Свойства алюминия: плотность, теплопроводность, теплоемкость Al
Теплопроводность и плотность алюминия
В таблице представлены теплофизические свойства алюминия Al в зависимости от температуры. Свойства алюминия даны в широком диапазоне температуры — от минус 223 до 1527°С (от 50 до 1800 К).
Как видно из таблицы, теплопроводность алюминия при комнатной температуре равна около 236 Вт/(м·град), что позволяет применять этот материал для изготовления радиаторов и различных теплоотводов.
Кроме алюминия, высокой теплопроводностью обладает также медь. У какого металла теплопроводность больше? Известно, что теплопроводность алюминия при средних и высоких температурах все-таки меньше, чем у меди, однако, при охлаждении до 50К, теплопроводность алюминия существенно возрастает и достигает значения 1350 Вт/(м·град). У меди же при такой низкой температуре значение теплопроводности становится ниже, чем у алюминия и составляет 1250 Вт/(м·град).
Алюминий начинает плавиться при температуре 933,61 К (около 660°С), при этом некоторые его свойства претерпевают значительные изменения.
Значения таких свойств, как температуропроводность, плотность алюминия и его теплопроводность значительно уменьшаются.
В таблице приведены следующие теплофизические свойства алюминия:
Удельная теплоемкость алюминия
Удельная теплоемкость алюминия существенно зависит от температуры и при комнатной температуре составляет величину около 904 Дж/(кг·град), что значительно выше удельной (массовой) теплоемкости других распространенных металлов, например таких, как медь и железо.
По данным таблицы видно, что величина удельной теплоемкости алюминия значительно выше значения этого свойства у меди и железа, поэтому такое свойство алюминия, как возможность хорошо накапливать тепло, широко применяется в промышленности и теплотехнике, делая этот металл незаменимым.
Удельная теплоемкость металлов при различных температурах
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:
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:
В некоторых местах (жерла вулканов) можно обнаружить в незначительных количествах самородный металл.
Теплопроводность и плотность алюминия
В таблице представлены теплофизические свойства алюминия Al в зависимости от температуры. Свойства алюминия даны в широком диапазоне температуры — от минус 223 до 1527°С (от 50 до 1800 К).
Как видно из таблицы, теплопроводность алюминия при комнатной температуре равна около 236 Вт/(м·град), что позволяет применять этот материал для изготовления радиаторов и различных теплоотводов.
Кроме алюминия, высокой теплопроводностью обладает также медь. У какого металла теплопроводность больше? Известно, что теплопроводность алюминия при средних и высоких температурах все-таки меньше, чем у меди, однако, при охлаждении до 50К, теплопроводность алюминия существенно возрастает и достигает значения 1350 Вт/(м·град). У меди же при такой низкой температуре значение теплопроводности становится ниже, чем у алюминия и составляет 1250 Вт/(м·град).
Алюминий начинает плавиться при температуре 933,61 К (около 660°С), при этом некоторые его свойства претерпевают значительные изменения. Значения таких свойств, как температуропроводность, плотность алюминия и его теплопроводность значительно уменьшаются.
Плотность алюминия в основном определяется его температурой и имеет зависимость от агрегатного состояния этого металла. Например, при температуре 27°С плотность алюминия равна 2697 кг/м3, а при нагревании этого металла до температуры плавления (660°С), его плотность становится равной 2368 кг/м3. Снижение плотности алюминия с ростом температуры обусловлено его расширением при нагревании.
В таблице приведены следующие теплофизические свойства алюминия:
Сферы применения
Свойство химического элемента № 13 отлично накапливать тепло позволяет его широко использовать в промышленном производстве и теплотехнике.
Алюминиевый радиатор.
Алюминий применяется в качестве сырья для создания строительных конструкций. Он обладает легкостью, прочностью, устойчивость и является привлекательным сырьем для производства оконных конструкций.
Химический элемент образует неядовитые оксиды, что разрешает использование в производстве фольги для нужд пищевой промышленности. Алюминий является сырьем для создания космических ракет и самолетов. Высокий коэффициент отражения определяет его использование в изготовлении зеркал.
Удельная теплоёмкость вещества означает количество теплоты, необходимое для нагрева единицы веществ на один градус. Чаще всего за единицу вещества берётся масса в 1 кг. Реже используются единицы объёма, например, кубометр или литр. В химии при термохимических реакциях используется молярная теплоёмкость, когда за единицу вещества принимают моль. Удельная теплоёмкость заметно меняется при изменении температуры и в большей степени при изменении агрегатного состояния вещества, например, значения теплоёмкости воды будут разными в жидком, твёрдом и газообразном состоянии. В приведённой таблице указывается также температура и агрегатное состояние вещества.
Удельная теплоёмкость материалов
| Наименование материала | Температура 0С | Удельная теплоёмкость | |
| кДж /(кг · К) | кал /(г · 0С) | ||
| Удельная теплоёмкость газов и паров | |||
| Азот | 0 — 200 | 1,0 | 0,25 |
| Водород | 0 — 200 | 14,2 | 3,41 |
| Водяной пар | 100 — 500 | 2,0 | 0,48 |
| Воздух | 0 — 400 | 1,0 | 0,24 |
| Гелий | 0 — 600 | 5,2 | 1,24 |
| Кислород | 20 — 440 | 0,92 | 0,22 |
| Оксид углерода | 26 — 200 | 1,0 | 0,24 |
| Пары спирта | 40 — 100 | 1,2 | 0,29 |
| Хлор | 13 — 200 | 0,5 | 0,12 |
| Удельная теплоёмкость жидкостей при нормальном атмосферном давлении | |||
| Бензин (Б-70) | 20 | 2,05 | 0,49 |
| Вода | 1 — 100 | 4,19 | 1,00 |
| Глицерин | 0 — 100 | 2,43 | 0,58 |
| Керосин | 0 — 100 | 2,09 | 0,50 |
| Масло машинное | 0 — 100 | 1,67 | 0,40 |
| Масло подсолнечное | 20 | 2,43 | 0,58 |
| Молоко | 20 | 3,94 | 0,94 |
| Нефть | 0 — 100 | 1,67 — 2,09 | 0,40 — 0,50 |
| Ртуть | 0 — 300 | 0,138 | 0,033 |
| Спирт | 20 | 2,47 | 0,59 |
| Эфир | 18 | 3,34 | 0,80 |
| Удельная теплоёмкость расплавленных металлов и сжиженных газов | |||
| Азот | -200,4 | 2,01 | 0,48 |
| Алюминий | 660 — 1000 | 1,09 | 0,36 |
| Водород | -257,4 | 7,41 | 1,77 |
| Воздух | -193,0 | 1,97 | 0,47 |
| Гелий | -269,0 | 4,19 | 1,00 |
| Золото | 1055 — 1300 | 0,14 | 0,034 |
| Кислород | -200,3 | 1,63 | 0,39 |
| Натрий | 100 | 1,34 | 0,33 |
| Олово | 250 | 0,25 | 0,060 |
| Свинец | 327 | 0,16 | 0,039 |
| Серебро | 960 — 1300 | 0,29 | 0,069 |
| Удельная теплоёмкость твёрдых веществ | |||
| Азот твёрдый | -250 | 0,46 | 0,11 |
| Бетон | 20 | 0,88 | 0,21 |
| Бумага | 20 | 1,50 | 0,36 |
| Воздух твёрдый | -193 | 2,00 | 0,47 |
| Графит | 0 — 100 | 0,75 | 0,18 |
| Дерево: | |||
| дуб | 0 — 100 | 2,40 | 0,57 |
| ель, сосна | 0 — 100 | 2,70 | 0,65 |
| Каменная соль | 0 — 100 | 0,92 | 0,22 |
| Камень | 0 — 100 | 0,84 | 0,20 |
| Кирпич | 0 | 0,88 | 0,21 |
| Кислород твёрдый | -200,3 | 1,60 | 0,39 |
| Лёд | -40 — 0 | 2,10 | 0,50 |
| Нафталин | 20 | 1,30 | 0,31 |
| Парафин | 20 | 2,89 | 0,69 |
| Пробка | 0 — 100 | 2,00 | 0,48 |
| Стекло: | |||
| обыкновенное | 0 — 100 | 0,67 | 0,16 |
| зеркальное | 0 — 100 | 0,79 | 0,19 |
| лабораторное | 0 — 100 | 0,84 | 0,20 |
| Фарфор | 0 — 100 | 1,10 | 0,26 |
| Шифер | 20 | 0,75 | 0,18 |
| Удельная теплоёмкость металлов и сплавов | |||
| Алюминий | 0 — 200 | 0,92 | 0,22 |
| Вольфрам | 0 — 1000 | 0,15 | 0,035 |
| Железо | 0 — 500 | 0,54 | 0,13 |
| Золото | 0 — 500 | 0,13 | 0,032 |
| Иридий | 0 — 1000 | 0,15 | 0,037 |
| Магний | 0 — 500 | 1,10 | 0,27 |
| Медь | 0 — 500 | 0,40 | 0,097 |
| Никель | 0 — 300 | 0,50 | 0,12 |
| Олово | 0 — 200 | 0,23 | 0,056 |
| Платина | 0 — 500 | 0,14 | 0,033 |
| Свинец | 0 — 300 | 0,14 | 0,033 |
| Серебро | 0 — 500 | 0,25 | 0,059 |
| Сталь | 50 — 300 | 0,50 | 0,12 |
| Цинк | 0 — 300 | 0,40 | 0,097 |
| Чугун | 0 — 200 | 0,54 | 0,13 |
Соотношение между единицами удельной теплоёмкости
| Единицы удельной теплоёмкости | Дж /(кг · К) | кДж/ (кг · К) | кал /(г · 0С) или ккал/(кг · 0С) |
| 1 Дж /(кг · К) | 1 | 0,001 | 2,39 · 10-4 |
| 1 кДж/ (кг · К) | 1000 | 1 | 0,239 |
| 1 кал /(г · 0С) = 1 ккал/(кг · 0С) | 4,19 · 103 | 4,19 | 1 |
| Примечание: 1 кал /(г · 0С) = 1 ккал/(кг · 0С) = 4186,8 Дж /(кг · К) = 4,1868 кДж /(кг · К). Градусы по Цельсию и Кельвину равны по модулю. | |||
Значения удельной теплоёмкости и соотношения между единицами измерений даны по книге «Справочник по физике и технике» А.С. Енохович.
Область применения
Существует много отраслей производства, где применяется вольфрам. Основная сфера применения — производство сплавов. Этот металл повышает твёрдость, прочность, упругость и улучшает способность растягиваться у различных видов стали.
Около 90% всех вольфрамовых сплавов используются в горнодобывающей промышленности, строительстве, а также электротехническом и металлообрабатывающем оборудовании. Эти сплавы используются для изготовления многих вещей: нагревательные элементы в печах (благодаря хорошей теплопроводности), деталей для самолётов и космических аппаратов; оборудования, используемого в телевизионной, радиолокационной и радиотехнике; высокопрочных свёрл; металлорежущих инструментов и аналогичного оборудования.
Небольшое количество вольфрама используется в лампах накаливания. Очень тонкий провод, который образует нить в лампах, сделан именно из него. Электрический ток проходит через эту нить и нагревает её, что заставляет её испускать свет. Он не плавится благодаря тому, что температура плавления вольфрама высока.
Также он используется, в таких приборах и элементах, как:
Кроме того, он применяется при металлообработке и добыче полезных ископаемых, а также для производства пигментов для красок.
Таблица удельной теплоемкости твердых веществ
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.
Таблица удельной теплоемкости твердых веществ
Плотность чугуна, температура плавления и коэффициент линейного расширения
В таблице представлена плотность чугуна различных сортов, а также температура плавления чугуна и его коэффициент теплового линейного расширения (КТлР).
Следует отметить что плотность чугуна в зависимости от сорта находится в диапазоне от 6600 до 7700 кг/м3. Температура плавления чугуна составляет от 1095 до 1315°С, а его КТлР от 10,5 до 18·10-6 1/град.
Плотность чугуна, температура плавления и коэффициент расширения
| Плотность чугуна, кг/м3 | |
| Серый чугун наименее плотный высокоуглеродистый | 6600-6950 |
| Серый чугун обычный средней плотности | 7000-7300 |
| Высококачественный чугун малоуглеродистый | 7400-7500 |
| Жаростойкий, жаропрочный | 7500-7600 |
| Чугун высоколегированный аустенитного класса | 7500-7700 |
| Температура плавления чугуна, °С | |
| Обычный серый чугун | 1095-1315 |
| Жаростойкий чугун | 1300 |
| Коэффициент линейного расширения чугуна (КТлР), 1/град | |
| Обычный серый при температуре 20…450°С | 10,5·10-6 |
| Обычный серый при температуре 20…750°С | 14·10-6 |
| Высоколегированный аустенитного класса при температуре 20…150°С | (16…18)·10-6 |
| Жаростойкий чугун при температуре 20…250°С | 16,7·10-6 |
| Жаростойкий чугун при температуре 250…750°С | 17,6·10-6 |
Удельная теплоемкость сплавов алюминия.
Удельная теплоемкость алюминия является одним из основных параметров, определяющих использование металла в технических целях для производства деталей, техники, конструкций.
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:
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.
В природе химический элемент образует естественные соединения. Он находится в составе таких минералов, как:
В некоторых местах (жерла вулканов) можно обнаружить в незначительных количествах самородный металл.
Сферы применения
Свойство химического элемента № 13 отлично накапливать тепло позволяет его широко использовать в промышленном производстве и теплотехнике.
Алюминий применяется в качестве сырья для создания строительных конструкций. Он обладает легкостью, прочностью, устойчивость и является привлекательным сырьем для производства оконных конструкций.
Химический элемент образует неядовитые оксиды, что разрешает использование в производстве фольги для нужд пищевой промышленности. Алюминий является сырьем для создания космических ракет и самолетов. Высокий коэффициент отражения определяет его использование в изготовлении зеркал.
Теплопроводность металла и сплавов
Известен факт, что при средних и высоких температурных градиентах теплопроводность алюминия меньше, чем у железа или меди. Показатель теплопроводности алюминия определяет его использование для производства радиаторов.
При охлаждении металла теплопроводность значительно возрастает по сравнению с медью, для которой при низкой температуре показатель становится ниже.
В процессе переплавки материал изменяет свойства: уменьшается его плотность и теплопроводность. Например, при температурном градиенте +27°C плотность равна 2697 кг/м³, при нагревании до температуры перехода в жидкое состояние она становится равной 2368 кг/м³. Этот факт обусловлен расширением массы при подогреве. Вследствие влияния температуры снижается плотность.
Удельная теплоемкость алюминия равна 904 Дж/кг при комнатной температуре. Этот показатель значительно зависит от температурного градиента, и в сравнении с медью и железом для этого материала он значительно выше.
Теплопроводность сплавов, содержащих химический элемент № 13, увеличивается с ростом температуры. Более низким температурным градиентом обладают литейные составы. Наиболее плотными являются соединения, в составе которых находятся кремний и цинк.
Сплавы, содержащие магний, отличаются легкостью. Соединения, в составе которых находится медь, обладают устойчивостью к коррозии и особой прочностью.
Чем больше весовое количество алюминия в составе соединения, тем выше показатель теплопроводности. Удельная теплоемкость сплавов увеличивается при нагревании.
Удельная теплота плавления
Удельная теплоемкость вещества – таблица
Молекулы имеют внутреннюю структуру, образованную атомами, которые могут совершать колебания внутри молекул. Кинетическая энергия, запасённая в этих колебаниях, отвечает не только за температуру вещества, но и за его теплоёмкость Уде́льная теплоёмкость
— это отношение теплоёмкости к массе, теплоёмкость единичной массы вещества (разная для различных веществ); физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать единичной массе данного вещества для того, чтобы его температура изменилась на единицу.[1].
В Международной системе единиц (СИ) удельная теплоёмкость измеряется в джоулях на килограмм на кельвин, Дж/(кг·К)[2]. Иногда используются и внесистемные единицы: калория/(кг·°C) и т. д.
Удельная теплоёмкость обычно обозначается буквами c или С, часто с индексами.
На значение удельной теплоёмкости влияет температура вещества и другие термодинамические параметры. К примеру, измерение удельной теплоёмкости воды даст разные результаты при 20 °C и 60 °C.
Кроме того, удельная теплоёмкость зависит от того, каким образом позволено изменяться термодинамическим параметрам вещества (давлению, объёму и т. д.
); например, удельная теплоёмкость при постоянном давлении (CP
) и при постоянном объёме ( CV
), вообще говоря, различны.
Формула расчёта удельной теплоёмкости:
c — удельная теплоёмкость, Q — количество теплоты, полученное веществом при нагреве (или выделившееся при охлаждении), m — масса нагреваемого (охлаждающегося) вещества, Δ T
— разность конечной и начальной температур вещества.
Удельная теплоёмкость зависит от температуры, поэтому более корректной является следующая формула с малыми (формально бесконечно малыми) δ T
и δ Q :
Значения удельной теплоёмкости некоторых веществ
Приведены значения удельной теплоёмкости при постоянном давлении (Cp
). Стандартные значения удельной теплоёмкости
| Вещество | Агрегатное состояние | Удельная теплоёмкость, кДж/(кг·K) |
| Водород | газ | 14,304[3] |
| Аммиак | газ | 4,359—5,475 |
| Гелий | газ | 5,193[3] |
| Вода (300 К, 27 °C) | жидкость | 4,1806[4] |
| Сусло пивное | жидкость | 3,927 |
| Литий | твёрдое тело | 3,582[3] |
| Этанол | жидкость | 2,438[5] |
| Лёд (273 К, 0 °C) | твёрдое тело | 2,11[6] |
| Водяной пар (373 К, 100 °C) | газ | 2,0784[4] |
| Нефтяные масла | жидкость | 1,670—2,010 |
| Бериллий | твёрдое тело | 1,825[3] |
| Азот | газ | 1,040[3] |
| Воздух (100 % влажность) | газ | 1,030 |
| Воздух (сухой, 300 К, 27 °C) | газ | 1,007[7] |
| Кислород (O2) | газ | 0,918[3] |
| Алюминий | твёрдое тело | 0,897[3] |
| Графит | твёрдое тело | 0,709[3] |
| Стекло кварцевое | твёрдое тело | 0,703 |
| Чугун | твёрдое тело | 0,554[8] |
| Алмаз | твёрдое тело | 0,502 |
| Сталь | твёрдое тело | 0,468[8] |
| Железо | твёрдое тело | 0,449[3] |
| Медь | твёрдое тело | 0,385[3] |
| Латунь | твёрдое тело | 0,920[8] |
| Молибден | твёрдое тело | 0,251[3] |
| Олово (белое) | твёрдое тело | 0,227[3] |
| Ртуть | жидкость | 0,140[3] |
| Вольфрам | твёрдое тело | 0,132[3] |
| Свинец | твёрдое тело | 0,130[3] |
| Золото | твёрдое тело | 0,129[3] |
| Значения приведены для стандартных условий (T = +25 °C, P = 100 кПа), если это не оговорено особо. |
Значения удельной теплоёмкости для некоторых строительных материалов
| Вещество | Удельная теплоёмкость кДж/(кг·K) |
| Древесина | 1,700 |
| Гипс | 1,090 |
| Асфальт | 0,920 |
| Талькохлорит | 0,980 |
| Бетон | 0,880 |
| Мрамор, слюда | 0,880 |
| Стекло оконное | 0,840 |
| Кирпич керамический красный | 0,840—0,880[9] |
| Кирпич силикатный | 0,750—0,840[9] |
| Песок | 0,835 |
| Почва | 0,800 |
| Гранит | 0,790 |
| Стекло кронглас | 0,670 |
| Стекло флинт | 0,503 |
| Сталь | 0,470 |
Теплопроводность алюминиевых сплавов
Представлена сводная таблица теплопроводности алюминиевых сплавов. В ней приведены значения теплопроводности распространенных алюминиевых сплавов (сплавы алюминия с кремнием, медью, магнием и цинком, литейные сплавы, дюралюминий) при различной температуре в диапазоне от 4 до 700К.
По данным таблицы видно, что теплопроводность алюминиевых сплавов в основном увеличивается с ростом температуры. Наибольшей теплопроводностью при комнатной температуре обладает такой сплав, как АД1 — его теплопроводность при этой температуре равна 210 Вт/(м·град). Более низкая теплопроводность свойственна в основном литейным алюминиевым сплавам, например АК4, АЛ1, АЛ8 и другим.
| Алюминиевый сплав | Температура, K | Теплопроводность алюминиевого сплава, Вт/(м·град) |
| АВ | 298…373…473…573 | 176…180…184…189 |
| АД1 нагартованный | 4…10…20…40…80…150…300 | 50…130…260…400…250…220…210 |
| АД31 закаленный, состаренный | 4…10…20…40…80…200…300…600 | 35…87…170…270…230…200…190…190 |
| АД33 | 300…373…473…573 | 140…151…163…172 |
| АД35 | 298…373…473…573 | 170…174…178…182 |
| АК4 | 300…500…600…700 | 145…160…170…170 |
| АК6 закаленный, состаренный | 20…77…223…293…373…473…573…673 | 35…90…192…176…180…184…184…189 |
| АК8 закаленный, состаренный | 20…40…80…150…300…573…673 | 50…72…100…125…160…180…180 |
| АЛ1 | 300…400…600 | 130…140…150 |
| АЛ2 | 20…77…293 | 10…18…160 |
| АЛ4 | 300…473…673 | 150…160…155 |
| АЛ5 | 300…473…573 | 160…170…180 |
| АЛ8 | 300…473…673 | 92…100…110 |
| АМг1 | 298…373…473…573…673 | 184…188…192…188…188 |
| АМг2 | 4…10…20…40…80…150…300…373…473…573…673 | 4,6…12…25…49…77…100…155…159…163…164…167 |
| АМг3 | 20…77…90…203…293 | 41…86…89…123…132 |
| АМг5 отожженный | 10…20…40…80…150…300…473…673 | 10…20…40…66…92…130…130…150 |
| АМг6 | 20…77…173…293 | 13…43…75…92 |
| АМц нагартованный | 4…10…20…40…80…150…300…473…573…673 | 11…28…58…110…140…150…180…180…184…188 |
| В93 | 300…473…673 | 160…170…160 |
| В95 | 300…473…673 | 155…160…160 |
| ВАД1 | 20…80…300 | 30…61…160 |
| ВАЛ1 | 300…473…673 | 130…150…160 |
| ВАЛ5 | 300…573…673 | 150…160…160 |
| ВД17 | 300…673 | 130…170 |
| Д1 | 298…373…473…573…673 | 117…130…150…172…176 |
| Д16 закаленный, состаренный | 10…20…40…80…150…300…373…473…573 | 9…19…37…61…90…120…130…146…163 |
| Д20 закаленный, состаренный | 20…40…80…150…300…373…473…573…673 | 27…38…61…85…140…142…147…155…160 |
| Д21 | 298…373…473…573 | 130…138…151…168 |
Примечания
строго говоря следует рассматривать изменение температуры в определении удельной теплоёмкости не на один градус (тем более не на какую-то более крупную единицу температуры), а на малое δ T
— CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 4-135. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
Теплофизические свойства алюминиевых сплавов АМц, АМг, Д16, АК и др
В таблице представлены состав и теплофизические свойства алюминиевых сплавов для нагартованного, закаленного и отожженого состояний сплава:
Теплоемкость алюминия и железа
На значение удельной теплоёмкости влияет температура вещества и другие термодинамические параметры. К примеру, измерение удельной теплоёмкости воды даст разные результаты при 20 °C и 60 °C.
Кроме того, удельная теплоёмкость зависит от того, каким образом позволено изменяться термодинамическим параметрам вещества (давлению, объёму и т. д.
); например, удельная теплоёмкость при постоянном давлении ( CP
) и при постоянном объёме (
CV
), вообще говоря, различны.
Формула расчёта удельной теплоёмкости:
c — удельная теплоёмкость, Q — количество теплоты, полученное веществом при нагреве (или выделившееся при охлаждении), m — масса нагреваемого (охлаждающегося) вещества, ΔT
— разность конечной и начальной температур вещества.
Удельная теплоёмкость зависит от температуры, поэтому более корректной является следующая формула с малыми (формально бесконечно малыми) δ T и δ Q :
Значения удельной теплоёмкости некоторых веществ [ править | править код ]
Приведены значения удельной теплоёмкости при постоянном давлении ( Cp
Теплопроводность и плотность алюминия
В таблице представлены теплофизические свойства алюминия Al в зависимости от температуры. Свойства алюминия даны в широком диапазоне температуры — от минус 223 до 1527°С (от 50 до 1800 К).
Как видно из таблицы, теплопроводность алюминия при комнатной температуре равна около 236 Вт/(м·град), что позволяет применять этот материал для изготовления радиаторов и различных теплоотводов.
Кроме алюминия, высокой теплопроводностью обладает также медь.
У какого металла теплопроводность больше? Известно, что теплопроводность алюминия при средних и высоких температурах все-таки меньше, чем у меди, однако, при охлаждении до 50К, теплопроводность алюминия существенно возрастает и достигает значения 1350 Вт/(м·град). У меди же при такой низкой температуре значение теплопроводности становится ниже, чем у алюминия и составляет 1250 Вт/(м·град).
Алюминий начинает плавиться при температуре 933,61 К (около 660°С), при этом некоторые его свойства претерпевают значительные изменения. Значения таких свойств, как температуропроводность, плотность алюминия и его теплопроводность значительно уменьшаются.
Плотность алюминия в основном определяется его температурой и имеет зависимость от агрегатного состояния этого металла.
Снижение плотности алюминия с ростом температуры обусловлено его расширением при нагревании.
В таблице приведены следующие теплофизические свойства алюминия:
Теплоемкость алюминия таблица
Свойства алюминия
Свойства алюминия, одного металлов, принадлежащих к 13-й группе согласно периодической таблице химических элементов, достаточно обширны. Основные группы свойств: физические и химические. Этот легкий металл сочетает сразу множество физических характеристик относительно плотности, теплопроводности, коррозийной стойкости и пластичности.
Удельная теплоемкость жидких веществ при 20°С
НазваниеCp
ж кДж/(кг °С)Название
Cp
ж кДж/(кг °С)
| Алюминий — химический элемент третей группы периодической системы Д.И. Менделеева. Таблица физических свойств алюминия Плотность алюминияПлотность твердого и расплавленного алюминия снижается по мере увеличения его чистоты: Плотность алюминия при 20°С
Плотность расплавленного алюминия при 1000°С
Температура плавления и кипенияВ момент плавления алюминия возрастает объем металла: для алюминия чистотой 99,65 % — на 6,25%, для более чистого металла — на 6,60 %. По мере повышения степени чистоты алюминия температура его плавления возрастает: Зависимисть температуры плавления алюминия от чистоты
Теплопроводность алюминияТеплопроводность алюминия повышается с увеличением степени его чистоты. Для технического алюминия (99,49 и 99,70%) теплопроводность при 200°С равна соответственно 209 и 222 Вт/(м×К). Для электролитически рафинированного алюминия чистотой 99,9% теплопроводность при 190°С возрастает до 343 Вт/(м×К). Примеси меди, магния и марганца в алюминии снижают его теплопроводность. Например, добавка 2 % Mn к алюминию снижает теплопроводность с 209 до 126 Вт/(м×К). Электропроводность алюминияАлюминий отличается высокой электропроводностью (четвертое место среди металлов — после серебра, меди и золота). Удельная электропроводность алюминия чистотой 99,99 % при 20°С равна 37,9 мкСм×м, что составляет 63,7% от электропроводности меди [59,5 мкСм×м]. Более чистый алюминий [99,999 %] обладает электропроводностью, равной 65,9% от электропроводности меди. На электропроводность алюминия влияет ряд факторов: степень деформации, режим термической обработки и т. д.
Поэтому в алюминии для электротехнической промышленности сумма Cr+V+Mn+Ti не должна превышать 0,015% (марка А5Е) и даже 0,01 % (А7Е) при содержании кремния соответственно 0,12 и 0,16 %. Влияние примесей на электропроводность алюминия Основными примесями в алюминии являются кремний, железо, медь, цинк и титан. При малых содержаниях кремния в алюминии (0,06%) величина Fe : Si (в пределах от 0,8 до 3,8) сравнительно мало влияет на его электросопротивление. При увеличении содержания кремния до 0,15—0,16% влияние Fe : Si возрастает. Ниже приведено влияние Fe : Si на электропроводность алюминия: Влияние Fe : Si на электропроводность алюминия
Удельное электрическое сопротивление отожженной алюминиевой проволоки (ρ, мкОм·м) при 20°С в зависимости от содержания примесей можно приблизительно определить по следующей формуле: ρ=0,0264+0,007×(% Si)+0,0007×(% Fe) + 0,04×[% (Cr+V + Mn + Ti)]. Отражательная способностьС повышением степени чистоты алюминия возрастает его способность отражать свет от поверхности. Так, степень отражения белого света от прокатанных алюминиевых листов (фольги) в зависимости от чистоты металла, возрастает следующим образом: для Аl 99,2%—75%, Аl 99,5%—84% и для Аl 99,8%—86%. Поверхность листа, изготовленного из электролитически рафинированного алюминия чистотой 99,996%, отражает 90% падающего на него белого света. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ацетон | 2,22 | Масло минеральное | 1,67…2,01 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Бензин | 2,09 | Масло смазочное | 1,67 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Бензол (10°С) | 1,42 | Метиленхлорид | 1,13 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (40С) | 1,77 | Метил хлорид | 1,59 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Вода чистая (0°С) | 4,218 | Морская вода (18°С) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (10°С) | 4,192 | 0,5% соля | 4,10 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (20°С) | 4,182 | 3% соля | 3,93 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (40°С) | 4,178 | 6% соли | 3,78 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (60°С) | 4,184 | Нефть | 0,88 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (80°С) | 4,196 | Нитробензол | 1,47 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (100°С) | 4,216 | Парафин жидкий | 2,13 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Глицерин | 2,43 | Рассол (-10°С) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Гудрон | 2,09 | 20% соли | 3,06 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Деготь каменноугольный | 2,09 | 30% соли | 2,64…2,72 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Дифенил | 2,13 | Ртуть | 0,138 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Довтерм | 1,55 | Скипидар | 1,80 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Керосин бытовой | 1,88 | Спирт метиловый (метанол) | 2,47 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Керосин бытовой (100°С) | 2,01 | Спирт нашатырный | 4,73 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Керосин тяжелый | 2,09 | Спирт этиловый (этанол) | 2,39 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Кислота азотная 100%-я | 3,10 | Толуол | 1.72 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Кислота серная 100%-я | 1,34 | Трихлорэтилен | 0,93 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Кислота соляная 17%-я | 1,93 | Хлороформ | 1,00 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Кислота угольная (-190°С) | 0,88 | Этиленгликоль | 2,30 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Клей столярный | 4,19 | Эфир кремниевой кислоты | 1,47 |
| Вещество | Агрегатноесостояние | Удельнаятеплоемкость,Дж/(кг·К) |
| Золото | твердое | 129 |
| Свинец | твердое | 130 |
| Иридий | твердое | 134 |
| Вольфрам | твердое | 134 |
| Платина | твердое | 134 |
| Ртуть | жидкое | 139 |
| Олово | твердое | 218 |
| Серебро | твердое | 234 |
| Цинк | твердое | 380 |
| Латунь | твердое | 380 |
| Медь | твердое | 385 |
| Константан | твердое | 410 |
| Железо | твердое | 444 |
| Сталь | твердое | 460 |
| Высоколегированная сталь | твердое | 480 |
| Чугун | твердое | 500 |
| Никель | твердое | 500 |
| Алмаз | твердое | 502 |
| Флинт (стекло) | твердое | 503 |
| Кронглас (стекло) | твердое | 670 |
| Кварцевое стекло | твердое | 703 |
| Сера ромбическая | твердое | 710 |
| Кварц | твердое | 750 |
| Гранит | твердое | 770 |
| Фарфор | твердое | 800 |
| Цемент | твердое | 800 |
| Кальцит | твердое | 800 |
| Базальт | твердое | 820 |
| Песок | твердое | 835 |
| Графит | твердое | 840 |
| Кирпич | твердое | 840 |
| Оконное стекло | твердое | 840 |
| Асбест | твердое | 840 |
| Кокс (0…100°С) | твердое | 840 |
| Известь | твердое | 840 |
| Волокно минеральное | твердое | 840 |
| Земля (сухая) | твердое | 840 |
| Мрамор | твердое | 840 |
| Соль поваренная | твердое | 880 |
| Слюда | твердое | 880 |
| Нефть | жидкое | 880 |
| Глина | твердое | 900 |
| Соль каменная | твердое | 920 |
| Асфальт | твердое | 920 |
| Кислород | газообразное | 920 |
| Алюминий | твердое | 930 |
| Трихлорэтилен | жидкое | 930 |
| Абсоцемент | твердое | 960 |
| Силикатный кирпич | твердое | 1000 |
| Полихлорвинил | твердое | 1000 |
| Хлороформ | жидкое | 1000 |
| Воздух (сухой) | газообразное | 1005 |
| Азот | газообразное | 1042 |
| Гипс | твердое | 1090 |
| Бетон | твердое | 1130 |
| Сахар-песок | 1250 | |
| Хлопок | твердое | 1300 |
| Каменный уголь | твердое | 1300 |
| Бумага (сухая) | твердое | 1340 |
| Серная кислота (100%) | жидкое | 1340 |
| Сухой лед (твердый CO2) | твердое | 1380 |
| Полистирол | твердое | 1380 |
| Полиуретан | твердое | 1380 |
| Резина (твердая) | твердое | 1420 |
| Бензол | жидкое | 1420 |
| Текстолит | твердое | 1470 |
| Солидол | твердое | 1470 |
| Целлюлоза | твердое | 1500 |
| Кожа | твердое | 1510 |
| Бакелит | твердое | 1590 |
| Шерсть | твердое | 1700 |
| Машинное масло | жидкое | 1670 |
| Пробка | твердое | 1680 |
| Толуол | твердое | 1720 |
| Винилпласт | твердое | |
| Скипидар | жидкое | 1800 |
| Бериллий | твердое | 1824 |
| Керосин бытовой | жидкое | 1880 |
| Пластмасса | твердое | 1900 |
| Соляная кислота (17%) | жидкое | 1930 |
| Земля (влажная) | твердое | 2000 |
| Вода (пар при 100°C) | газообразное | 2020 |
| Бензин | жидкое | 2050 |
| Вода (лед при 0°C) | твердое | 2060 |
| Сгущенное молоко | 2061 | |
| Деготь каменноугольный | жидкое | 2090 |
| Ацетон | жидкое | 2160 |
| Сало | 2175 | |
| Парафин | жидкое | 2200 |
| Древесноволокнистая плита | твердое | 2300 |
| Этиленгликоль | жидкое | 2300 |
| Этанол (спирт) | жидкое | 2390 |
| Дерево (дуб) | твердое | 2400 |
| Глицерин | жидкое | 2430 |
| Метиловый спирт | жидкое | 2470 |
| Говядина жирная | 2510 | |
| Патока | 2650 | |
| Масло сливочное | 2680 | |
| Дерево (пихта) | твердое | 2700 |
| Свинина, баранина | 2845 | |
| Печень | 3010 | |
| Азотная кислота (100%) | жидкое | 3100 |
| Яичный белок (куриный) | 3140 | |
| Сыр | 3140 | |
| Говядина постная | 3220 | |
| Мясо птицы | 3300 | |
| Картофель | 3430 | |
| Тело человека | 3470 | |
| Сметана | 3550 | |
| Литий | твердое | 3582 |
| Яблоки | 3600 | |
| Колбаса | 3600 | |
| Рыба постная | 3600 | |
| Апельсины, лимоны | 3670 | |
| Сусло пивное | жидкое | 3927 |
| Вода морская (6% соли) | жидкое | 3780 |
| Грибы | 3900 | |
| Вода морская (3% соли) | жидкое | 3930 |
| Вода морская (0,5% соли) | жидкое | 4100 |
| Вода | жидкое | 4183 |
| Нашатырный спирт | жидкое | 4730 |
| Столярный клей | жидкое | 4190 |
| Гелий | газообразное | 5190 |
| Водород | газообразное | 14300 |
Свойства алюминия: плотность, теплопроводность, теплоемкость Al
В таблице представлены теплофизические свойства алюминия Al в зависимости от температуры. Свойства алюминия даны в широком диапазоне температуры — от минус 223 до 1527°С (от 50 до 1800 К).
Как видно из таблицы, теплопроводность алюминия при комнатной температуре равна около 236 Вт/(м·град), что позволяет применять этот материал для изготовления радиаторов и различных теплоотводов.
Кроме алюминия, высокой теплопроводностью обладает также медь.
У какого металла теплопроводность больше? Известно, что теплопроводность алюминия при средних и высоких температурах все-таки меньше, чем у меди, однако, при охлаждении до 50К, теплопроводность алюминия существенно возрастает и достигает значения 1350 Вт/(м·град). У меди же при такой низкой температуре значение теплопроводности становится ниже, чем у алюминия и составляет 1250 Вт/(м·град).
Алюминий начинает плавиться при температуре 933,61 К (около 660°С), при этом некоторые его свойства претерпевают значительные изменения. Значения таких свойств, как температуропроводность, плотность алюминия и его теплопроводность значительно уменьшаются.
Плотность алюминия в основном определяется его температурой и имеет зависимость от агрегатного состояния этого металла.
Например, при температуре 27°С плотность алюминия равна 2697 кг/м3, а при нагревании этого металла до температуры плавления (660°С), его плотность становится равной 2368 кг/м3.
Снижение плотности алюминия с ростом температуры обусловлено его расширением при нагревании.
В таблице приведены следующие теплофизические свойства алюминия:
Удельная теплоемкость алюминия
Удельная теплоемкость алюминия существенно зависит от температуры и при комнатной температуре составляет величину около 904 Дж/(кг·град), что значительно выше удельной (массовой) теплоемкости других распространенных металлов, например таких, как медь и железо.
По данным таблицы видно, что величина удельной теплоемкости алюминия значительно выше значения этого свойства у меди и железа, поэтому такое свойство алюминия, как возможность хорошо накапливать тепло, широко применяется в промышленности и теплотехнике, делая этот металл незаменимым.
Сравнительная таблица теплоемкости алюминия, меди и железаТеплоемкость металла, Дж/(кг·град)
| t, °С | Алюминий Al | Медь Cu | Железо Fe |
| -173 | 483,6 | — | 216,1 |
| -73 | 800,2 | — | 385 |
| 27 | 903,7 | 385 | 450 |
| 127 | 951,3 | 397,7 | 491,1 |
| 227 | 991,8 | 408 | 530,7 |
| 327 | 1036,7 | 416,9 | 573,1 |
| 427 | 1090,2 | 425,1 | 619,9 |
| 527 | 1153,8 | 432,9 | 679,1 |
| 627 | 1228,2 | 441,7 | 772,8 |
| 727 | 1176,7 | 451,4 | 975,1 |
| 827 | 1176,7 | 464,3 | 794,1 |
| 927 | 1176,7 | 480,8 | 607,1 |
Свойства сплавов алюминия с кремнием, медью, магнием и цинком
В таблице представлены состав и следующие теплофизические свойства алюминиевых сплавов:
Плотность, теплопроводность и коэффициент линейного теплового расширения сплавов представлены в зависимости от температуры в интервале от 500 до 660°С. Плотность алюминиевых сплавов с кремнием и цинком наиболее высока. Из легких сплавов можно отметить сплавы, содержащие магний.
Следует отметить, что наибольшей коррозионной устойчивостью в воде и на воздухе обладают алюминиевые сплавы с высоким содержанием меди — они устойчивы к коррозии до температуры 200…250°С. Такие сплавы также обладают высокими прочностными характеристиками.
Теплопроводность алюминиевых сплавов в зависимости от температуры
В таблице представлены состав алюминиевых сплавов и коэффициент их теплопроводности в диапазоне температуры от 173 (-100°С) до 773К (500°С). По данным таблицы видно, что чем больше содержится алюминия в сплаве, тем выше его теплопроводность. При нагревании алюминиевых сплавов, их теплопроводность, как правило, увеличивается.
Теплопроводность сплава алюминия с литием
Даны значения коэффициента теплопроводности сплава алюминия с литием при комнатной температуре. Теплопроводность указана в зависимости от содержания лития в сплаве по массе (от 0 до 11%). Необходимо отметить, что увеличение процентного содержания лития приводит к уменьшению теплопроводности сплава.
Плотность, теплопроводность, теплоемкость алюминиевых сплавов Амц, Амг1, Амг2, Д1, Д16
В таблице указана плотность, теплопроводность, теплоемкость следующих сплавов алюминия: Амц, Амг1, Амг2, Д1, Д16. Следует отметить, что плотность алюминиевых сплавов примерно одинаковая, но немного выделяется такой сплав алюминия, как Д-1 — его плотность равна 2800 кг/м3.
Теплопроводность, теплоемкость и удельное сопротивление сплава 1151Т
В таблице представлены значения коэффициента теплопроводности, Вт/(м·град), удельной (массовой) теплоемкости, кДж/(г·град) и удельного сопротивления алюминиевого сплава 1151Т.
Свойства алюминиевого сплава 1151Т даны в зависимости от температуры (в интервале от 0 до 400 °С).
По данным таблицы видно, что теплопроводность этого сплава увеличивается при нагревании, однако в районе температуры 200°С имеет место некоторое ее снижение с последующим ростом.
Такой же характер изменения свойственен и удельной теплоемкости сплава 1151Т. Удельное электрическое сопротивление рассматриваемого сплава увеличивается по мере роста его температуры.
Температурные коэффициенты линейного расширения (КТР) сплава 1151Т
В таблице представлены значения температурных коэффициентов линейного расширения (КТР) алюминиевого сплава 1151Т. Коэффициенты линейного расширения алюминиевого сплава 1151Т даны в зависимости от температуры (в интервале от 0 до 500 °С). При высоких температурах КТР сплава 1151Т увеличивается.
Теплофизические свойства алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mn
В таблице представлены теплофизические свойства алюминиевых сплавов, содержащих медь и марганец. рассмотрены такие сплавы, как сплав 01205, 1201, Д21, Д20. Свойства сплавов представлены в зависимости от температуры в диапазоне от 25 до 400°С. Из рассмотренных сплавов наиболее теплопроводным является сплав Д20, с теплопроводностью 138 Вт/(м·град) при температуре 25°С.
Даны следующие теплофизические свойства сплавов:
Теплофизические свойства алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Si
В таблице представлены следующие теплофизические свойства сплавов алюминия с магнием и кремнием:
Свойства представлены в зависимости от температуры в интервале от 25 до 400°С. Даны свойства следующих сплавов: АД31, АД33, АД35, АВ. Следует отметить, что удельная теплоемкость сплавов увеличивается при нагревании.
Удельная теплоемкость высокопрочных сплавов алюминия В93, сплав 1933, В95, сплав 1973, В96 и др
Указана массовая теплоемкость кДж/(кг·°С) при температуре от 20 до 400°С следующих сплавов: В93, В93пч, сплав 1933, В95, В95пч, В95оч, сплав 1973, В96Ц, В96Ц-3. С ростом температуры сплава его теплоемкость увеличивается.
Теплопроводность сплавов алюминия
Теплопроводность алюминия — это технический параметр, характеризующий свойства металла и сплавы на его основе. Значение этого показателя учитывается при формировании составов для изготовления литейных, деформируемых изделий, промышленного производства деталей и установок.
Характеристики теплопроводности учитываются при использовании его в производстве.
Характеристика теплопроводности материалов
Понятие теплопроводности материалов характеризуется способностью переносить тепловую энергию в пределах определенного объекта от нагретых частей к холодным. Процесс осуществляется атомами, молекулами, электронами и происходит в любых телах с неравномерным распределением температуры.
С позиций кинетической физики этот процесс происходит в результате взаимодействия частиц молекул более нагретых участков в пределах образца с другими элементами, отличающимися низшей температурой. Механизм и скорость переноса теплоты зависит от агрегатного состояния вещества.
Категория теплопроводности предусматривает определение скорости нагревания образца материала и перемещение температурной волны в определенном направлении. Показатель зависит от физических параметров:
Коэффициент теплопроводности равен количеству теплоты, которая проходит через единицу площади однородного материала за единицу времени при разнице температуры.
Физические свойства алюминия
Химический элемент алюминий имеет кубическую кристаллическую структуру. Его удельный вес при 20 °C составляет 2,7 г/см³, температура плавления — +657…+660,2 °C, скрытая теплота плавления — 94,6 °C.
Алюминий высокой чистоты кипит при +1800…+2060 °C. При нагревании увеличивается показатель удельной теплоемкости металла, проводимость тепла и коэффициент линейного расширения.
Электропроводность алюминия возрастает с понижением температуры: при 189 °C составляет 156 ед., а при 400 °C — 12,5.
Среди химических элементов алюминий отличается высокой активностью. Он легко реагирует с кислородом, образуя плотную окисную пленку, предохраняющую металл от дальнейшего влияния среды.
Свойства сплавов определяются входящими в его состав элементами.
По мере повышения температуры в металле растворяется водород, повышающий пористость материала. Примеси щелочных химических элементов (калия, натрия, кальция), кремния, магния способствуют резкому увеличению пористости алюминия.
