Теплопроводность металлов — Энциклопедия по машиностроению XXL
Для обеспечения нормального процесса резки металл должен отвечать следующим требованиям температура его плавления должна быть выше температуры горения в кислороде температура плавления оксидов металла должна быть ниже температуры его плавления количество теплоты, выделяющейся при сгорании металла в кислородный струе, должно быть достаточным для поддержания непрерывного процесса резки теплопроводность металла не должна быть слишком высокой, в противном случае теплота слишком интенсивно отводится [c.208]Экспериментальные данные для теплопроводности металлов из волокон в направлении волокон с точностью 16 % описываются эмпирической зависимостью VII. Однако эта зависимость не отражает влияния диаметра волокон и вида материала на относительную теплопроводность. Следует отметить, что зависимость VII находится в области между зависимостями I и II в широком диапазоне пористости П 0,57 превышает зависимость I незначительно.
В жидкостях теплота передается конвекцией и теплопроводностью в газах — в основном конвекцией и радиацией в вакууме — только радиацией. Закон теплопроводности устанавливает количественную связь между теплопроводностью металла, градиентом температуры и тепловым потоком в твердом теле. [c.143]
Теплопроводность Я характеризует способность тел проводить теплоту. Численно коэффициент выражает количество теплоты, протекающее через единицу изотермической поверхности в единицу времени, если изменение температуры по направлению нормали составляет 1 К на 1 см. Теплопроводность металла существенно изменяется в зависимости от температуры и химического состава материала. На рис. 5.5 показано изменение Я в зависимости от температуры.
Выше были сформулированы условия теплопередачи в твердых телах вследствие теплопроводности металлов. С поверхности металлов теплота передается конвективным путем или посредством радиации.
Указанные процессы играют важную роль при сварке в конечном итоге вся теплота, введенная при сварке, отдается в окружающее пространство и тела остывают.
[c.145]
Закон теплопроводности, доказанный в п. 5.1, устанавливает связь между теплопроводностью металла, градиентом температуры и тепловым потоком. Для вычисления температуры точек тела необходимо не только установить тепловой поток, проходящий через рассматриваемое сечение, но и определить количество Рис. 5.9. Накопление теплоты в теплоты, которое поступает в неко-элементе Fdx при линейном рас- торый элементарный объем тела, пространении теплоты 3 также уходит ИЗ ЭТОГО объема.
Весьма значительной сосредоточенностью могут обладать электронный и лазерный лучи при соответствующей фокусировке их на поверхность свариваемого тела. Концентрация энергии может быть настолько значительной, что теплопроводность металла оказывается недостаточной для отвода теплоты в глубину тела и металл закипает, испаряясь с поверхности.
Пример 4. По поверхности массивного тела движется точечный источник теплоты мощностью 6000 Вт. Определить расстояние от источника теплоты до конца изотермы 47″ = 700 К. Коэффициент теплопроводности металла к = = 0,4 Вт/(см-К). [c.171]
Наиболее заметно влияние теплопроводности металлов Я,. Увеличение теплопроводности при прочих равных условиях примерно соответствует случаю одновременного уменьшения мощности и скорости при постоянной погонной энергии сварки. Зоны, охватываемые изотермами (в дальнейшем для краткости — просто зоны ), сильно укорачиваются и несколько сужаются. В качестве примера можно сравнить между собой низкоуглеродистую и аустенитную стали, у которых теплоемкости примерно одинаковы, а теплопроводность различная (рис. 7.2, а, б,
Заметим, что в реальной ситуации отношение Кэл/а оказывается величиной постоянной, не зависящей ни от сорта металла, ни от температуры, только при комнатных и более высоких температурах.
В заключение отметим, что теплопроводность металлов, в общем случае складывается из теплопроводности, обусловленной фононами, и теплопроводности, обусловленной свободными электронами
Если принять, что фононный вклад в теплопроводность металла сравним с теплопроводностью в изоляторе, то [c.197]
Теплопроводность металла К в модели Друде равна
[c.
154]
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ЭЛЕКТРОННАЯ [c.256]
J. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ, ЭЛЕКТРОННАЯ КОМПОНЕНТА 257 [c.257]
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ МЕТАЛЛОВ II СПЛАВОВ ЭЛЕКТРОННАЯ КОМПОНЕНТА
Мендельсон и Розенберг [85—87] провели многочисленные измерения теплопроводности металлов. Кроме Си, Ag и Ап, они измерили теплопроводности следующих металлов ниже 90° К. [c.273]
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ РЕШЕТОЧНАЯ КОМПОНЕНТА [c.280]
В случаях электропроводности металлов или теплопроводности неметаллов поле (или температурный градиент) приводит к постоянному возрастанию J, которое должно быть уравновешено процессами, в которых J не сохраняется. В случае теплопроводности металлов возрастание J уравновешивается термоэлектрическим полем, возникающим прп наложении условия, заключающегося в том, что электрический ток должен обращаться в нуль.
Разделение электронной и решеточной компонент. Полная теплопроводность металла равна [c.288]
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ МЕТАЛЛОВ Я СПЛАВОВ-, РЕШЕТОЧНАЯ КОМПОНЕНТА 291 [c.291]
В металлах теплопроводность обеспечивается главным образом за счет теплового движения электронов ( электронного газа ), которые более чем в 3000 раз легче молекул самого легкого газа — водорода. Соответственно v теплопроводность металлов много пыше, чем газов.
Лучшими прооодпиками теплоты являются металлы, у которых X изменяется от 3 до 418 впг1м-град. Коэффициенты теплопроводности чистых металлов, за исключением алюминия, с возрастанием температуры убывают. Теплоту в металлах переносят главным образом свободные электроны. Самым теплопроводным металлом является чистое серебро (X = 418 вт м-град). [c.350]
Применение материалов высокой теплопроводности способствует переходу тепла из наиболее нагретых участков детали в более холодШе и уменьшению температурного» перепада.
В деталях, изготовленных из материалов низкой теплопроводности, внутренний теплбперехдд усиливают введением вставок из теплопроводных металлов (алюминия, меди) или заполнением внутренних полостей жидким теплопереностаком (нацример, легкоплавким металлом).
Теплопроводность. Че.м больше теплопроводность материала, тем лучше отводится тепло, образующееся в масляном слое, поэтому подшипники, изготовленные из малотеплопровод-иых материалов (например, пластиков), обладают, как правило, меньше] несущей способностью. чем подшипники из теплопроводных металлов. [c.373]
Керметы сочетают твердость и жаропрочность керамических материалов с вязкостью и теплопроводностью металлов. По твердости они зани.мают промежуточное положение между инструментальными сталями и металлскерамическими сплава.ми.
Теплопроводность металлов. Металлы в отличие от других твердых тел, как правило, являются хорошими проводниками теплоты и электричества.
Этот факт позволил П. Друде (1900) сделать первые заключения о механизме передачи теплоты в металлах, связав его с наличием в них большого числа свободных электронов, являющихся носителями электричества. Друде и Ло-рентц разработали теорию электро- и теплопроводности, хорошо объясняющую закон Видемана — Франца, установленный экспериментально еще в 1853 г., согласно которому отношение теплопроводности К к удельной электропроводности а для большинства металлов пропорционально температуре Т, при этом коэффициент (пропорциональности L одинаков для всех металлов
Для качественной оценки поведения теплопроводности металлов в зависимости от температуры снова воспользуемся формулой /Сэл= /зСуир1зл>. (6.103) [c.195]
Физика твердого тела (1985) — [ c.192 , c.195 ]
Физика низких температур
(1956) — [
c.
256
,
c.589
]
Справочник машиностроителя Том 2 (1955) — [ c.120 , c.122 ]
Справочник машиностроителя Том 2 Изд.3 (1963) — [ c.188 , c.189 ]
Справочник машиностроителя Том 6 Издание 2 (0) — [ c.2 , c.120 , c.122 ]
Физика твердого тела Т.2 (0) — [ c.36 , c.40 , c.45 ]
Справочник азотчика том №2
(1969) — [
c.120
,
c.122
,
c.253
,
c.
293
,
c.386
]
Физика твердого тела Т.1 (0) — [ c.36 , c.40 , c.45 ]
Теплопроводность материалов — Справочник химика 21
Теплопроводность — свойство материалов проводить тепло с определенной скоростью. Хорошо проводят тепло металлы — серебро, медь, алюминий, сталь. Пластмассы, пластики, каучуки, графит, керамика и шамотный кирпич медленно проводят тепло. Теплопроводность материалов оценивается величиной коэффициента теплопроводности X. При 20°С величина теплопроводности для меди равна 384 Вт/(м К), у стали — в восемь раз ниже. [c.64]Коэффициент температуропроводности является показателем диффузии внутренней энергии в материале его величина пропорциональна скорости распространения изотермической поверхности.
Более теплопроводные материалы характеризуются большими значениями а. Тепловая инерция характеризует тепловое согласование двух сред (1 и 2) и определяет, например, коэффициент отражения тепловой волны Г [c.32]Однако даже при ДГ->0 и Гср/Го=1 КПД т)енеизбежно сопутствующими полупроводниковым трансформаторам тепла выделением джоулева тепла, действием эффекта Томсона и обратным током тепла от горячего спая к холодному вследствие теплопроводности материалов термоэлемента. [c.289]
На рис. 6 показано влияние роста температуры до 1000 К в чистом и хорошо теплопроводном материале. Сплошные линии — результат расчета. Чтобы показать влияние излучения на эффективный радиальный коэффициент теплопроводности, был проведен расчет, не учитывающий до Т=1000 К радиационный перенос теплоты. Результаты этого расчета приведены на рис. 6 пунктирными линиями. [c.437]
Коэффициент теплопроводности материалов, применяемых в холодильной технике, должен быть не более [c.
190]
Запаздывание роста температур относительно момента трения объясняется интенсивным отводом тепла в начальный период из зоны контакта за счет теплопроводности материалов, составляющих пару трения. По этой причине идет медленное формирование теплового поля. Инерционность формирования температурного объемного поля характеризуется временем, необходимым для установления теплового баланса пары. [c.13]
Определение контрастов в виде (2.27. .. 2.29) можно рассматривать как одномерную фильтрацию сигнала, поскольку они не учитывают эффекты диффузии тепла, в особенности, в поперечном направлении. В теплопроводных материалах эффекты трехмерной диффузии могут существенно изменять пространственные профили температуры и затруднять выделение слабых сигналов от малых дефектов. [c.39]
Влияние типа материала на оптимальные параметры обнаружения проиллюстрировано на рис. 3.26. Видно, что большие контрасты возникают в более теплопроводных материалах (рис.
3.26, а) при более коротких временах наблюдения (рис. 3.26, 6). Эта тенденция сохраняется для различных глубин залегания дефектов, хотя ясно, что с ростом / интенсивность растекания тепла вокруг дефектов становится более существенной, и для определенных дефектов возможно существование «оптимального» материала, который обеспечит максимальное значение С. [c.99]
Электроды, используемые для контроля толщины слоев, могут быть изготовлены из одного и того же материала или из разных. Нагреваемый электрод должен иметь, по возможности, высокую теплопроводность. Материалы электродов выбираются с учетом термоэлектрических свойств и теплопроводности материалов слоев при близкой теплопроводности [c.643]
Устройство предназначено для контроля теплопроводности материалов на основе полученных зависимостей этой теплопроводности от температуры в контакте горячих электродов с ОК. Кроме того, с помощью установленных корреляционных связей между термоэлектрической способностью материала и его механическими характеристиками определяются твердость материала, относительное удлинение образцов, пределы текучести и прочности.
[c.649]
Применение печи с кварцевой камерой для синтеза хлороводорода ограничивалось малой теплопроводностью материалов и, следовательно, небольшой производительностью. [c.175]
СМ из разных материалов, вычисленные на основании справочных данных по физическим свойствам этих материалов для одной и той же частоты колебаний 33 мгц. Как видно, наименьшей эффективностью обладают фильтры из воздуха и стали, причем у металла нет никаких преимуществ перед воздухом. Для наименее теплопроводных материалов эффективность в 50—75 раз больше, чем для воздуха и стали. [c.77]
Осипова В, А.
, Андрианова А. С. Экспериментальное определение теплопроводности материалов. — Теплоэнергетика, 1954, ЛГ 8, с. 28—34. [c.277]
Из обоих примеров явствует, что за1мена материалов возможна не всегда, а именно при замене материала, обладающего больщой теплопроводностью, материалом с малой теплопроводностью, таплопередача существенно не меняется в тех случаях, когда значения коэффициентов теплоотдачи с обеих сторон теплопередающей стенки малы. [c.157]
Величина потери тепла в окружающую среду вследствие охлаждения наружных поверхностей регенератора зависит от толщины а теплопроводности материалов, из которых выполнены футеровка, и корпус аппарата, произродятелъности я размеров аппарата, климатических и атмосферных условий и т. д.. [c.287]
Рис, й. 3 111нсммост11 плияпия температуры на эффективный радиальный коэффициент теплопроводности Л/Х для слоя из один 1-КОВЫ.Х сфер для хорошо и плохо теплопроводных материалов от числа Пекле при нормальных условиях см.
(4] и уравнения (7) . При Ре [c.437]
Проблема передачи тепла от твердого тела к жидкости или наоборот — важнейшая проблема проектирования большинства теплообменников. Теплопроводность материалов является основной их характеристикой и в простей-1ЫИХ случаях связана с тепловым потоком соотношением [c.39]
Коэффициент теплопроводности. Некоторое представление об огромной разнице между коэффициентами теплопроводности материалов можно получить из рассмотрения рис. 3.1, откуда видно, что коэффициенты теплопроводности представляющих интерес материалов могут различаться в 100 ООО раз. [Наиболее теплопроводны металлы, затем следуют плотные керамические материалы [41, затем — твердые и жидкие органические соединения и, наконец, газы. Как и следовало ожидать, теплопроводность твердых пористых тел меньше теплопроводности плотных твердых тел и больше теплопроводности газов, заполпяюпгих поры [5]. Интересно отметить, что значения коэффициентов теплопроводности в пределах каждой из указанной групп материалов (СМ.
рис. 3.1) отличаются не более чем в три раза от среднего значения для каждой группы. [c.39]
Теплофизические свойства футеровочных мат-ариалов и металла существенно отличаются друг от друга. Следствием этого является различие в температурных деформациях металла и футеровки. Это может привести либо к обжатию футеровки металлом, либо к появлению на границе металл — футеровка радиальных растягивающих напряжений, превышающих величину адгезии между замазкой и металлом (или подслоем). В последнем случае возможно образование зазора между футеровкой и металлом. Чаще всего это явление наблюдается в летний период (прогрев металла) при наличии-, непроницаемого подслоя, низкой адгезии замазки к нему и повыщенной температуры внутри аппарата при наличии теплоизоляции при футеровке оборудования теплопроводными материалами (уголь, графит и т.н.). Поэтому при проведении прочностного расчета футеров ки необходима проверка ее на совместную работу с корпусом аппарата. [c.
181]
Тепловая Д. позволяет обнаруживать поверхностные и внутр. дефекты в изделиях из теплопроводных материалов анализом их температурных полей, возникающих под действием теплового излучения (длины волн от 0,1 мм до 0,76 мкм). Наиб, применение имеет т. наз. пассивная Д. (внеш. источник нагревания отсутствует), напр, теплови-зионный метод, основанный на сканировании пов-сти объекта узким оптич. лучом, а также метод термокрасок, цвет к-рых зависит от т-ры пов-сти изделия. При активной [c.28]
В качестве нагревателей в хлебопекарных печах применяются трубчатые, прямые и и-образные элементы (рис. 16.7) Они состоят из спиралей сопротивления 1, изготовляемых из нихромовой или фехралевой проволоки и заключенных в стальные или латунные тонкостенные трубки 2 диаметром 12,5… 25 мм, заполненные изолирующим теплопроводным материалом — магнезитом 3. Оба конца проволоки оканчиваются изоляторами 4 и клеммами 5 для присоединения к сети питания. В выпускаемых в настоящее время хлебопекарных печах применяются электронагреватели марки НВСЖ-2,673/2,5 мощностью 2,5 кВт.
[c.849]
Термообработку (нагрев) нанесенных на дефектный участок композиций осуществляют с помощью горячего воздуха, лампами накаливания, специальными электронагревателями различной конфигурации, а также пропусканием -пара, горячей воды через рубашку аппарата. Следует отметить, что в области создания и применения новых рецептур композиций и технологии их применения в конкретньгх случаях могут быть многовариантные решения. Срок защитного действия используемых средств во многом определяется не только адгезионной прочностью и химической стойкостью в рабочей среде, но и близостью теплофизических характеристик (коэффициентов термического расширения, теплопроводности) материалов основы и покрытия. [c.23]
Теплопроводные свойства пенополистиролаСтройкод
Утепление дома – задача со множеством вариантов и способов решения, один из которых – пенополистирол (или же, как его чаще называют в народе, пенопласт). Помимо практичности, небольшого веса, простоты в монтаже и экологичности, этот материал обладает крайне важным свойством для любого жилья – низкая теплопроводность, позволяющая сберечь помещение от холода.
Ключевые факторы высокой теплоизоляции пенопласта
Для начала уясним, что теплопроводность – это передача энергии от одних микрочастиц к другим при их соприкосновении. Чем меньше этот показатель, тем меньше тепла будет проводить через себя материал. Это и называется изоляционным свойством.
Наиболее низкой проводимостью тепловой энергии обладает воздух, что в первую очередь и используется при изготовлении пенопласта. Многочисленные ячейки его пористой структуры наполнены газом (воздухом), который составляет львиные 98% от состава всего материала.
Однако даже с таким преимуществом свойства пенопласта зависят ещё и от целого ряда дополнительных факторов, которые обязательно должны быть учтены при утеплении помещений:
- Толщина слоя пенополистирола. Всегда можно добиться более качественного уровня теплоизоляции, попросту увеличив её используемые объёмы. Так, проводимость пенопласта толщиной в 500 мм будет гораздо более ниже, чем у аналогичного по плотности, но более тонкого слоя в 100 мм.
- Влажность. Чем меньше её в материале, тем лучше. Любая жидкость всегда негативно сказывается на теплоизоляционных характеристиках.
- Средние показатели температуры слоя. Увеличение нагрева также ухудшает теплоизоляционные свойства пенопласта.
В сравнительном познании
Строительный рынок невероятно богат на огромный ассортимент всевозможных утеплителей. В том же числе это касается и многочисленных разновидностей полистирольного пенопласта.
Характеристики каждого из них так или иначе разнятся между собой. К примеру, экструдированный вариант состоит из такого же вещества, что и обычный. Единственное отличие заключается в том, что в процессе изготовления первого применяется иная технология по созданию гранул. Благодаря чему он получается легче своего аналога. При этом экструдированный пенопласт обладает ещё и более лучшей теплоизоляцией.
Однако теплопроводность пенополистирола крайне зависима и от толщины используемых слоёв. Более очевидным образом это заметно в сравнении с иными утеплителями.
К примеру, лист из минеральной ваты толщиной в 100-120 мм вполне можно вытеснить менее габаритным 50-60 мм пенополистирольным вариантом (соотношение 1:2). Эти же 50 мм полностью равноценны 8.5 см кирпичной закладки и 21 см бетонного слоя.
С другой стороны, те же 100 мм «Пеноплекса» покажут ещё более низкую теплопроводность по сравнению с пенопластом. Для равных показателей потребуется соотношение 100 мм первого к 125 мм второго (1:1.25).
Решающий коэффициент теплопроводности
В расчётах этого параметра используется греческий символ λ, размерность которого определяется как Вт/(м*К):
- Вт – это то количество энергии (Ватт), которое материал способен предавать через себя;
- м – в метрах измеряется расстояние, на которое тепло проходит через какой-либо материал;
- К – определённый перепад температур (Кельвины), при котором происходит передача энергии.
К примеру, наивысшими показателями теплопроводности обладают металлы, стекло, камни.
Они не способны надолго сохранить энергию, в отличии от воздуха и газов – лучших природных теплоизоляторов. Поэтому пористая структура пенопласта обладает гораздо меньшей проводимостью тепла.
Среди всего множества строительных материалов особенно стоит отметить пенопласт ПСБ-С 15/25/35, пробковую мелочь и пенополиуретан – они заметно выделяются своим низким коэффициентом теплопроводности. Экструдированный пенополистирол в сравнении со своим обычным аналогом также выглядит довольно привлекательно: 0.03 Вт/(м*К) против 0.038.
Подробнее о габаритах приобретаемого пенополистирола
Эффективное применение любой теплоизоляции напрямую связано с правильным подбором размеров материала. За эти вычисления отвечает достаточно простой алгоритм, который без труда способен освоить любой гражданин со школьным аттестатом за плечами.
Общий порядок действий таков:
- Узнать общее теплосопротивление в условиях своего региона проживания. Эта величина климата постоянна. Для Юга России, к примеру, она составляет 2,8 кВт/м2. Для Средней полосы это значение равняется 4,2 кВт/м2.
- После этого необходимо выяснить значение теплосопротивления самой стены дома. Для этого потребуется знать её толщину p и λ материала, из которого она состоит (значение этого коэффициента для любого материала можно без труда найти в сети Интернет).
Для Юга России, к примеру, она составляет 2,8 кВт/м2. Для Средней полосы это значение равняется 4,2 кВт/м2.Уже на основе этих сведений находим R стены по формуле p/λ:
- Вычислить необходимое значение сопротивления для пенополистирола по формуле: R общее — R стены.
- Наконец, остаётся лишь узнать необходимую толщину пенопласта. Её находим по формуле p = R изоляции * λ. Обратите внимание, что в качестве λ здесь обозначен расчётный коэффициент теплопроводности материала.
Наглядный пример: резиденту одного из регионов Средней полосы нужно выяснить, какой толщины подобрать слой пенопласта, плотность которого составляет 30 кг/м3. Стена его дома состоит только из силикатного кирпича (утепляется участок длиной в 50 см).
Из всего набора условий выявляем начальные сведения:
- Общее теплосопротивление в регионе = 4,2 кВт/м2
- λ пенопласта = 0,047 Вт/(м*К)
Далее вычисляем R стен. Т.к. коэффициент теплопроводности силикатного кирпича составляет 0,7 Вт/(м*К), его значение сопротивления будет следующим:
R стены = 0,5/0,7 = 0,71 кВт/м2
Аналогичную величину рассчитываем и для пенопласта:
R пенополистирола = 4,2 – 0,71 = 3,49 кВт/м2
И уже на основе полученных данных узнаём необходимую для своих нужд толщину изоляционного слоя:
p = 3,49 * 0,047 = 0,16 м
Подобный алгоритм вычислений несомненно пригодится и в любой другой местности. Главное – правильно выяснить начальные данные. Всегда помните, что грамотный подбор пенопласта в необходимых размерах заведомо избавит от лишних материальных и временных затрат.
При этом итоговый результат окажется гораздо более лучше всех ожиданий.
Сравните сами: 10 см пенополистирола способны заменить целую кладку в один кирпич (но только при условии 15-17 кг/м3 плотности). Однако листы с ещё более плотные листы дадут возможность обойтись уже без пары рядов камней. Наконец, даже вычисления доказывают, что пара сантиметров пенопласта полностью эквивалентны 50 см кирпичной стены.
Металлов дружная семья. Урок химии в 9-м классе
Положение металлов в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, особенности строения атомов; металлическая связь и металлическая кристаллическая решетка. Общие и специфические физические свойства металлов.
Тип урока: урок формирования новых знаний с элементами обобщения и систематизации.
Цели урока:
Образовательные:
- изучение учащимися положения металлов в
периодической системе химических элементов Д. И.
Менделеева, особенностей строения атомов;
металлической связи и металлической
кристаллической решетки, общих и индивидуальных
физических свойств металлов,
- обобщение и систематизация знаний учащихся о периодическом изменении свойств химических элементов, его причинах,
- развитие представлений учащихся о металлах как химических элементах и простых веществах.
И.
Менделеева, особенностей строения атомов;
металлической связи и металлической
кристаллической решетки, общих и индивидуальных
физических свойств металлов,Развивающие:
- расширение кругозора учащихся, углубление их знаний по вопросам истории химической науки,
- развитие творческого мышления, умений учащихся работать с текстом, излагать, доказывать свою точку зрения, обобщать имеющиеся знания,
- развитие экспериментальных умений учащихся.
Воспитательные:
- формирование диалектического мировоззрения учащихся.
Оборудование:
Демонстрационное: компьютер, мультимедийный
проектор, компьютерная презентация, таблица:
периодическая система химических элементов Д.
И.
Менделеева, прибор для испытания
электропроводности;
Лабораторное: образцы металлов, спиртовка, держатель, два предметных стекла, вода, пипетка, пластилин.
Ход урока
Учитель: Уже более тысячи лет человек знаком с некоторыми металлами:
Семь металлов создал свет
По числу семи планет:
Дал нам Космос на добро
Медь, железо, серебро,
Злато, олово, свинец,
Друг мой, сера им отец.
И спеши, мой сын, узнать,
Всем им ртуть родная мать.
Слайд 1
“Металлы” — тема нашего урока. Зная элементарные основы и логику школьного курса химии, мы можем с вами выделить основные вопросы, которые следует изучить в теме “Металлы”. Составим план изучения темы.
Учащиеся: Мы можем изучить состав, строение, свойства, применение металлов.
Учитель: Вы что-то уже знаете о
металлах, поделитесь своими знаниями.
Учащиеся отвечают.
Учитель: Прослушайте несколько предложений. Определите, в каких из них речь идет о металлах-химических элементах, в каких – о металлах-простых веществах:
В 18 веке М.В .Ломоносов определил металл как “светлое тело, которое ковать можно”.
Морскую воду можно назвать жидкой полиметаллической рудой, так как она содержит множество металлов.
В организме человека обнаружено около 80-ти металлов.
В земной коре встречаются самородные драгоценные металлы.
Выделите признаки элементов и простых веществ.
Учащиеся: Если речь идет о частицах вещества – атомах, ионах, или составной части вещества, то говорят о химическом элементе; если речь идет о свойствах или применении – говорят о веществе.
Учитель: В древности люди, конечно, не
знали понятий “химический элемент” и “простое
вещество”, но сами простые вещества – металлы
добывать и получать умели. Греческое слово
“металлон” означало земляные работы,
раскопки”, затем стало значить “шахты, рудники,
руда”.
В латинском языке слово “металлум” уже
получило смысл “руда и выплавляемый из нее
металл”. В виде французского “металь” это слово
пришло в Россию. Алхимики знали только семь
металлов и верили, что каждому из этих металлов
на Земле покровительствует одна из известных
планет.
Слайд 2.
Медленно накапливались сведения об открываемых химических элементах и простых веществах – металлах, но сейчас круг знаний о металлах достаточно обширен. Металлы стали важнейшими помощниками человека.
Слайд 3.
Начинаем изучение темы с вопроса “Металлы – химические элементы”. Все химические элементы образует естественную периодическую систему. Каково положение металлов в периодической системе химических элементов Д.И .Менделеева?
Учащиеся: Металлы занимают главные подгруппы I, II, III групп (кроме Н и В), частично главные подгруппы IV-VI групп и все побочные подгруппы.
Учитель: Обобщая сказанное вами, можно
сказать, что в периодической системе химических
элементов металлы занимают левый нижний угол и
отделены от неметаллов диагональю В – Аt.
Слайд
4.
Деление элементов на металлы и неметаллы объясняется различием в строении атомов. Составим схемы строения атомов натрия, магния, алюминия.
Учащиеся составляют схемы строения атомов указанных элементов в рабочих листах, проверяют правильность ответа с помощью слайдов презентации.
Слайды 5, 6.
Учитель: Каковы особенности строения атомов металлов?
Учащиеся: Малое число электронов на последнем энергетическом уровне.
Учитель: Возможны ли исключения из этого правила? Найдите ответ в периодической системе.
Учащиеся называют металлы – элементы главных подгрупп IV, V, VI групп, заполняют рабочие листы.
Учитель: Почему же висмут и полоний, содержащие в атомах соответственно 5 и 6 электронов на последнем энергетическом уровне, являются металлами?
Учащиеся: У этих металлов большие
атомные радиусы.
Учитель: И всегда радиусы атомов металлов больше радиусов атомов неметаллов, что обусловливает непрочную связь внешних валентных электронов с ядром атома.
Какие свойства проявляют химические элементы-металлы в химических реакциях, в чем они выражаются?
Учащиеся: Атомы металлов в химических реакциях отдают свои валентные электроны, проявляют восстановительные свойства.
Ме0 – ne— —> Ме n+
Учитель: Как число валентных электронов в атомах влияет на химическую активность металлов?
Учащиеся: Чем меньше валентных электронов на последнем энергетическом уровне в атомах, тем легче “сбросить”, то есть отдать эти электроны, тем металл активнее.
Учитель: Как и почему изменяются восстановительные свойства металлов в периодах и главных подгруппах периодической системы с ростом их относительной атомной массы и заряда ядра атома?
Учащиеся: В периодах с ростом заряда
ядра атома металлические свойства ослабляются,
так как от элемента к элементу увеличивается
число валентных электронов на последнем
энергетическом уровне, уменьшаются атомные
радиусы, следовательно, ослабляются свойства
атомов отдавать электроны.
В главных подгруппах
металлические свойства элементов с ростом
заряда ядра атома возрастают, так как растут
атомные радиусы и усиливаются свойства атомов
отдавать валентные электроны.
Учитель: Несмотря на малое число электронов на последнем энергетическом уровне в атомах, металлы могут проявлять не только низкие, но и высокие степени окисления.
Это характерно для металлов побочных подгрупп, отдающих электроны не только с последнего энергетического уровня, но и с предпоследнего электронного слоя.
Значение степени окисления элемента определяет характер его соединений. Возможные степени окисления металлов: 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7, +8. Какой характер проявляют соединения металлов с низкими, средними, высокими степенями окисления?
Учащиеся: Соединения металлов с
низкими степенями окисления + 1, +2 имеют основный
характер, со средними – промежуточными —
степенями окисления +3, +4 — амфотерный характер, с
высокими степенями окисления +5, +6, +7 – кислотный
характер.
Учитель: В проявлении различного характера соединений металлов мы увидели ярко выраженную зависимость свойств веществ от состава и строения. Изучая металлы-химические элементы, мы также убедились в зависимости свойств атомов от их строения. Сформулируем, что представляют собой металлы – химические элементы.
Учащиеся: Металлы-химические элементы – это виды атомов с малым числом электронов на последнем энергетическом уровне, большими атомными радиусами и способностью отдавать валентные электроны.
Учитель: Переходим к изучению металлов – простых веществ. Вернемся к определению М.М. Ломоносова: “ Металлом называется твердое, непрозрачное и светлое тело, которое на огне плавить и холодное ковать можно”.
Свойства металлов обусловлены строением их
кристаллов. Для металлов характерна
металлическая кристаллическая решетка. В узлах
металлических кристаллических решеток
располагаются атомы и положительно заряженные
ионы металлов, связанные посредством свободно
движущихся обобществленных электронов, которые
оторвались от отдельных атомов и стали
принадлежать всему кристаллу.
Связь между
атомами и ионами металлов, осуществляемая
свободно движущимися обобществленными
электронами, — металлическая связь. Совокупность
свободно движущихся обобществленных
нелокализованных электронов называют
“электронным газом” за сходство хаотичного
движения нелокализованных электронов внутри
металлов с беспорядочным движением молекул
газообразных веществ.
В металлических кристаллах существует подвижное равновесие в системе “атом – катион”
Ме0 – ne— —> Ме n+
Учащиеся записывают краткие определения металлической химической связи и “электронного газа” и схемы превращения атома в катион в рабочий лист.
Учитель: Разные металлы отличаются не
только электронным строением атомов, но и
разными видами металлических кристаллических
решеток. Они характеризуются определенной
пространственной структурой и плотностью
упаковки частиц в пространстве. Наиболее
распространены три вида кристаллических решеток
металлов.
Учащиеся находят названия видов металлических кристаллических решеток в учебниках (справочных материалах), выписывают свойства металлов-простых веществ, характерные для определенных видов металлических кристаллических решеток.
Слайды 7,8,9.
Учащиеся: Известны кубическая объёмноцентрированная, кубическая гранецентрированная и гексагональная металлические кристаллические решетки. Металлы с кубической объёмноцентрированной кристаллической решеткой характеризуются низкими температурами плавления и кипения, малой твердостью, с кубической гранецентрированной решеткой – высокой пластичностью, а с гексагональной решеткой – низкой пластичностью.
Учитель: Эти факты подтверждают тезис
о зависимости свойств веществ от состава и
строения. Своеобразие металлической связи и
металлической кристаллической решетки
обусловливает и объясняет общие физические
свойства металлов. Рассмотрите образцы выданных
металлов, назовите известные вам общие
физические свойства металлов.
Лабораторный опыт № 1. Рассматривание образцов металлов. Рассмотрите выданные вам образцы металлов, их цвет, прочность, пластичность. Попробуйте определить, каким металлам принадлежат эти образцы. |
Учащиеся: Для металлов характерны особый металлический блеск, высокая пластичность, хорошая электропроводность и тепловодность. Все эти свойства металлов могут быть использованы человеком. Слайд 10.
Учитель: Заполняем таблицу “Физические свойства металлов”. Все металлы – в обычных условиях – твердые вещества, но имеется одно исключение – жидкий металл. Какой же это металл и где применяется его жидкое агрегатное состояние?
Учащиеся: Жидкий металл – ртуть, его
используют в измерительных приборах, например,
термометрах для измерения температуры тела, так
как легко расширяется при незначительном
нагревании.
Слайды 11, 12.
Учитель: Чем обусловлены непрозрачность и особый металлический блеск металлов, их пластичность, высокая электропроводность, теплопроводность?
Учащиеся работают с учебником (справочными материалами), в тексте находят причины проявления физических свойств металлов.
Учащиеся:
1. Непрозрачность и металлический блеск объясняются способностью металлов отражать свет от своей гладкой поверхности, что обусловлено наличием в металлах свободно движущихся электронов. Измельченные металлы, кроме алюминия и магния, теряют блеск. Слайд 13.
2.Электрическая проводимость металлов
обусловлена присутствием в их кристаллических
решетках подвижных электронов, которые
направленно перемещаются под действием
электрического поля. С повышением температуры
электропроводность металлов понижается, так как
колебание атомов и ионов в узлах решетки
усиливается, что затрудняет направленное
движение электронов.
3. Теплопроводность металлов также обусловлена возможностью свободного передвижения электронов, которые, сталкиваясь с атомами и ионами, обмениваются с ними энергией, поэтому происходит выравнивание температуры по всему образцу металла.
4. Пластичность – способность менять форму под действием силы и сохранять новую форму после прекращения действия силы. Механическое воздействие на металл и его деформация вызывает смещение слоев частиц относительно друг друга внутри металла, но не сопровождается разрывом связи, так как ее продолжают осуществлять свободно движущиеся электроны. Слайды 14, 15.
Лабораторный опыт № 2. Моделирование “скольжения” слоев частиц металла. Наложите две стеклянных пластинки друг на друга и вновь разделите их. Легко ли их разъединить? На поверхность одной
пластинки нанесите несколько капель воды и
накройте эту пластинку другой пластинкой. |
Попробуйте отделить стекла друг от друга? Каким
образом можно это сделать?Учащиеся: Пластинки легко скользят одна относительно другой, но с трудом отрываются друг от друга. Их можно отделить, только сдвинув одну с другой.
Учитель: Какова роль воды в этом опыте?
Учащиеся: Прослойка воды – модель “электронного газа”.
Учитель: Мы смоделировали смещение слоев частиц металла при деформации.
В кристаллах с атомной или ионной кристаллической решеткой при механическом воздействии происходит разрыв связей между частицами, и кристаллы разрушаются, а при деформации металлов связь между атомами и ионами благодаря перемещающимся электронам сохраняется – металл не разрушается.
Учитель: Кроме общих металлических
свойств, каждый металл проявляет и
индивидуальные свойства. Металлы отличаются по
строению атомов, видам кристаллических решеток,
следовательно, по пластичности,
электропроводности, теплопроводности и другим
признакам.
Вернемся к металлическому блеску.
Какие же металлы самые блестящие?
Учащиеся: Большинство металлов – серебристо-белые, исключения – золото, медь, цезий. Самые блестящие металлы – ртуть, серебро, золото, палладий.
Учащиеся работают с текстом учебника (справочными материалами), находят примеры металлов различных групп.
Учитель: Пластичность – важнейшее механическое свойство металлов, позволяет прокатывать металлы в листы, вытягивать их в проволоку, подвергать их ковке, штамповке и прессованию.
Учащиеся: Одними из самых пластичных металлов являются золото, серебро и медь, а за ними в порядке уменьшения пластичности следуют олово, свинец, цинк, железо. Учитель: Пластичность металлов лежит в основе такой уважаемой профессии, как профессия кузнеца.
Старинная легенда, насчитывающая более трех
тысячелетий, повествует о таком событии. Когда
закончилось строительство Иерусалимского храма,
царь Соломон устроил пиршество, на которое
пригласил и мастеровых, участвующих в стройке.
Во
время пира царь спросил: Кто же из строителей
самый главный? Кто внес самый большой вклад в
создание этого чудо-храма?
Поднялся каменщик: Разумеется, храм – это наших рук дело. Мы, каменщики, выложили его кирпич к кирпичу; взгляните, какие прочные стены! Века простоит он во славу царя Соломона.
— Спору нет, основа храма каменная, — вмешался плотник, — но приятно было бы вам смотреть на голые стены, если бы мы не отделали их красным деревом и ливанским кедром? Мы, плотники — подлинные творцы этого сказочного храма.
— Смотрите в корень, — прервал его землекоп, — хотел бы я знать, как каменщики и плотники возвели бы храм, если бы мы не выкопали котлован для его фундамента.
Но царь Соломон недаром был прозван мудрым. Подозвав к себе каменщика, он спросил:
— Кто делал твой инструмент?
— Конечно, кузнец – ответил каменщик.
— Ну, а твой? – обратился царь к плотнику.
— Кто же, как не кузнец, -ответил то.
— А твои лопату и кирку? – поинтересовался царь
у землекопа.
— Кузнец, — был ответ.
Тогда царь Соломон встал, подошел к скромному закопченному человеку – это и был кузнец. Царь вывел его на середину зала.
— Вот кто главный строитель храма! – воскликнул мудрейший из царей. С этими словами он усадил кузнеца рядом с собой и поднес ему чарку доброго вина. В легенде отразилось огромное значение, которое издревле придавал пластичному железу человек.
Учитель: Металлы могут существенно отличаться друг от друга по электропроводности и теплопроводности. Слайд 16, 17, 18.
Учащиеся: Лучшие проводники электричества – серебро, медь, золото, алюминий, цинк, железо; худшие проводники — марганец, свинец, ртуть. В той же последовательности, как и электропроводность, изменяется и теплопроводность металлов.
Лабораторный опыт № 3 Сравнение теплопроводности
металлов. Используя спиртовку, держатель, металлические пластинки и пластилин, сравните теплопроводность следующих металлов:
Определите, какой из трех металлов самый теплопроводный, какой – менее теплопроводный. |
Слайд 19.
Учащиеся: По плотности металлы делятся на легкие (плотность менее 5 г/см3 ) и тяжелые (плотность более 5 г/см3). К легким относятся литий, натрий, калий, магний, алюминий, титан, а к тяжелым – цинк, медь, олово, свинец, серебро, золото. Самый легкий – литий, самые тяжелые – осмий и иридий.
По твердости различают мягкие и твердые
металлы. Самые мягкие – щелочные металлы –
натрий, калий, а также индий, они режутся ножом;
самый твердый – хром, царапает стекло.
Слайд 20.
По величине температуры плавления металлы могут быть легкоплавкими (температура плавления менее 10000С) и тугоплавкими (температура плавления более 10000С). Обычно легкие металлы – легкоплавки, тяжелые – тугоплавки, но имеются и исключения. Цезий и галлий могут плавиться уже на ладони, а самый тугоплавкий – вольфрам, используется для изготовления нитей накала электроламп. Температура его плавления 34100 С. Слайды 21, 22
Учащиеся заполняют таблицу в рабочем листе.
Учитель: Так что же это – металлы – простые вещества?
Учащиеся: Металлы – простые вещества – это блестящие, непрозрачные, пластичные, электро- и теплопроводные вещества.
Учитель: В чем же заключается незаменимая служба металлов для людей?
Слайды 24 — 33.
Кратко повторим и обобщим материал, изученный на уроке.
Слайды 34-41.
Задание 1. Заполните пропуски в
тексте: На внешнем электронном слое атомов
металлов обычно содержатся _______ электрона. ______________. Сами атомы металлов при этом ________________. В периодах с ростом зарядов атомных ядер: — число электронов на внешнем слое ______________________, — радиус атомов _________________________________________, — восстановительные (металлические) свойства _______________. В главных подгруппах с ростом зарядов атомных ядер: — число электронов на внешнем слое ______________________, — радиус атомов _________________________________________, — восстановительные (металлические) свойства _______________. |
Задание № 2. Однажды два приятеля – Алюминий и Калий поздно возвращались домой. Вдруг на них напал грабитель Хлор, который потребовал выложить кошельки с электронами. Какой из приятелей легче расстался со своим кошельком? Почему? |
| Задание № 3 Согласно записям древнего историка, во времена похода Александра Македонского в Индию офицеры его армии болели желудочно-кишечными заболеваниями гораздо реже, чем солдаты. Еда и питье были одинаковыми, а вот металлическая посуда разная. Из какого чудодейственного металла была изготовлена посуда для офицеров? Почему офицеры болели реже солдат? |
Учитель: Задание № 4 – вопросы на эрудицию и сообразительность.
Слайды 42, 43.
Учитель: Подводим итоги нашего урока. Почему же группу всех известных нам металлов можно назвать большой дружной семьей?
Учащиеся: Металлы имеют сходные
признаки: их атомы содержат малое число
электронов на внешнем электронном слое, большие
атомные радиусы, в химических реакциях они
отдают электроны.
Их кристаллы образованы
металлическими кристаллическими решетками, для
них характерна металлическая связь, они
проявляют сходные физические и химические
свойства.
Учитель: Богат и интересен мир металлов. Среди них встречаются старые друзья человека, дружба с которыми составляет уже тысячи лет. Есть и такие металлы, которые стали известны человечеству совсем недавно. Свойства металлов чудесны и разнообразны. Много веков металлы верно служат человеку, помогая ему покорять стихию, овладевать тайнами природы, создавать замечательные машины и механизмы.
Без металлов немыслим современный уровень земной цивилизации. Нам – уважать и ценить металлы. Слайд 44.
Литература.
1 .Н.Е.Кузнецова, И.М. Титова, Н.Н. Гара. Химия. Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений. М. “Вентана-Граф” 2015.
2. С.И.Венецкий. Рассказы о металлах. М. Металлургия. 1979.
3. О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов. Настольная
книга учителя.
Химия. Дрофа. М. 2002
4. Энциклопедический словарь юного химика. М. Педагогика 1982.
5. Энциклопедический словарь юного техника. М. Педагогика 1988.
6. В.В.Рюмин.Занимательная химия. М. Центрполиграф. 2011.
7. Материалы статей газет “Химия. Первое сентября”, журналов “Химия. Первое сентября”, журналов “Химия в школе”, 2000-2015 гг.
Теплопроводящие клеи-герметики
Однокомпонентные и двухкомпонентные теплопроводящие клеи-герметики DOWSIL™, отверждающиеся при нагревании или комнатной температуре, образуют долговечные, устойчивые к нагрузкам эластомеры. Отсутствие побочных продуктов при вулканизации позволяет использовать клеи-герметики в глубоких сечениях и полностью замкнутых участках. Материалы обладают хорошей адгезией к различным поверхностям, включая керамику, металлы и пластики с наполнителями.
Преимущества теплопроводящих клеев-герметиков DOWSIL™:
- Высокая теплопроводность
- Прекрасная адгезия к большинству поверхностей
- Прекрасные диэлектрические свойства
- Диапазон рабочих температур от -55°C до +200°C
свойства
продукт Dow Corning®
SE9184
SE 4486
1-4174 со стеклянными сферами 178 микрон
Q1-9226
3-6752
число компонентов
1
1
1
2
1
Цвет
белый
белый
Серый
Серый
Серый
Вязкость, сП
нетекучий
19000
65225
50000
81000
Теплопроводность при 250С, Вт/м*к
0,84
1,59
1,77
0,74
1,8
Твердость (по Шору)
72 А
78А
92 А
66 А
87 А
Величина адгезии, кгс/с м 2
21
24
41
30
37,9
Предел прочности при растяжении, кгс/см2
29,6
—
63,3
38
38,3
Относительно удлинение, %
65
—
22
120
15
Диэлектрическая прочность, кВ/мм
20
—
16,7
25
15,7
Отверждение при комнатной температуре, час
48
120
нет
нет
нет
Отверждение при температуре, минуты
при 1000С
при 1250С
при 1500С
—
—
90 30 20
60 40 30
40 10 3
Срок хранения при нормальных условиях, месяцы
7
12
6 при температуре ниже 50 C
12
6
Скачивание файлов доступно только для авторизованных пользователей
Теплопроводящие материалы Dow Corning eng PDF, 537 Кб Теплопроводящие материалы Dow Corning rus PDF, 389 Кб
Совместимость силиконовых материалов Dow Corning c различными жидкостями PDF, 356 Кб Учебное пособие Dow Corning теплопроводящие материалы PDF, 554 Кб
Строительные материалы.
Основные понятияЧАСТЬ 1.
Физико-механические и механические свойства строительных материалов.
Механические свойства строительных материалов
В строительстве при возведении зданий и сооружений применяются различные строительные материалы и изделия из них. Основными строительными материалами в промышленном и гражданском строительстве являются цемент, бетон, кирпич, камень, дерево, известь, песок, черные металлы, стекло, кровельные материалы, пластик и другие.
В настоящее время строительная индустрия развивается в направлении создания теплосберегающих строительных материалов. Наиболее перспективными энергосберегающими материалами считаются ячеистые бетоны и бетоны на легких заполнителях.
Материалы, которые не требуют дальних перевозок, добываются или вырабатываются вблизи района строительства, называются местными строительными материалами. К таким материалам обычно относятся песок, гравий, щебень, известь и т. д.
Источником производства строительных материалов служат природные ресурсы страны, которые в качестве строительных материалов могут использоваться в природном состоянии (камень, песок, древесина) или в виде сырья, перерабатываемого на предприятиях промышленности строительных материалов (полистирол, керамзит).
При изучении строительных материалов их можно классифицировать на такие виды: природные каменные материалы, вяжущие материалы, строительные растворы, бетоны и бетонные изделия, железобетонные изделия, искусственные каменные материалы, лесные материалы, металлы, синтетические материалы и т. д.
Все строительные материалы имеют ряд общих свойств, но качественные показатели этих свойств различны.
Физико-механические и механические свойства строительных материалов
Данную группу свойств составляют, во-первых, параметры физического состояния материалов и, во-вторых, свойства, определяющие отношение материалов к различным физическим процессам. К первым относят плотность и пористость материала, степень измельчения порошков, ко вторым — гидрофизические свойства (водопоглощение, влажность, водопроницаемость, водостойкость, морозостойкость), теплофизические (теплопроводность, теплоемкость, температурное расширение) и некоторые другие. Технические требования на строительные материалы приведены в Строительных нормах и правилах (СНиП).
Истинной плотностью, puназывается масса единицы объема материала, взятого в плотном состоянии. Для определения удельного веса необходимо вес сухого материала разделить на объем, занимаемый его веществом, не считая пор. Вычисляется она по формуле:
p
u=m/Vaгде m — масса материала, Va — объем материала в плотном состоянии.
Истинная плотность каждого материала — постоянная физическая характеристика, которая не может быть изменена без изменения его химического состава или молекулярной структуры.
Истинная плотность гранита 2,9 г/см3, стали — 7,85 г/см3, древесины — в среднем 1,6 г/см3. Так как большинство строительных материалов являются пористыми, то истинная плотность имеет для их оценки вспомогательное значение. Чаще пользуются другой характеристикой — средней плотностью.
Средней плотностью, pc называется масса единицы объема материала в естественном состоянии, т. е. вместе с порами и содержащейся в них влагой. Средняя плотность пористого материала, как правило, меньше истинной. Отдельные материалы, такие как сталь, стекло, битум, а также жидкие, имеют практически одинаковые истинную и среднюю плотности. Среднюю плотность вычисляют по формуле:
Средняя плотность ячеистого бетона (пенобетона) находится в пределах от 300 кг/м3 до 1200 кг/м3 (ГОСТ 25485 — 89), а полистиролбетона от 150 кг/м3 до 600 кг/м3 (ГОСТ Р 51263 — 99). Изделия (блоки) из этих строительных материалов легки в обращении (штабелировании, транспортировке, кладке).
p
c=m/Veгде m — масса материала, Ve — объем материала.
Среднюю плотность сыпучих материалов — щебня, гравия, песка, цемента и др. — называют насыпной плотностью. В объем входят поры непосредственно в материале и пустоты между зернами.
Эту характеристику необходимо знать при расчетах прочности конструкций с учетом их собственного веса, а также для выбора транспортных средств при перевозках строительных материалов.
Относительная плотность, d — отношение средней плотности материала к плотности стандартного вещества. За стандартное вещество принята вода при температуре 4оС, имеющая плотность 1000 кг/м3.
Пористостью, П называется отношение объема пор к общему объему материала. Пористость вычисляется по формуле
Современные энергосберегающие строительные материалы обладают высокими показателями пористости (до 95%) и, соответственно, низкой теплопроводностью. Это связано с тем, что воздух имеет наименьшую теплопроводность.
П=(1 — p
c/pu)*100где pc, pu — средняя и истинная плотности материала.
Пористость строительных материалов колеблется в широких пределах, начиная от 0 (сталь, стекло) до 95% (пенобетон).
Для сыпучих материалов определяется пустотность (межзерновая пористость). Истинная, средняя плотности и пористость материалов — взаимосвязанные величины. От них зависят прочность, теплопроводность, морозостойкость и другие свойства материалов. Примерные значения их для наиболее распространенных материалов приведены в таблице 1.
Наименование | Плотность, кг/м3 | Пористость, % | Теплопроводность, Вт / (м * оС) | |
|---|---|---|---|---|
| истинная | средняя | |||
| Гранит | 2700 | 2500 | 7,4 | 2,8 |
| Вулканический туф | 2700 | 1400 | 52 | 0,5 |
| Керамический кирпич | ||||
| — обыкновенный | 2650 | 1800 | 32 | 0,8 |
| — пустотелый | 2650 | 1300 | 51 | 0,55 |
| Тяжелый бетон | 2600 | 2400 | 10 | 1,16 |
| Пенобетон | 2600 | 700 | 85 | 0,18 |
| Полистиролбетон | 2100 | 400 | 91 | 0,1 |
| Сосна | 1530 | 500 | 67 | 0,17 |
| Пенополистирол | 1050 | 40 | 96 | 0,03 |
Водопоглощением материала называется его способность впитывать и удерживать в своих порах воду. Оно определяется как разность весов образца материала в насыщенном водой и сухом состояниях и выражается в процентах от веса сухого материала (водопоглощение по массе) или от объема образца (водопоглащение по объему).
Водопоглощение определяют по следующим формулам:
Ячеистые бетоны (пенобетон, газобетон), как и бетоны на легких заполнителях (полистиролбетон, керамзитобетон) обладают невысокими показателями водопоглощения 6 — 8 %.
W
M=(mв— mc)/mc и Wo=(mв— mc)/Vгде mв — масса образца, насыщенного водой, mc — масса образца, высушенного до постоянной массы, V — объем образца.
Между водопоглощением по массе и объему существует следующая зависимость:
W
o=WM*pcВодопоглощение всегда меньше пористости, так как поры не полностью заполняются водой.
В результате насыщения материала водой его свойства существенно изменяются: уменьшается прочность, увеличивается теплопроводность, средняя плотность и т. п.
Влажность материала W определяется содержанием воды в материале в данный момент, поэтому процент влажности ниже, чем полное водопоглощение. Она определяется отношением воды, содержащейся в материале в момент взятия пробы для испытания, к массе сухого материала. Влажность вычисляется по формуле:
W=(m
вл— mc)/mc*100где, mвл, mс— масса влажного и сухого материала.
Водопроницаемостью называется способность материала пропускать воду под давлением. Водопроницаемость материала зависит от его пористости и характера пор. С водопроницаемостью сталкиваются при возведении гидротехнических сооружений, резервуаров для воды.
Обратной характеристикой водопроницаемости является водонепроницаемость — способность материала не пропускать воду под давлением. Очень плотные материалы (сталь, битум, стекло) водонепроницаемы.
Морозостойкостью называется способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и без значительного понижения прочности.
Разрушение происходит из-за того, что объем воды при переходе в лед увеличивается на 9%. Давление льда на стенки пор вызывает растягивающие усилия в материале.
Морозостойкость материалов зависит от их плотности и степени заполнения водой.
Образцы испытываемого материала, в зависимости от назначения, должны выдержать от 15 до 50 и более циклов замораживания и оттаивания. При этом испытание считается выдержанным, если на образцах нет видимых повреждений, потеря в весе не превышает 5%, а снижение прочности не превосходит 25%.
Морозостойкость имеет большое значение для стеновых материалов, которые подвергаются попеременному воздействию положительной и отрицательной температуры, и измеряется в циклах замораживания и оттаивания.
Теплопроводностью называется способность материала проводить тепло. Теплопередача происходит в результате перепада температур между поверхностями, ограничивающими материал.
Чем больше пористость и меньше средняя плотность, тем ниже коэффициент теплопроводности. Такой материал имеет большее термическое сопротивление, что очень существенно для наружных ограждающих конструкций (стен и покрытий). Материалы с малым коэффициентом теплопроводности называются теплоизоляционными материалами (минеральная вата, полистирол, пенобетон, полистиролбетон и др.) Они применяются для утепления стен и покрытий. Наиболее теплопроводными материалами являются металлы.
Значительно возрастает теплопроводность материалов с увлажнением. Это объясняется тем, что коэффициент теплопроводности воды составляет 0,58 Вт/(м*оС), а воздуха 0,023 Вт/(м*оС), т.е. превышает его в 25 раз. Коэффициенты теплопроводности отдельных материалов приведены в таблице 1.
Огнестойкостью называется способность материалов сохранять свою прочность под действием высоких температур. Сопротивление воспламенению определяется степенью возгораемости. По степени возгораемости строительные материалы делятся на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.
Полистиролбетон относится к слабогорючим материалам и имеет группу горючести Г1. Ячеистые бетоны не горючие материалы.
Несгораемые материалы не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются. К ним относятся каменные материалы (бетон, кирпич, гранит) и металлы.
Трудносгораемые воспламеняются с большим трудом, тлеют или обугливаются только при наличии источника огня, например фибролитовые плиты, гипсовые изделия с органическим заполнением в виде камыша или опилок, войлок, смоченный в глиняном растворе, и т. п. При удалении источника огня эти процессы прекращаются.
Сгораемые материалы способны воспламеняться и гореть или тлеть после удаления огня. Такие свойства имеют все незащищенные органические материалы (лесоматериалы, камыш, битумные материалы, войлок и другие).
Огнеупорностью называют свойство материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не расплавляясь и не размягчаясь. По степени огнеупорности материалы подразделяют на следующие группы: огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие. Огнеупорные выдерживают температуру 1580оС и выше, тугоплавкие — 1350 — 1580оС, легкоплавкие — менее 1350оС. Огнеупорные материалы используются при сооружении промышленных печей, для обмуровки котлов и тепловых трубопроводов (огнеупорный кирпич, жаростойкий бетон и т. п.).
Механические свойства строительных материалов
К основным механическим свойствам материалов относят прочность, упругость, пластичность, релаксацию, хрупкость, твердость, истираемость и др.
Прочностью называется свойство материала сопротивляться разрушению и деформации от внутренних напряжений под действием внешних сил или других факторов (неравномерная осадка, нагревание и т.д.). Прочность материала характеризуют пределом прочности или напряжением при разрушении образца. При сжатии это напряжение определяется делением разрушающей силы на первоначальную площадь образца.
Различают пределы прочности материалов при сжатии, растяжении, изгибе, срезе и пр. Они определяются испытанием стандартных образцов на испытательных машинах.
Современные энергосберегающие конструкционные материалы, как правило, обладают достаточной прочностью на сжатие для возведения жилых помещений. Так, например, полистиролбетон плотностью 600 кг/м3 соответствует классу прочности В2. Ячеистый бетон плотностью 700 кг/м3 соответствует классу В2,5.
Важнейшим свойством бетона является прочность. Лучше всего он сопротивляется сжатию. Поэтому конструкции проектируют таким образом, чтобы бетон воспринимал сжимающие нагрузки. И только в отдельных конструкциях учитывается прочность на растяжение или на растяжение при изгибе.
Прочность при сжатии. Прочность бетона при сжатии характеризуется классом или маркой (которые определяют чаще всего в возрасте 28 суток). В зависимости от времени нагружения конструкций прочность бетона может назначаться и в другом возрасте, например 3; 7; 60; 90; 180 суток.
В целях экономии цемента, полученные значения предела прочности не должны превышать предел прочности, соответствующей классу или марке, более чем на 15%. Класс представляет собой гарантированную прочность бетона в МПа с обеспеченностью 0,95 и имеет следующие значения: Bb1 — Bb60, с шагом значений 0,5. Маркой называется нормируемое значение средней прочности бетона в кгс/см2 (МПа*10).
При проектировании конструкции чаще всего назначают класс бетона, в отдельных случаях — марку. Соотношения классов и марок для тяжелого бетона по прочности на сжатие приведены в таблице 2.
| Класс | Bb, МПа | Марка | Класс | Bb, МПа | Марка |
|---|---|---|---|---|---|
| Bb3,5 | 4,5 | Mb50 | Bb30 | 39,2 | Mb400 |
| Bb5 | 6,5 | Mb75 | Bb35 | 45,7 | Mb450 |
| Bb7,5 | 9,8 | Mb100 | Bb40 | 52,4 | Mb500 |
| Bb10 | 13 | Mb150 | Bb45 | 58,9 | Mb600 |
| Bb12,5 | 16,5 | Mb150 | Bb50 | 65,4 | Mb700 |
| Bb15 | 19,6 | Mb200 | Bb55 | 72 | Mb700 |
| Bb20 | 26,2 | Mb250 | Bb60 | 78,6 | Mb800 |
| Bb25 | 32,7 | Mb300 |
На прочность бетона влияет ряд факторов: активность цемента, содержание цемента, отношение воды к цементу по массе (В/Ц), качество заполнителей, качество перемешивания и степень уплотнения, возраст и условия твердения бетона, повторное вибрирование.
Истираемость — способность материалов разрушаться под действием истирающих усилий. Эта характеристика учитывается при назначении материалов для пола, лестничных ступеней и площадок дорог.
перейти к второй части
Авторы статей «Строительная Лоция» сотрудники МП «ТЕХПРИБОР»
Векслер М.В.
Липилин А.Б.
С использованием материалов
Основы строительного дела.
Е.В. Платонов, Б.Ф. Драченко
ГОССТРОЙИЗДАТ УССР, Киев 1963.
Теплопроводные жидкости 3M™ Novec™ и Fluorinert™
Безопасность с 3M™ Novec™
Растворители Novec не опаснее для человека, чем бытовое моющее средство Fairy. Относится к малоопасным веществам. Самый низкий класс опасности IV для химических моющих средств.
Огнезащита с 3M™ Novec™
Растворитель Novec не горючий, и может применяться в обычных ультразвуковых ваннах, Novec используется в современных системах для пожаротушения
Экологичность 3M™ Novec™
Novec не разрушает озоновый слой и безопасен для окружающей среды.
Эффективность 3M™ Novec™
Обезжиривающая способность Novec зависит от ко-сольвентов, поэтому его можно использовать для борьбы с любыми жировыми загрязнениями, независимо от их сложности
Проникающая способность 3M™ Novec™
Благодаря низкому поверхностному натяжению, под действием ультразвука, Novec проникает в отверстия любого размера, и может служить альтернативой вакуумному методу мойки.
Простота использования 3M™ Novec™
Novec не требует промывки после применения, он испаряется с поверхности деталей без остатка, оставляя абсолютно чистую обезжиренную поверхность.
Компактность оборудования для 3M™ Novec™
Моечные машины на Novec занимают минимум полезного пространства благодаря компактности оборудования для его применения.
Экономия с 3M™ Novec™
Пары Novec тяжелее воздуха, поэтому его расход существенно ниже чем хладонов
Оборудование для работы с Novec дешевле аналогичных моечных машин для финишной прецизионной мойки.
Совместимость 3M™ Novec™ с материалами
Novec совместим с большинством металлов, сплавов, пластиков и другими материалами.
Нулевая электропроводность 3M™ Novec™
Благодаря нулевой электропроводности может применяться для отмывки различных загрязнений в микроэлектронике
Химическая стабильность 3M™ Novec™
Novec не теряет своих свойств при смешивании с другими веществами, не окисляется и восстанавливается методом простой дистилляции.
Легкость фильтрации 3M™ Novec™
Благодаря стабильности и несмешиваемости с водой, растворитель просто отделять от воды попадаемой в него с деталями, а благодаря негорючести, можно использовать электрические насосы для в фильтрации от механических примесейКакие металлы лучше всего проводят тепло? | Маркхэм Металс
Большинство современных приборов, которые мы используем сегодня, такие как водонагреватели и кухонная утварь, требуют хорошей теплопроводности для работы. Из-за этого большинство из них построено из различных типов металла. Однако некоторые металлы, например сплавы, проводят тепло лучше, чем другие, что может помочь этим приборам работать в соответствии с вашими потребностями.
Что такое легированный металл?
Металлический сплав — это смесь одного или двух металлов с неметаллическими элементами.Благодаря такой комбинации они не только лучше проводят тепло, но и более долговечны и устойчивы к ржавчине.
Почему важно смотреть на металлы, которые проводят тепло
Все металлы обладают своими уникальными свойствами, поэтому важно рассматривать каждый отдельно. Например, если вы ищете лучший металл для кухонной посуды, вам понадобится другой тип теплопроводности по сравнению с металлом бытовой техники.
Металлы, которые лучше всех проводят тепло
Серебро
Серебро — один из лучших металлов для отвода тепла, поскольку он работает как мощный отражатель.Из-за этого серебро содержится во многих предметах, таких как печатные платы и батареи.
Медь
Медь — еще один хороший проводник тепла, потому что 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 встречается 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, она дешевле, поэтому ее часто используют для изготовления посуды. В дополнение к этому, алюминий используется в светодиодных лампах в качестве теплоотвода, поскольку он помогает лампам работать более эффективно без перегрева.
Латунь
Латунь — очень прочный металл, и его можно нагревать до температуры 1720 градусов по Фаренгейту. Этот сплав представляет собой смесь меди и цинка, которая помогает ему хорошо проводить тепло. Из-за сильного поглощения тепла латунь также способна мгновенно уничтожать микробы, что делает ее популярным металлом для дверных ручек и подобных предметов, к которым часто прикасаются.
Свяжитесь с нами сегодня для быстрого и удобного расчета стоимости
Все еще не знаете, какой металл 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 беспрецедентном уровне. По вопросам или информации о наших продуктах и услугах звоните нам сегодня по телефону 978-658-1121 или свяжитесь с нами прямо на нашем сайте.
Справочник— Физические свойства
Справочник — Физические свойства Жесткий- Наплавка, Строительство Слияние Сварка Углерод Сварка Цветной Металлы Обогрев & Нагревать Лечение Пайка Сварка Сварка Чугун Сварка Железо Металлы Пайка & Пайка Оборудование Настраивать Операция Оборудование Для OXY-Acet Состав из Стали Механический Характеристики металлов Кислород & Ацетилен OXY-Acet Пламя Физический Характеристики металлов Как стали Находятся Секретный Расширение & Сокращение Подготовить Для Сварка OXY-Acet Сварка & Резка Безопасность Практики Руководство по эксплуатации Резка Кислород Резка по Машина Приложения Тестирование & Проверка 3 Теплота плавления.В количество тепла, необходимое для полного расплавления единицы массы металла после того, как он достиг своего плавления точка. Здесь снова требуется больше тепла для легкого металла, такого как алюминий, чем для более тяжелого металла, такого как утюг. Тепловой Проводимость. Как всем известно, ручка ложки из стерлингового серебра, оставленная в чашке горячего кофе, нагревается в спешке, а нержавейка ручка ложки лишь немного нагревается за тот же период времени. Серебро — это отличный проводник тепла, при этом нержавеющая сталь — плохой проводник.На самом деле, серебро вдвое лучше проводник. как алюминий, и почти в 10 раз лучше проводника, чем низкоуглеродистая сталь. Медь и золото — это единственные металлы, которые приближаются к серебру по теплопроводности. Фактически, высокая проводимость медь — довольно сложное дело, когда речь идет о сварке. Тепловой Расширение. Увеличение габаритов твердого тела из-за повышения температуры называется термическое расширение. Это свойство имеет большое значение при сварочных работах, так как металл близко к зоне сварного шва нагревается до более высокой температуры и поэтому расширяется больше, чем металл при большее расстояние от сварного шва зона.Кроме того, расплавленный металл, осаждаемый во время сварки, должен давать усадку — или хотя бы попытаться сжаться — как остынет в твердом состоянии. Математически термин, используемый для выражения тенденции металл расширяться при нагревании «Коэффициент теплового расширения». По сравнению с цинком, свинцом и магний, этот коэффициент относительно невелик для стали; железный пруток длиной один метр увеличивается в длину чуть больше одного миллиметр при нагревании 100 0 С.Расширение и сжатие стали при нагреве и охлаждении имеют большое значение при сварке, и будет рассмотрено более подробно в главе 12. Электрооборудование Проводимость. Как указывалось ранее, металл должен быть проводником электричества. Некоторые намного лучше, чем другие; как правило, металлы, которые являются лучшими проводниками тепла, такими как медь, серебро и алюминий, также лучшие проводники электричества. Материалможет заменить многие металлы в качестве легких и гибких теплоотводов в автомобилях, холодильниках и электронике — ScienceDaily
Обычно для теплоизоляции используют полимеры.Подумайте о силиконовых рукавицах для духовки или чашке для кофе из пенополистирола, изготовленных из полимерных материалов, которые отлично удерживают тепло.
Теперь инженеры Массачусетского технологического института изменили представление о стандартном полимерном изоляторе, изготовив тонкие полимерные пленки, которые проводят тепло — способность, обычно присущую металлам. В ходе экспериментов они обнаружили, что пленки, которые тоньше полиэтиленовой пленки, проводят тепло лучше, чем многие металлы, включая сталь и керамику.
Результаты группы, опубликованные в журнале Nature Communications , могут стимулировать разработку полимерных изоляторов в качестве легких, гибких и устойчивых к коррозии альтернатив традиционным металлическим проводникам тепла для различных применений, от теплоотводящих материалов в ноутбуках и мобильных телефонах до охлаждающие элементы в автомобилях и холодильниках.
«Мы думаем, что этот результат — шаг к стимулированию месторождения», — говорит Ганг Чен, профессор энергетики в Массачусетском технологическом институте Карла Ричарда Содерберга и старший соавтор статьи. «Наше более широкое видение состоит в том, что эти свойства полимеров могут создать новые области применения и, возможно, новые отрасли, а также могут заменить металлы в качестве теплообменников».
Соавторами Чена являются ведущий автор Яньфэй Сюй, а также Даниэль Кремер, Бай Сонг, Цзявэй Чжоу, Джеймс Лумис, Цзяньцзян Ван, Мигда Ли, Хади Гасеми, Сяопэн Хуанг и Сяобо Ли из Массачусетского технологического института, а также Чжан Цзян из Аргоннской национальной лаборатории. .
В 2010 году команда сообщила об успехе в производстве тонких волокон из полиэтилена, которые были в 300 раз более теплопроводными, чем обычный полиэтилен, и примерно такими же проводящими, как и большинство металлов. Их результаты, опубликованные в Nature Nanotechnology, привлекли внимание различных отраслей, включая производителей теплообменников, процессоров компьютерных ядер и даже гоночных автомобилей.
Вскоре стало ясно, что для того, чтобы полимерные проводники могли работать в любом из этих приложений, материалы должны быть расширены от ультратонких волокон (одно волокно размером в одну сотую диаметра человеческого волоса) до более управляемых. фильмы.
«В то время мы сказали, что вместо одного волокна мы можем попробовать сделать лист», — говорит Чен. «Оказывается, это был очень трудный процесс».
Исследователи не только должны были придумать способ изготовления теплопроводных листов полимера, но и сконструировать на заказ устройство для проверки теплопроводности материала, а также разработать компьютерные коды для анализа изображений материала. микроскопические структуры.
В конце концов, команда смогла изготовить тонкие пленки из проводящего полимера, начав с коммерческого полиэтиленового порошка.Обычно микроскопическая структура полиэтилена и большинства полимеров напоминает спагетти-клубок молекулярных цепей. Тепло с трудом проходит через этот беспорядочный беспорядок, что объясняет внутренние изоляционные свойства полимера.
Сюй и ее коллеги искали способы распутать молекулярные узлы полиэтилена, чтобы сформировать параллельные цепочки, по которым тепло может лучше проводить. Для этого они растворили полиэтиленовый порошок в растворе, который заставил свернутые в спираль цепи расширяться и распутываться.Специально созданная система потока дополнительно распутала молекулярные цепи и выплюнула раствор на пластину, охлаждаемую жидким азотом, чтобы сформировать толстую пленку, которую затем поместили на машину для волочения с рулона на рулон, которая нагревала и растягивала пленку. пока он не стал тоньше полиэтиленовой пленки.
Затем команда построила прибор для проверки теплопроводности пленки. В то время как большинство полимеров проводят тепло в диапазоне от 0,1 до 0,5 Вт на метр на кельвин, Сюй обнаружил, что новая полиэтиленовая пленка имеет мощность около 60 Вт на метр на кельвин.(Алмаз, лучший теплопроводящий материал, имеет мощность около 2000 ватт на метр на кельвин, в то время как керамика — около 30, а сталь — около 15.) Как оказалось, пленка команды на два порядка теплопроводнее. чем большинство полимеров, а также более проводящий, чем сталь и керамика.
Чтобы понять, почему эти синтетические полиэтиленовые пленки обладают такой необычно высокой теплопроводностью, команда провела эксперименты по рассеянию рентгеновских лучей в Усовершенствованном источнике фотонов (APS) Министерства энергетики США в Аргоннской национальной лаборатории.
«Эти эксперименты на одном из самых ярких в мире синхротронных рентгеновских аппаратов позволяют нам увидеть наноскопические детали в отдельных волокнах, составляющих растянутую пленку», — говорит Цзян.
Путем визуализации ультратонких пленок исследователи заметили, что пленки, демонстрирующие лучшую теплопроводность, состоят из нановолокон с менее беспорядочно скрученными цепями по сравнению с таковыми в обычных полимерах, которые напоминают спутанные спагетти. Их наблюдения могут помочь исследователям разработать полимерные микроструктуры для эффективного отвода тепла.
«В конце концов, эта мечта сбылась», — говорит Сюй.
В дальнейшем исследователи ищут способы сделать полимерные теплопроводники еще лучше, регулируя процесс производства и экспериментируя с различными типами полимеров.
Чжоу отмечает, что полиэтиленовая пленка группы проводит тепло только по длине волокон, из которых состоит пленка. Такой однонаправленный проводник тепла может быть полезен для отвода тепла в определенном направлении внутри таких устройств, как ноутбуки и другая электроника.Но в идеале, по его словам, пленка должна более эффективно рассеивать тепло в любом направлении.
«Если у нас есть изотропный полимер с хорошей теплопроводностью, то мы можем легко смешать этот материал с композитом и потенциально можем заменить множество проводящих материалов», — говорит Чжоу. «Итак, мы стремимся улучшить теплопроводность во всех трех измерениях».
физиков определили металл, который проводит электричество, но не нагревает
Исследователи определили металл, который проводит электричество, но не проводит тепло — невероятно полезное свойство, которое бросает вызов нашему нынешнему пониманию того, как работают проводники.
Металл, обнаруженный в 2017 году, противоречит так называемому закону Видемана-Франца, который в основном гласит, что хорошие проводники электричества также будут пропорционально хорошими проводниками тепла, поэтому такие вещи, как двигатели и приборы, становятся такими горячими, когда вы используете их регулярно.
Но группа из США показала, что это не относится к металлическому диоксиду ванадия (VO 2 ) — материалу, который уже хорошо известен своей странной способностью переключаться с прозрачного изолятора на проводящий металл в температура 67 градусов по Цельсию (152 градуса по Фаренгейту).
«Это было совершенно неожиданное открытие», — сказал ведущий исследователь Цзюньцяо Ву из отдела материаловедения лаборатории Беркли в январе 2017 года.
«Это показывает резкое нарушение закона из учебников, который, как известно, был надежным для обычных проводников. Это открытие имеет фундаментальное значение для понимания основного электронного поведения новых проводников ».
Это неожиданное свойство не только меняет то, что мы знаем о проводниках, оно также может быть невероятно полезным — однажды металл можно будет использовать для преобразования отработанного тепла от двигателей и приборов обратно в электричество или даже для создания более качественных оконных покрытий, защищающих здания. здорово.
Исследователи уже знали о нескольких других материалах, которые проводят электричество лучше, чем тепло, но они проявляют эти свойства только при температурах в сотни градусов ниже нуля, что делает их крайне непрактичными для любых реальных приложений.
Диоксид ванадия, с другой стороны, обычно является проводником только при высоких температурах, значительно превышающих комнатную, что означает, что он может быть намного более практичным.
Чтобы раскрыть это странное свойство, команда исследовала способ движения электронов в кристаллической решетке диоксида ванадия, а также количество выделяемого тепла.
К удивлению, они обнаружили, что теплопроводность, которую можно отнести к электронам в материале, была в 10 раз меньше, чем величина, предсказанная законом Видемана-Франца.
Причина этого, по-видимому, заключается в синхронизированном движении электронов через материал.
«Электроны движутся синхронно друг с другом, как жидкость, а не как отдельные частицы, как в обычных металлах», — сказал Ву.
«Для электронов тепло — это случайное движение.Нормальные металлы эффективно переносят тепло, потому что существует так много различных возможных микроскопических конфигураций, между которыми могут прыгать отдельные электроны ». поскольку существует меньше конфигураций, доступных электронам для случайного переключения между ними », — добавил он.
Интересно, что когда исследователи смешали диоксид ванадия с другими материалами, они смогли« настроить »количество электричества и тепла, которое он может проводить — что может быть невероятно полезно для будущих приложений.
Например, когда исследователи добавили металлический вольфрам к диоксиду ванадия, они снизили температуру, при которой материал стал металлическим, а также сделали его лучше проводником тепла.
Это означает, что диоксид ванадия может способствовать отводу тепла из системы, проводя тепло только при достижении определенной температуры. Раньше это был изолятор.
Диоксид ванадия также обладает уникальной способностью быть прозрачным примерно до 30 градусов по Цельсию (86 градусов по Фаренгейту), но затем отражает инфракрасный свет с температурой выше 60 градусов по Цельсию (140 градусов по Фаренгейту), оставаясь прозрачным для видимого света.
Это означает, что его можно использовать даже в качестве оконного покрытия, которое снижает температуру без необходимости кондиционирования воздуха.
«Этот материал можно использовать для стабилизации температуры», — сказал один из исследователей, Фань Ян.
«Регулируя свою теплопроводность, материал может эффективно и автоматически рассеивать тепло жарким летом, потому что он будет иметь высокую теплопроводность, но предотвращает потери тепла холодной зимой из-за своей низкой теплопроводности при более низких температурах.»
Необходимо провести гораздо больше исследований этого загадочного материала, прежде чем он будет коммерциализирован, но довольно интересно, что теперь мы знаем, что эти странные свойства присутствуют в материале при комнатной температуре.
Исследование было опубликовано в Science в 2017 году.
Версия этой статьи была впервые опубликована в январе 2017 года.
Эксперименты по проводимости с металлами | HST Chemistry Project
Эксперимент с проводимостью с использованием металла
Известным свойством металла является проводимость.
Металлы являются отличными проводниками тепла и электричества — тепловая энергия и электроны проходят через них очень быстро.
Вы можете поэкспериментировать с проводимостью тепла и электричества, используя предметы из вашего дома.
(Рекомендуется наблюдение взрослых)
Возьмите металлическую ложку, деревянную ложку и другие кухонные принадлежности до сравните теплопроводность .
Положите их в стеклянную банку с горячей, но не кипящей водой. Какие из них нагреваются быстрее всего?
Сначала должны были стать горячими концы металлической посуды, потому что они лучше проводят тепло.
Чтобы немного больше развлечься, попробуйте это занятие еще раз, используя только металлическую посуду, с капелькой холодного масла на каждую посуду.
Какой из них теряет масло первым? Почему это могло быть?
Посмотрите на толщину и длину ручки каждой посуды, а также на площадь ее верхней поверхности (например, проволочный венчик имеет меньшую поверхность для нагрева масла, чем ковш), чтобы найти подсказки.
Также имейте в виду, что одни металлы проводят тепло лучше, чем другие.
Испытание объекта на электропроводность
Что вам понадобится:
- Батарея размера C или D
- Алюминиевая фольга
- Фонарик или прочее 1.Лампа на 5 или 3 В
Что вы делаете:
1. Сделайте из фольги длинную ленточную проволоку, отрезав кусок размером 18 x 2 дюйма. Сложите фольгу вдоль на четверти так, чтобы получилась лента. Удерживайте или приклейте один конец этого провода к плоскому концу (отрицательной клемме) батареи, а другой конец плотно оберните вокруг «резьбовых» (винтовых) сторон лампочки.
2. Теперь вы готовы протестировать различные предметы вокруг вашего дома, чтобы узнать, проводят ли они электричество.Сделайте это, прижав положительный полюс батареи (конец с выступом) к одной стороне объекта, а металлический конец лампочки — к другой стороне. Если лампочка загорается, образуется последовательная цепь: электрический ток может беспрепятственно проходить через провода от батареи к лампочке и снова к батарее.
Какие факторы могут помешать лампочке светиться, даже если предмет, к которому она прикасается, был металлическим? Несмотря на то, что объект может быть металлическим или отличным проводником электричества, пластик или лакокрасочное покрытие на нем могут нарушить соединение цепи.
Указание по технике безопасности : Никогда не вставляйте провода или другие предметы в электрические розетки! Однако электричество, вырабатываемое батареей для этого эксперимента, находится в безопасном количестве.
Меднение Fun
Попробуйте этот эксперимент: сначала очистите пенни, затем посмотрите, как они окисляются, и используйте их, чтобы покрыть (или пластину ) железный гвоздь медью! Хотя более новые гроши содержат лишь небольшое количество меди (2,5%), их все же достаточно для этого проекта.
Что вам понадобится:
- Чаша керамическая или пластиковая
- Уксус
- Соль
- Пенни
- Бумажные полотенца
- Гвоздь железный неоцинкованный
1. Наполните дно миски уксусом, перемешайте с чайной ложкой соли и положите туда 10-15 тусклых монет. Дайте им постоять пять минут, затем выньте их и положите на бумажное полотенце, чтобы они высохли. . (Но пока не выливайте уксус и соль!) Пенни будут намного ярче, чем раньше; это потому, что уксус — это кислота, которая «разъедает» оксидный слой на пенни, из-за чего он становится тусклым.Однако, если вы не промываете и не сушите чистые пенни, через некоторое время на них должен появиться синий слой. Это соединение оксида меди, вызванное взаимодействием меди и кислорода друг с другом; уксус (уксусная кислота) и соль способствуют реакции кислорода с медью.
2. Теперь воткните неоцинкованный железный гвоздь в раствор уксуса. Если вы присмотритесь, вы увидите крошечные пузырьки по бокам ногтя. Оставьте на 30 минут, а затем проверьте, нет ли на нем темно-коричневого слоя меди.Как это случилось? Раствор уксуса содержит медь из очищенных монет. Когда раствор вступает в реакцию с ногтем, происходит химический обмен, в результате чего на ногте остается медный слой. Когда вы вынимаете ноготь из раствора, медь будет несколько липкой; вы можете положить его на бумажное полотенце, чтобы он высох. Возможно, ваш ноготь не полностью покрыт покрытием, но на нем будет достаточно меди, чтобы его было видно.
Вы можете попробовать этот эксперимент еще раз, используя только пенни, произведенные до 1982 года (сделанные с содержанием меди 95%).
Гвоздь покрылся медью быстрее или за такое же время?
Было ли покрытие более полным?
Больше экспериментов с проводимостью:
Сравнение теплопроводности нержавеющей стали с другими металлами
Теплопроводность — это процесс, при котором тепловая энергия переносится через материю, давая материалу способность проводить тепло. Электропроводность, или проводимость, обычно измеряется в ваттах на кельвин на метр.Ватт — это единица мощности, обычно определяемая либо как вольт-ампер, либо как джоули энергии в секунду. Кельвин — это абсолютная единица измерения температуры, где нулевой кельвин — это абсолютный ноль.
Материалы с хорошей теплопроводностью, например, некоторые металлы, быстро передают большое количество тепла. Например, медное дно кастрюли быстро нагревается и рассеивает это тепло по остальной части кастрюли. Плохие теплопроводники медленно переносят тепло, что может быть полезно для строительных материалов.
Теплопроводность некоторых металлов
Металлы содержат электроны, которые в первую очередь ответственны за отвод тепла. Самые высокие значения теплопроводности имеют самые чистые металлы в отожженном состоянии. Металлы, которые обычно встречаются при низкотемпературных работах, включают нержавеющую сталь, углеродистую сталь и алюминий.
У некоторых металлов теплопроводность в значительной степени зависит от чистоты и состояния металла. Для криогенных (холодопроизводительных) применений используются медь и алюминий, где требуется хорошая теплопроводность.Нержавеющая сталь используется там, где подходит относительно низкая теплопроводность. Это применимо к инфраструктуре для таких вещей, как элементы каркаса.
Электропроводность алюминия
Чистый алюминий имеет теплопроводность около 235 Вт на кельвин на метр. Алюминиевые сплавы, как правило, имеют гораздо более низкую проводимость. Однако он редко бывает таким низким, как железо и сталь. Алюминий часто используется в электронных радиаторах из-за хорошей теплопроводности металла.
Электропроводность углеродистой стали
Теплопроводность углеродистой стали намного ниже, чем у алюминия. Его теплопроводность составляет около 45 Вт на кельвин на метр. Этот материал — хороший и экономичный выбор для строительных элементов конструкции.
Электропроводность в нержавеющей стали
Нержавеющая сталь имеет даже более низкую проводимость, чем углеродистая сталь, около 15 Вт на кельвин на метр. Нержавеющая сталь является идеальным материалом для конструкций в агрессивных средах или для конструкций из конструкционной стали, подвергающейся воздействию архитектурных сооружений (AESS).
Преимущества нержавеющей стали
Материалы с низкой теплопроводностью препятствуют передаче тепла. Это может привести к повышению энергоэффективности и стабильности материала. Низкая теплопроводность нержавеющей стали делает ее хорошим материалом для фасадов зданий, стеклянных конструкций и систем навесных стен. Нержавеющая сталь также остается стабильной при контакте с теплом, например, во время производственного процесса или в пищевом оборудовании, таком как печи и конвейеры.
Создание профилей для ваших нужд
Stainless Structurals — мировой лидер в производстве конструкционных профилей из нержавеющей стали и нестандартных профилей, включая профили с острыми углами.Мы используем различные производственные технологии, чтобы предоставить нашим клиентам компоненты высочайшего качества для самых разных областей применения. Наша технология Laser Fusion особенно впечатляет. Свяжитесь с нами, чтобы получить более подробную информацию о наших продуктах и инновационных производственных процессах.
Теплопроводность — Saint Mary’s Physics Demos
Тепло передается с разной скоростью по стержням из разных металлов. Вы можете показать это воском и паяльной лампой!
СМОТРЕТЬ ВИДЕО
Темы для обучения:
- термодинамика
- теплопередача
- Тепловые свойства материалов
Теория
Молекулы в твердом теле колеблются.Если твердое тело нагревается, молекулы в нем обладают большей энергией, поэтому они вибрируют более энергично.
Если твердый стержень нагревается с одного конца, молекулы на этом конце колеблются сильнее, чем на другом. Сильно колеблющиеся молекулы также заставляют соседние молекулы вибрировать сильнее. Таким образом, тепло, добавленное к одному концу стержня, передается другому концу. Это называется теплопроводностью.
Лучшими проводниками тепла являются металлы. Кроме того, некоторые металлы проводят тепло лучше, чем другие.Это можно показать с помощью кондуктометра. Кондуктометр представляет собой пять стержней одинаковой длины, прикрепленных к ручке. На свободном конце каждого стержня находится небольшой кусок воска, поддерживающий небольшой флажок. Каждый стержень сделан из разного металла — стали (флаг №1), латуни (№2), алюминия (№3), нержавеющей стали (№4) или меди (№5).
Когда ручка нагревается, тепло проходит по каждому стержню. Это тепло в конечном итоге расплавит воск и заставит флажки упасть. Поскольку одни металлы проводят тепло лучше, чем другие, флажки упадут один за другим, начиная с флажка на стержне, который лучше всего проводит тепло (алюминий), и заканчивая флажком на стержне с наименьшей проводимостью (нержавеющая сталь).Стержень с самой плохой проводимостью оказывается настолько плохим проводником, что алюминиевый стержень плавится до того, как флаг упадет со стержня из нержавеющей стали.
Рисунок 1: Аппарат
Аппарат:
- лабораторный стенд
- паяльная лампа
- зубочистки, воск и пронумерованные флажки
- металлических стержней одинаковой длины и диаметра
Процедура:
- Заполните отверстия в каждом стержне твердым воском.
- Сделав маленькие пронумерованные флажки из бумаги и зубочисток, воткните по одному в каждое заполненное воском отверстие.
- Установите кондуктометр над газовой горелкой.
- Включите газовую горелку на средний уровень и наблюдайте, как каждый флажок падает по очереди.
МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ:
- При нагревании металлического стержня НЕ нагревайте более 5 минут! Вы можете расплавить стержни с ручки.
- Паяльная лампа при неправильном использовании может вызвать серьезные ожоги.Не используйте большое пламя при нагревании металла.