Все металлы плохо проводят тепло да или нет

Всем известно, что теплота может «путешествовать» с одного места на другое. Однако нам пока что неизвестно, каким же образом это происходит? Одинаково ли протекают теплообменные процессы в твёрдых телах, жидкостях и газах? И какова природа передачи теплоты? Чтобы ответить на эти вопросы, проведём эксперимент.

Возьмём железный гвоздь и стеклянную палочку и будем нагревать их концы в пламени спиртовки.

Через некоторое время мы почувствуем тепло. К пальцам, которые держат железный гвоздь, оно дойдёт гораздо быстрее, и вскоре мы не сможем удержать гвоздь, поскольку его температура значительно повысится. Стеклянную же палочку мы ещё долго сможем держать, хотя со временем и её температура повысится до такой степени, что будет печь пальцы.

В рассмотренном нами эксперименте происходит перенос теплоты от более нагретых частей тела к менее нагретым. Вы сами можете привести множество примеров такого переноса теплоты.

Такая передача энергии происходит в результате столкновения частиц. Она передаётся как бы по цепочке, последовательно слой за слоем, и со временем температура всех частей тела выравнивается.

Проведём ещё один опыт. К металлическому стержню, закрепленному в штативе, с помощью воска или пластилина прикрепим несколько кнопок. Свободный конец стержня будем нагревать на пламени спиртовки.

Через некоторое время мы увидим, что кнопки начнут отпадать от стержня: сначала отпадёт та кнопка, которая находится ближе к пламени, а затем поочерёдно все остальные.

Поскольку кнопки отпадали не одновременно, то можно сделать вывод о том, что температура стержня повышалась постепенно.

Почему это происходит? Попробуем разобраться, используя знания, полученные нами на предыдущих уроках.

Мы знаем, что в твёрдом теле (например, в металле) частицы взаимодействуют между собой, потенциальная энергия их велика, и они могут совершать колебательные движения около определенных положений. Модель структуры твердого тела (металла) можно представить в виде кристаллической решётки.

Модель кристаллической решётки

Частицы металла ближнего к пламени конца стержня получают от него энергию. А это значит, что увеличивается средняя кинетическая энергия колебательного движения его частиц. Так как частицы взаимодействуют друг с другом, то они передают часть своей энергии соседним частицам, заставляя их колебаться быстрее. Те, в свою очередь, передают энергию своим соседям, и так далее по всему стержню.

Это можно уподобить передаче энергии колебательного движения от одного человека к другому в цепочке стоящих рядом, взявшихся за руки людей. Если один человек будет смещаться, то в одну, то в другую сторону, то он вызовет смещение по очереди и всех остальных.

• Обращаем внимание на то, что перемещение вещества от одного тела к другому или от одной части тела к другой, не происходит, но при этом передаётся энергия.
• Процесс переноса теплоты от более нагретых тел или частей тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц без переноса вещества называется теплопроводностью.
• Так как взаимодействие молекул и тепловое движение у разных веществ неодинаковы, то и теплопроводность веществ разная.

Чтобы в этом убедиться, проделаем следующий опыт. Возьмём сосуд с горячей водой и стержни одинакового размера из различных материалов, например, из серебра, латуни, стали, стекла и дерева. Верхние концы стержней погрузим в сосуд так, чтобы они прогревались водой. А к свободным нижним концам этих стержней прикрепим воском или пластилином кнопки.

Через некоторое время мы заметим, что первым отпадает кнопка от серебряного стержня. Значит серебро — это очень хороший проводник тепла. Затем отпадает гвоздик от стержня из латуни, а потом и от стального.

Ждать же, пока прогреются стеклянный и деревянный стержни, приходится очень долго. Значит,  дерево и стекло имеют очень малую теплопроводность.

Так теплопроводность дерева примерно в три тысячи раз меньше теплопроводности серебра. Убедиться в этом можно на опыте. Деревянную или стеклянную палочку можно безопасно держать рукой, в то время как другой ее конец, находящийся в пламени спиртовки, уже горит или плавится.

Становится понятным, почему деревянные дома лучше сохраняют тепло, чем кирпичные, почему ручки паяльников, кастрюль и сковородок делают из пластмассы или дерева.

Материалы, которые очень плохо проводят тепло, называют теплоизоляторами.

Теперь зададимся вопросом, а могут ли проводить теплоту газы? Что бы на него ответить, проделаем такой опыт: поместим в открытый конец пробирки термометр и будем нагревать пробирку в пламени спиртовки донышком вверх. Можно заметить, что нагревание воздуха идёт, но очень медленно, что подтверждается незначительным повышением показания термометра.

Приведём ещё несколько примеров. И так, все вы знаете, что фен выдувает горячий воздух за счёт электрической энергии, которую он потребляет из сети.

Однако, если встать чуть-чуть в стороне от потока воздуха, то тепло едва ли можно будет ощутить.

Кроме того, мы знаем, что двойные окна значительно лучше сохраняют тепло, чем одинарные. Это происходит за счёт небольшого слоя воздуха между ними.

Двойные стёкла в оконной раме

Так чем объясняется столь плохая теплопроводность газов? Вспомните, что силы взаимодействия между молекулами газов при нормальном давлении практически равны нулю.

Значит, энергия переносится только за счёт хаотического движения молекул и столкновений их друг с другом. Поэтому, например, сильно разреженные газы практически не проводят теплоту.

Это их свойство применяют, в частности, в термосах, чтобы продолжительное время сохранять в них жидкости при постоянной температуре.

Такими образом, теплопроводность газов очень малая, особенно по сравнению с теплопроводностью твёрдых тел. Так, например, теплопроводность обычного воздуха, которым мы с вами дышим, почти в 10 000 раз меньше, чем теплопроводность меди.

А теперь давайте выясним, какова же теплопроводность жидкостей? Так как взаимодействие молекул у жидкостей значительное, то перенос энергии молекулами у них лучше, чем у газов, но хуже, чем у твёрдых тел.

Чтобы в этом убедиться, проведём такой опыт. Возьмём пробирку с водой, на дно которой поместим кусочек льда. Чтобы лёд не всплывал, прикрепим к нему какой-либо металлический предмет.

Будем нагревать верхнюю часть пробирки в спиртовке.

Через некоторое время вода в верхней части пробирки закипит, но лёд на дне при этом не растает. Это говорит о том, что теплопроводность воды малая, хотя и больше чем у воздуха. Следует помнить, что металлы, находящиеся в жидком состоянии (это, например, медь, олово и так далее) обладают хорошей теплопроводностью.

Таким образом, теплопроводность жидкости действительно занимает промежуточное положение между теплопроводностью газов и твёрдых тел.

И так, из всех рассмотренных нами примеров мы можем сделать вывод о том, что теплопроводность — это свойство тел, и у каждого тела она разная. Например, шерсть, перья и волосы имеют плохую теплопроводность. Это объясняется тем, что между их волокнами содержатся частички воздуха.

Мы постоянно сталкиваемся с явлением теплопроводности в повседневной жизни. Например, посуду, в которой готовят пищу, делают из материалов, обладающих хорошей теплопроводностью, чтобы передавать энергию от источника к пище. А вот посуду из которой едят, наоборот, делают из материалов с плохой теплопроводностью.

Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (то есть пространство, свободное от вещества). И это неудивительно, ведь явление теплопроводности возникает при взаимодействии молекул или других частиц, которых в вакууме попросту нет в вакууме. Этим и объясняется тот факт, что в открытом космосе самая низкая температура в природе.

Конечно же у вас может возникнуть вопрос: как же тогда нам передаётся тепло от Солнца? Это происходит посредством ещё одного вида теплопередачи — излучения. Но нём мы поговорим с вами в следующий раз.

Почему металлические предметы всегда прохладные на ощупь, даже если находятся в теплом помещении?

Когда спит акула, днем или ночью?

Андрей Островский

Почему нельзя делить на ноль?

Александр Сергеев

А были динозавры-кроты?

Антон Нелихов

Правда ли, что мозг задействуется нами только на 10%?

Вера Башмакова

Почему Бог на небе, а мы на земле?

Антон Морковин

Почему ночные бабочки летят на свет?

Анатолий Крупицкий

А зачем комару кровь?

Сергей Глаголев

Почему садится голос?

Полина Лосева

Почему если промочишь ноги, то болит горло?

Полина Лосева

Какие узлы использует паук, когда плетёт паутину?

Алексей Опаев

Почему Луна не падает на Землю?

Дмитрий Вибе

Какого цвета инфузория-туфелька?

Сергей Глаголев

Почему извергается вулкан?

Владимир Печёнкин, Юрий Кузнецов, Albert

Почему пена белая?

Игорь Иванов

Почему медуза движется? Ведь у нее нет мышц!

Сергей Глаголев

Видят ли микробы друг друга?

Александр Венедюхин

Почему нет обоняния у рыбы?

Сергей Глаголев

Почему утята ходят гуськом?

Павел Квартальнов

Почему перелетные птицы возвращаются весной обратно?

Алексей Опаев

Почему Луна притягивает только воду?

Александр Сергеев

А белые медведи зимой тоже спят?

Сергей Глаголев

Кто появился раньше — курица или яйцо?

Сергей Глаголев

Чем слышит муравей?

Сергей Глаголев

Почему стекло бьется?

Игорь Иванов

Что внутри торнадо?

Игорь Иванов

Почему так приятно утром потягиваться?

Fargone

Почему животные не улыбаются?

Сергей Глаголев

Почему не все обезьяны эволюционировали в человека?

Александр Марков

Почему человек седеет?

Сергей Глаголев

Почему растут волосы и ногти?

Вера Башмакова

Когда и почему назвали Китай Китаем?

Александр Бердичевский

Почему у человека редуцировался волосяной покров на теле?

Сергей Глаголев

Почему черепахи долго живут?

Юлия Кондратенко

Как люди смогли договориться, что каким словом называть?

Светлана Бурлак

Зачем акуле-молот на голове молот?

Андрей Островский

Почему от сладкого болят поврежденные зубы?

Юлия Кондратенко

Почему магнит не притягивает органические вещества?

Игорь Иванов, Albert

Почему кузнечик зеленый, а божья коровка красная?

Александр Марков

Почему человек икает?

Fargone

Почему, если долго смотреть телевизор, портится зрение?

Почему у человека пять пальцев?

Александр Марков

Сможет ли наука когда-нибудь возродить динозавров?

Александр Марков

Можно ли обогнать солнце?

Почему одни слова в языке заменяются другими?

Светлана Бурлак

Правда ли, что собаки дальтоники?

Александр Венедюхин

Где находится центр Вселенной?

Дмитрий Вибе

Что такое солнечный зайчик?

Игорь Иванов

Почему березы белые?

Юлия Кондратенко

Почему внутри апельсина бывает маленький апельсинчик?

Никита Тиунов

Куда исчезли снегири?

Павел Квартальнов

Какой толщины нервы у китов?

Юлия Кондратенко

Почему волосы не бывают синими?

Fargone

Почему минус на минус дает плюс?

Евгений Епифанов

Почему нам нравятся запахи, для нас не предназначенные?

Сергей Глаголев

Почему, когда зажмуришь глаза, видятся разные узоры?

Юлия Кондратенко

Теплопроводность [1984 Ландау Л.Д., Китайгородский А.И. — Физика для всех: Молекулы]

Новости    Библиотека    Энциклопедия    Биографии    Ссылки    Карта сайта    О сайте

Каждый предмет может служить «мостиком», по которому перейдет тепло от тела более нагретого к телу менее нагретому.

Таким мостиком является, например, чайная ложка, опущенная в стакан с горячим чаем. Металлические предметы очень хорошо проводят тепло. Конец ложки в стакане становится теплым уже через секунду.

Если нужно перемешивать какую-либо горячую смесь, то ручку у мешалки надо сделать из дерева или пластмассы. Эти твердые тела проводят тепло в 1000 раз хуже, чем металлы.

Мы говорим «проводят тепло», но с таким же успехом можно было бы сказать «проводят холод». Конечно, свойства тела не изменяются от того, в какую сторону идет по нему поток тепла.

В морозные дни мы остерегаемся па улице притрагиваться голой рукой к металлу, но без опаски беремся за деревянную ручку.

К плохим проводникам тепла — их также называют теплоизоляторами — относятся дерево, кирпич, стекло, пластмассы. Из этих материалов делают стены домов, печей и холодильников.

К хорошим проводникам относятся все металлы. Наилучшими проводниками являются медь и серебро — они проводят тепло в два раза лучше, чем железо.

Конечно, «мостиком» для перехода тепла может служить не только твердое тело. Жидкости тоже проводят тепло, но. много хуже, чем металлы. По теплопроводности металлы превосходят твердые и жидкие неметаллические тела в сотни раз.

Чтобы показать плохую теплопроводность воды, делают такой опыт. В пробирке с водой закрепляют на дне кусочек льда, а верх пробирки подогревают на газовой горелке — вода начинает кипеть, а лед еще и не думает таять. Если бы пробирка была без воды и из металла, то кусочек льда начал бы таять почти сразу же. Вода проводит тепло примерно в двести раз хуже, чем медь.

Газы проводят тепло в десятки раз хуже, чем конденсированные неметаллические тела. Теплопроводность воздуха в 20 000 раз меньше теплопроводности меди.

Плохая теплопроводность газов позволяет взять в руку кусок сухого льда, температура которого -78°С, и даже держать на ладони каплю жидкого азота, имеющего температуру -196°С.

Если не сжимать пальцами эти холодные тела, то «ожога» не будет.

Дело заключается в том, что при очень энергичном кипении капля жидкости или кусок твердого тела покрывается «паровой рубашкой» и образовавшийся слой газа служит теплоизолятором.

Сфероидальное состояние жидкости — так называется состояние, при котором капли окутаны паром,- образуется в том случае, если вода попадает на очень горячую сковородку.

Капля кипятка, попавшая на ладонь, сильно обжигает руку, хотя разность температур кипятка и человеческого тела меньше разности температур руки и жидкого воздуха.

Рука холоднее капли кипятка, тепло уходит от капли, кипение прекращается и паровая рубашка не образуется.

Нетрудно сообразить, что самым лучшим изолятором тепла является вакуум — пустота. В пустоте нет переносчиков тепла, и теплопроводность будет наименьшей.

Значит, если мы хотим создать тепловую защиту; спрятать теплое от холодного или холодное от теплого, то лучше всего соорудить оболочку с двойными стенками и выкачать воздух из пространства между стенками. При этом мы сталкиваемся со следующим любопытным обстоятельством.

Если по мере разрежения газа следить за изменением его теплопроводности, то мы обнаружим, что вплоть до того момента, когда давление достигает нескольких миллиметров ртутного столба, теплопроводность практически не меняется и лишь при переходе к более высокому вакууму наши ожидания оправдываются — теплопроводность резко падает.

В чем же дело?

Для того чтобы понять это явление, надо попробовать наглядно представить себе, в чем заключается явление переноса тепла в газе.

Передача тепла от нагретого места в холодные происходит путем передачи энергии от одной молекулы к соседней. Понятно, что соударения быстрых молекул с медленными обычно приводят к ускорению медленных молекул и замедлению быстрых. А это и означает, что горячее место станет холоднее, а холодное нагреется.

Как же сказывается уменьшение давления на передаче тепла? Так как уменьшение давления понижает плотность, уменьшится и число встреч быстрых молекул с медленными, при которых происходит передача 'энергии. Это уменьшало бы теплопроводность.

Однако; с другой стороны, уменьшение давления приводит к увеличению длины свободного пробега молекул,; которые, таким образом, переносят тепло на большие расстояния, а это способствует увеличению теплопроводности.

Расчет показывает, что оба эффекта уравновешиваются, и способность к передаче тепла не меняется некоторое время при откачке воздуха.

Так будет до тех пор, пока вакуум не станет настолько значительным, что длина пробега сравняется с расстоянием между стенками сосуда.

Теперь дальнейшее понижение давления уже не может изменить длины пробега молекул, «болтающихся» между стенками, падение плотности не «уравновешивается» и теплопроводность быстро падает пропорционально давлению, доходя до ничтожных значений по достижении высокого вакуума.

На применении вакуума и основано устройство термосов. Термосы очень распространены, они применяются не только для хранения горячей и холодной пищи, но и в науке и технике. В этом случае их называют, по имени изобретателя, сосудами Дьюара.

В таких сосудах (иногда их просто называют дьюарами) перевозят жидкие воздух, азот, кислород. Позже мы расскажем, каким образом эти газы получаются в жидком состоянии*.

* ()

Теплопроводность металлов

Все изделия, используемые человеком, способны передавать и сохранять температуру прикасаемого к ним предмета или окружающей среды. Способность отдачи тепла одного тела другому зависит от вида материала, через который проходит процесс.

Свойства металлов позволяют передавать тепло от одного предмета другому, с определенными изменениями, в зависимости от структуры и размера металлической конструкции.

Теплопроводность металлов — один из параметров, определяющих их эксплуатационные возможности.

Что такое теплопроводность и для чего нужна

Процесс переноса энергии атомов и молекул от горячих предметов к изделиям с холодной температурой, осуществляется при хаотическом перемещении движущихся частиц. Такой обмен тепла зависит от агрегатного состояния металла, через который проходит передача.

В зависимости от химического состава материала, теплопроводность будет иметь различные характеристики.

Данный процесс называют теплопроводностью, он заключается в передаче атомами и молекулами кинетической энергии, определяющей нагрев металлического изделия при взаимодействии этих частиц, или передается от более теплой части – к той, которая меньше нагрета.

Способность передавать или сохранять тепловую энергию, позволяет использовать свойства металлов для достижения необходимых технических целей в работе различных узлов и агрегатов оборудования, используемого в народном хозяйстве.

Примером такого применения может быть паяльник, нагревающийся в средней части и передающий тепло на край рабочего стержня, которым выполняют пайку необходимых элементов.

Зная свойства теплопроводности, металлы применяют во всех отраслях промышленности, используя необходимый параметр по назначению.

Понятие термического сопротивления и коэффициента теплопроводности

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

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.

Таблица 1

Металл	Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °С
— 100	0	100	300	700
Алюминий	2,45	2,38	2,30	2,26	0,9
Бериллий	4,1	2,3	1,7	1,25	0,9
Ванадий	—	—	0,31	0,34	—
Висмут	0,11	0,08	0,07	0,11	0,15
Вольфрам	2,05	1,90	1,65	1,45	1,2
Гафний	—	—	0,22	0,21	—
Железо	0,94	0,76	0,69	0,55	0,34
Золото	3,3	3,1	3,1	—	—
Индий	—	0,25	—	—	—
Иридий	1,51	1,48	1,43	—	—
Кадмий	0,96	0,92	0,90	0,95	0,44 (400°)
Калий	—	0,99	—	0,42	0,34
Кальций	—	0,98	—	—	—
Кобальт	—	0,69	—	—	—
Литий	—	0,71	0,73	—	—
Магний	1,6	1,5	1,5	1,45	—
Медь	4,05	3,85	3,82	3,76	3,50
Молибден	1,4	1,43	—	—	1,04 (1000°)
Натрий	1,35	1,35	0,85	0,76	0,60
Никель	0,97	0,91	0,83	0,64	0,66
Ниобий	0,49	0,49	0,51	0,56	—
Олово	0,74	0,64	0,60	0,33	—
Палладий	0,69	0,67	0,74	—	—
Платина	0,68	0,69	0,72	0,76	0,84
Рений	—	0,71	—	—	—
Родий	1,54	1,52	1,47	—	—
Ртуть	0,33	0,09	0.1	0,115	—
Свинец	0,37	0,35	0,335	0,315	0,19
Серебро	4,22	4,18	4,17	3,62	—
Сурьма	0,23	0,18	0,17	0,17	0,21
Таллий	0,41	0,43	0,49	0,25 (400 0)
Тантал	0,54	0,54	—	—	—
Титан	—	—	0,16	0,15	—
Торий	—	0,41	0,39	0,40	0,45
Уран	—	0,24	0,26	0,31	0,40
Хром	—	0,86	0,85	0,80	0,63
Цинк	1,14	1,13	1,09	1,00	0,56
Цирконий	—	0,21	0,20	0,19	—

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.

Таблица 2

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.

Свойства металлов

Металлы обладают физическими, химическими, механическими и технологическими свойствами.

Физические и химические свойства определяют поведение металлов в природе. Одни металлы (например, медь) хорошо проводят электрический ток, другие хуже (например, сталь).

Деталь из углеродистой стали во влажной среде быстро ржавеет, а из нержавеющей стали продолжает блестеть, несмотря на воздействие влаги.

Одни металлы (например, углеродистая сталь) легко взаимодействуют с кислотами, которые их разъедают, а другие металлы (например, высоколегированные стали) применяют для изготовления емкостей для транспортировки кислот (котлы железнодорожных цистерн).

К физическим свойствам металлов относятся: цвет, плотность, температура плавления, теплопроводность, тепловое расширение, удельная теплоемкость, электропроводность, магнитные свойства.

Химические свойства характеризуют взаимодействие металлов с другими веществами, в том числе с окружающей средой.

Химическое воздействие среды проявляется в различных формах: металлы подвергаются атмосферной коррозии; при нагреве в закалочных печах без защитной атмосферы поверхность изделий покрывается окалиной; в кислотах металлы растворяются.

Чем легче металл вступает в соединение с другими элементами, тем быстрее он разрушается. Химические свойства металла прежде всего определяются его коррозионной стойкостью.

Физические и химические свойства металлов обязательно учитывают при выборе материалов для изготовления деталей. Например, для снижения массы изделия стремятся использовать более легкие металлы с невысокой плотностью (алюминиевые, магниевые сплавы).

Теплопроводность учитывается при выборе материала для изготовления теплоизоляции кузова пассажирского вагона.

Теплопроводность имеет большое значение при выборе материала для деталей, подвергающихся сварке или термической обработке, так как если металл плохо проводит тепло, то при нагреве и быстром охлаждении (термическая обработка, сварка) в нем образуются трещины.

Некоторые детали компрессоров и дизелей рефрижераторных вагонов (поршни двигателей, поршневые кольца и др.) также должны быть изготовлены из материалов с хорошей теплопроводностью.

Тепловые расширения должны учитываться при сварке, ковке и горячей объемной штамповке, изготовлении литейных форм, штампов и др., при укладке железнодорожных рельсов.

Необходимо знать химические свойства материалов, используемых при изготовлении изделий, работающих в химически агрессивных средах и в условиях открытой атмосферы.

Механические свойства определяют поведение металла под действием внешних сил. По механическим свойствам выбирают материал для изготовления конкретной детали. К ним относятся прочность, твердость, пластичность, вязкость. Среди них прочность занимает особое место, так как от нее зависит неразрушаемость деталей под действием нагрузок.

Технологические свойства определяют способ переработки металла в изделие: литейные свойства, ковкость, свариваемость, обрабатываемость резанием и др.

Литейные свойства характеризуют способность металлов образовывать качественные отливки без трещин, раковин и других дефектов. Ковкость — способность металла обрабатываться давлением без признаков разрушения. Способность металлов образовывать сварное соединение, свойства которого близки к свойствам основного металла, называется свариваемостью.

Обрабатываемость резанием — способность металла изменять свою форму под действием режущего инструмента (резца, фрезы, сверла и т.д.) при различных операциях механической обработки (обтачивании, фрезеровании, сверлении).

Почему металлы всегда холодные на ощупь?

Если прикоснуться к двери автомобиля или другой металлической поверхности, она почти наверняка будет холодной на ощупь. А вот если даже холодной зимой притронуться к стене деревянного дома, она уже не покажется такой холодной.

Задавались ли вы вопросом, почему между температурой поверхности предметов из разных материалов такая большая разница? Ответ на этот вопрос ученые нашли несколько сотен лет назад и на него может ответить практически каждый школьник. Прямо сейчас попробуйте сформулировать в своей голове объяснение этому необычному явлению и читайте статью дальше.

В ней мы дадим правильный ответ и поделимся несколькими интересными фактами об одном распространенном металле. Проверьте свои знания и удивите своих знакомых своим широким кругозором!

Причина низкой температуры металлов таится в их высокой теплопроводностиПричина низкой температуры металлов таится в их высокой теплопроводности

Тепловые свойства материалов

Для начала стоит отметить, что металлические предметы не всегда холодные. У вас же бывало такое, что вы обжигались о лежащую в стакане с горячим чаем ложку? А о раскаленном утюге и говорить нечего — тому, кто до него прикоснется, уж точно мало не покажется.

При всем это деревянные ложки, в какой бы горячей жидкости они не находились, не нагреваются до опасного уровня. Настолько большое различие в свойствах материалов заключается в их теплопроводности.

У большинства металлов теплопроводность большая, а древесина проводит тепло очень плохо.

В деревянных ложках есть своя красотаВ деревянных ложках есть своя красота

Металлы хорошо проводят тепло, потому что в них есть много так называемых свободных электронов. В отличие от атомов, электроны в металлах не остаются на месте, а активно двигаются.

Они быстро перемещаются по всей поверхности металлического объекта и переносят тепло. По древесине тепло передается очень медленно, следовательно, этот материал не обладает высокой теплопроводностью.

Все довольно-таки просто и эти процессы объясняются в средних классах школы.

Нормальная температура тела человека составляет 36,6 градусов Цельсия. Но стоит отметить, что верхние слои кожи всегда холоднее. Когда человек касается изначально холодного предмета, тепло тела начинает в него перетекать.

Температура поверхности кожи снизится и человек почувствует прохладу предмета. Если разница в температуре тела и предмета велика, человек почувствует не просто прохладу, а настоящий холод.

Большой разницей между температурами двух объектов объясняется явление, когда зимой язык прилипает к холодному металлу.

А у вас бывало такое, что язык прилипал к металлу?А у вас бывало такое, что язык прилипал к металлу?

При низкой теплопроводности материала, поверхность предметов прогреваются очень быстро. Иногда это происходит настолько молниеносно, что человек даже не замечает, что изначально объект был прохладным. Теплоотдача от нашего тела предмету заканчивается очень быстро и уже через несколько мгновений мы чувствуем, что объект нагрелся.

Какие бывают виды металлов и сплавов?

Факты о серебре

Самой высокой теплопроводностью среди всех металлов обладает серебро. Этот пластичный металл серо-белого цвета был открыт примерно 4000 лет до нашей эры. Из него практически сразу же начали изготавливать украшения — особенно сильно серебро любили в Египте.

Сегодня он тоже активно используется в ювелирной промышленности. Помимо этого, он практически всегда применяется в производстве различной электроники. Например, экран вашего смартфона работает благодаря серебру. Также без серебра не существовало бы солнечных батарей.

Серебро выглядит так

А вот в вакууме теплопроводность существовать не может. Под термином «вакуум» принято понимать пространство, полностью свободное от каких-либо веществ. Внутри него нет ничего, что могло бы переносить тепло. Этим и объясняется отсутствие теплопроводности.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете материалы, которые не были опубликованы на сайте!

Исходя из всего вышеперечисленного стало понятно, что высокой теплопроводностью в основном обладают металлы.

На данный момент в периодическую таблицу Менделеева входит около 90 металлов, каждый из которых обладает своими индивидуальными свойствами. О самых интересных металлах нашей планеты мы рассказывали в одной из статей, опубликованных на нашем сайте. Материал получился огромным, но максимально подробным.

Вот знаете ли вы, как называется самый прочный металл? Читайте эту статью и проверьте свои знания! Также вам может быть интересен материал про самые ценные металлы — его тоже рекомендуем к прочтению.