Yoga-mgn.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Таблица удельной теплоемкости некоторых металлов и сплавов

Удельная теплоемкость металлов при различных температурах

Представлена таблица значений массовой удельной теплоемкости металлов при различных температурах и постоянном давлении. Теплоемкость металлов в таблице указана при отрицательных и положительных температурах (от -253 до 3422°С). Определить удельную теплоемкость металла можно как величину, численно равную количеству теплоты, которое необходимо подвести к единице массы металла для увеличения его температуры на один градус.

Какова удельная теплоемкость металла? При средних и высоких температурах абсолютные значения и температурные зависимости удельной теплоемкости металлов различаются достаточно сильно. Так, при комнатных температурах наибольшей удельной теплоемкостью отличается литий — она равна 3390 Дж/(кг·град) при температуре 20°С. Также к металлам с высокой теплоемкостью при средних (до 350°С) температурах можно отнести такие металлы, как магний, алюминий, бериллий, натрий, плутоний.

Наименьшим значением теплоемкости обладают металлы с высокой атомной массой, например торий и уран. Удельная теплоемкость этих металлов равна, соответственно 113 и 116 Дж/(кг·град). Несмотря на столь большой диапазон изменения этой величины, имеют место некоторые схожие значения, наиболее хорошо прослеживающиеся для металлов одной подгруппы, что является следствием периодической системы Менделеева.

Следует отметить, что при низких отрицательных температурах металлы также имеют широкий диапазон значений теплоемкости. Например, при температуре -173°С по данным таблицы минимальной теплоемкостью обладает вольфрам. Теплоемкость вольфрама при этой температуре равна всего 87 Дж/(кг·град). Металлом с самой высокой теплоемкостью при отрицательных температурах является все тот же литий, имеющий низкую атомную массу.

Удельная теплоемкость металлов при различных температурах — таблица

МеталлТемпература,°СУдельная теплоемкость,
Дж/(кг·град)
Алюминий Al-173…27…127…327…527…661…727…1127…1327483…904…951…1037…1154…1177…1177…1177…1177
Барий Ba-173…27…127…327…527…729…927…1327177…206…249…290…316…300…292…278
Бериллий Be-173…27…127…327…527…727…927…1127…1287…1327203…1833…2179…2559…2825…3060…3281…3497…3329…3329
Ванадий V27…127…327…527…727…927…1127…1527…1947484…503…531…557…585…617…655…744…895
Висмут Bi27…127…272…327…527…727122…127…146…141…135…131
Вольфрам W-173…27…127…327…727…1127…1527…2127…2527…3127…342287…132…136…141…148…157…166…189…208…245…245
Гадолиний Gd27…127…327…527…727…1127…1312236…179…185…196…207…235…179
Галлий Ga-173…27…30…127…327…527…727266…384…410…394…382…378…376
Гафний Hf27…127…327…527…727…927…1127…1527…2127…2233144…147…156…165…169…183…192…211…202…247
Гольмий Ho27…127…327…527…727…927…1127…1327…1470…1527165…169…172…176…193…218…251…292…266…266
Диспрозий Dy27…127…327…527…727…927…1127…1327…1409…1527173…172…174…188…210…230…274…296…307…307
Европий Eu27…127…327…527…727…826…1127179…184…200…217…250…251…251
Железо Fe-173…27…127…327…527…727…1127…1327…1537216…450…490…572…678…990…639…670…830
Золото Au27…127…327…527…727…927…1105…1127129…131…135…140…145…155…170…166
Индий In-223…-173…27…127…157…327…527…727162…203…235…250…256…245…240…237
Иридий Ir27…127…327…527…727…927…1127…1327…2127…2450130…133…138…144…153…161…168…176…206…218
Иттербий Yb27…127…427…527…727…820…927155…159…175…178…208…219…219
Иттрий Y27…127…327…527…727…1127…1327…1522298…305…321…338…355…389…406…477
Кадмий Cd27…127…321…327…527231…242…265…265…265
Калий K-173…-53…0…20…63…100…300…500…700631…690…730…760…846…817…775…766…775
Кальций Ca-173…27…127…327…527…727…842…1127500…647…670…758…843…991…774…774
Кобальт Co27…127…327…527…727…1127…1327…1497…1727421…451…504…551…628…800…650…688…688
Лантан La27…127…327…527…727…920195…197…200…218…238…236
Литий Li-187…20…100…300…500…8002269…3390…3789…4237…4421…4572
Лютеций Lu27…127…327…527…727…1127…1327…1650153…153…156…163…173…207…229…274
Магний Mg-173…27…127…327…527…650…727…1127648…1025…1070…1157…1240…1410…1391…1330
Марганец Mn-173…27…127…327…527…727…1127…1246…1327271…478…517…581…622…685…789…838…838
Медь Cu27…127…327…527…727…927…1085…1327385…398…417…433…451…481…514…514
Молибден Mo27…127…327…527…727…1127…1327…1527…1727…2127…2623250…262…276…285…294…320…337…357…379…434…418
Мышьяк As-253…-233…-193…-123…-23…127…327…72715…75…175…275…314…339…354…383
Натрий Na-173…-53…-13…20…100…300…500…700977..1180…1200…1221…1385…1280…1270…1275
Неодим Nd27…127…327…527…727…927…1024…1127190…200…223…253…291…309…338…338
Нептуний Np127147
Никель Ni-173…-50…20…100…300…500…800…1000…1300…1455423…442…457…470…502…530…565…580…586…735
Ниобий Nb27…127…327…527…727…1127…1327…1527…1727…2127…2477263…274…285…293…301…322…335…350…366…404…450
Олово Sn-173…27…127…232…327…527…727187…229…244…248…242…236…235
Осмий Os27…127…327…527…727…1127…1327…1527…1727…1927130…132…136…140…144…152…156…160…164…168
Палладий Pd27…127…327…527…727…927…1127…1527244…249…256…264…277…291…306…343
Платина Pt27…127…327…527…727…1127…1527…1772133…136…141…147…152…163…174…178
Плутоний Pu27…127…327…527…727134…586…1500…2430…3340
Празеодим Pr27…127…327…527…727…935184…202…224…253…287…305
Радий Ra950136
Рений Re27…127…327…527…727…927…1127…1327…1527…1927136…139…145…151…157…163…168…174…180…192
Родий Rh27…127…327…527…727…1127…1327…1727243…253…273…293…311…342…355…376
Ртуть Hg-223…-173…-73…-39…27…127…227…32799…121…136…141…139…137…136…135
Рубидий Rb-173…-73…20…40…127…327…527…727299…321…356…364…361…356…359…368
Рутений Ru27…127…327…527…727…1127…1327…1527…1727…1927…2334238…241…251…265…278…306…325…346…367…389…414
Самарий Sm27…127…327…527…727…1078…1227197…221…272…293…300…313…334
Свинец Pb-223…-173…-73..27…127…227…328…527…727103…117…123…128…133…138…146…143…140
Серебро Ag27…127…327…527…727…962…1127235…239…250…256…277…310…310
Скандий Sc27…127…327…527…727…1127…1541…1627568…586…611…647…694…815…978…978
Стронций Sr-173…27…127…327…527…768…1127268…306…314…343…377…411…411
Сурьма Sb-223…-173…27…127…327…527…630…927100…163…209…213…224…234…275…275
Таллий Tl-173…27…127…303…727120…129…134…149…141
Тантал Ta27…127…327…527…727…1127…1527…2127…2327…2727…3022140…144…150…154…157…160…162…177…187…219…243
Тербий Tb27…127…327…527…727…1127…1357182…179…189…207…226…272…292
Технеций Tc27…127…327…527…727…1127…1327…2127…2200210…211…225…256…290…324…318…297…290
Титан Ti27…127…327…527…727…1127…1327…1527…1671…1727531…556…605…637…647…664…729…800…989…989
Торий Th-173…27…127…327…527…727…1127…1327…1750…192798…113…117…124…132…140…155…163…198…198
Тулий Tm27…127…327…527…727…1127…1327…1545159…161…163…175…186…204…213…244
Уран U-173…27…127…327…527…727…842…1127 1135…1327…192793…116…125…146…175…178…161…161…201…203…209
Хром Cr25…127…327…527…727…1127…1327…1527…1727…1907453…482…517…558…614…764…849…936…1020…962
Цезий Cs-173…27…29…127…327…527…727194…244…246…241…226…219…225
Церий Ce27…127…327…527…727…804…927292…202…228…246…268…269…269
Цинк Zn27…127…327…420…527…727389…403…436…480…480…480
Цирконий Zr27…127…327…527…727…1127…1327…1527…1727…1860279…295…321…345…367…325…341…360…381…467
Эрбий Er27…127…327…527…727…1127…1327…1505168…169…174…181…192…220…238…231

Зависимость удельной теплоемкости металлов от температуры различна. Наиболее сильную зависимость теплоемкости от температуры имеют плутоний и бериллий. Для многих металлов увеличение температуры приводит к постоянному росту их теплоемкости. У других металлов теплоемкость при нагревании увеличивается, а при достижении температуры плавления снижается или остается практически постоянной. Удельная теплоемкость металлов в жидком (расплавленном) состоянии практически не меняется.

Металлы в таблице расположены в алфавитном порядке, величина теплоемкости соответствует указанным температурам, допускается интерполяция значений. Например, удельную теплоемкость алюминия при температуре 90°С можно определить по таблице следующим образом: 904+(951-904)/(127-27)*90=946,3 Дж/(кг·град).

Свойства металлов

Плотность. Это — одна из важнейших характеристик металлов и сплавов. по плотности металлы делятся на следующие группы:

легкие (плотность не более 5 г/см 3 ) — магний, алюминий, титан и др.:

тяжелые — (плотность от 5 до 10 г/см 3 ) — железо, никель, медь, цинк, олово и др. (это наиболее обширная группа);

очень тяжелые (плотность более 10 г/см 3 ) — молибден, вольфрам, золото, свинец и др.

В таблице 2 приведен значения плотности металлов. (Это и последующие таблицы характеризуют свойства тех металлов, которые составляют основу сплавов для художественного литья).

Таблица 2. Плотность металла.

МеталлПлотность г/см 3МеталлПлотность г/см 3
Магний1,74Железо7,87
Алюминий2,70Медь8,94
Титан4,50Серебро10,50
Цинк7,14Свинец11,34
Олово7,29Золото19,32

Температура плавления. В зависимости от температуры плавления металл подразделяют на следующие группы:

легкоплавкие (температура плавления не превышает 600 o С) — цинк, олово, свинец, висмут и др.;

среднеплавкие (от 600 o С до 1600 o С) — к ним относятся почти половина металлов, в том числе магний, алюминий, железо, никель, медь, золото;

тугоплавкие ( более 1600 o С) — вольфрам, молибден, титан, хром и др.

Ртуть относится к жидкостям.

При изготовлении художественных отливок температура плавления металла или сплава определяет выбор плавильного агрегата и огнеупорного формовочного материала. При введении в металл добавок температура плавления, как правило, понижается.

Таблица 3. Температура плавления и кипения металлов.

МеталлТемпература, o СМеталлТемпература, o С
плавлениякипенияплавлениякипения
Олово2322600Серебро9602180
Свинец3271750Золото10632660
Цинк420907Медь10832580
Магний6501100Железо15392900
Алюминий6602400Титан16803300

Удельная теплоемкость. Это количество энергии, необходимое для повышения температуры единицы массы на один градус. Удельная теплоемкость уменьшается с увеличением порядкового номера элемента в таблице Менделеева. Зависимость удельной теплоемкости элемента в твердом состоянии от атомной массы описывается приближенно законом Дюлонга и Пти:

где, ma — атомная масса; cm — удельная теплоемкость (Дж/кг * o С).

В таблице 4 приведены значения удельной теплоемкости некоторых металлов.

Таблица 4. Удельная теплоемкость металлов.

МеталлТемпература, o СУдельная теплоемкость, Дж/кг * o СМеталлТемпература, o СУдельная теплоемкость, Дж/кг * o С
Магний0-100
225
1,03
1,18
Цинк0
св.420
0,35
0,51
Титан0-100
440
0,47
068
Серебро0
427
0,23
0,25
Медь97,5
Св.1100
0,40
0,55
Олово0
240
0,22
0,27
Алюминий0-100
660
0,87
1,29
Золото0-100
1100
0,12
0,15
Железо0-100
1550
0,46
1,05
Свинец0
300
0,12
0,14

Скрытая теплота плавления металлов. Это характеристика (таблица 5 ) наряду с удельной теплоемкости металлов в значительной степени определяет необходимую мощность плавильного агрегата. Для расплавления легкоплавкого металла иногда требуется больше тепловой энергии, чем для тугоплавкого. Например, для нагревания меди от 20 до 1133 o С потребуется в полтора раза меньше тепловой энергии, чем для нагревания такого же количества алюминия от 20 до 710 o C.

Читать еще:  От чего зависит температура плавления металлов

Таблица 5. Скрытая теплота металла

МеталлСкрытая теплота
плавления, Дж/кг
МеталлСкрытая теплота
плавления, Дж/кг
Свинец23,2Медь203,7
Олово60,9Железо277,2
Золото63,0Магний369,6
Цинк101,6Алюминий400,7
Серебро105,0Титан436,8

Теплоемкость. Теплоемкость характеризует передачу тепловой энергии от оной части тела к другой, а точнее, молекулярной перенос теплоты в сплошной среде, обусловленный наличием градиента температуры. (таблица 6)

Таблица 6. Коэффициент теплопроводности металлов при 20 o С

МеталлКоэффициент теплопроводности, кВт/м * o СМеталлКоэффициент теплопроводности, кВт/м * o С
Серебро0,410Цинк0,110
Медь0,386Олово0,065
Золото0,294Железо0,067
Алюминий0,210Свинец0,035
Магний0,144Титан0,016

Качество художественного литья тесно связано с теплопроводностью металла. В процессе выплавке важно не только обеспечить достаточно высокую температуру металла, но и добиться равномерного распределения температуры во всем объеме жидкой ванны. Чем выше теплопроводность, тем равномернее распределена температура. При электродуговой плавке, несмотря на высокую теплопроводность большинства металлов, перепад температуры по сечению ванны достигает 70-80 o С, а для металла с низкой теплопроводностью этот перепад может достигать 200 o С и более.

Благоприятные условия для выравнивания температуры создаются при индукционной плавке.

Коэффициент теплового расширения. Эта величина, характеризующая изменение размеров образца длиной 1 м при нагревании на 1 o С, имеет важное значение при эмальерных работах (таблица 7)

Коэффициенты теплового расширения металлической основы и эмали должны иметь по возможности близкие значения, чтобы после обжига эмаль не растрескивалась. Большинство эмалей, представляющих твердый коэффициент оксидов кремния и других элементов, имеют низкий коэффициент теплового расширения. Как показала практика, эмали очень хорошо держаться на железе, золоте, менее прочно — на меди и серебре. Можно полагать, что титан — весьма подходящий материал для эмалирования.

Таблица 7. Коэффициент теплового расширения металлов.

МеталлТемпература, o Сα*10 -8 o С -1МеталлТемпература, o Сα*10 -8 o С -1
Титан27
727
8,3
12,8
Алюминий27
627
23,3
37,8
Железо27
727
12,0
14,7
Олово (α- модификация)2716,0
Золото27
727
14,0
17,7
Олово (β-модификации)2731,4
Медь27
727
16,7
21,8
Магний2725,8
Серебро27
727
18,9
25,6
Свинец27
277
28,5
33,3
Цинк27
377
63,5
50,3

Отражательная способность. Это — способность металла отражать световые волны определенной длины, которая воспринимает человеческим глазом как цвет (таблице 8). Цвета металла указаны в таблице 9.

Таблица 8. Соответствие между цветом и длиной волны.

ЦветДлина волны, нмЦветДлина волны, нм
Фиолетовый460Желтый580
Синий470Оранжевый600
Голубой480Красный640
Зеленый520Пурпурный700

Таблица 9. Цвета металлов.

МеталлЦветМеталлЦвет
МагнийБело-серыйЦинкГолубовато-белый
АлюминийСеровато-белыйСереброБелый
ТитанСеровато-белыйОловоСеровато-белый
ЖелезоГолубовато-белыйЗолотоЖелтый
МедьКрасновато-розоватыйСвинецСеровато-белый

Чистые металлы в декоративно-прикладном искусстве практически не применяются. Для изготовления различных изделий используют сплавы, цветовые характеристики которых значительно отличаются от цвета основного металла.

В течении долгого времени накапливался огромный опыт применения различных литейных сплавов для изготовления украшений, бытовых предметов, скульптур и многих других видов художественного литья. Однако до сих пор еще не раскрыта взаимосвязь между строением сплава и его отражательной способностью.

Таблицы удельной теплоемкости веществ (газов, жидкостей и др.)

Представлены таблицы удельной теплоемкости веществ: газов, металлов, жидкостей, строительных и теплоизоляционных материалов, а также пищевых продуктов — более 400 веществ и материалов. Удельной теплоемкостью вещества называется отношение количества тепла, сообщенного единице массы этого вещества в каком-либо процессе, к соответствующему изменению его температуры. Необходимо отметить, что экспериментальное определение удельной теплоемкости жидкостей и газов производится при постоянном давлении или при постоянном объеме. В первом случае удельная теплоемкость обозначается Cp, во втором — Cv. Для жидкостей и газов наиболее часто применяется удельная теплоемкость при постоянном давлении Cp. Для твердых веществ теплоемкости Cp и Cv не различаются. Кроме того, по отношению к твердым телам, помимо удельной массовой теплоемкости применяются также удельная атомная и молярная теплоемкости. В таблице приведена удельная теплоемкость газов Cp при температуре 20°С и нормальном атмосферном давлении (101325 Па). В таблице даны значения удельной теплоемкости некоторых распространенных металлов и сплавов при температуре 20°С. Значения теплоемкости большинства металлов при других температурах вы можете найти в этой таблице. В таблице представлены значения удельной теплоемкости Cp распространенных жидкостей при температуре 10…25°С и нормальном атмосферном давлении. В таблице дана удельная теплоемкость твердых веществ: стройматериалов (песка, асфальта и т.д.), теплоизоляции различных типов и других распространенных материалов в интервале температуры от 0 до 50°С при нормальном атмосферном давлении. В таблице приведены значения средней удельной теплоемкости пищевых продуктов (овощей, фруктов, мяса, рыбы, хлеба, вина и т. д.) в диапазоне температуры 5…20°С и нормальном атмосферном давлении. Кроме таблиц удельной теплоемкости, вы также можете ознакомиться с подробнейшей таблицей плотности веществ и материалов, которая содержит данные по величине плотности более 500 веществ (металлов, пластика, резины, продуктов, стекла и др.). Плотность, теплопроводность и удельная теплоемкость строительных и других популярных материалов. Более 400 материалов в таблице! Подробные таблицы значений плотности воды, ее теплопроводности и других теплофизических свойств в зависимости от температуры… Таблицы физических свойств воздуха: плотность воздуха, его удельная теплоемкость и вязкость в зависимости от температуры… Плотность, теплопроводность и теплоемкость молибдена в твердом и жидком состояниях в широком диапазоне температуры (в интервале от -271 до 3127°С)… Плотность, теплопроводность и удельная теплоемкость строительных и других популярных материалов. Более 400 материалов в таблице! Температура плавления и другие свойства припоев на основе олова и свинца В таблице представлена температура… Температура замерзания некоторых сортов вина. Плотность вина В таблице представлены значения температуры замерзания вина tзам…

Таблица удельной теплоемкости некоторых металлов и сплавов

Перейти на обновленный сайт >>>

WebVersion of the Reference Book «Thermal Engineering»

Проект МЭИ (В . Очков) , поддержан РФФИ ( www.rffi.ru ). Диплом форума » Образовательная среда-2007″.

Описание ресурса >>>>>>> Внимание! Прежде чем открывать расчет, просмотрите рисунок ( pic )

Книга 1. Теплоэнергетика и теплотехника. Общие вопросы ( General )

Раздел 1. В разработке

Раздел 2. Единицы физических величин ( Units )

Раздел 3. В разработке

Раздел 4. Основные сведения по математике ( Mathematic )

Таблица 4.4. Плотность вероятностей нормального распределения

Таблица 4.5. Интеграл вероятностей

Раздел 5. Численные методы, алгоритмы и программные средства для инженерных расчетов ( Numeric Methds )

Читать еще:  Для чего автомобилю антикоррозийная обработка?

См. отдельный сайт по численным методам >>>>>>>

Раздел 6. Основные сведения по физике ( Physic )

Раздел 7. Физико-химические свойства и технологии растворов

Раздел 7.2.4. Труднорастворимые электролиты

Таблица 7.3-7.57. В разработке

Раздел 8. Конструкционные материалы теплотехники и методы их контроля

Раздел 1. Механика жидкостей и газов (Mechanic of fluids and gases)

Рис. 1.1. Зависимость кинематической вязкости воды ( pic ), масла ( pic ) и воздуха ( pic ) от температуры

Таблица 1.13. Коэффициент поверхностного натяжения некоторых жидкостей на границе с насыщенным паром (в разработке)

Таблица 1.14. Коэффициент поверхностного натяжения 6 озонобезопасных фреонов (в разработке)

Раздел 2. Термодинамика ( Thermodynamic )

Таблица 2.10. Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения: в зависимости от T, от P

Свойства фреона 134 а на линии насыщения Property of the Refrigerant 134a on the saturated line : MAS 11 MCS 14

Свойства хладагентов на линии насыщения: R-32

Property of Glycerol ( Физические свойства глицерина ) Specific Heat of Glycerol & Water Mixture ( Удельная изобарная теплоемкость водного раствора глицерина – в разработке ) ( pic ) new

Раздел 3. Основы тепл о- и массообмена ( Heat — and masstransfer )

Таблица 3.1. Частные случаи дифференциального уравнения теплопроводности

Таблица 3.7. Плотность, теплопроводность, удельная теплоемкость технических материалов (в разработке)

Таблица 3.10. Термическое сопротивление тел различной формы ( форма 1 ) (форма 2) (форма 3) (форма 4) (форма 5) (форма 6) ( форма 7 ) (форма 8)

3.3.7. Теплопроводность при наличии внутренних источников тепла:

Таблица 3.13. Соотношения для расчета температурного поля одномерных тел

Таблица 3.14. Теплофизические свойства воды на линии насыщения: в зависимости от T, от P

Таблица 3.15.Теплофизические свойства водяного пара на линии насыщения: в зависимости от T, от P

Таблица 3.16.Теплофизические свойства сухого воздуха

3.6. Теплоотдача при течении жидкости (газа) в трубах

Раздел 4. Основы теории и расчета процессов горения, газификации и пиролиза топлива

Раздел 5. Теплотехнические измерения

Книга 3. Тепловые и атомные электростанции ( Fossil and Nuclear Power Plants )

Раздел 3. Паротурбинные установки

Рис. 3.24. Геометрические параметры решетки ( pic )

Раздел 7. Водный режим, химический контроль и обработка воды на электростанциях

См. разделы Водоподготовка и Водный режим в http://www.vpu.ru/mas#VPU

Книга 4. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника ( Industrial Power Engineering содержание >>>>>>>)

Таблица 4.4. Свойства жидкого свинца (в разработке)

Таблица удельной теплоемкости некоторых металлов и сплавов

Рис. 15.2. Влияние температуры на удельный модуль упругости различных материалов

Бериллий отличается высокой электро- и теплопроводностью, приближающейся к теплопроводности алюминия, а по удельной теплоемкости [≈ 2500 Дж/(кг × град)] превосходит все остальные металлы. Бериллий стоек к коррозии. Подобно алюминию, при взаимодействии бериллия с воздухом на поверхности его образуется тонкая оксидная пленка, защищающая металл от действия кислорода даже при высокой температуре. Лишь при температуре выше 700 °С обнаруживаются заметные признаки коррозии, а при 1200 °С металлический бериллий сгорает, превращаясь в белый порошок оксида бериллия.

Бериллий имеет высокие ядерные характеристики — самое низкое среди металлов эффективное поперечное сечение захвата тепловых нейтронов и самое высокое поперечное сечение их рассеяния.

Недостатками бериллия является высокая стоимость, обусловленная дефицитностью исходного сырья и сложностью его переработки, а также низкая хладостойкость. Ударная вязкость технического бериллия ниже 5 Дж/см 2 .

Несмотря на эти недостатки, уникальная совокупность технических преимуществ позволяет относить бериллий к числу выдающихся аэрокосмических материалов.

Главная сложность при легировании бериллия состоит в малых размерах его атомов, в результате чего большинство элементов при растворении сильно искажают кристаллическую решетку, сообщая сплаву повышенную хрупкость. Легирование возможно лишь теми элементами, которые образуют с бериллием механические смеси с минимальной взаимной растворимостью.

Серьезный недостаток бериллия, заключающийся в низкой ударной вязкости и хладноломкости, может быть преодолен использованием сплавов с алюминием. Из диаграммы состояния Al—Be видно, что эти элементы практически взаимно нерастворимы (рис. 15.3). В таких сплавах эвтектического типа твердые частицы бериллия равномерно распределены в пластичной алюминиевой матрице. Сплавы содержат 24–43 % алюминия, остальное — бериллий. Фирмой «Локхид» (США) разработан сплав, содержащий 62 % бериллия, названный локеллоем. Сплавы Be—Al имеют структуру, состоящую из мягкой пластичной эвтектики и твердых хрупких включений первичного бериллия. Эти сплавы сочетают высокую жесткость, прочность и малую плотность, характерные для бериллия, с пластичностью алюминия (рис. 15.4). Благодаря пластичности матрицы снижается концентрация напряжений у частиц бериллиевой фазы и уменьшается опасность образования трещин, что позволяет использовать сплавы в условиях более сложного напряженного состояния.

Для получения бериллиево-алюминиевых сплавов также используют методы порошковой металлургии. Деформацию осуществляют выдавливанием с последующей ковкой и штамповкой в оболочках. Механические свойства труб из локеллоя (Be + 38 % Al) при комнатной температуре: σв = 600 МПа, σ0,2 = 570 МПа, δ = 1 %.

Для увеличения прочности сплавы Be—Al дополнительно легируют магнием и серебром — элементами, растворимыми в алюминиевой фазе. В этом случае матрица представляет собой более прочный и вязкий сплав Al—Mg или Al—Ag.

Пластичную матрицу можно получить, используя композицию Be—Ag, содержащую до 60 % серебра. Сплавы с серебром дополнительно легируют литием и лантаном.

За исключением сплавов с пластичной матрицей, легирование другими элементами не устраняет хладноломкость бериллия. Максимальную пластичность имеет бериллий высокой чистоты.

Широкое распространение получили сплавы меди с 2–5 % бериллия, так называемые бериллиевые бронзы. В России широко применяется бериллиевая бронза БрБ2 с 2 % Be. Из диаграммы состояния (рис. 15.5) видно, что этот сплав дисперсионно-твердеющий и может упрочняться закалкой с последующим старением. Закалка с 800 °С фиксирует пересыщенный α–твердый раствор, из которого в процессе старения при 300–350 °С выделяются дисперсные частицы CuBe, образуя регулярную, так называемую квазипериодическую структуру (рис. 15.6). После закалки свойства бериллиевой бронзы БрБ2: σв = 500 МПа, δ = 30 %, после старения —
σв = 1200 МПа, δ = 4 %.

Бериллиевые бронзы обладают высокими упругими свойствами. Их используют для изготовления пружин, сохраняющих упругость в широком интервале температур, в том числе в криогенных условиях. Они хорошо сопротивляются усталости и коррозии.

Бериллиевые бронзы немагнитны и не искрят при ударе. Из них изготавливают инструменты для работы во взрывоопасных средах — шахтах, газовых заводах, где нельзя использовать обычные стали (рис. 15.7).

Литейные бериллиевые сплавы (ЛБС), состав которых приведен в табл. 15.2, используют для деталей корпусов оснований, рам, кронштейнов и др. Бериллиевые сплавы характеризуются высокими значениями теплоемкости, которые в 1,6 раза выше, чем у сплавов алюминия.

Теплопроводность и температуропроводность сплавов лишь незначительно уступает литейным алюминиевым сплавам.

Совокупность теплофизических характеристик бериллиевых сплавов в целом выгодно отличает их от других материалов (например, силуминов) и определяет высокую размерную стабильность в условиях возникновения температурных градиентов при эксплуатации изделий.

Коррозионная стойкость бериллиевых сплавов находится на высоком уровне. Анодная оксидированная пленка на поверхности и лакокрасочные покрытия дополнительно обеспечивают надежную защиту сплавов ЛБС от коррозии.

Читать еще:  Как рассчитать вес листа оцинкованного

Механические свойства литейных бериллиевых сплавов при комнатной температуре приведены в табл. 15.3, а свойства при различных температурах испытания — в табл. 15.4.

Химические составы (%, остальное — Be) литейных бериллиевых сплавов

Таблица удельной теплоемкости строительных материалов

Создание оптимального микроклимата и расход тепловой энергии на отопление частного дома в холодное время года во многом зависит от теплоизоляционных свойств строительных материалов, из которых возведена данная постройка. Одной из таких характеристик является теплоемкость. Это значение необходимо учитывать при выборе стройматериалов для конструирования частного дома. Поэтому далее будет рассмотрена теплоемкость некоторых строительных материалов.

Свойства и классификация строительных материалов.

Определение и формула теплоемкости

Каждое вещество в той или иной степени способно поглощать, запасать и удерживать тепловую энергию. Для описания этого процесса введено понятие теплоемкости, которая является свойством материала поглощать тепловую энергию при нагревании окружающего воздуха.

Чтобы нагреть какой-либо материал массой m от температуры tнач до температуры tкон, нужно будет потратить определенное количество тепловой энергии Q, которое будет пропорциональным массе и разнице температур ΔТ (tкон-tнач). Поэтому формула теплоемкости будет выглядеть следующим образом: Q = c*m*ΔТ, где с – коэффициент теплоемкости (удельное значение). Его можно рассчитать по формуле: с = Q/(m* ΔТ) (ккал/(кг* °C)).

Условно приняв, что масса вещества равна 1 кг, а ΔТ = 1°C, можно получить, что с = Q (ккал). Это означает, что удельная теплоемкость равна количеству тепловой энергии, которая расходуется на нагревание материала массой 1 кг на 1°C.

Использование теплоемкости на практике

Таблица теплоемкости строительных материалов.

Строительные материалы с высокой теплоемкостью используют для возведения теплоустойчивых конструкций. Это очень важно для частных домов, в которых люди проживают постоянно. Дело в том, что такие конструкции позволяют запасать (аккумулировать) тепло, благодаря чему в доме поддерживается комфортная температура достаточно долгое время. Сначала отопительный прибор нагревает воздух и стены, после чего уже сами стены прогревают воздух. Это позволяет сэкономить денежные средства на отоплении и сделать проживание более уютным. Для дома, в котором люди проживают периодически (например, по выходным), большая теплоемкость стройматериала будет иметь обратный эффект: такое здание будет достаточно сложно быстро натопить.

Значения теплоемкости строительных материалов приведены в СНиП II-3-79. Ниже приведена таблица основных строительных материалов и значения их удельной теплоемкости.

МатериалПлотность, кг/м 3Удельная теплоемкость, кДж/(кг*°C)
Пенополистирол401,34
Минвата1250,84
Газо- и пенобетон6500,84
Гипсовые листы8000,84
Дерево5002,3
Клееная фанера6002,3
Керамический кирпич16000,88
Бетон23000,84
Железобетон25000,84
Кирпичная кладка18000,88

Кирпич обладает высокой теплоемкостью, поэтому идеально подходит для строительства домов и возведенияия печей.

Говоря о теплоемкости, следует отметить, что отопительные печи рекомендуется строить из кирпича, так как значение его теплоемкости достаточно высоко. Это позволяет использовать печь как своеобразный аккумулятор тепла. Теплоаккумуляторы в отопительных системах (особенно в системах водяного отопления) с каждым годом применяются все чаще. Такие устройства удобны тем, что их достаточно 1 раз хорошо нагреть интенсивной топкой твердотопливного котла, после чего они будут обогревать ваш дом на протяжении целого дня и даже больше. Это позволит существенно сэкономить ваш бюджет.

Теплоемкость строительных материалов

Какими же должны быть стены частного дома, чтобы соответствовать строительным нормам? Ответ на этот вопрос имеет несколько нюансов. Чтобы с ними разобраться, будет приведен пример теплоемкости 2-х наиболее популярных строительных материалов: бетона и дерева. Теплоемкость бетона имеет значение 0,84 кДж/(кг*°C), а дерева – 2,3 кДж/(кг*°C).

На первый взгляд можно решить, что дерево – более теплоемкий материал, нежели бетон. Это действительно так, ведь древесина содержит практически в 3 раза больше тепловой энергии, нежели бетон. Для нагрева 1 кг дерева нужно потратить 2,3 кДж тепловой энергии, но при остывании оно также отдаст в пространство 2,3 кДж. При этом 1 кг бетонной конструкции способен аккумулировать и, соответственно, отдать только 0,84 кДж.

Но не стоит спешить с выводами. Например, нужно узнать, какую теплоемкость будет иметь 1 м 2 бетонной и деревянной стены толщиной 30 см. Для этого сначала нужно посчитать вес таких конструкций. 1 м 2 данной бетонной стены будет весить: 2300 кг/м 3 *0,3 м 3 = 690 кг. 1 м 2 деревянной стены будет весить: 500 кг/м 3 *0,3 м 3 = 150 кг.

Таблица сравнения теплопроводности бревна с кирпичной кладкой.

Далее нужно посчитать, какое количество тепловой энергии будет содержаться в этих стенах при температуре 22°C. Для этого нужно теплоемкость умножить на температуру и вес материала:

  • для бетонной стены: 0,84*690*22 = 12751 кДж;
  • для деревянной конструкции: 2,3*150*22 = 7590 кДж.

Из полученного результата можно сделать вывод, что 1 м 3 древесины будет практически в 2 раза меньше аккумулировать тепло, чем бетон. Промежуточным материалом по теплоемкости между бетоном и деревом является кирпичная кладка, в единице объема которой при тех же условиях будет содержаться 9199 кДж тепловой энергии. При этом газобетон, как строительный материал, будет содержать только 3326 кДж, что будет значительно меньше дерева. Однако на практике толщина деревянной конструкции может быть 15-20 см, когда газобетон можно уложить в несколько рядов, значительно увеличивая удельную теплоемкость стены.

Использование различных материалов в строительстве

Дерево

Для комфортного проживания в доме очень важно, чтобы материал обладал высокой теплоемкостью и низкой теплопроводностью.

В этом отношении древесина является оптимальным вариантом для домов не только постоянного, но и временного проживания. Деревянное здание, не отапливаемое длительное время, будет хорошо воспринимать изменение температуры воздуха. Поэтому обогрев такого здания будет происходить быстро и качественно.

В основном в строительстве используют хвойные породы: сосну, ель, кедр, пихту. По соотношению цены и качества наилучшим вариантом является сосна. Что бы вы ни выбрали для конструирования деревянного дома, нужно учитывать следующее правило: чем толще будут стены, тем лучше. Однако здесь также нужно учитывать ваши финансовые возможности, так как с увеличением толщины бруса значительно возрастет его стоимость.

Кирпич

Данный стройматериал всегда был символом стабильности и прочности. Кирпич имеет хорошую прочность и сопротивляемость негативным воздействиям внешней среды. Однако если принимать в расчет тот факт, что кирпичные стены в основном конструируются толщиной 51 и 64 см, то для создания хорошей теплоизоляции их дополнительно нужно покрывать слоем теплоизоляционного материала. Кирпичные дома отлично подходят для постоянного проживания. Нагревшись, такие конструкции способны долгое время отдавать в пространство накопившееся в них тепло.

Выбирая материал для строительства дома, следует учитывать не только его теплопроводность и теплоемкость, но и то, как часто в таком доме будут проживать люди. Правильный выбор позволит поддерживать уют и комфорт в вашем доме на протяжении всего года.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector