Теплопроводность графита и меди

Содержание

О теплопроводности меди и ее сплавов

Теплопроводность графита и меди

Высокая теплопроводность меди и другие ее полезные характеристики послужили одной из причин раннего освоения этого металла человеком. И по сей день медь и медные сплавы находят применение почти во всех областях нашей жизни.

Немного о теплопроводности

Под теплопроводностью в физике понимают перемещение энергии в объекте от более нагретых мельчайших частиц к менее нагретым. Благодаря этому процессу выравнивается температура рассматриваемого предмета в целом. Величина способности проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Данный параметр равен количеству тепла, которое пропускает через себя материал толщиной 1 метр через площадь поверхности 1 м2 в течение одной секунды при единичной разнице температур.

МатериалКоэффициент теплопроводности, Вт/(м*К)
Серебро 428
Медь 394
Алюминий 220
Железо 74
Сталь 45
Свинец 35
Кирпич 0,77

Медь обладает коэффициентом теплопроводности 394 Вт/(м*К) при температуре от 20 до 100 °С. Соперничать с ней может только серебро. А у стали и железа этот показатель ниже в 9 и 6 раз соответственно (см. таблицу). Стоит отметить, что теплопроводность изделий, изготовленных из меди, в значительной мере зависит от примесей (впрочем, это касается и других металлов). Например, скорость проводимости тепла снижается, если в медь попадают такие вещества, как:

  • железо;
  • мышьяк;
  • кислород;
  • селен;
  • алюминий;
  • сурьма;
  • фосфор;
  • сера.

Если добавить к меди цинк, то получится латунь, у которой коэффициент теплопроводности намного ниже. В то же время добавление других веществ в медь позволяет существенно снизить стоимость готовых изделий и придать им такие характеристики, как прочность и износостойкость. К примеру, для латуни характерны более высокие технологические, механические и антифрикционные свойства.

Поскольку для высокой теплопроводности характерно быстрым распространение энергии нагрева по всему предмету, медь получила широкое применение в системах теплообмена. На данный момент из нее изготавливают радиаторы и трубки для холодильников, вакуумных установок и автомашин для быстрого отвода тепла. Также медные элементы применяют в отопительных установках, но уже для обогрева.

Медный радиатор отопления

Чтобы поддерживать теплопроводность металла на высоком уровне (а значит, делать работу устройств из меди максимально эффективной), во всех системах теплообмена используют принудительный обдув вентиляторами. Такое решение вызвано тем, что при повышении температуры среды теплопроводность любого материала существенно понижается, ведь теплоотдача замедляется.

Алюминий и медь – что лучше?

У алюминия есть один минус по сравнению с медью: его теплопроводность в 1,5 раза меньше, а именно 201–235 Вт/(м*К). Однако по сравнению с другими металлами это достаточно высокие значения. Алюминий так же, как и медь, обладает высокими антикоррозийными свойствами. Кроме того, он имеет такие преимущества, как:

  • малая плотность (удельный вес в 3 раза меньше, чем у меди);
  • низкая стоимость (в 3,5 раза меньше, чем у меди).

Алюминиевый радиатор отопления

Благодаря простым расчетам получается, что алюминиевая деталь может оказаться дешевле медной практически в 10 раз, ведь она весит намного меньше и изготовлена из более дешевого материала. Этот факт наряду с высокой теплопроводностью позволяет использовать алюминий в качестве материала для посуды и пищевой фольги для духовых шкафов. Главный недостаток алюминия состоит в том, что он является более мягким, поэтому его можно использовать только в составе сплавов (например, дюралюминия).

Для эффективного теплообмена важную роль играет скорость отдачи тепла в окружающую среду, и этому активно способствует обдув радиаторов. В результате меньшая теплопроводность алюминия (относительно меди) нивелируется, а вес и стоимость оборудования снижаются. Эти важные плюсы позволяют алюминию постепенно вытеснять медь из использования в системах кондиционирования.

Использование меди в электронике

В некоторых отраслях, к примеру, в радиопромышленности и электронике, медь является незаменимой. Дело в том, что этот металл по природе своей очень пластичен: его можно вытянуть крайне тонкую проволоку (0,005 мм), а также создать другие специфические токопроводящие элементы для электронных приборов. А высокая теплопроводность позволяет меди крайне эффективно отводить неизбежно возникающее при работе электроприборов тепло, что очень важно для современной высокоточной, но в то же время компактной техники.

Читайте также  Как сварить медь с нержавейкой?

Актуально использование меди в тех случаях, когда требуется сделать наплавку определенной формы на стальную деталь. При этом применяется шаблон из меди, который не соединяется с привариваемым элементом. Использование алюминия для этих целей невозможно, так как он будет расплавлен или прожжен. Стоит также упомянуть, что медь способна выполнить роль катода при сварке угольной дугой.

1 — шестерня, 2 — крепления шаблонов, 3 — наплавляемый зуб шестерни, 4 — медные шаблоны

Недостатки высокой теплопроводности меди и ее сплавов

Медь обладает куда более высокой стоимостью, чем латунь или алюминий. При этом у данного металла есть свои недостатки, напрямую связанные с его достоинствами. Высокая теплопроводность приводит к необходимости создавать специальные условия во время резки, сварки и пайки медных элементов. Так как нагревать медные элементы нужно намного более концентрировано по сравнению со сталью. Также часто требуется предварительный и сопутствующий подогрев детали.

Не стоит забывать и о том, что медные трубы требуют тщательной изоляции в том случае, если из них состоит магистраль или разводка системы отопления. Что приводит к увеличению стоимости монтажа сети в сравнении с вариантами, когда применяются другие материалы.

Пример теплоизоляции медных труб

Сложности возникают и с газовой сваркой меди: для этого процесса потребуются более мощные горелки. При сварке металла толщиной 8–10 мм потребуются две-три горелки. Пока одна горелка используется для сварки, другими ведется подогрев детали. В целом сварочные работы с медью требуют повышенных расходов на расходные материалы.

Следует сказать и о необходимости использования специальных инструментов. Так, для резки латуни и бронзы толщиной до 15 см понадобится резак, способный работать с высокохромистой сталью толщиной в 30 см. Причем этого же инструмента хватит для работы с чистой медью толщиной всего лишь в 5 см.

Можно ли повысить теплопроводность меди?

Медь широко используется при создании микросхем электронных устройств и призвана отводить тепло от нагреваемых электрическим током деталей. При попытке увеличить быстродействие современных компьютеров разработчики столкнулись с проблемой охлаждения процессоров и других деталей. В качестве одного из решений применялся вариант разбиения процессора на несколько ядер. Однако данный способ борьбы с перегревом себя исчерпал, и сейчас требуется искать новые проводники с более высокой теплопроводностью и электропроводимостью.

Одним из решений этой проблемы является недавно открытый элемент графен. Благодаря напылению из графена теплопроводность медного элемента увеличивается на 25%. Однако пока изобретение находится на уровне разработки.

Источник: http://met-all.org/cvetmet-splavy/med/teploprovodnost-medi-i-ee-splavov.html

Физические свойства углерода C (графита). Теплопроводность графита

Теплопроводность графита и меди

В таблице представлены физические свойства графита в интервале температуры от 20 до 800 °С.

Свойства указаны в направлении, как параллельно, так и перпендикулярно главной оси кристаллов графита.

Теплопроводность графита указана для следующих типов: кристаллический, естественный, прессованный искусственный. По данным таблицы видно, что теплопроводность графита при увеличении его температуры снижается.

Удельная (массовая) теплоемкость углерода при комнатной температуре составляет величину 710 Дж/(кг·град) и при нагревании увеличивается. Плотность углерода находится в диапазоне от 1400 до 1750 кг/м3.

Даны следующие физические свойства графита различной плотности:

  • теплопроводность графита, Вт/(м·град);
  • сопротивление разрыву, МН/м2;
  • модуль упругости графита, МН/м2;
  • удельная (массовая) теплоемкость, кДж/(кг·град);
  • удельное электрическое сопротивление, Ом·м;
  • коэффициент теплового линейного расширения (КТлР), 1/град.

Свойства углерода (графита) в зависимости от температуры

В таблице представлены теплофизические свойства углерода (графита) в зависимости от температуры.
Свойства углерода в таблице указаны при температуре от 100 до 2000К в направлении вдоль (параллельно), так и перпендикулярно главной оси кристаллов углерода.

Приведены следующие свойства углерода (графита):

  • коэффициент теплового линейного расширения (КТлР), 1/град;
  • удельная (массовая) теплоемкость, Дж/(кг·град);
  • коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град).

Теплопроводность графита в зависимости от плотности

В таблице представлены значения теплопроводности графита различной плотности при температуре 20 °С. Теплопроводность графита указана при направлении теплового потока вдоль главной оси кристаллов и в размерности Вт/(м·град).

По данным таблицы видно, что теплопроводность графита с увеличением плотности заметно увеличивается. Плотность графита в таблице приведена в размерности 103·кг/м3, то есть в т/м3. Плотность графита изменяется в интервале от 1400 до 1750 кг/м3.

Теплопроводность графита в зависимости от температуры

В таблице представлены значения теплопроводности графита плотностью 1650…1720 кг/м3 в зависимости от температуры.

Теплопроводность графита указана при направлении теплового потока, как вдоль, так и поперек главной оси кристаллов, указано также отношение теплопроводности в этих направлениях (оно постоянно и равно приблизительно 1,5).

Значения теплопроводности графита приведены в интервале температуры от 20 до 1800 °С. По значениям в таблице видно, что теплопроводность графита с увеличением температуры уменьшается.

Теплопроводность реакторного графита плотностью 1700 кг/м3 в зависимости от температуры

В таблице представлены значения теплопроводности реакторного графита плотностью 1700 кг/м3 в зависимости от температуры. Теплопроводность указана в направлении теплового потока, идущего, как параллельно, так и перпендикулярно прессованию графитовых стержней.

Читайте также  Как припаять медь к железу?

Значения теплопроводности реакторного графита приведены в интервале температуры от 100 до 1700 К.

Теплопроводность измельченного графита

В таблице дана теплопроводность измельченного графита (углерода) в зависимости от размера частиц при температуре 20 °С.
Размер частиц определялся в зависимости от количества отверстий в сите на 1 квадратный сантиметр (3, 6, 16 отв/см2 и сухая сажа).

Теплопроводность графита указана в размерности Вт/(м·град). Плотность графита в таблице указана в 103·кг/м3, то есть в т/м3.

Теплопроводность слоя графитовых частиц в зависимости от его пористости

В таблице представлены значения теплопроводности слоя графитовых частиц (частиц углерода) при пористости от 0,4 до 0,7. Следует отметить, что при увеличении пористости слоя его теплопроводность снижается.

Коэффициент теплового расширения (КТР) углерода (графита) в зависимости от температуры

В таблице указаны значения коэффициента линейного теплового расширения (КТР) углерода (графита) в зависимости от температуры.
КТР в таблице приводится для различных сортов графита: пиролитический графит, графит на основе нефтяного кокса, графит на основе ламповой сажи.
Коэффициент линейного теплового расширения графита приведен в интервале температуры от 100 до 700 °С в размерности 1/град.

Теплоемкость углерода в зависимости от температуры

В таблице представлены значения теплоемкости углерода в зависимости от температуры. Удельная теплоемкость углерода (графита) указана в интервале температуры от 200 до 2000 К.

Теплоемкость углерода в таблице дана массовая и выражена в размерности кДж/(кг·град). По данным в таблице видно, что теплоемкость углерода с увеличением температуры растет.

Теплоемкость природного углерода (графита) при низких температурах

В таблице даны значения атомной (на 1 моль вещества) и удельной теплоемкости углерода при низких температурах. Теплоемкость углерода (графита) указана в интервале температуры от -260 до 17 °С.

Атомная теплоемкость углерода выражена в размерности Дж/(моль·град). Удельная теплоемкость углерода (массовая — на 1 кг массы) выражена в размерности кДж/(кг·град).

По значениям в таблице хорошо видно, что атомная и удельная теплоемкости углерода (графита) с увеличением температуры растут и при очень низких отрицательных температурах.

Источники:

Источник: http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/elementy/fizicheskie-svojstva-ugleroda-c-grafita-teploprovodnost-grafita

Теплопроводность графита и меди — Металлы, оборудование, инструкции

Теплопроводность графита и меди

Так что же такое теплопроводность? С точки зрения физики теплопроводность – это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).

Можно сказать проще, теплопроводность – это  способность материала проводить тепло. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной.

Передача тепла происходит за счет передачи энергии при столкновении молекул вещества. Происходит это до тех пор, пока температура внутри тела не станет одинаковой.

Такой процесс может происходить в твердых, жидких и газообразных веществах.

На практике, например в строительстве при теплоизоляции зданий, рассматривается другой аспект теплопроводности, связанный с передачей тепловой энергии. В качестве примера возьмем “абстрактный дом”.

В “абстрактном доме” стоит нагреватель, который поддерживает внутри дома постоянную температуру, скажем, 25 °С. На улице температура тоже постоянная, например, 0 °С.

Вполне понятно, что если выключить обогреватель, то через некоторое время в доме тоже будет 0 °С. Все тепло (тепловая энергия) через стены уйдет на улицу.

Чтобы поддерживать температуру в доме 25 °С, нагреватель должен  постоянно работать. Нагреватель постоянно создает тепло, которое постоянно уходит через стены на улицу.

Коэффициент теплопроводности

Количество тепла, которое проходит через стены (а по научному – интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности) зависит от разности температур (в доме и на улице), от площади стен и теплопроводности материала, из которого сделаны эти стены.

Для количественной оценки теплопроводности существует коэффициент теплопроводности материалов. Этот коэффициент отражает свойство вещества проводить тепловую энергию. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лучше он проводит тепло.

Если мы собираемся утеплять дом, то надо выбирать материалы с небольшим значением этого коэффициента. Чем он меньше, тем лучше. Сейчас  в качестве материалов для утепления зданий  наибольшее распространение получили утеплители из минеральной ваты, и различных пенопластов.

Набирает популярность новый материал с улучшенными теплоизоляционными качествами – Неопор.

Коэффициент теплопроводности материалов обозначается буквой ? (греческая строчная буква лямбда)  и выражается в Вт/(м2*К). Это означает, что если взять стену из кирпича, с коэффициентом теплопроводности 0,67 Вт/(м2*К), толщиной 1 метр и площадью 1 м2.

, то при разнице температур в 1 градус, через стену будет проходить 0,67 ватта тепловой энергии. Если разница температур будет 10 градусов, то будет проходить уже 6,7 ватта. А если при такой разнице температур  стену сделать 10 см, то потери тепла будут уже 67 ватт.

Подробней о методике расчета теплопотерь зданий можно посмотреть здесь.

Следует отметить, что значения коэффициента теплопроводности материалов указываются для толщины материала в 1 метр. Чтобы определить теплопроводность материала для любой другой толщины, надо коэффициент теплопроводности разделить на нужную толщину, выраженную в метрах.

Читайте также  Патинирование меди в домашних условиях

В строительных нормах и расчетах часто используется понятие “тепловое сопротивление материала”. Это величина обратная теплопроводности.  Если, на пример, теплопроводность пенопласта толщиной 10 см – 0,37 Вт/(м2*К), то его тепловое сопротивление будет равно 1 / 0,37 Вт/(м2*К) = 2,7 (м2*К)/Вт.

Коэффициент теплопроводности материалов

Ниже в таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов применяемых в строительстве.

Материал Коэфф. тепл. Вт/(м2*К)
Алебастровые плиты 0,470
Алюминий 230,0
Асбест (шифер) 0,350
Асбест волокнистый 0,150
Асбестоцемент 1,760
Асбоцементные плиты 0,350
Асфальт 0,720
Асфальт в полах 0,800
Бакелит 0,230
Бетон на каменном щебне 1,300
Бетон на песке 0,700
Бетон пористый 1,400
Бетон сплошной 1,750
Бетон термоизоляционный 0,180
Битум 0,470
Бумага 0,140
Вата минеральная легкая 0,045
Вата минеральная тяжелая 0,055
Вата хлопковая 0,055
Вермикулитовые листы 0,100
Войлок шерстяной 0,045
Гипс строительный 0,350
Глинозем 2,330
Гравий (наполнитель) 0,930
Гранит, базальт 3,500
Грунт 10% воды 1,750
Грунт 20% воды 2,100
Грунт песчаный 1,160
Грунт сухой 0,400
Грунт утрамбованный 1,050
Гудрон 0,300
Древесина – доски 0,150
Древесина – фанера 0,150
Древесина твердых пород 0,200
Древесно-стружечная плита ДСП 0,200
Дюралюминий 160,0
Железобетон 1,700
Зола древесная 0,150
Известняк 1,700
Известь-песок раствор 0,870
Ипорка (вспененная смола) 0,038
Камень 1,400
Картон строительный многослойный 0,130
Каучук вспененный 0,030
Каучук натуральный 0,042
Каучук фторированный 0,055
Керамзитобетон 0,200
Кирпич кремнеземный 0,150
Кирпич пустотелый 0,440
Кирпич силикатный 0,810
Кирпич сплошной 0,670
Кирпич шлаковый 0,580
Кремнезистые плиты 0,070
Латунь 110,0
Лед 0°С 2,210
Лед -20°С 2,440
Липа, береза, клен, дуб (15% влажности) 0,150
Медь 380,0
Мипора 0,085
Опилки – засыпка 0,095
Опилки древесные сухие 0,065
ПВХ 0,190
Пенобетон 0,300
Пенопласт ПС-1 0,037
Пенопласт ПС-4 0,040
Пенопласт ПХВ-1 0,050
Пенопласт резопен ФРП 0,045
Пенополистирол ПС-Б 0,040
Пенополистирол ПС-БС 0,040
Пенополиуретановые листы 0,035
Пенополиуретановые панели 0,025
Пеностекло легкое 0,060
Пеностекло тяжелое 0,080
Пергамин 0,170
Перлит 0,050
Перлито-цементные плиты 0,080
Песок 0% влажности 0,330
Песок 10% влажности 0,970
Песок 20% влажности 1,330
Песчаник обожженный 1,500
Плитка облицовочная 1,050
Плитка термоизоляционная ПМТБ-2 0,036
Полистирол 0,082
Поролон 0,040
Портландцемент раствор 0,470
Пробковая плита 0,043
Пробковые листы легкие 0,035
Пробковые листы тяжелые 0,050
Резина 0,150
Рубероид 0,170
Сланец 2,100
Снег 1,500
Сосна обыкновенная, ель, пихта (450…550 кг/куб.м, 15% влажности) 0,150
Сосна смолистая (600…750 кг/куб.м, 15% влажности) 0,230
Сталь 52,0
Стекло 1,150
Стекловата 0,050
Стекловолокно 0,036
Стеклотекстолит 0,300
Стружки – набивка 0,120
Тефлон 0,250
Толь бумажный 0,230
Цементные плиты 1,920
Цемент-песок раствор 1,200
Чугун 56,0
Шлак гранулированный 0,150
Шлак котельный 0,290
Шлакобетон 0,600
Штукатурка сухая 0,210
Штукатурка цементная 0,900
Эбонит 0,160

Источник: http://www.econel.ru/teploprovodnost/

О теплопроводности меди и ее сплавов

Высокая теплопроводность меди и другие ее полезные характеристики послужили одной из причин раннего освоения этого металла человеком. И по сей день медь и медные сплавы находят применение почти во всех областях нашей жизни.

Медные пластины

Теплопроводность графита и меди

Теплопроводность графита и меди

В таблице представлены физические свойства графита в интервале температуры от 20 до 800 °С.

Свойства указаны в направлении, как параллельно, так и перпендикулярно главной оси кристаллов графита.

Теплопроводность графита указана для следующих типов: кристаллический, естественный, прессованный искусственный. По данным таблицы видно, что теплопроводность графита при увеличении его температуры снижается.

Удельная (массовая) теплоемкость углерода при комнатной температуре составляет величину 710 Дж/(кг·град) и при нагревании увеличивается. Плотность углерода находится в диапазоне от 1400 до 1750 кг/м3.

Даны следующие физические свойства графита различной плотности:

  • теплопроводность графита, Вт/(м·град);
  • сопротивление разрыву, МН/м2;
  • модуль упругости графита, МН/м2;
  • удельная (массовая) теплоемкость, кДж/(кг·град);
  • удельное электрическое сопротивление, Ом·м;
  • коэффициент теплового линейного расширения (КТлР), 1/град.

Углерод против алюминия

АрхивПлатформа

автор : Сергей Озеров   05.05.2005

Термоинтерфейс процессора требует сегодня особого внимания. Читайте обзор нескольких термопаст, доступных на российском рынке, и одной графитовой прокладки.

Тепловое сопротивление современных воздушных кулеров очень невелико — 0,29–0,66 °C/Вт для полностью собранной системы «процессор — система теплосъема».

В переводе на более понятные цифры, это означает, что если рабочая температура процессора не должна превышать 65 °C, а температура окружающей среды — 25 °C, то эти кулеры могут нормально охлаждать процессоры, рассеивающие 140–60 Вт тепла соответственно (Честно говоря, очень интересно, какие боксовые кулеры будут прилагаться к будущим двуядерным процессорам Intel Smithfield с заявленным TDP 130 Вт: минимально оценка необходимого теплового сопротивления получается порядка 0,34 °C/Вт. Это требует либо использования тепловых трубок, либо самого совершенного цельномедного кулера, либо использования корпусов стандарта BTX с их громадными Thermal Modules).

Источник: https://respect-kovka.com/teploprovodnost-grafita-i-medi/