Теплопроводность чугуна и алюминия

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

Что такое теплопроводность

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

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

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

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

Показатели для стали

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

Существуют и другие особенности теплопроводности:

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

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

Влияние концентрации углерода

Концентрация углерода в стали влияет на величину теплопередачи:

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

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

Значение в быту и производстве

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

  1. При изготовлении различных теплообменников. Тепло является одним из важных носителей энергии. Его используют для обеспечения комфортных условий проживания в жилых и иных помещениях. При создании отопительных радиаторов и бойлеров важно обеспечить быструю и полную передачу тепла от теплоносителя к конечному потребителю.
  2. При изготовлении отводящих элементов. Часто можно встретить ситуацию, когда нужно провести не подачу тепла, а отвод. Примером назовем случай отвода тепла от режущей кромки инструмента или зубьев шестерни. Для того чтобы металл не терял свои основные эксплуатационные качества, обеспечивается быстрый отвод тепловой энергии.
  3. При создании изоляционных прослоек. В некоторых случаях материал не должен проводить передачу тепловой энергии. Для подобных условий эксплуатации выбирается металл, который обладает низким коэффициентом проводимости тепла.
Читайте также:  3000 Ампер на сколько зарядок хватит

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

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

Что такое теплопроводность

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

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

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

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

Показатели для стали

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

Существуют и другие особенности теплопроводности:

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

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

Влияние концентрации углерода

Концентрация углерода в стали влияет на величину теплопередачи:

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

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

Значение в быту и производстве

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

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

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

Наверное, все при ремонте сталкивались с такой проблемой, оставить чугунные батареи или поставить, модные сейчас алюминиевые батареи. Вопрос не легкий, до сих пор идут споры. Кто-то защищает чугунные батареи, мол — «проверены годами», кто-то однозначно стоит за алюминиевые батареи, называя их эстетичными и высокопроизводительными. У каждого, правда своя. Но все, же чугунные или алюминиевые батареи? Давайте подумаем……..

Отопительный период в условиях России тянется от двух до восьми месяцев в году, и чем севернее находится местность, тем отопительный сезон длится дольше. Также с каждым годом растут цены на энергоносители, газ, электричество. И вопрос экономии становится на первое место. Соответственно мы задаемся вопросом, как экономично нагреть пространство, какие трубы применить для отопления, из какого материала? Чугун или алюминий? Если вспомнить школьный курс физики, то становится понятно, что нагрев помещения зависит от такой величины как теплопроводность материала. Теплопроводность материала – это передача тепла от нагретых источников к холодным, посредством движения молекул и атомов. Так какой же металл стоит на первом месте по теплопроводности (я не беру драгоценные и дорогие металлы). На первом месте стоит медь, затем идет алюминий, а уже потом идут чугун и сталь. Причем теплопроводность алюминия, хуже, чем у меди в 4 раза, а теплопроводность чугуна хуже, теплопроводности меди в 8 – 10 раз. Так что самый лучший материал это медь. Однако медь достаточно дорогой и хрупкий материал. Радиатор из меди стоял бы в 3 – 4 раза дороже, чем из алюминия и в 10 раз дороже, чем чугунный. Теперь предлагаю поговорить о самих батареях.

Чугунная батарея

Как мы узнали, чугун имеет самую низкую теплопроводность. А при наличии своего локального отопления, от котла, вы будете тратить больше энергоносителей (газ, электричество) для отопления площади. Соответственно такая система будет работать неэффективно. Секция из чугуна весом в 8 килограмм, вмещает в себя 4,5 — 6 литров воды. Для того чтобы вам протопить комнату в 13 квадратных метров, вам нужно установить, чугунную батарею из 10 секций (примерно 1 секция протопит — 1,2 – 1,3 метра квадратных). Теперь представьте сколько нужно воды или незамерзающей жидкости, для того чтобы протопить полностью квартиру или дом. Это десятки, если не сотни литров. Большой объем воды требует большой теплоотдачи от котла, то есть котел должен работать практически на максимуме, разогревать жидкость до 70 – 80 градусов, чтобы в батарею она попала температурой 60 – 70 градусов. С эстетической части вопроса, чугун также проигрывает. Батареи из чугуна, сделаны грубо, и часто не вписываются в интерьер. На них конечно можно купить защитные белые щиты (или креативно украсить, под старину), но это дополнительные расходы. Единственный плюс чугунных батарей, это их прочность, по сравнению с оппонентом. Чугун очень прочный материал, и сломать такую батарею не просто, даже если вы что-то уроните или чем-то заденете ее. Конечно, подвержен ржавчине или гниению, однако этот процесс не такой быстрый как у стали. Наверное, все помнят чугунные батареи в доме у родителей, которые уже прослужили не один десяток лет. Если подвести итог, чугунная батарея это устаревший отопительный элемент. Теперь предлагаю поговорить об алюминиевой батарее.

Читайте также:  Все сайты знакомств в россии

Алюминиевая батарея

Давайте рассмотрим следующие типы батарей, на этот раз разговор пойдет об алюминии. Скажу сразу алюминиевая батарея намного эффективнее. Как мы уже разобрались выше, алюминий имеет большую теплопроводность, чем у чугуна. Одна секция алюминиевого радиатора, потребляет всего от 0,7 до 1,0 литра воды, то есть в 4 раза меньше, а тепло такая секция выделяет больше. В среднем 1 секция алюминиевого радиатора способна отопить 1,8 – 2,0 квадратных метра площади, что почти в два раза больше чем у чугуна. Вес одной секции алюминиевого радиатора около 2 килограмм. Так как алюминиевая батарея требует меньше жидкости, то и в системе отопления, такой жидкости будет намного меньше. Что позволит работать котлу (в частном доме), в щадящем режиме. Если у вас частный дом, то с алюминиевыми радиаторами, принято ставить газовый котел, который имеет двигатели. Эти двигатели толкают воду (жидкость) по системе отопления, а соответственно система быстрее нагревается и быстрее отдает тепло (алюминиевые батареи). Таким образом, экономии газа можно достичь до нескольких раз. На алюминиевые радиаторы можно поставить клапаны регулировки, это такие ручки которые позволяют регулировать температуру батареи, если в комнате слишком жарко, на чугун такие клапаны не устанавливаются. Опять же эстетически алюминиевая батарея намного выигрывает у чугунной, алюминий не гниет, а значит, такую батарею не нужно будет красить каждый год или два. Алюминий можно закрепить даже на стене из ГВЛ, потому как сама батарея очень легкая, а вот чугунную батарею закрепить на стене из ГВЛ не удастся, потому как она нереально тяжелая. Единственный минус таких батарей, это их хрупкость. Производители чтобы добиться максимальной теплоотдачи, делают стенки батарей очень тонкими, и поэтому, при установки нужно с ними обращаться очень аккуратно. Одно не правильное действие, и вам нужно будет покупать новую секцию. Также не стоит ничего ронять на алюминиевые батареи, по причине их хрупкости. Бывали случаи, когда край стола, резко придвинутого к батареи пробивал ее. Так что будьте аккуратны. Но есть и более прочные варианты батарей, так называемые БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ.

Итог. Таким образом, алюминиевая батарея намного эффективнее, эстетичнее и, если так можно выразиться, экономичнее в эксплуатации. Чугун доживает свой век, к сожалению, чугунные батареи, как мне кажется, скоро сойдут на нет. На этом все.