Что лучше проводит тепло дерево или металл: Таблицы теплопроводимости материалов (металлы, бетон, гранит, дерево и др.)

Содержание

Таблицы теплопроводимости материалов (металлы, бетон, гранит, дерево и др.)

Взято из: «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» /под ред. Романкова. Приложение.
Н.И. Кошкин, М.Г. Ширкевич. Справочник по элементарной физике // Издание девятое, М.: «Наука», 1982 г.

Коэффициент теплопроводности металлов

Металл Вт/(м•К)
Алюминий 209,3
Бронза 47-58
Железо 74,4
Золото 312,8
Латунь 85,5
Медь 389,6
Платина 70
Ртуть 29,1
Серебро 418,7
Сталь 45,4
Свинец 35
Серый
чугун
50
Чугун 62,8

Коэффициент теплопроводности других материалов

Материал Влажность
массовая доля %
Вт/(м•К)
Бакелитовый
лак
0,29
Бетон
с каменным щебнем
8 1,28
Бумага
обыкновенная
Воздушно-сухая 0,14
Винипласт 0,13
Гравий Воздушно-сухая 0,36
Гранит 3,14
Глина 15-20 0,7-0,93
Дуб
(вдоль волокон)
6-8 0,35-0,43
Дуб
(поперек волокон)
6-8 0,2-0,21
Железобетон 8 1,55
Картон Воздушно-сухая 0,14-0,35
Кирпичная
кладка
Воздушно-сухая 0,67-0,87
Кожа >> 0,14-0,16
Лед 2,21
Пробковые
плиты
0 0,042-0,054
Снег
свежевыпавший
0,105
Снег
уплотненный
0,35
Снег
начавший таять
0,64
Сосна
(вдоль волокон)
8 0,35-0,41
Сосна
(поперек волокон)
8 0,14-0,16
Стекло
(обыкновенное)
0,74
Фторопласт-3 0,058
Фторопласт-4 0,233
Шлакобетон 13 0,698
Штукатурка 6-8 0,791

Коэффициент теплопроводности асбеста и пенобетона при различных температурах

a=576кг/м3, ρп=400кг/м3,λ, Вт/(м•К))

Материал -18oС 0oС 50oС 100oС 150oС
Асбест 0,15 0,18 0,195 0,20
Пенобетон 0,1 0,11 0,11 0,13 0,17

Коэффициент теплопроводности жидкости Вт/(м•К) при различных температурах

Материал 0oС 50oС 100oС
Анилин 0,19 0,177 0,167
Ацетон 0,17 0,16 0,15
Бензол 0,138 0,126
Вода 0,551 0,648 0,683
Масло
вазелиновое
0,126 0,122
0,119
Масло
касторовое
0,184 0,177 0,172
Спирт
метиловый
0,214 0,207
Спирт
этиловый
0,188 0,177
Толуол 0,142 0,129 0,119
Запись опубликована автором admin в рубрике Полезные материалы. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

8 Теплопроводность. Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей

8

Теплопроводность

Для опыта нам потребуются: алюминиевая ложка или кусок толстой медной проволоки, деревянная ложка или обычный карандаш, чашка с кипятком.

Знаешь ли ты, мой уважаемый читатель, почему баню или сауну изнутри обшивают деревом? Более того, если дерево для лавки прибивают гвоздями, то шляпки гвоздей забивают так, чтобы они были ниже поверхности дерева. Зачем это делают?

Представим себе, что в парилке, где температура достигает 110 градусов (а иногда и выше!), один из гвоздей немного выскочил наружу и голой кожей вы коснулись металла. Немедленно возникнет ощущение боли, и небольшой ожог обеспечен. Но как же так, ведь температура поверхности дерева и температура поверхности гвоздя должны быть одинаковыми!

Действительно, температура поверхности и металла, и дерева в одном и том же помещении одинаковая. Дело в том, что температура – это еще не самое главное. Есть такое понятие, как теплопроводность.

Что это означает? Это означает то, как вещество, из которого состоит предмет, пропускает (проводит) через себя тепло. Тепло можно представить себе как невидимую воду, текущую через все предметы. Есть только одно правило, которому эта «вода» – или тепло – подчиняется. Тепло всегда перетекает от более теплого тела к более холодному.

Именно поэтому было время, когда ученые думали, что наш мир через много-много лет ожидает «тепловая смерть». Ведь если все теплые тела отдадут тепло более холодным, нагревая их, то настанет такой момент, когда все тела станут одинаковой температуры. И все процессы, все движение, все реакции (например, переваривание пищи в желудке) станут невозможными. Мир как бы будет остановлен. (На самом деле, во-первых, до этого еще так далеко, что и нам, и нашим прапрапрапрапраправнукам эта опасность не грозит. Во-вторых, ученые потом подумали получше и поняли, что вселенная может оказаться бесконечной и тогда «тепловая смерть» не наступит.)

Итак, разные тела проводят тепло по-разному. Очень хорошо проводят тепло металлы. Металлы для тепла – как широкие речки, по ним тепло быстро и далеко течет.

Если начать охлаждать (или нагревать) любую часть металлического предмета, то очень быстро тепло распространяется на весь предмет (или весь предмет охлаждается). Кстати, если металл охладить до невероятно низкой температуры, то у металла начинают проявляться просто фантастические свойства. Например, пущенный по металлу ток будет бежать вечно, никогда не ослабляясь. В обычных проводах ток потихонечку слабеет с расстоянием и через несколько тысяч километров может почти совсем исчезнуть. (Ток, как и тепло, лучше всего поначалу представлять в виде воды. Вода в реке быстрее течет у истока и медленнее – у устья.)

Другие материалы проводят тепло хуже и отдают тепло только с поверхности. Дерево, например, почти вообще не проводит тепло. Это уже не «речка», а плотина какая-то! Чем хуже проводит тепло материал, тем лучше им защищаться от холода (или жары). Например, обычный жир очень плохо проводит тепло (у него низкая теплопроводность, как сказали бы физики). Поэтому все теплокровные животные, живущие в холодных морях или на севере, такие жирные. Тюлень, белый медведь, каланы, морские львы и котики – посмотрите на них: жировой слой с его плохой теплопроводностью служит им скафандром, одеялом, укутывающим их с ног до головы. Проведем простой опыт. Для него нам понадобятся две ложки: деревянная и алюминиевая. Если у тебя не найдется в доме деревянной ложки, возьми деревянную палочку или обычный карандаш. Вместо алюминиевой ложки можно взять кусок толстой медной проволоки. Вскипяти чайник и налей кипятка в обычную чашку. Теперь возьми в одну руку деревянную ложку (карандаш), а в другую – алюминиевую (кусок проволоки) и опусти обе в кипяток. Некоторое время ты можешь размешивать кипяток и той и другой ложкой. Но скоро металл придется бросить – он сильно нагревается.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Теперь нам ясно, как отличаются вещества по теплопроводности. Ведь температура воды в чашке одна и та же, а тепло, бегущее по опущенным в воду предметам, передается по-разному. Еще можно представить, что если тепло – это невидимая жидкость, то металл – это удобный шланг, по которому жидкость бежит быстро. А дерево, пластмасса – это губка, которая, хоть и впитывает тепло, но медленно и отдает неохотно.

И нам становится ясно, почему в бане (сауне) гвозди забивают глубоко, чтобы не торчали шляпки наружу. Это все из-за теплопроводности!

Практический совет: никогда не дотрагивайся языком до железных предметов на морозе. Жидкость, которая содержится на языке, с такой скоростью отдает свое тепло металлу (ведь у металла хорошая теплопроводность!), что мгновенно превращается в лед, и язык прочно пристывает, примерзает к металлу. Но уж если такое произошло, надо чтобы кто-нибудь налил большую кружку теплой воды и лил на металл и язык. Когда металл в этом месте нагреется, лед растает и язык отлипнет от металла сам.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

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 1

Исследование 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.


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 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.


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.


меди, латуни и алюминия, теплопередача

Перед тем как работать с различными металлами и сплавами, следует изучить всю информацию, касающуюся их основных характеристик. Сталь является самым распространенным металлом и применяется в различных отраслях промышленности. Важным ее показателем можно назвать теплопроводность, которая варьируется в широком диапазоне, зависит от химического состава материала и многих других показателей.

Что такое теплопроводность

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

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

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

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

Показатели для стали

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

Существуют и другие особенности теплопроводности:

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

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

Влияние концентрации углерода

Концентрация углерода в стали влияет на величину теплопередачи:

  1. Низкоуглеродистые стали имеют высокий показатель проводимости. Именно поэтому они используются при изготовлении труб, которые затем применяются при создании трубопровода системы отопления. Значение коэффициента варьирует в пределе от 54 до 47 Вт/(м* К).
  2. Средним коэффициентом для распространенных углеродистых сталей является значение от 50 до 90 Вт/(м* К). Именно поэтому подобный материал используется при изготовлении деталей различных механизмов.
  3. У металлов, которые не содержат различных примесей, коэффициент составляет 64 Вт/(м* К). Это значение несущественно изменяется при термическом воздействии.

Таким образом, рассматриваемый показатель у легированных сплавов может меняться в зависимости от температуры эксплуатации.

Значение в быту и производстве

Почему важно учитывать коэффициент теплопроводности? Подобное значение указывается в различных таблицах для каждого металла и учитывается в нижеприведенных случаях:

  1. При изготовлении различных теплообменников. Тепло является одним из важных носителей энергии. Его используют для обеспечения комфортных условий проживания в жилых и иных помещениях. При создании отопительных радиаторов и бойлеров важно обеспечить быструю и полную передачу тепла от теплоносителя к конечному потребителю.
  2. При изготовлении отводящих элементов. Часто можно встретить ситуацию, когда нужно провести не подачу тепла, а отвод. Примером назовем случай отвода тепла от режущей кромки инструмента или зубьев шестерни. Для того чтобы металл не терял свои основные эксплуатационные качества, обеспечивается быстрый отвод тепловой энергии.
  3. При создании изоляционных прослоек. В некоторых случаях материал не должен проводить передачу тепловой энергии. Для подобных условий эксплуатации выбирается металл, который обладает низким коэффициентом проводимости тепла.

Определяется рассматриваемый показатель при проведении испытаний в различных условиях. Как ранее было отмечено, коэффициент проводимости тепла может зависеть от температуры эксплуатации. Поэтому в таблицах указывается несколько его значений.

Свойства металлов. DjVu

ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (…) Мы уже знаем, что в пространственной решётке металлических кристаллов находятся положительно заряженные атомы металлов — ионы. Они более или менее прочно удерживаются на своих местах. Вокруг ионов беспорядочно движутся свободные электроны. Их можно представить в виде «электронного газа», омывающего кристаллическую решётку. Свободные электроны легко перемещаются внутри решётки и служат хорошими переносчиками тепловой энергии от нагретых слоёв металла к холодным.
      Высокую теплопроводность металла всегда легко обнаружить. Прикоснитесь в холодную погоду рукой к стене деревянного дома и к железной ограде: железо на ощупь всегда гораздо холоднее, чем дерево, так как железо быстро отводит тепло от руки, а дерево — в сотни раз медленнее. Лучше всех других металлов проводят тепло серебро и золото, затем идут медь, алюминий, вольфрам, магний, цинк и другие. Самые плохие металлические проводники тепла — свинец и ртуть.
      Теплопроводность измеряют количеством тепла, которое проходит по металлическому стержню сечением в 1 квадратный сантиметр за 1 минуту. Если теплопроводность серебра условно принять за 100, то теплопроводность меди будет 90, алюминия 27, железа 15, свинца 12, ртути 2, а теплопроводность дерева всего 0,05.
      Чем больше теплопроводность металла, тем быстрее и равномернее он нагревается.
      Благодаря своей высокой теплопроводности металлы широко используются в тех случаях, когда необходимо быстрое нагревание или охлаждение. Паровые котлы, аппараты, в которых протекают различные химические процессы при высоких температурах, батареи центрального отопления, радиаторы автомобилей — всё это делается из металлов. Аппараты, которые должны отдавать или поглощать много тепла, чаще всего изготовляются из хороших проводников тепла — меди, алюминия.
      Самые лучшие проводники электричества — металлы. Хорошей электропроводностью металлы опять-таки обязаны свободным электронам.
      Когда мы присоединяем лампочку, плитку или какой-нибудь другой электрический прибор к источнику тока, в проводах, в нити лампочки, в спирали плитки мгновенно возникают большие изменения: электроны теряют прежнюю полную свободу движения и устремляются к положительному полюсу источника тока. Такой направленный поток электронов и есть электрический ток в металлах.
      Поток электронов движется по металлу не беспрепятственно — он встречает на своём пути ионы. Движение отдельных электронов тормозится. Электроны передают часть своей энергии ионам, благодаря чему скорость колебательного движения ионов увеличивается. Это приводит к тому, что проводник нагревается.
      Ионы разных металлов оказывают движению электронов неодинаковое сопротивление. Если сопротивление мало, металл нагревается током слабо, если же сопротивление велико, металл может раскалиться. Медные провода, подводящие ток к электрической плитке, почти не нагреваются, так как электрическое сопротивление меди ничтожно. А нихромовая спираль плитки раскаляется докрасна. Ещё сильнее нагревается вольфрамовая нить электрической лампочки.
      Наиболее высокой электропроводностью отличаются серебро и медь, затем следуют золото, хром, алюминий, марганец, вольфрам и т. д. Плохо проводят ток железо, ртуть и титан. Если электропроводность серебра принять за 100, то электропроводность меди равна 94, алюминия— 55, железа и ртути — 2, а титана — лишь 0,3.
      Серебро — металл дорогой и в электротехнике используется мало, но медь применяется для изготовления проводов, кабелей, шин и других электротехнических изделий в громадных количествах. Электропроводность алюминия в 1,7 раза меньше, чем у меди, и поэтому алюминий применяется в электротехнике реже, чем медь.
      Серебро, медь, золото, хром, алюминий, свинец, ртуть. Мы видели, что в таком же приблизительно порядке стоят металлы и в ряду с постепенно убывающей теплопроводностью (см. стр. 33).
      Наилучшие проводники электрического тока, как правило, являются и наилучшими проводниками тепла. Между теплопроводностью и электропроводностью металлов существует определённая связь, и чем выше электропроводность металла, тем обычно выше и его теплопроводность.
      Чистые металлы всегда проводят электрический ток лучше, чем их сплавы. Это объясняется следующим образом. Атомы элементов, составляющих примеси, вклиниваются в кристаллическую решётку металла и нарушают её правильность. В результате решётка становится более серьёзной преградой для электронного потока.
      Если в меди присутствуют ничтожные количества примесей — десятые и даже сотые доли процента — электропроводность её уже сильно понижается. Поэтому в электротехнике используют преимущественно очень чистую медь, содержащую только 0,05% примесей. И наоборот, в тех случаях, когда необходим материал с высоким сопротивлением— для реостатов), для различных нагревательных приборов, применяются сплавы — нихром, никелин, константан и другие.
      Электропроводность металла зависит также и от характера его обработки. После прокатки, волочения и обработки резанием электропроводность металла понижается. Это связано с искажением кристаллической решётки при обработке, с образованием в ней дефектов, которые тормозят движение свободных электронов.
      Очень интересна зависимость электропроводности металлов от температуры. Мы уже знаем, что при нагревании размах и скорость колебаний ионов в кристаллической решётке металла увеличиваются. В связи с этим должно возрастать и сопротивление ионов электронному потоку. И действительно, чем выше температура, тем выше сопротивление проводника току. При температурах плавления сопротивление большинства металлов увеличивается в полтора-два раза.
      При охлаждении происходит-обратное явление: беспорядочное колебательное движение ионов в узлах решётки уменьшается, сопротивление потоку электронов понижается и электропроводность увеличивается.
      Исследуя свойства металлов при глубоком (очень сильном) охлаждении, учёные обнаружили замечательное явление: вблизи абсолютного нуля, то-есть при температурах около минус 273,16°, металлы полностью утрачивают электрическое сопротивление. Они становятся «идеальными проводниками»: в замкнутом металлическом кольце ток не ослабевает долгое время, хотя кольцо уже не соединено с источником тока! Это явление названо сверхпроводимостью. Оно наблюдается у алюминия, цинка, олова, свинца и некоторых других металлов. Эти металлы становятся сверхпроводниками при температурах ниже минус 263°.
      Как объяснить сверхпроводимость? Почему одни металлы достигают состояния идеальной проводимости, а другие нет? На эти вопросы пока ещё нет ответа. Явление сверхпроводимости имеет громадное значение для теории строения металлов, и в настоящее время его изучают советские учёные. Работы академика Ландау и члена-корреспондента Академии наук СССР А. И. Шаль-никова в этой области удостоены Сталинских премий.
      МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
      Известна железная руда — магнитный железняк. Куски магнитного железняка обладают замечательным свойством притягивать к себе железные и стальные предметы. Это — естественные магниты. Лёгкая стрелка, сделанная из магнитного железняка, всегда поворачивается одним и тем же концом к северному полюсу Земли. Этот конец магнита условились считать северным полюсом, а противоположный ему — южным.
      Если железный или стальной стержень привести в соприкосновение с магнитом, стержень сам становится магнитом, сам будет притягивать железные опилки, стальные гвозди. Говорят, что стержень намагничивается.
      Намагничиваться способны все металлы, но в разной степени. Очень сильно намагничиваются только четыре чистых металла — железо, кобальт, никель и редкий металл гадолиний. Хорошо намагничиваются также сталь, чугун и некоторые сплавы, не содержащие в своём составе железа, например сплав никеля и кобальта. Все эти металлы и сплавы называют ферромагнитными (от латинского слова «феррум» — железо).
      Совсем слабо притягиваются к магниту алюминий, платина, хром, титан, ванадий, марганец. Намагничиваются они так незначительно, что без специальных приборов обнаружить их магнитные свойства нельзя. Эти металлы получили название парамагнитных (греческое слово «пара» означает около, возле).

Сталь, керамика, стекло или пластик — какой материал для пуровера лучше?

Как видите, для нагревания 1 кг пластика на определенное количество градусов требуется больше тепловой энергии. Однако керамическая воронка в среднем в 4 раза тяжелее пластиковой, поэтому при таком же нагревании она поглотит примерно в 3,5 раза больше тепла.

Вот, где кроется распространенное заблуждение. Бариста то и дело говорят, что предпочитают керамические воронки, «ведь они лучше держат тепло». А ведь достоинством это не назовешь: такая воронка поглощает больше тепла из жидкости в процессе заваривания.

Теплоотдача поверхности

Наконец, тепло уходит из воронки либо конвекцией, либо излучением. Скорость конвекции зависит от температуры поверхности. Материалы, обладающие более высокой теплопроводностью, быстрее доставляют тепло к поверхности. Когда тепло достигает поверхности, материалы с меньшей удельной теплоемкостью нагреваются сильнее. Значит, пластик, обладающий меньшей теплопроводностью и большей удельной теплоемкостью, отдаст гораздо меньше тепла в результате конвекции, чем другие материалы.

Скорость теплопотери излучением зависит не только от материала, но и от структуры (в том числе от гладкости) и температуры поверхности. Поэтому вычислить этот показатель крайне сложно. При одинаковой температуре стекло, фарфор и пластик потеряют в результате излучения примерно одинаковое количество тепла. Сталь отдаст излучением значительно меньше, но это нивелируется ее высокой теплопроводностью и низкой удельной теплоемкостью, из-за которых поверхность нагреется гораздо быстрее. К тому же максимальные теплопотери излучением вдвое меньше, чем конвекцией.

Воронки с двойной стенкой

С точки зрения изолирующих свойств воздух даст фору любому материалу: его теплопроводность составляет всего 0,02 Вт/(м*К). Некоторые производители воронок пользуются этим свойством, разрабатывая модели с двойной стенкой, между которыми предусмотрена воздушная прослойка. Существуют и сетчатые воронки: бумажный фильтр минимально контактирует с их стенками и максимально – с воздухом. Сами по себе такие модели удерживают тепло лучше, но даже их предпочтительнее изготавливать из пластика.

Двойные стенки стеклянных воронок в любом случае поглотят больше тепла еще до того, как воздушная прослойка успеет себя проявить. А вот аналогичная воронка из пластика справилась бы с задачей гораздо лучше.

Площадь поверхности сетчатых металлических воронок, несмотря на структуру, все равно немаленькая. А значит, в процессе заваривания она поглотит и отдаст внешней среде достаточно много тепла. Еще какое-то количество тепла вы потеряете в результате испарения с внешней поверхности фильтра (теплопотери испарением всегда очень значительны). Гораздо лучше для этого бы подошел пенополистирол – к тому же он дешевле.

Заключение

Итак, пластик выигрывает по каждому из трех критериев: он медленнее поглощает тепло из воды в процессе заваривания, в целом поглощает меньше тепла и отдает его медленнее. Конечно, важна и конструкция воронки: особую роль играют вес и площадь поверхности. Однако, какой бы ни была модель, изготавливать воронку предпочтительнее из пластика.

Автор: Метт Пергер
Источник: baristahustle.com/blog/steel-glass-ceramic
Перевод и адаптация текста: компания Barista Coffee Roasters
Копирование материала разрешено исключительно с указанием активной ссылки на ресурс: www.barista.ua и источник статьи.

Теплопроводность

тема этого урока теплопроводностью мы знаем что внутренняя энергия может передаваться от одной части тела к другой ну например мы возьмем в руку гвоздики и поднесём к пламени через некоторое время мы увидим что рука будет обжигаться связано это с тем что при нагреве того конца где есть пламя тепло будет передаваться к другому концу где у нас находится рука и наша рука будет обжигаться мы видим явление теплопроводности в гвозде теперь мы понимаем что тепло проводится благодаря частицам этого гвоздя и теперь мы можем сказать что такое теплопроводностью теплопроводность это явление передаче внутренней энергии от одной части тела к другой вот как нашем случае и же от одного тела к другому при их непосредственном контакте вот это у нас теплопроводность ну давайте примеры проведем дерево деревянную палочку поднесём к огню один конец будет гореть а другой будет холодным мы понимаем что рука у нас не получит ожог а тот конец будет гореть это говорит о том что у дерева плохая теплопроводность тепло с того конца сюда не передается или передается очень плохо тоже самое можно проделать если взять стеклянную палочку стеклянная палочка тоже плохой тепла проводник плохо проводит тепло но мы сквозь ждем проверяли опыт и гвоздь проводил хорошо тепло мы получали ожог в руке для того чтобы удостовериться еще дополнительно мы проведём некоторые опыты возьмем штатив такой закрепим к нему периной металлический стержень и пай прицепим к этому стержню на воске гвоздики такие воск будет приклеивать как бы и нагреем этот конец спиртовкой мы видим как гвозди один за одним будет отклеиваться и падать и это говорит видите они падают так вот по порядку это говорит о том что тепло пошло туда передается от одной части к другой при нагревании воск расплавляется и гвозди падает при этом при передача тепла мы понимаем что передается внутренняя энергия в эту сторону от одного конца металла к другому потому что тепло металла это та энергия которая находится внутри металла мы теперь понимаем что металл и хорошие тепло проводники хорошо проводят тепло или внутреннюю энергию наиболее хорошие проводники это серебро и медь надо заполнить проведем другой опыт с изучением теплопроводности жидкости как проводит жидкие вещества возьмем небольшой статьи и установим держатель и пробирку с жидкостью пусть будет с водой и будем греть вот эту часть середину где-то мы видим как это часть у нас закипит будет горячая кипеть а нижний конец останется холодным это говорит о том что тепло от верхнего конца вниз передается очень плохо и мы делаем вывод что жидкости плохо передают тепло у них плохая теплопроводность проверим похоже опыт с газом возьмем спиртовку для нагревания она нам даёт пламя и также пробирочку и в пробирку засунем палец любой палец чтобы закрыть и будем греть этот воздух с этого конца мы видим что пробирка здесь будет горячая и воздух здесь будет горячим а вот там где палец будет холодным и мы получаем что и здесь теплопроводность низкая и она даже будет ниже чем по второму пути с жидкостью и здесь мы можем сделать вывод что теплопроводность у металла выше у жидкостей хуже указав еще хуже и отсюда следует ещё один вывод мы знаем что в металлах молекула расположен очень близко жидкостях чуть дальше газах еще дальше чем меньше расстояние между молекулами тем больше теплопроводность тем быстрее тепло будет передаваться от одной части тела к другой потому что молекулы чаще контактировать могут передать от тепло проведем другой опыт мы изучим сейчас разные металлы какого теплопроводность у меди например и устали также мы закрепим на штативе кусочек медного стержня из другой стороне на штативе кусочек стального стержня при нагревании этих концов стали и меди мы видим что гвозди медиа быстрее падают и теплопроводность здесь выше чем у стали оставят видеть еще держится значит устали сталь хуже проводит тепло чем медь этот опыт нам об этом говорит здесь тоже они гвозди прикреплены воска воск также плавится и при нагревании гвозди отклеиваются отпадают от этого металла и у медиа быстрее происходит этот процесс еще примеры например у пористых веществ теплопроводность низкая надо это знать и мы это знаем и жизни бумага шерсть пробки ну и так далее волосы все это все эти вещества с низкой теплопроводностью плохо проводит тепло потому что у них есть поры и эти поры из воздуха а воздух мы знаем газ газ плохо проводит тепло поэтому в жизни когда строят дома стараются делать деревянные дома используют дерево кирпич потому что у них плохая теплопроводность и тепло которое есть в комнате они не отдают окружающей среде вот например вакууме нет молекул нет частичек поэтому теплопроводность вакуума будет самая низкая она практически нулевая потому что мне воздуха не газа в ничего нету и тепло проводиться не будет вакууме безвоздушном пространстве это тоже мы понимаем что теплопроводность зависит от молекул от расстояния между молекул чем меньше расстояния чем плотнее они связаны тем быстрее проводится тепло тем лучше проводится тепло вот например ручки от кастрюль делают есть пластмассовой ручке от сковородок почему потому что чтобы рука не обожглась металл греется проводит тепло и тут пластмасса плохо привой рука не будет обжигаться вот и все по этой теме

Какие металлы лучше всего проводят тепло?

Теплопроводность измеряет способность металла проводить тепло. Это свойство варьируется в зависимости от типа металла, и его важно учитывать в тех случаях, когда обычно используются высокие рабочие температуры.

В чистых металлах теплопроводность остается примерно неизменной при повышении температуры. Однако в сплавах теплопроводность увеличивается с температурой.

Какие металлы лучше всего проводят тепло?

Распространенные металлы, ранжированные по теплопроводности
Ранг Металл Теплопроводность [BTU/(час·фут⋅°F)]
1 Медь 223
2 Алюминий 118
3 Латунь 64
4 Сталь 17
5 Бронза 15

Как видите, из наиболее распространенных металлов у меди и алюминия самая высокая теплопроводность, а у стали и бронзы самая низкая.Теплопроводность является очень важным свойством при принятии решения о том, какой металл использовать для конкретного применения. Поскольку медь является отличным проводником тепла, она хороша для теплообменников, радиаторов и даже дна кастрюль. Поскольку сталь является плохим проводником тепла, она хороша для высокотемпературных сред, таких как авиационные двигатели.

Вот некоторые важные области применения, для которых требуются металлы, хорошо проводящие тепло:

  • Теплообменники
  • Радиаторы
  • Кухонная посуда

Теплообменники

Теплообменник является распространенным применением, где важна хорошая теплопроводность.Теплообменники выполняют свою работу, передавая тепло для нагрева или охлаждения.

Медь

— популярный выбор для теплообменников в промышленных объектах, системах кондиционирования воздуха, холодильных установках, резервуарах для горячей воды и системах напольного отопления. Его высокая теплопроводность позволяет теплу быстро проходить через него. Медь обладает дополнительными свойствами, необходимыми для теплообменников, включая устойчивость к коррозии, биообрастанию, стрессу и тепловому расширению.

Алюминий

также может использоваться в некоторых теплообменниках в качестве более экономичной альтернативы.

Теплообменники обычно используются в следующих ситуациях:

Промышленные объекты

Теплообменники на промышленных объектах включают электростанции, работающие на ископаемом топливе, и атомные электростанции, химические заводы, опреснительные установки и морские службы.

В промышленных объектах для изготовления труб теплообменника используется медно-никелевый сплав. Сплав обладает хорошей коррозионной стойкостью, которая защищает от коррозии в морской среде. Он также обладает хорошей устойчивостью к биологическому обрастанию, что позволяет избежать образования водорослей и морских мхов.Алюминиево-латунный сплав обладает аналогичными свойствами и может использоваться в качестве альтернативы.

Солнечные термальные водные системы

Солнечные водонагреватели — это экономичный способ нагрева воды, в котором для передачи солнечной тепловой энергии воде используется медная трубка. Медь используется из-за ее высокой теплопроводности, устойчивости к воздушной и водной коррозии и механической прочности.

Газовые водонагреватели

Газо-водяные теплообменники передают тепло, выделяемое газовым топливом, воде.Они распространены в жилых и коммерческих котлах. Для газовых водонагревателей предпочтительным материалом является медь из-за ее высокой теплопроводности и простоты изготовления.

Принудительное воздушное отопление и охлаждение

Тепловые насосы, использующие воздух, уже давно используются для отопления жилых и коммерческих помещений. Они работают за счет теплообмена воздух-воздух через испарительные блоки. Их можно использовать в дровяных печах, котлах и печах. Опять же, медь обычно используется из-за ее высокой теплопроводности.

Радиаторы

Радиаторы представляют собой тип теплообменника, который передает тепло, генерируемое электронным или механическим устройством, в движущуюся охлаждающую жидкость. Жидкость отводит тепло от устройства, позволяя ему охладиться до желаемой температуры. Используются металлы с высокой теплопроводностью.

Компьютеры используют радиаторы для охлаждения центральных процессоров или графических процессоров. Радиаторы также используются в устройствах высокой мощности, таких как силовые транзисторы, лазеры и светоизлучающие диоды (СИД).

Радиаторы

спроектированы так, чтобы максимально увеличить площадь поверхности, соприкасающуюся с охлаждающей жидкостью.

Алюминиевые сплавы

являются наиболее распространенным материалом для радиаторов. Это связано с тем, что алюминий стоит дешевле меди. Однако медь используется там, где необходимы более высокие уровни теплопроводности. В некоторых радиаторах используется комбинация алюминиевых ребер с медным основанием.

Кухонная посуда

Более бытовое применение металла с хорошей теплопроводностью – посуда. Когда вы разогреваете еду, вы не хотите ждать весь день.Именно поэтому в днищах качественной посуды используется медь, поскольку металл быстро проводит тепло и равномерно распределяет его по поверхности.

Однако, если у вас ограниченный бюджет, вы можете использовать алюминиевую посуду в качестве альтернативы. Разогрев еды может занять немного больше времени, но ваш кошелек скажет вам за это спасибо!

Металлические супермаркеты

Metal Supermarkets — крупнейший в мире поставщик мелких партий металла с более чем 100 обычными магазинами в США, Канаде и Великобритании.Мы являемся экспертами в области металлов и предоставляем качественное обслуживание клиентов и продукцию с 1985 года.

В супермаркетах металлов мы поставляем широкий ассортимент металлов для различных применений. Наш склад включает в себя: мягкую сталь, нержавеющую сталь, алюминий, инструментальную сталь, легированную сталь, латунь, бронзу и медь.

У нас есть широкий ассортимент форм, включая стержни, трубы, листы, пластины и многое другое. И мы можем порезать металл по вашим точным спецификациям.

Посетите сегодня один из наших более чем 100 офисов в Северной Америке.

Теплопроводность и конвекция — Технический блог CTG

Теплопроводность — это мера способности материала передавать тепло внутри себя. Например, если вы нагреваете один конец короткого отрезка медной проволоки, тепло быстро распространяется по проводу за счет теплопроводности. Это можно легко продемонстрировать с помощью короткого отрезка (от 1 до 2 дюймов) толстой медной проволоки и небольшой горелки или газовой зажигалки. Держите провод за один конец и подожгите другой.Пройдет совсем немного времени, прежде чем медь станет слишком горячей, чтобы ее можно было держать.

Тепло проходит через различные материалы с разной скоростью в зависимости от их структуры. Если бы в приведенном выше примере заменить медную проволоку стеклянным стержнем, потребовалось бы значительное время, чтобы через стеклянный стержень было проведено достаточно тепла, чтобы его было неудобно держать. Медь является лучшим проводником тепла, чем стекло.

Обычно мы думаем о металлах как о хороших проводниках. На самом деле металлы сильно различаются по своей проводимости, но в целом они лучше проводят тепло, чем большинство жидкостей и газов.Другие твердые тела также различаются по своей способности проводить тепло. Древесина является примером твердого тела, которое является плохим проводником тепла. Плохой проводник называется изолятором. На следующей диаграмме показана проводимость нескольких распространенных материалов. Более высокое число указывает на лучшую проводимость.

Количество тепла, которое может быть проведено, также зависит от поперечного сечения объекта, расстояния прохождения тепла (толщины материала) и перепада температур между источником тепла и местом назначения.Тонкий медный провод будет проводить меньше тепла от одного конца к другому, чем более толстый провод той же длины за заданный период времени. Более длинный провод будет проводить меньше тепла от одного конца к другому. Повышение температуры источника тепла приведет к большей теплопроводности при условии, что другие условия остаются прежними.

Применительно к промышленной очистке теплопроводность является важным фактором по многим направлениям. Например, эффективная передача тепла от нагревателей в ванну для очистки будет иметь большое влияние на способность нагревателей достигать и поддерживать необходимую температуру процесса.Радиаторы (устройства для сбора и отвода тепла от электронных компонентов) используются в элементах управления и ультразвуковых генераторах.

Интересно, как вы увидите выше, вода является заметно плохим проводником тепла даже по сравнению со многими другими жидкостями, несмотря на ее чрезвычайно высокую теплоемкость. Именно по этой причине мы не можем полагаться только на теплопроводность как на средство распределения тепла внутри бака для очистки. Какое-то механическое движение необходимо для распределения тепла. В некоторых случаях это движение обеспечивается простой конвекцией.Конвекция — это движение внутри жидкости или газа, вызванное разницей температур внутри жидкости. Более теплый материал легче по весу и, следовательно, поднимается, вытесняя более холодный материал, который движется ко дну. Конвекция не зависит исключительно от проводимости жидкости, хотя она играет незначительную роль в распределении тепла в небольших масштабах по мере смешивания более горячего и более холодного материала.

Нагретая жидкость или газ поднимаются вверх, создавая конвекционные потоки, распределяющие тепло.

В других случаях необходимо использовать другие средства механического смешивания, чтобы выполнить работу.Для этого обычно используется простой смеситель пропеллерного типа или насосная петля.

 –  ФДФ –

Эксперимент

: какие материалы лучше всего проводят тепло?

От Kid Scientist , серьезного научного блога для детей
Главный исследователь : Селеста МакМанус
Научный сотрудник: Джеффри МакМанус магазин игр. В воскресенье мы провели один из экспериментов в боксе.Комплекты Ein-O довольно хороши; у них есть инструкции о том, как проводить эксперимент, а также большинство необходимых материалов.

В нашем наборе Ein-O есть четыре эксперимента, и все они связаны с теплом. Наш эксперимент продемонстрировал, как различные виды материалов проводят тепло. Проводник – это материал, через который может проходить энергия. Поэтому наш эксперимент пытался показать, как тепло распространяется через различные материалы.

В ходе эксперимента мы взяли с кухни керамическую миску и прикрепили к ней четыре вида материалов.Виды материалов: деревянный карандаш, пластиковая трубка, пластиковая линейка и металлическая ложка. Все материалы, кроме металлической ложки, были включены в комплект Ein-O.

Для приклеивания материалов к внутренней части чаши мы использовали кусочки глины для лепки, которая также была в комплекте.

В комплект также входили несколько пластиковых маркерных дисков, которые мы приклеивали к материалам с помощью масла. Идея состоит в том, что теплая вода в миске будет подниматься по материалам и растапливать масло, в результате чего пластиковые маркеры будут соскальзывать с материалов.Материалы, обладающие лучшей теплопроводностью, быстрее растапливают масло.

После того, как материалы приклеились к внутренней части чаши, мы наполнили чашу теплой водой. Нам потребовалось несколько попыток, чтобы выяснить, сколько воды нужно использовать и насколько теплой она нам нужна. В нашем первом испытании мы нагревали 500 миллилитров воды в течение 120 секунд, что сделало воду довольно горячей. Это превратило глину для лепки в липкую слизь после того, как мы вылили ее в миску. Мы заметили, что если глина для лепки становится слишком горячей, она становится слишком мягкой, чтобы удерживать ложку на стенке миски, и ложка падает.В нашем последнем успешном испытании мы использовали 400 миллилитров водопроводной воды, нагретой в микроволновой печи в течение примерно 75 секунд.

Мы также должны были следить за тем, чтобы теплая вода не касалась глины для лепки. Мы сделали это, переместив глину для лепки на край чаши в нашем третьем испытании.

Однако была еще одна проблема. В третьем испытании мы разместили маркеры слишком высоко, и тепло не было достаточно сильным, чтобы подняться по материалам, чтобы растопить масло и сдвинуть маркеры.

Во время всех испытаний Селеста записывала время, когда мы начали и закончили. Во время третьего испытания мы ждали около двадцати минут, пока что-то произойдет, но из-за того, что маркеры были такими высокими, ничего не произошло. Во время третьего испытания Селеста большую часть времени рисовала принцесс в своем исследовательском блокноте.

Наконец, в четвертом испытании мы переместили маркеры вниз, чтобы они были ближе к воде. На этот раз из нашего эксперимента мы смогли выяснить, что металлическая ложка проводит тепло гораздо быстрее, чем деревянная или пластиковая.Маркер соскользнул с ложки примерно через три минуты после того, как мы налили в миску теплую воду.

Мы не знаем точно, сколько времени понадобилось, чтобы масло растопилось, потому что в то время, когда маркер соскользнул с ложки, мы были внизу, помогая маме выгружать продукты из машины. Но мы знаем, что ложка проводит тепло лучше всего, потому что, когда мы вернулись наверх, ни один из других маркеров не сдвинулся с места.

Мы разместили больше фотографий этого эксперимента на Flickr.

Какие металлы лучше всего проводят тепло? | Маркхэм Металс

Большинство современных приборов, которые мы используем сегодня, такие как водонагреватели и кухонная посуда, для работы требуют хорошей теплопроводности.Из-за этого большинство из них построены из различных типов металла. Однако некоторые металлы, такие как сплавы, проводят тепло лучше, чем другие, что может помочь этим приборам хорошо работать для ваших нужд.

Что такое легированный металл?

Металлический сплав представляет собой смесь одного или двух металлов с неметаллическими элементами. Благодаря этой комбинации они не только лучше проводят тепло, но и более долговечны и устойчивы к ржавчине.

Почему важно обратить внимание на металлы, хорошо проводящие тепло

Все металлы обладают своими уникальными свойствами, поэтому важно рассматривать каждый из них в отдельности.Например, если вы ищете лучший металл для посуды, вам понадобится другой тип теплопроводности по сравнению с металлом бытовой техники.

Металлы, лучше всего проводящие тепло

Серебро

Серебро — один из лучших металлов для проведения тепла, потому что оно действует как мощный отражатель. Благодаря этому серебро содержится во многих предметах, таких как печатные платы и батареи.

Медь

Медь — еще один хороший проводник тепла, поскольку она быстро поглощает тепло и удерживает его в течение длительного периода времени.Кроме того, медь также устойчива к коррозии. Из-за своей универсальности медь часто используется в кухонной посуде, компьютерах и системах отопления.

Алюминий

Хотя алюминий не такой прочный, как медь, он все же очень хорошо проводит тепло. В отличие от меди, он, как правило, дешевле, поэтому его часто используют для изготовления посуды. В дополнение к этому, алюминий используется в светодиодных светильниках в качестве радиатора, поскольку он помогает светильникам работать более эффективно без перегрева.

Латунь

Латунь — очень прочный металл, который можно нагревать до температуры до 1720 градусов по Фаренгейту. Этот сплав металла представляет собой смесь меди и цинка, что помогает ему хорошо проводить тепло. Из-за сильного поглощения тепла латунь также способна мгновенно уничтожать микробы, что делает ее популярным металлом для изготовления дверных ручек и подобных предметов, к которым часто прикасаются.

Свяжитесь с нами сегодня для быстрой и простой цитаты

Все еще думаете, какой тип металла лучше всего подойдет для вашей следующей работы? Мы предлагаем большой и разнообразный ассортимент стали и алюминия в сочетании с обширным набором собственного металлообрабатывающего оборудования, что позволяет нам обслуживать клиентов на непревзойденном уровне.Чтобы задать вопросы или получить информацию о наших продуктах и ​​услугах, позвоните нам сегодня по телефону 978-658-1121 или свяжитесь с нами непосредственно на нашем сайте.

Вопрос: Проводит ли древесина тепло?

Древесина обладает низкой теплопроводностью (высокой теплоизоляционной способностью) по сравнению с такими материалами, как металлы, мрамор, стекло и бетон. Теплопроводность максимальна в осевом направлении и увеличивается с увеличением плотности и влажности; таким образом, легкая и сухая древесина является лучшим изолятором.

Дерево является проводником или изолятором тепла?

Металлы и камень считаются хорошими проводниками, поскольку они могут быстро передавать тепло, тогда как такие материалы, как дерево, бумага, воздух и ткань, плохо проводят тепло.

Что лучше проводит тепло: дерево или металл?

Поскольку в металлах больше электронов, чем в дереве, они лучше проводят тепло, чем дерево. Поскольку у металлов больше электронов, чем у дерева, они могут проводить тепло намного лучше, чем дерево. Не только проводимость тепла, но и проводимость электричества также зависит от количества присутствующих электронов.

Почему дерево плохой изолятор?

Древесина является естественным изолятором благодаря воздушным карманам в ее ячеистой структуре, что означает, что она в 15 раз лучше, чем каменная кладка, в 400 раз лучше, чем сталь, и в 1770 раз лучше, чем алюминий.Кроме того, облегченные методы деревянного каркаса позволяют легко установить дополнительную изоляцию из волокна или фольги.

Почему пластик и дерево плохо проводят тепло?

Пояснение: Дерево и пластик плохо проводят электричество, потому что электроны в них связаны со своими соответствующими «родительскими» атомами и не могут свободно двигаться. Следовательно, дерево или пластмасса не имеют свободно движущихся зарядов; следовательно, они не могут проводить электричество.

Какой изолятор лучше: дерево или пластик?

Металл является хорошим проводником тепла, а дерево и пластик — хорошими изоляторами.Проводник хорошо передает тепловую энергию (тепло), в то время как изолятор плохо передает тепловую энергию (тепло).

Почему изоляторы не проводят тепло?

Когда мы отдаем тепло, кинетическая энергия увеличивается, и это тепло передается от горячего металла к холодному через свободные электроны. Как и в изоляторе, свободные электроны пренебрежимо малы, так что тепло не передается от горячего спая к холодному из-за отсутствия этих свободных электронов.

Как вы называете материалы, которые не проводят тепло?

Изолятор – это материал, который не пропускает электрическую или тепловую энергию.Материалы, которые являются плохими теплопроводниками, также могут быть описаны как хорошие теплоизоляторы.

Какая древесина самая жаростойкая?

Порода Ironwood/твердая древесина известна как древесина с самым высоким естественным уровнем термостойкости. Древесина азобе, которая является разновидностью железного дерева, имеет более высокое время воспламенения, поэтому она известна как древесина с наилучшей термостойкостью.

Древесина плохой изолятор?

Древесина обладает низкой теплопроводностью (высокой теплоизоляционной способностью) по сравнению с такими материалами, как металлы, мрамор, стекло и бетон.Теплопроводность максимальна в осевом направлении и увеличивается с увеличением плотности и влажности; таким образом, легкая и сухая древесина является лучшим изолятором.

Что происходит с деревом в жару?

При нагревании влажной древесины она расширяется из-за нормального теплового расширения и сжимается из-за потери влаги. Усадка/расширение древесины происходит, в первую очередь, перпендикулярно волокнам, а это означает, что стойка из цельного пиломатериала или балка перекрытия будут изменяться по ширине и глубине.

Каковы примеры плохих проводников тепла?

Металлы, с другой стороны, являются хорошими проводниками. Некоторыми другими примерами плохих проводников электричества являются слюда, бумага, дерево, стекло, резина, тефлон и т. д. Некоторыми примерами плохих проводников тепла являются воздух, свинец и т. д.

Является ли пластик более проводящим, чем дерево?

Металлы обладают наибольшей проводимостью, а изоляторы (керамика, дерево, пластик) — наименьшей. Электропроводность говорит нам, насколько хорошо материал пропускает через себя электричество.Многие люди думают о медных проводах как о чем-то, что обладает большой электропроводностью.

Является ли пластик хорошим или плохим проводником тепла?

Пластмассы обычно являются плохим проводником тепла и электричества, что означает, что они не могут проводить электричество или тепло при прохождении через них.

Какой изолятор лучше?

Лучшим изолятором в мире на данный момент, скорее всего, является аэрогель, причем аэрогели кремнезема имеют теплопроводность менее 0,03 Вт/м*К в атмосфере.аэрогеля, препятствующего таянию льда на горячей плите при температуре 80 градусов по Цельсию! Аэрогель обладает удивительными свойствами, потому что в основном состоит из воздуха.

Что теплее пластик или дерево?

Изоляция. Пластиковые конуры для собак, как правило, намного холоднее зимой и теплее летом, чем деревянные, поскольку они также не сохраняют тепло. Древесина обеспечивает хорошую изоляцию от летнего зноя и зимнего холода, а это означает, что температура будет лучше регулироваться.

Задерживает ли картон тепло?

Проще говоря, да. Картон имеет воздушные карманы между двумя слоями, и это замедляет передачу тепла с одной стороны на другую, и любой теплый воздух, попадающий в воздушный карман, может оставаться между этими слоями в течение длительного периода времени и поддерживать свою температуру.

Не позволяют теплу легко проходить через них?

Кроме того, существуют материалы, называемые «изоляторами», которые не позволяют энергии легко проходить.Эти материалы включают пластик, пробку, дерево, пенопласт и резину. Таким образом, теплоизоляторы хорошо поддерживают постоянный уровень тепла — будь то горячий или холодный. Одним из примеров отличного изолятора является термос.

Какой материал сохраняет прохладу в жару?

Керамические волокна из кремния, бора, азота и углерода остаются прочными и стабильными даже при температурах выше 1500 градусов Цельсия. Керамические волокна из кремния, бора, азота и углерода остаются прочными и стабильными даже при температурах выше 1500 градусов Цельсия.

Какие хорошие теплоизоляторы?

Пластик, резина, дерево и керамика являются хорошими изоляторами. Они часто используются для изготовления кухонной утвари, например, ручек для кастрюль, чтобы не дать повару подняться и обжечь руку. Пластиковое покрытие также используется для покрытия большинства электрических проводов в приборах. Воздух также является хорошим теплоизолятором.

Все ли материалы проводят тепло?

В общем, хорошие проводники электричества (такие металлы, как медь, алюминий, золото и серебро) также являются хорошими проводниками тепла, тогда как изоляторы электричества (дерево, пластик и резина) плохо проводят тепло.

Какой металл является самым плохим проводником тепла и электричества?

Свинец является плохим проводником тепла, потому что он легко вступает в реакцию с атмосферой с образованием оксида свинца, хотя мы знаем, что оксиды металлов также являются плохими проводниками тепла и электричества.

Какой плохой проводник?

Материалы, плохо проводящие электричество, называются изоляторами. Некоторыми примерами являются дерево, стекло, пластмассы, неметаллические элементы, которые представляют собой полимеры углеводородов.

Наука о теплопередаче: что такое теплопроводность?

Тепло — интересная форма энергии. Он не только поддерживает жизнь, делает нас комфортными и помогает нам готовить пищу, но понимание его свойств является ключом ко многим областям научных исследований. Например, знание того, как передается тепло и в какой степени различные материалы могут обмениваться тепловой энергией, определяет все: от строительства обогревателей и понимания сезонных изменений до отправки кораблей в космос.

Тепло может передаваться только тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Из них проводимость, пожалуй, наиболее распространена и регулярно встречается в природе. Короче говоря, это передача тепла через физический контакт. Это происходит, когда вы прижимаете руку к оконному стеклу, когда кладете кастрюлю с водой на активный элемент и когда кладете утюг в огонь.

Этот перенос происходит на молекулярном уровне — от одного тела к другому — когда тепловая энергия поглощается поверхностью и заставляет молекулы этой поверхности двигаться быстрее.При этом они сталкиваются со своими соседями и передают им энергию, и этот процесс продолжается до тех пор, пока добавляется тепло.

Теплопроводность происходит через любой материал, представленный здесь прямоугольным стержнем. Скорость, с которой он переносится, частично зависит от толщины материала (показатель A). Кредит: Boundless

Процесс теплопроводности зависит от четырех основных факторов: градиента температуры, поперечного сечения вовлеченных материалов, длины их пути и свойств этих материалов.

Градиент температуры — это физическая величина, описывающая, в каком направлении и с какой скоростью изменяется температура в определенном месте. Температура всегда течет от самого горячего к самому холодному источнику, потому что холод есть не что иное, как отсутствие тепловой энергии. Этот перенос между телами продолжается до тех пор, пока не исчезнет разница температур и не наступит состояние, известное как тепловое равновесие.

Поперечное сечение и длина пути также являются важными факторами. Чем больше размер материала, участвующего в переносе, тем больше тепла требуется для его нагрева.Кроме того, чем больше площадь поверхности, которая подвергается воздействию открытого воздуха, тем выше вероятность потери тепла. Таким образом, более короткие объекты с меньшим поперечным сечением являются лучшим средством минимизации потерь тепловой энергии.

Последнее, но не менее важное, это физические свойства используемых материалов. По сути, когда дело доходит до теплопроводности, не все вещества одинаковы. Металлы и камень считаются хорошими проводниками, поскольку они могут быстро передавать тепло, тогда как такие материалы, как дерево, бумага, воздух и ткань, плохо проводят тепло.

Проводимость, как показано при нагревании металлического стержня пламенем. Предоставлено: Thomson Higher Education

Эти проводящие свойства оцениваются на основе «коэффициента», который измеряется по отношению к серебру. В этом отношении серебро имеет коэффициент теплопроводности 100, тогда как другие материалы имеют более низкий рейтинг. К ним относятся медь (92), железо (11), вода (0,12) и древесина (0,03). На противоположном конце спектра находится идеальный вакуум, который не способен проводить тепло и поэтому оценивается как нулевой.

Материалы, плохо проводящие тепло, называются изоляторами. Воздух, коэффициент проводимости которого равен 0,006, является исключительным изолятором, поскольку его можно удерживать в замкнутом пространстве. Вот почему искусственные изоляторы используют воздушные отсеки, такие как окна с двойным остеклением, которые используются для сокращения счетов за отопление. По сути, они действуют как буферы против потери тепла.

Перо, мех и натуральные волокна являются примерами натуральных изоляторов.Это материалы, которые позволяют птицам, млекопитающим и людям оставаться в тепле. Морские выдры, например, живут в океанских водах, которые часто бывают очень холодными, и их роскошный густой мех согревает их. Другие морские млекопитающие, такие как морские львы, киты и пингвины, полагаются на толстые слои жира (он же ворвань) — очень плохой проводник — для предотвращения потери тепла через кожу.

Это вид носовой части космического корабля «Дискавери», построенного из термостойких углеродных композитов. Предоставлено: NASA

Та же логика применяется к изоляции домов, зданий и даже космических кораблей.В этих случаях методы включают либо захваченные воздушные карманы между стенами, стекловолокно (которое улавливает воздух внутри себя), либо пену высокой плотности. Космические корабли представляют собой особый случай и используют изоляцию в виде пены, армированного углеродного композитного материала и плитки из кварцевого волокна. Все они являются плохими проводниками тепла и, следовательно, предотвращают потерю тепла в космосе, а также предотвращают попадание экстремальных температур, вызванных входом в атмосферу, в кабину экипажа.

Посмотрите это видео-демонстрацию тепловых плит на космическом шаттле:

Законы, регулирующие теплопроводность, очень похожи на закон Ома, регулирующий электропроводность.В этом случае хорошим проводником является материал, который позволяет электрическому току (то есть электронам) проходить через него без особых проблем. Электрический изолятор, напротив, представляет собой любой материал, внутренние электрические заряды которого не текут свободно, и поэтому очень трудно проводить электрический ток под влиянием электрического поля.

В большинстве случаев материалы, плохо проводящие тепло, также являются плохими проводниками электричества. Например, медь хорошо проводит тепло и электричество, поэтому медные провода так широко используются в производстве электроники.Золото и серебро еще лучше, а там, где цена не имеет значения, эти материалы также используются при изготовлении электрических цепей.

И когда кто-то хочет «заземлить» заряд (т.е. нейтрализовать его), они посылают его через физическую связь на Землю, где заряд теряется. Это характерно для электрических цепей, где открытым металлом является фактор, гарантирующий, что люди, которые случайно вступят в контакт, не будут поражены электрическим током.

Изолирующие материалы, такие как резина на подошвах обуви, используются для защиты людей, работающих с чувствительными материалами или вблизи источников электричества, от электрических зарядов.Другие изоляционные материалы, такие как стекло, полимеры или фарфор, обычно используются в линиях электропередач и высоковольтных передатчиках, чтобы поддерживать подачу энергии в цепи (и ничего больше!)

Короче говоря, проводимость сводится к передаче тепла или передаче электрического заряда. И то, и другое происходит в результате способности вещества позволять молекулам передавать через себя энергию.

Мы написали много статей о дирижировании для Universe Today. Прочтите эту статью о первом законе термодинамики или эту о статическом электричестве.

Если вам нужна дополнительная информация о теплопроводности, ознакомьтесь со статьей BBC о теплопередаче, а вот ссылка на Гиперучебник по физике.

Мы также записали целую серию Astronomy Cast о магнетизме — серию 42: Magnetism Everywhere.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Почему металлы так хорошо проводят тепло и электричество?

Структура металлов

Структуры чистых металлов легко описать, поскольку атомы, образующие эти металлы, можно представить себе как одинаковые совершенные сферы.В частности, металлическая структура состоит из «выровненных положительных ионов» (катионов) в «море» делокализованных электронов. Это означает, что электроны могут свободно перемещаться по всей структуре и обусловливают такие свойства, как проводимость.

Какие существуют типы облигаций?

Ковалентные связи

Ковалентная связь – это связь, которая образуется, когда два атома имеют общие электроны. Примерами соединений с ковалентными связями являются вода, сахар и диоксид углерода.

Ионные связи

Ионная связь – это полный перенос валентных электронов между металлом и неметаллом. В результате образуются два противоположно заряженных иона, которые притягиваются друг к другу. В ионных связях металл теряет электроны, становясь положительно заряженным катионом, тогда как неметалл принимает эти электроны, становясь отрицательно заряженным анионом. Примером ионной связи может быть соль (NaCl).

Металлические связки

Металлическая связь является результатом электростатической силы притяжения, возникающей между электронами проводимости (в виде электронного облака делокализованных электронов) и положительно заряженными ионами металлов.Его можно описать как совместное использование свободных электронов в решетке положительно заряженных ионов (катионов). Металлическая связь определяет многие физические свойства металлов, такие как прочность, пластичность, тепловое и электрическое сопротивление и проводимость, непрозрачность и блеск.

Делокализованные движущиеся электроны в металлах —

Именно свободное движение электронов в металлах придает им проводимость.

Электропроводность

Металлы содержат свободно движущиеся делокализованные электроны.Когда прикладывается электрическое напряжение, электрическое поле внутри металла вызывает движение электронов, заставляя их перемещаться от одного конца к другому концу проводника. Электроны будут двигаться в положительную сторону.

Электроны текут к положительному выводу

Теплопроводность

Металл хорошо проводит тепло.Проводимость возникает, когда вещество нагревается, частицы получают больше энергии и сильнее вибрируют. Затем эти молекулы сталкиваются с соседними частицами и передают им часть своей энергии. Затем это продолжается и передает энергию от горячего конца к более холодному концу вещества.

Почему металлы так хорошо проводят тепло?

Электроны в металле являются делокализованными электронами и являются свободно движущимися электронами, поэтому, когда они получают энергию (тепло), они вибрируют быстрее и могут перемещаться, это означает, что они могут передавать энергию быстрее.

Какие металлы лучше всего проводят ток?

Вверху: Электронные оболочки Золото (au), серебро (Ag), медь (Cu) и цинк (Zn). Логика подсказывает, что золото является лучшим проводником, имеющим единственный s-орбитальный электрон в последней оболочке (см. выше)… так почему Серебро и Медь на самом деле лучше (см. таблицу ниже).

Проводимость металлов

>S/м

Серебро 6,30×10  7
Медь 5,96×10  7
Золото 4.10×10 7
Алюминий 3,50×10  7
Цинк 1,69×10  7

Серебро имеет больший атомный радиус (160 пм), чем золото (135 пм), несмотря на то, что в золоте больше электронов, чем в серебре! О причине этого см. Комментарий ниже.

Примечание:  Серебро является лучшим проводником, чем золото, но золото предпочтительнее, поскольку оно не подвержено коррозии.(Медь является наиболее распространенной, потому что она наиболее экономична) Ответ немного сложен, и мы размещаем здесь один из лучших ответов, которые мы видели для тех, кто знаком с материалом.

«Серебро находится посередине среди переходных металлов, примерно на полпути между благородными газами и щелочными металлами. В столбце 11 периодической таблицы все эти элементы (медь, серебро и золото) имеют одну букву s -орбитальный электрон внешней оболочки электрона (также платина, в столбце 10).


Орбитальная структура электронов этих элементов не имеет особой склонности к получению или потере электрона по отношению к более тяжелым или более легким инертным газам, потому что они находятся на полпути между ними. В целом это означает, что не требуется много энергии, чтобы временно выбить электрон или временно добавить его. Удельное сродство к электрону и потенциалы ионизации варьируются, и, что касается проводимости, наличие относительно низких энергий для этих двух критериев несколько важно.

Если бы это были единственные критерии, то золото было бы лучшим проводником, чем серебро, но у золота есть дополнительные 14 f-орбитальных электронов под 10 d-орбитальными электронами и единственным s-орбитальным электроном. 14 f-электронов связаны с дополнительными атомами в ряду актинидов. С 14 дополнительными электронами, очевидно, выталкивающими электроны d и s, вы могли бы подумать, что s-электрон просто сидит там, «созревший» для проводимости (вряд ли требуется какая-либо энергия, чтобы оттолкнуть его), но НЕЕЕЕТ. Электроны на f-орбитах упакованы таким образом, что это приводит к тому, что атомный радиус золота на самом деле МЕНЬШЕ атомного радиуса серебра — ненамного, но он меньше. Меньший радиус означает большую силу воздействия ядра на внешние электроны, поэтому серебро побеждает в «состязании» проводимости. Помните, сила электрического заряда обратно пропорциональна квадрату расстояния.  Чем ближе 2 заряда друг к другу, тем выше сила между ними.

И медь, и платина имеют еще меньший диаметр; следовательно, большее притяжение от ядра, следовательно, больше энергии, чтобы сбить этот одинокий s-электрон, следовательно, более низкая проводимость.

Другие элементы с одним s-орбитальным электроном, сидящим там, «созревшим для появления сборщика проводимости», также имеют меньшие атомные радиусы (молибден, ниобий, хром, рутений, родий), чем серебро.

Таким образом, главным образом, именно там, где «мать-природа» поместила серебро в периодическую таблицу, определяется его превосходная проводимость».

Источник с tlbs101 Yahoo

ИСТОЧНИКИ И ВЫБОР ЧИТАТЕЛЕЙ —

Структура и физические свойства металлов

Почему одни металлы лучше проводят тепло, чем другие?

Как передается тепло?

Теплопроводность в металлах

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *