displaystyle {\frac {\varkappa }{\sigma }}={\frac {\pi ^{2}}{3}}\left({\frac {k}{e}}\right)^{2}T,}
где k{\displaystyle k} — постоянная Больцмана,
e{\displaystyle e} — заряд электрона,
T{\displaystyle T} — абсолютная температура.

Коэффициент теплопроводности газов[править | править код]

В газах коэффициент теплопроводности может быть найден по приближённой формуле[2]

ϰ∼13ρcvλv¯,{\displaystyle \varkappa \sim {\frac {1}{3}}\rho c_{v}\lambda {\bar {v}},}

где ρ{\displaystyle \rho } — плотность газа, cv{\displaystyle c_{v}} — удельная теплоёмкость при постоянном объёме, λ{\displaystyle \lambda } — средняя длина свободного пробега молекул газа, v¯{\displaystyle {\bar {v}}} — средняя тепловая скорость. Эта же формула может быть записана как[3]

ϰ=ik3π3/2d2RTμ,{\displaystyle \varkappa ={\frac {ik}{3\pi ^{3/2}d^{2}}}{\sqrt {\frac {RT}{\mu }}},}

где i{\displaystyle i} — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5{\displaystyle i=5}, для одноатомного i=3{\displaystyle i=3}), k{\displaystyle k} — постоянная Больцмана, μ{\displaystyle \mu } — молярная масса, T{\displaystyle T} — абсолютная температура, d{\displaystyle d} — эффективный (газокинетический) диаметр молекул, R{\displaystyle R} — универсальная газовая постоянная. Из формулы видно, что наименьшей теплопроводностью обладают тяжелые одноатомные (инертные) газы, наибольшей — легкие многоатомные (что подтверждается практикой, максимальная теплопроводность из всех газов — у водорода, минимальная — у радона, из нерадиоактивных газов — у ксенона).

Теплопроводность в сильно разреженных газах[править | править код]

Приведённое выше выражение для коэффициента теплопроводности в газах не зависит от давления. Однако если газ сильно разрежен, то длина свободного пробега определяется не столкновениями молекул друг с другом, а их столкновениями со стенками сосуда. Состояние газа, при котором длина свободного пробега молекул ограничивается размерами сосуда называют высоким вакуумом. При высоком вакууме теплопроводность убывает пропорционально плотности вещества (то есть пропорциональна давлению в системе): ϰ∼13ρcvlv¯∝P{\displaystyle \varkappa \sim {\frac {1}{3}}\rho c_{v}l{\bar {v}}\propto P}, где l{\displaystyle l} — размер сосуда, P{\displaystyle P} — давление.

Таким образом коэффициент теплопроводности вакуума тем ближе к нулю, чем глубже вакуум. Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тем не менее, энергия в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому, например, для уменьшения теплопотерь стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность лучше отражает излучение), а воздух между ними откачивают.

Следует отметить, что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности, то есть в данной модели изменение температуры в какой-то точке мгновенно распространяется на всё тело. Закон Фурье неприменим для описания высокочастотных процессов (и, соответственно, процессов, чьё разложение в ряд Фурье имеет значительные высокочастотные гармоники). Примерами таких процессов являются распространение ультразвука, ударные волны и т. п. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл[4], а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом:[5]

τ∂q∂t=−(q+ϰ∇T).{\displaystyle \tau {\frac {\partial \mathbf {q} }{\partial t}}=-\left(\mathbf {q} +\varkappa \,\nabla T\right).}

Если время релаксации τ{\displaystyle \tau } пренебрежимо мало, то это уравнение переходит в закон Фурье.

Коэффициенты теплопроводности различных веществ[править | править код]

\tau
Материал Теплопроводность, Вт/(м·K)
Графен 4840 ± 440 — 5300 ± 480
Алмаз 1001—2600
Графит 278,4—2435
Арсенид бора[en] 200—2000
Карбид кремния 490
Серебро 430
Медь 401
Оксид бериллия 370
Золото 320
Алюминий 202—236
Нитрид алюминия 200
Нитрид бора 180
Кремний 150
Латунь 97—111
Хром 107
Железо 92
Платина 70
Олово 67
Оксид цинка 54
Сталь нелегированная 47—58
Свинец 35,3
Сталь нержавеющая (аустенитная) [6] 15
Кварц 8
Термопасты высокого качества 5—12 (на основе соединений углерода)
Гранит 2,4
Бетон сплошной 1,75
Бетон на гравии или щебне из природного камня 1,51
Базальт 1,3
Стекло 1—1,15
Термопаста КПТ-8 0,7
Бетон на песке 0,7
Вода при нормальных условиях 0,6
Кирпич строительный 0,2—0,7
Силиконовое масло 0,16
Пенобетон 0,05—0,3
Газобетон 0,1—0,3
Древесина 0,15
Нефтяные масла 0,12
Свежий снег 0,10—0,15
Пенополистирол (горючесть Г1) 0,038—0,052
Экструдированный пенополистирол (горючесть Г3 и Г4) 0,029—0,032
Стекловата 0,032—0,041
Каменная вата 0,034—0,039
Воздух (300 K, 100 кПа) 0,022
Аэрогель 0,017
Аргон (273—320 K, 100 кПа) 0,017
Аргон (240—273 K, 100 кПа) 0,015
Вакуум (абсолютный) 0 (строго)

Также нужно учитывать передачу тепла из-за конвекции молекул и излучения. Например, при полной нетеплопроводности вакуума, тепловая энергия передаётся излучением (Солнце, инфракрасные теплогенераторы). В газах и жидкостях происходит перемешивание разнотемпературных слоёв естественным путём или искусственно (примеры принудительного перемешивания — фены, естественного — электрочайники). Также в конденсированных средах возможно «перепрыгивание» фононов из одного твердого тела в другое через субмикронные зазоры, что способствует распространению звуковых волн и тепловой энергии, даже если зазоры представляют собой идеальный вакуум.

Author:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *