Теплопроводность алюминия и чугуна. Физические свойства металла

Теплопроводность алюминия и чугуна. Физические свойства металла

Алюминий — это химический элемент (атомный № 13) Он принадлежит к группе легких металлов и является распространенным элементом, находящимся в земной коре. Парамагнитный металл обладает серебристо-белым цветом, он очень легко поддается механической обработке, из него удобно отливать изделия.

Металл обладает высокой тепло- и электропроводностью. Он устойчив к воздействию воздуха за счет способности формирования пленок из оксида металла, защищающих поверхность от влияния внешней среды.

Разрушается пленка под воздействием щелочных растворов. Для предотвращения реакции металла с агрессивными жидкостями в сплав добавляют индий, олово или галлий.

Удельная теплота плавления составляет 390 кДж/кг, а испарения – 10,53 МДж/кг. Металл кипит при температуре 2500°C. Градиент плавления зависит от степени очистки материала и составляет соответственно:

• для технического сырья +658°C;
• для металла с очисткой высшего класса +660 °C.

Алюминий легко формирует сплавы, среди которых всем известны соединения с медью, магнием, кремнием. В ювелирной отрасли этот металл сочетают с золотом, что придает составу новые физические свойства.

Алюминий легко образует сплавы.

В природе химический элемент образует естественные соединения. Он находится в составе таких минералов, как:

• нефелин;
• боксит;
• корунд;
• полевой шпат;
• каолинит;
• берилл;
• изумруд;
• хризоберилл.

В некоторых местах (жерла вулканов) можно обнаружить в незначительных количествах самородный металл.

Теплоемкость стали. Удельная теплоемкость стали распространенных марок

В сводной таблице представлена удельная теплоемкость стали распространенных марок: углеродистых, низко- и высоколегированных сталей, а также чугуна при различной температуре.
Приведены значения средней удельной теплоемкости низколегированных сталей, углеродистых сталей при различных температурах, указана теплоемкость высоколегированных сталей с особыми свойствами в зависимости от температуры.

По данным таблицы видно, что значение удельной теплоемкости стали с ростом температуры увеличивается. Следует отметить, что теплоемкость стали при комнатной температуре находится в диапазоне от 440 до 550 Дж/(кг·град); удельная теплоемкость стали в таблице представлена в интервале температуры от 20 до 1000°С.

Чугун или алюминий казан. Детальнее про процессы

Многие факторы, например, вкусовые качества, цвет пищи, консистенция её поверхности определяются следующими критериями:

• степенью интенсивности тепловой передачи готовящемуся блюду,
• высшими температурными показателями продуктов в процессе термической обработки,
• продолжительностью этой обработки,
• равномерностью расхождения тепла внутри готовящихся продуктов.

Во многих случаях в казане продукты получают тепло от непосредственного их контакта с его стенками

Ещё в этой посуде часто приготавливаются вязкие и густые кушанья. В этом случае тепло с использованием конвекции передаётся проблематично. И здесь огромное значение имеют теплофизические характеристики материала казана.

Главными показателями для анализа этих характеристик являются удельные:

• Масса (УМ).
• Проводимость тепла (УПТ).
• Теплоёмкость (УТ).

Далее представлены данные по этим трём критериям применительно к указанным материалам.

По первой оценке лидирует чугун. У него хороший показатель массы, отлично накапливает тепло, быстро передаёт его готовящимся продуктам. По мнению некоторых домашних кулинаров, чугунный казан нужно только нагреть до определённых кондиций, дальше он сам всё грамотно приготовит.

При сравнении качеств изделий из обозначенных металлов, при условии, что у них нет различий по форме и плотности стенок, получается следующее.

Масса алюминиевой ёмкости – 2.6 кг, а чугунной – 7,85 кг.

По определению чугунный аналог может концентрировать и равномерно сосредотачивать очень много тепла. Но по УТ чугун почти вдвое уступает алюминию. И его конкурент, чья масса втрое меньше, накапливает тепла меньше лишь в 1.5 раза.

По УПТ алюминий обгоняет чугун в 4,5 раза

Если ёмкость применяется на бытовой плите, действующей от газа, то пламя касается его днища только в определённых точках. В казане греется вода. Когда она закипает, пузырьки возникают именно в этих точках. И если есть пригорания пищи в чугунной ёмкости, то только по окружности горения газа. Особенно эта картина наблюдается часто в версиях с плоским днищем.

Также румянец появляется на тех продуктах, готовящихся в чугунном сосуде и находящихся в самом его низу. А те продуктовые элементы, что затрагивали боковые стенки в процессе готовки, не темнеют.

В изделии из алюминия ширина пятна от газа в 4 раза больше. Пятно покрывает почти всё дно. Какой-то процент тепла уходит в стенки казана. И кулинарный результат получается существенно лучше.

В полусферическом чугуном казане нагрев от потоков горячего воздуха слабее, чем в алюминиевой версии. Причина заключается в разнице УПТ.

Теплопроводность чугуна. Теплофизические свойства чугуна

Коэффициент линейного расширения α , удельная теплоемкость с и теплопроводность λ зависят от состава и структуры чугуна, а также от температуры. Поэтому значения их приводят в соответствующем интервале температур. С повышением температуры значения α и с обычно увеличиваются, а λ уменьшается (табл 1).

Коэффициент линейного расширения α и удельная теплоемкость c реальных неоднородных структур, в том числе чугуна, может быть определена по правилу смешения:

Теплопроводность сплавов и смесей в отличие от коэффициента α и теплоемкости c не может быть определена по правилу смешения. Влияние отдельных элементов на теплопроводность расчетным путем можно установить лишь приближенно.

На коэффициент α и удельную теплоемкость с влияет главным образом состав чугуна, а на теплопроводность λ — степень графитизации, дисперсность структуры, неметаллические включения и т. п.

Коэффициент линейного расширения определяет не только изменения размеров в зависимости от температуры, но и напряжения, образующиеся в отливках. Уменьшение α является полезным с этих позиции и облегчает условия получения качественных отливок. Но в случае совместной работы чугунных деталей с деталями из цветных сплавов или других материалов, имеющих больший коэффициент линейного расширения, приходится стремиться к увеличению значения α для чугуна.

Теплоемкость и теплопроводность имеют большое значение для таких отливок, как отопительные трубы, изложницы, детали холодильных установок и двигателей внутреннего сгорания и т.д., так как определяют равномерность распределения температуры в отливках и интенсивность отвода теплоты.

В табл. 3 приведены теплофизические свойства чугунов различных групп.

Плотность чугуна. Таблица плотности металлов (кг/м3): какова плотность чугуна

Довольно большое распространение получил чугун. Как и другие металлы, он обладает довольно большим количеством физико-механических свойств, среди которых можно отметить удельный вес. Этот показатель зачастую берется из технической литературы при производстве самых различных изделий.

Определение и характеристика плотности

Плотность — физическая величина, определяющая соотношение массы к объему. Подобным физико-механическим показателем характеризуются практически все материалы. Стоит учитывать, что соответствующий показатель плотности алюминия, меди и чугуна существенно отличаются.

Рассматриваемое физико-механическое качество определяет:

1. Некоторые физико-механические свойства. В большинстве случаев повышение плотности связано с уменьшением зернистости структуры. Чем меньше расстояние между отдельными частицами, тем более прочная образуется связь между ними, повышается твердость и снижается пластичность.
2. С уменьшением расстояния между частицами увеличивается их количество и вес материала. Поэтому при создании автомобилей, самолетов и другой техники выбирается материал, который обладает легкостью и достаточной прочностью. Например, плотность алюминия кг м3 составляет около 2 700, в то время как плотность металла кг м3 более, чем в два раза больше.

Существуют специальные таблицы плотности металлов , в которых указывается рассматриваемый показатель для стали и цветных сплавов, а также чугуна.

Распространение и применение чугуна

Чугун стал обширно применяться много лет назад. Это связано с тем, что материал довольно прост в производстве и обладает довольно привлекательными эксплуатационными качествами. Выделяют следующие разновидности этого материала:

1. Высокопрочный: применяется при производстве изделий, которые должны обладать повышенной прочностью. Получается подобная структура за счет добавления в состав примеси магния. Отличается высокой устойчивостью к изгибу и другому воздействию, не связанному с переменными нагрузками.
2. Ковкий чугун: обладает структурой, которая легко поддается ковке за счет высокой пластичности. Процесс производства предусматривает выполнения отжига.
3. Половинчатый: обладает неоднородной структурой , которая во многом и определяет основные механические качества материала.

Удельный вес во многом зависит от применяемого метода производства, а также химического состава. На свойства чугуна оказывают воздействие следующие примеси:

1. При добавлении в состав серы снижается тугоплавкость и повышается значение жидкотекучести.
2. Фосфор позволяет использовать материал для изготовления различных сложных изделий . Стоит учитывать, что за счет добавления в состав фосфора снижается прочность.
3. Кремний понижает температуру плавления и существенно улучшает свойства литья.
4. Марганец способен повысить прочность и твердость, но неблагоприятно влияет на литейные качества.

Рассматривая чугун, стоит уделить внимание следующей информации:

1. Серый чугун марки СЧ10 — самый легкий из всех производимых: 6800 кг/м³. С повышением марки также увеличивается и удельная масса.
2. Ковкая разновидность этого металла обладает значением 7000 кг/м³.
3. Высокопрочный имеет значение 7200 км/м³.

Плотность металлов, как и других материалов, рассчитывается по особой формуле. Она имеет прямое отношение к удельному весу. Поэтому два этих показателя довольно часто сравнивают между собой.

Особенности применяемой таблицы

Для того чтобы рассчитать вес будущего изделия, которое будет получено из чугуна, следует знать его размеры и показатель плотности. Линейные размеры определяются для того, чтобы рассчитать объем. Применяется расчетный метод определения веса изделия в том случае, когда нет возможности провести его взвешивание.

Рассматривая методические таблицы, стоит уделить внимание таким моментам:

1. Все металлы разделены на несколько групп.
2. Для каждого материала указывается наименование, а также ГОСТ.
3. В зависимости от температуры плавления указывается значение плотности.
4. Для определения физического значения удельной плотности в килограммах или других изменениях проводится перевод единиц изменения. К примеру, если нужно перевести граммы в килограммы, то проводится умножение табличного значения на 1000.

Определение удельного веса зачастую делается в специальных лабораториях. Это значение редко используется при проведении реальных расчетов во время изготовления изделий или строительства сооружений.