Что нагревается быстрее дерево или металл
При какой температуре дерево и металл будут
При какой температуре и металл и дерево будут казаться на ощупь одинаково нагретыми?
У металлов намного более высокая теплопроводность по сравнению с деревом. Поэтому если потрогать рукой металл, температура которого ниже температуры кожи на руке, то металл будет отнимать теплоту от кожи, и рецепторы в коже сразу будут сигнализировать в мозг о том, что кожа остывает. То есть что металл холодный. А с деревом такого не будет: дерево почти не “отнимает” теплоту от кожи. И наоборот, если температура металла выше температуры кожи на руке, то рецепторы в коже будут сигнализировать о том, что теплота переходит от металла к коже. То есть что металл теплый (или даже горячий). И только в том случае, когда температура металла равна температуре кожи, металл и дерево будут ощущаться человеком нагретыми одинаково. Можно предположить, что эта температура для ладони руки равна примерно 32°С. Для разных людей эта температура разная, она зависит также от условий (у замерзшего человека температура кожи руки ниже).
Чтобы склеить дерево и металл можно использовать клей на основе каучука. Также можно использовать силиконовые стержни, которые нагреваясь образуют клеющую массу и хорошо склеивают изделия из металла и дерева. Хорошо зарекомендовал себя клей “Суперхват”,а так же двухкомпанентные клеи Permabond ET515 или POXIPOL.
Металл и “дерево” имеют разные свойства теплопроводности. И потому при клеевом соединении эти три составляющие (при наличии разной теплопроводности) дают трещину, которая и является “минусом” для подобных креплений.
Так вот, … а вы Андрей еще не пробовали самым испытанным “дедовским” методом воспользоваться?
Нет? Или не догадались? – Так механическое соединение же:
Так что … вполне можно обойтись и без химических способов соединения, используя механический метод креплений.
Потому что металл обладает большей теплопроводностью нежели дерево и из – за этого металл на солнце нагревается быстрее чем дерево. В то же время из – за теплопроводности дерево отдаёт своё тепло гораздо медленнее чем металл. Вследствие этих двух факторов металл на солнце кажется горячее чем дерево. Если же вы выйдете на улицу ночью или зимой когда температуры низкие вы обнаружите, что металл наоборот кажется холоднее.
Сбрасывание листьев называется листопад и это характерно для лиственных деревьев и кустарников. Листопад никак не связан с температурой. Листопад начинается при определенной длине светового дня. День укорачивается, замедляется и прекращается фотосинтез, разрушается хлорофилл и дерево сбрасывает листья.Конечно, листопад совпадает с низкими температурами, характерными для осени.
да листья деревьев могут быть помехой радиоволн
листья содержат воду
вода отражает радиоволны
т.е. зависит от воды в составе помехи
чем больше длинна волны тем меньшую энергию она несет она может как поглощаться так и отражаться в зависимости от частоты волны
Почему при прикосновении к железу или к дереву железо на ощупь холоднее, чем дерево?
И не очень-то и важно, при комнатной температуре или зимой. Ощущения те же.
Почему зимой железо холоднее, чем дерево?
Если помещение и предметы в нем нагреты до температуры тела человека, то он на ощупь не отличит металлический предмет или деревянный, конечно, если фактура поверхности одинаковая. Можете поэкспериментировать. А вот в других условиях, например, при отрицательной температуре достаточно поднести руку, даже не касаться и можно отличить металл от дерева. Рука теплая, а тепло, энергия всегда передается от более нагретых предметов к менее нагретым и эти предметы будут нагреваться, а рука будет остывать и об этом тут же просигнализируют в мозг нервные окончания, рука мерзнет. Но нагревается не весь предмет сразу, а только поверхность, наружный слой, от которого будет нагреваться следующий слой и так далее, пока не нагреется весь предмет от руки. У металла способность передавать тепло внутри предмета выше, чем у дерева, поэтому рука быстро нагреет поверхность деревянного предмета и не так сильно замерзнет. Поскольку в нашей жизни этот опыт проводился много раз с раннего детства, то мы сразу ощутим где дерево, где металл и отдернем руку от металла в мороз, чтобы не повредить кожу.
автор вопроса выбрал этот ответ лучшим
Марина Вологда
[198K]
Ответ простой – высокая теплопроводность металла, по сравнению с деревом.
Дадим понятие теплопроводности:
На самом деле, оба предмета имеют одну температуру, но разный состав. Если говорить совсем простыми словами, в морозную погоду железо будет отбирать тепло из руки быстрее из-за множества свободных электронов, чем дерево. Поэтому нам будет казаться в холодную погоду, что металл будет гораздо холоднее дерева.
Ответ конечно заключается в более высокой теплопроводности металлических предметов по сравнению с деревом. Если сравнить температуру поверхности дерева и металла на улице зимой, то окажется, что на самом деле она одинаковая, что дерево, что металл остывают до температуры наружного воздуха. Но при касании металла рукой он кажется более холодным, ведь металл жадно поглощает тепло человеческого тела, отбирая его у руки и рука быстро остывает, ей кажется что металл намного более холодный. Дерево не способно так быстро отнять тепло у тела и потому оно кажется менее холодным. Зато если металл нагреется от тела, он перестает казаться холодным и тут вопрос только в том, насколько холодным он был первоначально.
железо имеет теплопроводность
Коэффициент теплопроводности железа Ватт/(метр*градус)= 74,4
Коэффициент теплопроводности Дуб 0,23
то есть 74,4/0,23 = 323 раза железо быстрее забирает тепло из вашего пальца
причина наличие большого числа свободных электронов и строение кристаллической решётки
При одинаковой низкой температуре внешней среды (воздуха) и металл и дерево будут иметь одинаковую температуру, если измерить ее термометром. Но человеку при прикосновении одной рукой к дереву, а другой – к металлу покажется, что металл значительно холоднее. При высокой температуре воздуха (в бане) металл покажется обжигающим (поэтому цепочки в бане снимают), а дерево теплым, горячим, но обжигать оно не будет.
Происходит так из-за разной теплопроводности этих материалов. Металл очень быстро проводит тепло, как от руки к металлу, так и наоборот. Дерево тепло проводит медленно, поэтому прикоснувшись к холодному дереву рука сразу согревает его поверхность и в дальнейшем поддерживается терпимая температура поверхности дерева, тепло не уходит сразу вглубь дерева.
Да и все-таки именно более высокая теплопроводность и создает эффект почему железо холоднее дерева при низких температурах. Все дело в том, что железо легко проводит и эдектричество и тепло в отличии от дерева.
Теплопроводность, это способность предмета ( металла или дерева) не только отдавать тепло, а и забирать. Вот теплопроводность у железа гораздо больше, чем у дерева, железо по составу имеет большую плотность, поэтому и теплопроводность выше. Касаясь рукой железа или дерева, вы передаете ему свое тепло, железо берет быстрее и руке становится холодно, кажется что оно холоднее дерева.
Если предметы железо,дерево или еще чтото находяться в одинаковых условиях то температура и будет одинаковая, можете градусником померять.Другое дело что эти предметы имеют разную теплопроводность, например возьмите алюминий и сталь одинакового размера алюминий будет при прикосновении казаться холоднее потому,что при прикосновении человека рукой теплая рука начнет отдавать свое тепло на предмет и тот предмет в которого теплопроводность выше будет кажется вашей руке всегда холоднее
Вадим Крикливец
[593]
Это потому что плотность железа намного выше чем у дерева, поэтому теплопроводность (теплоотдача) тоже выше. Так будет в сравнении с любым плотным и пористым материалом.
Железо быстро отдает температуру любым предметам, в том числе и вашей руке.
Температура и железа и дерева совершенно одинаковые! Железо только кажется нам холоднее за счёт того, что его теплопроводность выше и при прикосновении к нему тепло из вашей руки уходит быстрее.
более месяца назад
Просмотров : 9
Ответов : 1
Лучший ответ:
Если металл и дерево нагреть до температуры тела, то они на ощупь будут казаться одинаково нагретыми, т.к. не будет происходить теплообмен.
более месяца назад
Комментарий должен быть минимум 20 символов
Чтобы получить баллы за ответ войди на сайт
Лучшее из галереи за : неделю месяц все время
Тема: Свойство дерева и металла
Конспект организованной образовательной деятельности с детьми
по образовательным областям «Коммуникация», «Познание»
Тема: Свойство дерева и металла
1. Познакомить детей со свойствами и качеством дерева и металла в ходе сравнения;
2. Развивать воображение через создание игровой мотивации;
3. Совершенствовать грамматический строй речи, умение строит предложения сложносочинённые, сложноподчинённые;
4. Ввести в активный словарь: теплопроводность, хрупкий, шероховатый, прочный;
5. Формировать культурно – речевое общение, умение вести диалог на основе вопросов педагога, строить высказывания на основе рассуждений;
6. Вызвать у детей интерес к познавательной деятельности, доставить
эмоциональное удовлетворение от ситуации общения;
7. Воспитывать нравственные качества: отзывчивость, желание прийти на помощь;
Материал: деревянные бруски, металлические пластины; гвозди, спички;
— Ребята, вы любите фантазировать? (ответы детей)
— Сегодня я предлагаю вам кое-куда, отправится. Вы готовы?
— Глазки закрывайте и спокойно до 5 считайте.
(В это время воспитатель переодевается в профессора, ученого)
— Здравствуйте, мои юные друзья! Меня зовут профессор Всезнайкин. Я очень рад видеть вас в своей экспериментальной лаборатории и надеюсь, что вам у меня понравится. Я предлагаю вам провести эксперименты, но у меня очень много опасных переметов. Вы знаете, как надо обращаться с острыми, колющими предметами, с горячей водой? (ответы детей)
— Сегодня я предлагаю вам узнать, чем отличаются дерево от металла.
(Профессор приглашает детей к столу, на котором лежат в тарелочках деревянные бруски, металлические пластины, гвоздь, спичка, предлагает взять в руки брусок и пластину)
— Что можно сказать о поверхности бруска и пластины? (ответы детей: поверхность бруска – шероховатая, шершавая, не ровная, теплая; пластины – гладкая, ровная, холодная)
— Как вы считаете, что поплывет в воде деревянный брусок или металлическая пластина? (ответы детей)
— Как думаете, что труднее сломать спичку или гвоздь? (ответы детей)
(Детям предлагается сломать спичку, гвоздь)
— В какой материал можно забить гвоздь в металл или дерево? (ответы детей)
(Профессор предлагает детям подойти к другому столу, на котором лежат бруски, гвозди, молоточки, дети экспериментируют)
— Почему гвоздь в брусок вбивается? (ответы детей: дерево мягкое, а металл твердый)
(Профессор предлагает детям сесть на стульчики)
— Ребята, мы выяснили, что дерево это мягкий материал.
В дерево можно не только гвозди вбивать. Его можно строгать, каким инструментом? ( показать как строгать рубанком)
Его можно распилить. Как называется этот инструмент? ( показать как пилить пилой)
— Металл тоже можно строгать, распилить. Но делают это на заводах, на специальных станках, так как мы с вами выяснили, что металл очень прочный материал.
(Профессор предлагает пройти к столу, на котором лежат ложки деревянные, металлические).
— Возьмите ложки в руки, встаньте парами. Ударьте деревянную ложку о деревянную, металлическую о металлическую.
— Как звучат деревянные и металлические ложки?
— Ребята, как вы считаете, что нагревается быстрее дерево или металл?
(предлагается детям опустить ложки в таз с горячей водой, подержать в воде, а затем положить на салфетку)
— Какая ложка горячее деревянная или металлическая? (ответы детей).
— Да, деревянная ложка нагревается слабее, а металлическая быстрее, значит, металл обладает высокой теплопроводностью, а дерево – низкой.
— Ребята мне очень нравится проводить эксперименты, делать выводы, рассуждать, а вам? (ответы детей).
— Эксперименты мы провели. Я предлагаю вам рассуждалки. ( Из конверта достают карточки с вопросами: «Что было бы, если бы футбольный мяч был железный», «Ложка была бы из ткани», «Кастрюля была бы из дерева», «одежда из бумаги», «Обувь из стекла») (рассуждения детей).
— Ребята у меня к вам есть еще одна просьба: (достает поднос с предметами: из дерева и метала)
— Помогите, пожалуйста, разложить предметы по своим сундучкам. Металлические в сундучок из металла, а деревянные в сундучок сделанный из дерева. (дети выполняют, комментируя свой выбор).
— Спасибо ребята я вам очень благодарен.
— Вам понравилось в моей лаборатории? А что же вы узнали о свойствах дерева и металла? (ответы детей)
— А что больше всего понравилось и запомнилось? (ответы детей)
— А мне понравилось, как вы рассуждали, делали выводы, аккуратно обращались с предметами, МОЛОДЦЫ!
— А сейчас глаза закрывайте и спокойно до пяти считайте.
(воспитатель снимает наряд профессора).
Воспитатель: Ребята вам понравилось воображаемое путешествие? (ответы детей) Тогда я думаю, в следующий раз мы еще с вами куда-нибудь отправимся.
Теплопроводность дерева и металла
Почему при прикосновении к железу или к дереву железо на ощупь холоднее, чем дерево?
И не очень-то и важно, при комнатной температуре или зимой. Ощущения те же.
Почему зимой железо холоднее, чем дерево?
Если помещение и предметы в нем нагреты до температуры тела человека, то он на ощупь не отличит металлический предмет или деревянный, конечно, если фактура поверхности одинаковая. Можете поэкспериментировать. А вот в других условиях, например, при отрицательной температуре достаточно поднести руку, даже не касаться и можно отличить металл от дерева. Рука теплая, а тепло, энергия всегда передается от более нагретых предметов к менее нагретым и эти предметы будут нагреваться, а рука будет остывать и об этом тут же просигнализируют в мозг нервные окончания, рука мерзнет. Но нагревается не весь предмет сразу, а только поверхность, наружный слой, от которого будет нагреваться следующий слой и так далее, пока не нагреется весь предмет от руки. У металла способность передавать тепло внутри предмета выше, чем у дерева, поэтому рука быстро нагреет поверхность деревянного предмета и не так сильно замерзнет. Поскольку в нашей жизни этот опыт проводился много раз с раннего детства, то мы сразу ощутим где дерево, где металл и отдернем руку от металла в мороз, чтобы не повредить кожу.
Противоположные поверхности материала имеют разные температуры. Из-за этого образуется тепловой поток, с помощью которого можно определить теплопроводность. В данной статье мы изучим конкретный строительный материал – дерево. Помогут изучить вопрос подробные таблицы, а также видеозаписи.
Чем хорошо дерево? Материал легок в обработке, с ним можно самостоятельно возвести частный дом. Один из самых очевидных плюсов дерева – это его цена. В России древесный ресурс есть в достатке.
Теплопроводность – изучаем свойство
Таблица ниже наглядно демонстрирует теплопроводность различных пород дерева:
Разобраться с таблицей довольно легко: чем ниже коэффициент проводимости, тем лучше материал. Для обозначения теплопроводности используется буква «R». Теперь стоит рассмотреть разные породы, а поможет в этом таблица.
Породы древесины для строительства
О пробковом дереве мы пока говорить не будем, так как построить из него дома будет довольно проблематично. Что касается лучшего варианта, то им является кедр. Он имеет самый низкий коэффициент – 0,095 Вт/(м*С). Коттедж или дача, построенная из кедрового дерева, получится самой теплой, если сравнивать с постройками из других древесных материалов.
Важным моментом является показатель толщины, который влияет на теплопроводность дерева. Буквой «R» определяется соотношение толщины слоя и проводимости тепла. В идеале показатель «R» должен быть 3 или 4. К примеру, чтобы получить R=3 при строительстве дома из кедра, необходимо делать толщину стен не менее 30 сантиметров. 
Таблица физических свойств дерева. Они также влияют на коэффициент проводимости тепла между противоположными поверхностями материала.
Ель является не менее удачным материалом для постройки частного дома, при этом она имеет показатель 0,110 Вт/(м*С). Чтобы R был около трех, потребуются слои 33-35 см. Береза, сосна, пихта – эти породы уже идут с большим отрывом – 0,150 Вт/(м*С). Если есть желание, чтобы частный дом, коттедж или дача была построена из березы или пихты, то необходимо позаботиться о толщине стен. Чтобы добиться R=3 потребуются стены 45 см.
Далее идут самые «холодные» породы:
Разумеется, что дубовый дом смотрелся бы оригинально и роскошно, но для R=3 стена такой постройки должна быть 55-60 см. Да и найти рубанок с толщиной полметра будет проблематично.
Расположение волокон
Коэффициент теплопроводности может отличаться в зависимости от расположения волокон. В таблице можно увидеть, что напротив некоторых материалов стоит указание – вдоль волокон или поперек. Показатель теплопроводности тепла вдоль волокон обычно равен 0.4. В минусовые температуры материал будет замерзать в четыре раза сильнее вдоль волокон, чем поперек. Об этом могут сообщить промерзшие углы, которые можно наблюдать у многих деревянных построек.
Чтобы понимать разницу между деревом и другими материалами, использующимися для строительства, стоит ознакомиться с этим графиком :
Также, если напротив определенной породы указано «вдоль волокон», то стоит знать, что торцы стропил или брусьев будут быстрее промерзать при небольших морозах. Такие материалы не рассчитаны для суровых зим, так они несут холод в помещения вдоль волокон. Теперь можно вернуть к пробковому дереву, которое имеет минимальный коэффициент. Использовать его в строительстве нельзя по той причине, что пробка имеет минимальную прочность. Но зато эта порода отлично подходит для утепления.
Особенности конструкции из древесины
Для строительства дач, коттеджей, а также частных домов используется стандартный брус с толщиной 100-150 миллиметров. Брус изготавливают из хвойных пород, которые имеют оптимальное соотношение теплопроводности и стоимости. Толщина стены из хвойного дерева должна быть около 45 сантиметров для снижения проводимости, а брус имеет толщину около 15 см. В чем же дело? Сегодня в строительстве не используется только один материал, ведь это не выгодно. 
Полезная таблица для тех, кто собирается возводить постройки из древесины.
Приведена обширная таблица теплопроводности строительных материалов, а также плотность и удельная теплоемкость материалов в сухом состоянии при атмосферном давлении и температуре 20…50°С (если не указана другая температура). Значения даны для более 400 материалов!
Следует обратить внимание на величину теплопроводности строительных материалов в таблице, поскольку эта характеристика, наряду с их плотностью, является наиболее важной. Особенно теплопроводность важна для строительных материалов, применяемых в качестве теплоизоляции при утеплении строительных конструкций.
Теплопроводность строительных материалов существенно зависит от их пористости и плотности. Чем меньше плотность, тем ниже теплопроводность материала, поэтому низкая теплопроводность свойственна пористым и легким материалам (значения плотности строительных материалов, металлов и сплавов, продуктов и других веществ вы также сможете найти в подробной таблице плотности).
Например, в нашей таблице теплопроводности материалов и утеплителей можно выделить следующие строительные материалы с низким показателем коэффициента теплопроводности — это аэрогель (от 0,014 Вт/(м·град)), стекловата, пенополистирол пеноплэкс и вспененный каучук (от 0,03 Вт/(м·град)), теплоизоляция МБОР (от 0,038 Вт/(м·град)), газобетон и пенобетон (от 0,08 Вт/(м·град)).
Какой металл быстро нагревается
Теплопроводность металлов
Все изделия, используемые человеком, способны передавать и сохранять температуру прикасаемого к ним предмета или окружающей среды. Способность отдачи тепла одного тела другому зависит от вида материала, через который проходит процесс. Свойства металлов позволяют передавать тепло от одного предмета другому, с определенными изменениями, в зависимости от структуры и размера металлической конструкции. Теплопроводность металлов – один из параметров, определяющих их эксплуатационные возможности.
Что такое теплопроводность и для чего нужна
Процесс переноса энергии атомов и молекул от горячих предметов к изделиям с холодной температурой, осуществляется при хаотическом перемещении движущихся частиц. Такой обмен тепла зависит от агрегатного состояния металла, через который проходит передача. В зависимости от химического состава материала, теплопроводность будет иметь различные характеристики. Данный процесс называют теплопроводностью, он заключается в передаче атомами и молекулами кинетической энергии, определяющей нагрев металлического изделия при взаимодействии этих частиц, или передается от более теплой части – к той, которая меньше нагрета.
Способность передавать или сохранять тепловую энергию, позволяет использовать свойства металлов для достижения необходимых технических целей в работе различных узлов и агрегатов оборудования, используемого в народном хозяйстве. Примером такого применения может быть паяльник, нагревающийся в средней части и передающий тепло на край рабочего стержня, которым выполняют пайку необходимых элементов. Зная свойства теплопроводности, металлы применяют во всех отраслях промышленности, используя необходимый параметр по назначению.
Понятие термического сопротивления и коэффициента теплопроводности
Если теплопроводность характеризует способность металлов передавать температуру тел от одной поверхности к иной, то термическое сопротивление показывает обратную зависимость, т.е. возможность металлов препятствовать такой передаче, иначе выражаясь, – сопротивляться. Высоким термическим сопротивлением обладает воздух. Именно он, больше всего, препятствует передаче тепла между телами.
Количественную характеристику изменения температуры единицы площади за единицу времени на один градус (К), называют коэффициентом теплопроводности. Международной системой единиц принято измерять этот параметр в Вт/м*град. Эта характеристика очень важна при выборе металлических изделий, которые должны передавать тепло от одного тела к другому.
Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °С
От чего зависит показатель теплопроводности
Изучая способность передачи тепла металлическими изделиями выявлено, что теплопроводность зависит от:
Металлы имеют различное строение кристаллической решетки, а это может изменить теплопроводность материала. Так, например, у стали и алюминия, особенности строения микрочастиц влияют по-разному на скорость передачи тепловой энергии через них.
Коэффициент теплопроводности может иметь различные значения для одного и того же металла при изменении температуры воздействия. Это связано с тем, что у разных металлов градус плавления отличается, а значит, при других параметрах окружающей среды, свойства материалов также будут отличаться, а это отразится на теплопроводности.
Методы измерения
Для измерения теплопроводности металлов используют два метода: стационарный и нестационарный. Первый характеризуется достижением постоянной величины изменившейся температуры на контролируемой поверхности, а второй – при частичном изменении таковой.
Стационарное измерение проводится опытным путем, требует большого количества времени, а также применения исследуемого металла в виде заготовок правильной формы, с плоскими поверхностями. Образец располагают между нагретой и охлажденной поверхностью, а после прикосновения плоскостей, измеряют время, за которое заготовка может увеличить температуру прохладной опоры на один градус по Кельвину. Когда рассчитывают теплопроводность, обязательно учитывают размеры исследуемого образца.
Нестационарную методику исследований используют в редких случаях из-за того, что результат, зачастую, бывает необъективным. В наши дни никто, кроме ученых, не занимается измерением коэффициента, все используют, давно выведенные опытным путем, значения для различных материалов. Это обусловлено постоянством данного параметра при сохранении химического состава изделия.
Теплопроводность стали, меди, алюминия, никеля и их сплавов
Обычное железо и цветные металлы имеют разное строение молекул и атомов. Это позволяет им отличаться друг от друга не только механическими, но и свойствами теплопроводности, что, в свою очередь, влияет на применение тех или иных металлов в различных отраслях хозяйства.
Сталь имеет коэффициент теплопроводности, при температуре окружающей среды 0 град. (С), равный 63, а при увеличении градуса до 600, он снижается до 21 Вт/м*град. Алюминий, в таких же условиях, наоборот – увеличит значение от 202 до 422 Вт/м*град. Сплавы из алюминия, будут также повышать теплопроводность, по мере увеличения температуры. Только величина коэффициента будет на порядок ниже, в зависимости от количества примесей, и колебаться в пределах от 100 до 180 единиц.
Медь, при изменении температуры в тех же пределах, будет уменьшать теплопроводность от 393 до 354 Вт/м*град. При этом, медь содержащие сплавы латуни будут иметь такие же свойства, как и алюминиевые, а значение теплопроводности будет изменяться от 100 до 200 единиц, в зависимости от количества цинка и других примесей в составе сплава латуни.
Коэффициент теплопроводности чистого никеля считается низким, он будет менять свое значение от 67 до 57 Вт/м*град. Сплавы с содержанием никеля, будут также иметь коэффициент с пониженным значением, который, благодаря содержанию железа и цинка, колеблется от 20 до 50 Вт/м*град. А наличие хрома, позволит понизить теплопроводность в металлах до 12 единиц, с небольшим увеличением этой величины, при нагреве.
Применение
Агрегатное состояние материалов имеет отличительную структуру строения молекул и атомов. Именно это оказывает большое влияние на металлические изделия и их свойства, в зависимости от назначения.
Отличающийся химический состав узлов и деталей из железа, позволяет обладать различной теплопроводностью. Это связано со структурой таких металлов как чугун, сталь, медь и алюминий. Пористость чугунных изделий способствует медленному нагреванию, а плотность медной структуры – наоборот, ускоряет процесс теплоотдачи. Эти свойства используют для быстрого отвода тепла или постепенного нагревания продукции инертного назначения. Примером использования свойств металлических изделий является:
Медные трубки широко используют в радиаторах автомобильных систем охлаждения и кондиционеров, применяемых в быту. Чугунные батареи сохраняют тепло в квартире, даже при непостоянной подаче теплоносителя требуемой температуры. А радиаторы из алюминия, способствуют быстрой передаче тепла отапливаемому помещению.
При возникновении высокой температуры, в результате трения металлических поверхностей, также важно учитывать теплопроводность изделия. В любом редукторе или другом механическом оборудовании, способность отводить тепло, позволит деталям механизма сохранить прочность и не быть подвергнутыми разрушению, в процессе эксплуатации. Знание свойств теплопередачи различных материалов, позволит грамотно применить те или иные сплавы из цветных или черных металлов.
Теплопроводность металлов и ее применение
Металлы – это вещества, имеющие кристаллическую структуру. При нагревании они способны плавиться, то есть переходить в текучее состояние. Одни из них имеют невысокую температуру плавления: их можно расплавить, поместив в обычную ложку и держа над пламенем свечи. Это свинец и олово. Другие возможно расплавить только в специальных печах. Высокой температурой плавления обладают медь и железо. Для ее понижения в металл вводят добавки. Полученные сплавы (сталь, бронза, чугун, латунь) имеют температуру плавления ниже, чем исходный металл.
От чего же зависит температура плавления металлов? Все они имеют определенные характеристики – теплоемкость и теплопроводность металлов. Теплоемкостью называют способность при нагревании поглощать теплоту. Ее численный показатель – удельная теплоемкость. Под ней подразумевается количество энергии, которое способна поглотить единица массы металла, нагреваемая на 1°С. От этого показателя зависит расход топлива на нагревание металлической заготовки до нужной температуры. Теплоемкость большинства металлов находится в пределах 300-400 Дж/(кг*К), металлических сплавов – 100-2000 Дж/(кг*К).
Теплопроводность металлов – это перенос тепла от более горячих частиц к более холодным по закону Фурье при их макроскопической неподвижности. Она зависит от структуры материала, его химического состава и типа межатомной связи. В металлах передача тепла производится электронами, в других твердых материалах – фононами. Теплопроводность металлов тем выше, чем более совершенную кристаллическую структуру они имеют. Чем больше металл имеет примесей, тем более искажена кристаллическая решетка, и тем ниже теплопроводность. Легирование вносит такие искажения в структуру металлов и понижает теплопроводность относительно основного металла.
У всех металлов хорошая теплопроводность, но у одних выше, чем у других. Пример таких металлов – золото, медь, серебро. Более низкая теплопроводность – у олова, алюминия, железа. Повышенная теплопроводность металлов является достоинством либо недостатком, в зависимости от сферы их использования. Например, она необходима металлической посуде для быстрого нагрева пищи. В то же время применение металлов с высокой теплопроводностью для изготовления ручек посуды затрудняет ее использование – ручки слишком быстро нагреваются, и до них невозможно дотронуться. Поэтому здесь используют теплоизолирующие материалы.
Еще одна характеристика металла, влияющая на его свойства – тепловое расширение. Оно выглядит как увеличение в объеме металла при его нагревании и уменьшение – при охлаждении. Это явление обязательно необходимо учитывать при изготовлении металлических изделий. Так, например, крышки кастрюль делают накладными, у чайников тоже предусмотрен зазор между крышкой и корпусом, чтобы при нагревании крышку не заклинило.
Для каждого металла вычислен коэффициент теплового расширения. Его определяют нагреванием на 1°С опытного образца, имеющего длину 1 м. Самый большой коэффициент имеют свинец, цинк, олово. Поменьше он у меди и серебра. Еще ниже – железа и золота.
По химическим свойствам металлы делятся на несколько групп. Существуют активные металлы (например, калий или натрий), способные мгновенно вступать в реакцию с воздухом или водой. Шесть самых активных металлов, составляющий первую группу периодической таблицы, называют щелочными. Они имеют маленькую температуру плавления и так мягки, что могут быть разрезаны ножом. Соединяясь с водой, они образуют щелочные растворы, отсюда и их название.
Вторую группу составляют щелочноземельные металлы – кальций, магний и пр. Они входят в состав многих минералов, более твердые и тугоплавкие. Примерами металлов следующих, третьей и четвертой групп, могут служить свинец и алюминий. Это довольно мягкие металлы и они часто используются в сплавах. Переходные металлы (железо, хром, никель, медь, золото, серебро) менее активны, более ковки и часто применяются в промышленности в виде сплавов.
Положение каждого металла в ряду активности характеризует его способность вступать в реакцию. Чем активнее металл, тем легче он забирает кислород. Их очень трудно выделить из соединений, в то время, как малоактивные виды металлов можно встретить в чистом виде. Самые активные из них – калий и натрий – хранят в керосине, вне его они сразу же окисляются. Из металлов, используемых в промышленности, наименее активным является медь. Из нее делают резервуары и трубы для горячей воды, а также электрические провода.
Теплопроводность чистых металлов
Теплопроводность металлов в зависимости от температуры
Таблица теплопроводности металлов содержит значения теплопроводности следующих чистых металлов: алюминий Al, кадмий Cd, натрий Na, серебро Ag, калий K, никель Ni, свинец Pb, кобальт Co, бериллий Be, литий Li, сурьма Sb, висмут Bi, магний Mg, цинк Zn, вольфрам W, олово Sn, уран U, железо Fe, палладий Pd, цирконий Zr, марганец Mn, платина Pt, золото Au, медь Cu, родий Rh, таллий Tl, молибден Mo, тантал Ta, иридий Ir.
Следует отметить, что теплопроводность металлов изменяется в широких пределах и может отличаться в десятки раз в одних и тех же условиях. Например, из приведенных в таблице металлов, наибольшей теплопроводностью обладает такой металл, как серебро Ag — его коэффициент теплопроводности равен 392 Вт/(м·град) при 100°С и это самый теплопроводный металл. Наименьшее значение теплопроводности при этой же температуре соответствует металлу висмут Bi с теплопроводностью всего 7,7 Вт/(м·град).
Теплопроводность большинства металлов при нагревании снижается. Их максимальная теплопроводность достигается при низких отрицательных температурах. Например, при температуре минус 100°С серебро имеет теплопроводность 419,8, а висмут — 11,9 Вт/(м·град).
Примечание: В таблице также даны значения теплопроводности металлов сверх-высокой чистоты (до 99,999%). Значение коэффициента теплопроводности в таблице указано в размерности Вт/(м·град).
Добавить комментарий Отменить ответ
Теплопроводность строительных материалов, их плотность и теплоемкость
Плотность, теплопроводность и удельная теплоемкость строительных и других популярных материалов. Более 400 материалов в таблице!
Плотность воды, теплопроводность и физические свойства H2O
Подробные таблицы значений плотности воды, ее теплопроводности и других теплофизических свойств в зависимости от температуры…
Физические свойства воздуха: плотность, вязкость, удельная теплоемкость
Таблицы физических свойств воздуха: плотность воздуха, его удельная теплоемкость и вязкость в зависимости от температуры…
Теплопроводность стали и чугуна. Теплофизические свойства стали
Теплопроводность стали и чугуна, физические свойства стали в таблицах при различной температуре…
Оргстекло: тепловые и механические характеристики
Рассмотрены тепловые, механические, оптические и электрические характеристики органического стекла…
Физические свойства технической соли
Насыпная плотность, удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности и другие физические свойства технической соли…
Характеристики теплоизоляционных плит Изорок (Isoroc)
Плотность, коэффициент теплопроводности и другие важнейшие характеристики теплоизоляционных плит Изорок различных модификаций…
Удельное электрическое сопротивление стали при различных температурах
Представлены таблицы значений удельного электрического сопротивления сталей различных типов и марок при температурах от 0 до 1350°С…
Теплопроводность, плотность углекислого газа, свойства CO2
Плотность и другие свойства углекислого газа CO2 в зависимости от температуры и давления В таблице…
Свойства и плотность азотной кислоты HNO3
В таблице представлены свойства безводной (концентрированной) азотной кислоты HNO3 в зависимости от температуры при отрицательной…
Температура плавления керамики
Температура плавления керамики распространенных типов В таблице представлены значения температуры плавления керамики различного состава. Температура…
Теплопроводность цветных металлов, теплоемкость и плотность сплавов
Коэффициенты теплопроводности, теплоемкость и плотность распространенных металлов и сплавов в зависимости от температуры…
Теплопроводность сплавов меди. Температура плавления латуни и бронзы
Теплопроводность латуни и бронзы В таблице приведены значения теплопроводности латуни, бронзы, а также медно-никелевых сплавов…
Плотность, теплопроводность, теплоемкость кислорода O2
Плотность, теплоемкость, свойства кислорода O2 В таблице представлены теплофизические свойства кислорода такие, как плотность, энтальпия, энтропия,…
Теплопроводность, теплоемкость, свойства фреона-113 (R113, CCl2FCClF2)
В таблице представлены теплофизические свойства жидкого фреона-113 на линии насыщения в зависимости от температуры, в…
Температуропроводность металлов
В таблице представлены значения коэффициента температуропроводности чистых металлов в зависимости от температуры. Температуропроводность металлов указана…
Свойства маргарина
Свойства маргарина распространенных сортов Плотность, теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность представлены для животного, безмолочного и сливочного…
НАГРЕВ МЕТАЛЛА
Нагрев металла для обработки давлением производится главным образом с целью повышения его пластичности и уменьшения сопротивления деформированию. Нагрев является одной из важнейших операций обработки металлов давлением, от которой в большой степени зависит точность размеров изделий, их качество, правильное использование оборудования, инструмента и др. Нагрев должен обеспечить равномерную температуру по сечению заготовки, её минимальное окисление и обезуглероживание.
Способ нагрева определяется характером передачи тепла металлу. Если тепло передаётся металлу за счёт соприкосновения его поверхности с какой-либо средой (газообразной, жидкой или твёрдой), нагретой до более высокой температуры, то такой способ является косвенным. Если тепло аккумулируется непосредственно в самом металле (в поверхностном слое или во всем сечении), а температура окружающей среды остаётся ниже температуры металла, то такой способ нагрева называется прямым.
Производительность нагревательного устройства зависит от скорости нагрева металла и при прочих равных условиях возрастает с увеличением скорости нагрева. Однако для качества металла небезразлично, с какой скоростью производить нагрев. При медленном нагреве помимо снижения производительности может возникнуть брак металла из-за обезуглероживания, окисления. При быстром нагреве из-за чрезмерно большой разницы температуры между поверхностью и серединой заготовки могут появиться трещины.
Таким образом, существует максимальная скорость нагрева, при которой будет обеспечено высокое качество изделия при наименьших затратах; эту скорость называют допустимой. Скорость нагрева может быть выражена величиной, показывающей повышение температуры металла в единицу времени (град/с, град/мин), или временем нагрева, приходящимся на каждую единицу толщины (мин/см, с/мм).
Скорость нагрева зависит от ряда факторов, главными из которых являются: перепад температур по сечению заготовки, форма и размер поперечного сечения заготовки, теплофизические свойства металла, способ нагрева.
Процесс нагрева может быть разбит на два периода. Первый характеризуется максимальным перепадом температур по сечению заготовки ∆tmax; второй – конечным перепадом температур ∆tк, когда поверхность заготовки достигла температуры верхнего предела ∆tв.п..
Первый период является наиболее опасным с точки зрения образования трещин, так как в этот период получается максимальный перепад температур между поверхностью и центром заготовки ∆tmax. Перепад температур ∆tmax вызывает появление в заготовке тепловых напряжений, являющихся следствием различного теплового расширения наружных и центральных слоёв заготовки. Поверхностные слои заготовки, как более нагретые, стремятся расшириться, увеличиться в объёме, чему препятствуют внутренние, более холодные слои. В результате этого в поверхностных слоях возникают сжимающие напряжения, а во внутренних – растягивающие. Величина этих напряжений тем больше, чем больше разность температур и чем ниже общая температура металла, при которой они возникли. Если в нагреваемой заготовке имелись остаточные внутренние напряжения, то при быстром нагреве последние, суммируясь с тепловыми напряжениями, могут превысить прочность металла и вызвать образование в ней трещин.
Помимо указанных напряжений при нагреве могут возникать структурные напряжения, являющиеся результатом структурных превращений, сопровождающиеся изменением объёма фаз. Однако эти напряжения возникают при таких температурах, при которых металл обладает достаточно высокой пластичностью, и поэтому не представляют опасности.
Так как различные металлы и сплавы обладают различной пластичностью и различными скоростями протекания процесса рекристаллизации, то в каждом конкретном случае деформирования необходимо опытное определение допустимого перепада температур. Установлено, что при обработке давлением малоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей перепад температур ∆tк в 100˚ не оказывает влияния на качество металла.
Размер поперечного сечения сказывается на величине тепловых напряжений, которые тем больше, чем больше сечение. Следовательно, с увеличением поперечного сечения заготовки скорость нагрева должна уменьшаться.
Основными характеристиками теплофизических свойств, влияющими на скорость нагрева металла, являются: теплопроводность, теплоёмкость, удельный вес, электросопротивление и магнитная проницаемость. Влияние теплоёмкости, теплопроводности и удельного веса может быть учтено так называемой температуропроводностью, характеризующей скорость распространения температуры в металле.
Коэффициент температуропроводности определяется из выражения
, (8)
где а – коэффициент температуропроводности, м 2 /ч;
λ – коэффициент теплопроводности, ккал/м∙ч∙град (Вт/м∙град);
с – удельная теплоёмкость, ккал/кг∙град (Дж/кг∙град);
γ – удельный вес, кг/м 3 (Н/м 3 ).
При электрических способах нагрева на распространение тепла в металле помимо температуропроводности оказывает влияние электросопротивление и магнитная проницаемость, так как они характеризуют количество поглощаемой заготовкой энергии при протекании по ней электрического тока. При нагреве возможно образование дефектов или брака.
Нагрев стали до температуры выше верхнего предела температурного интервала ∆tв.п. сопровождается интенсивным ростом зерна. Это явление называется перегревом. Перегрев также может явиться результатом длительной выдержки металла и при более низкой температуре. Перегрев снижает механические свойства стали, особенно ударную вязкость. В большинстве случаев перегрев можно исправить отжигом или нормализацией, однако в случаях, когда зёрна стали теряют способность к рекристаллизации, перегрев неисправим. При нагреве до температуры, значительно превышающей верхний предел выше температуры перегрева, интенсивное окисление металла происходит не только с поверхности, но и по границам зёрен с частичным их оплавлением; при этом связь между зёрнами нарушается, и металл при деформации разрушается. Это явление носит название пережога. Пережог является неисправимым видом брака.
При высоких температурах происходит активное химическое взаимодействие стали с окружающими газами (печными и воздухом), в результате чего её поверхностные слои окисляются и обезуглероживаются. Окисление поверхности металла называется угаром. Окисленный слой представляет собой окалину, образующуюся в результате диффузионного процесса окисления железа и примесей, входящих в состав стали. Окалина состоит из окислов железа в виде соединений Fe2O3, Fe3O4, FeO, располагающихся как бы в трёх слоях. Окислителями стали помимо кислорода являются углекислый газ, сернистый газ и водяной пар.
Активное окалинообразование при нагреве стали начинается при температуре около 700 ˚С и возрастает особенно быстро при температурах выше 900 ˚С. На величину угара влияют: температура нагрева, атмосфера рабочего пространства нагревательного устройства, продолжительность нагрева, химический состав металла, а также форма и размеры нагреваемой заготовки.
Угар причиняет ущерб производству, так как кроме безвозвратных потерь металла окалина при деформации вдавливается в поверхность металла, вызывая необходимость увеличения припусков на механическую обработку.
Окалина, являясь весьма твёрдым веществом, подобным наждаку, ускоряет в 1,5–2 раза износ инструмента (штампов, бойков, прокатных валков и т.п.), кроме того, взаимодействуя с подом и футеровкой нагревательных устройств, подвергает их разрушению.
В связи с причиняемым угаром ущербом необходимо принимать меры по его снижению и устранению его влияния на инструмент. С этой целью применяются методы ускоренного нагрева, нагрев металла с покрытиями, нагрев в нейтральной, восстановительной или защитной атмосферах. Однако полную защиту металла в процессе нагрева осуществить не удаётся, поэтому перед пластической деформацией применяют различные способы удаления окалины: при прокатке – предварительное пропускание слитков между рифлёными валками, сбивающими окалину; при штамповке – предварительную осадку заготовок или гидроочистку, заключающуюся в кратковременном действии на заготовку несколькими струями воды под давлением 10–15 МН/м².
Обезуглероживание стали, распространяющееся в отдельных случаях на глубину до 1,5–2 мм, заключается в выгорании углерода из её поверхностных слоёв (за счёт взаимодействия с кислородом и водородом).
Принципиально обезуглероживание зависит от тех же факторов, что и угар, поэтому мероприятия, снижающие угар, одновременно уменьшают и обезуглероживание.
| | | следующая лекция ==> | |
| ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ПЛАСТИЧНОСТЬ И СОПРОТИВЛЕНИЕ МЕТАЛЛА ДЕФОРМИРОВАНИЮ | | | НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА |
Дата добавления: 2014-01-20 ; Просмотров: 3200 ; Нарушение авторских прав?
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Нож, который нагревается и маркетологи, которые нагревают
Цена такого столового прибора — 20$
Первый вопрос, который у меня возник: “почему титан?”
Показатели теплопроводности титана и столовой нержавейки практически одинаковы (ок. 17 Вт/мК), вот только титан в разы дороже. Кроме того, нержавеющая сталь превосходит титан в твёрдости (хоть для масла это и не так существенно). Фишка титана — малая плотность и высокая пластичность при относительно высокой температуре плавления, а также устойчивость в агрессивных средах благодаря оксидной плёнке. К примеру, титановые ножи действительно востребованы у дайверов, поскольку стальные могут быстро попортиться от морской воды. А здесь очевидно маркетинговый ход из разряда “Гля, да это же мать его ТИТАН!”
Но далее разберемся подробно. Внутри ножа присутствуют тепловые трубки из медного сплава. Для тех, кто не в курсе, тепловая трубка это такой элемент системы охлаждения или нагревания, принцип работы которого основан на том, что в закрытой трубке из теплопроводящего сплава находится легкокипящая жидкость. Перенос тепла происходит за счёт того, что жидкость испаряется на горячем конце трубки, поглощая теплоту испарения, и конденсируется на холодном. В общем, если вы когда-нибудь разбирали ноутбук или компьютер и видели медную трубу в системе охлаждения – это и есть теплотрубка.
Суть в том, что теплопроводность меди ок 401 Вт/мК (медных сплавов ближе к 300 Вт/мК). Иначе говоря 401 джоуль энергии в секунду (то есть, 401 ватт) передается в меди на расстояние один метр вследствие разницы температур в один кельвин. Но это если бы был внутри медный стержень. В данном случае у тепловой трубки эффективная теплопроводность может составлять от 10000 до 100000 Вт/мК (т.е. “холодному” концу ножа будет передаваться значительное количество энергии от “горячего” и они будут примерно одинаковой температуры)
На цифрах всё конечно же работает, но...
1) Тепловая трубка в титане, который, как я уже говорил, не самый теплопроводящий металл. Соответственно, энергия от тепловой трубки будет передаваться титану, которая будет “ползти” до лезвия гораздо медленнее.
1. Титан в кухонном ноже не играет никакой роли.
3. Единственная ситуация, где может пригодиться этот мегадевайс – вам захотелось нарезать масло зимой на улице, но обычным ножом вы по какой-то причине этого сделать не можете.
И не стоит забывать, что ничего кроме масла или иных мягких продуктов вы не сможете им нарезать из-за отсутствия острого лезвия.
В общем, вся эта ситуация с “нагревающимся титановым ножом для масла” напоминает хлебный троллейбус. за 20$.