Теплопроводность нержавеющей стали
Для того чтобы проводить какую-либо работу с различными материалами, перед их обработкой обязательно нужно узнать все данные, касающиеся характеристик материала, его физические свойства.
Ниже будет рассмотрен такой материал, как сталь. Внимание будет заострено на такой способности материалов, как теплопроводность. Это показатель, который обязательно надо знать, если предполагается работа с любым материалом.
Понятие «теплопроводность»
Для начала следует разобраться в самом понятии «теплопроводность». Это поможет пользователю легче лавировать среди сухих цифр и оперировать ими. Для того чтобы провести определённую работу, следует основательно подойти к делу и разузнать все возможные характеристики того материала, с которым впоследствии будет работать пользователь.
Теплопроводностью называют такую способность различных материальных тел к теплообмену (переносу энергии) к менее нагретым частям тела от его более нагретых частей. Этот процесс возможен, благодаря различным частицам тела, которые хаотически движутся. Такими частицами являются:
- молекулы;
- атомы;
- электроны и так далее.
Такой теплообмен возможен во всех телах, в которых наблюдается неоднородное распределение температурных показателей. Сам механизм переноса тепла будет напрямую зависеть от агрегатного состояния рассматриваемого материала.
Также термин «теплопроводность» применяется для обозначения количественной характеристики способности любого физического тела проводить тепло. Если сравнивать тепловые цепи с цепями электрическими, то такой термин является аналогом проводимости.
Для того чтобы охарактеризовать количественную способность физического тела проводить тепло, используется специальная величина, которая именуется коэффициентом теплопроводности.
Эта характеристика равна количеству теплоты, которое проходит через образец материала, обязательно однородного, единичной площади и единичной длины за единицу времени при единичной разнице температур.
В известной всем системе СИ такая величина измеряется в Вт/(м*градус Цельсия).
Само явление теплопроводности зиждется на принципах, которые с лёгкостью объясняет молекулярно-кинетическая теория.
Они заключаются в том, что нагретые молекулы двигаются намного быстрее, чем молекулы, пребывающие в своём обычном состоянии, поэтому при своём быстром хаотическом движении они способны влиять на другие молекулы, находящиеся в более холодных частях тела и передавать им своё тепло.
Теплопроводность стали
Для того чтобы оперировать полученными знаниями о теплопроводности материалов для последующей работы с ними, следует учитывать все существующие нюансы для отдельного физического тела.
Если говорить именно о стали, то следует помнить, что данная характеристика этого металла снижается, если содержит в себе примеси различного рода.
Можно привести даже конкретные примеры, которые могут подтвердить этот общеизвестный факт. Например, если в стали увеличено содержание углерода, то это отрицательно сказывается на коэффициенте теплопроводности стали.
У легированных сталей этот коэффициент ещё ниже из-за присадок.
Если рассматривать чистую сталь, не содержащую всяких примесей, то ей теплопроводность будет достаточно высока, как и у всех металлов. Составляет она около 70 Вт/(м*гр. Цельсия).
Если обратиться к показателям у углеродистых и высоколегированных сталей, то они существенно ниже, что в принципе неудивительно. Это объясняется наличием в их составе примесей, что понижает коэффициент теплопроводности.
Кстати, следует помнить о том, что сам фактор термического воздействия может существенно повлиять на теплопроводность высоколегированных и углеродистых сталей.
Дело в том, что при увеличении температуры, коэффициент этой величины таких сталей понижается.
Теплопроводность нескольких различных видов сталей
Тут будут представлены сухие цифры для того, чтобы пользователь мог сразу найти нужные для себя показатели коэффициента данной величины для некоторых марок сталей:
- Коэффициент теплопроводности низкоуглеродистых сталей, которые применяются в производстве обычных труб, равен 54, 51, 47 (Вт/(м*гр. С) для 25, 125, 225 градусов по Цельсию соответственно.
- Средний коэффициент углеродистых сталей, который можно высчитать при комнатной температуре, находится в диапазоне от 50 до 90 Вт/(М*гр. С).
- Коэффициент теплопроводности для обычной стали, которая не содержит различных примесей, которые, в свою очередь, не могут никак повлиять на этот коэффициент, равен 64 Вт/(м*гр. С). Этот коэффициент несущественно изменяется при изменении термического воздействия, но точно не так сильно, как в случае с углеродистыми и легированными сталями.
Выводы
Для успешного процесса обработки любого материала очень важно знать все его физические свойства и характеристики. Это нужно для того, чтобы успешно проделать всю требуемую работу и получить нужный результат. Незнание характеристик может привести к неприятным последствиям.
Теплопроводность стали — очень важный момент, если предполагается работа с этим металлом. Следует помнить не только основной коэффициент теплопроводности обычной стали, но и коэффициенты этой величины у её сплавов. Они обладают другими свойствами, что может сделать работу с ними более трудной.
Мастер должен быть обладать знаниями о том, что углеродистые и легированные стали обладают гораздо меньшим коэффициентом теплопроводности, так как в их составах содержатся примеси, напрямую влияющие на эту величину.
Также следует помнить, что коэффициент данной характеристики сталей очень зависит и от термического воздействия. Это означает, что чем температура выше, тем больше и коэффициент.
- Виталий Данилович Орлов
- Распечатать
Коэффициент теплопроводности нержавеющей стали — Справочник металлиста
Теплопроводность представляет собой физическую величину, которая определяет способность материалов проводить тепло.
Иными словами, теплопроводность представляет собой способность субстанций передавать кинетическую энергию атомов и молекул другим субстанциям, находящиеся в непосредственном контакте с ними.
В СИ эта величина измеряется во Вт/(К*м) (Ватт на Кельвин-метр), что эквивалентно Дж/(с*м*К) (Джоуль на секунду-Кельвин-метр).
Понятие теплопроводности
Она является интенсивной физической величиной, то есть величиной, которая описывает свойство материи, не зависящей от количества последней.
Интенсивными величинами также являются температура, давление, электропроводность, то есть эти характеристики одинаковы в любой точке одного и того же вещества.
Другой группой физических величин являются экстенсивные, которые определяются количеством вещества, например, масса, объем, энергия и другие.
Противоположной величиной для теплопроводности является теплосопротивляемость, которая отражает способность материала препятствовать переносу проходящего через него тепла.
Для изотропного материала, то есть материала, свойства которого одинаковы во всех пространственных направлениях, теплопроводность является скалярной величиной и определяется, как отношение потока тепла через единичную площадь за единицу времени к градиенту температуры.
3.7. Теплопроводность
Коэффициент теплопроводности λ обозначает количество тепла, передаваемого в единицу времени через единицу поверхности при единичном температурном градиенте, т. е. при перепаде температур в один градус на единицу длины стенки по нормали к тепловому потоку.
Размерность коэффициента теплопроводности: Вт/(м · К).
В табл. 3.7.1 приведены коэффициенты теплопроводности металлов и сплавов.
Для каждого значения λ указана температура, которой это значение соответствует. В тех случаях, когда такое указание отсутствует, данные относятся к комнатной температуре.
Таблица 3.7.1
Коэффициенты теплопроводности металлов и сплавов
Состав сплавов указан в массовых долях (кроме особо оговоренных случаев).
| Металл или сплав, масс. % | T, °С | λ, Вт/(м · К) |
| Алюминий 99 | 18 | 211 |
| 30 | 208,1 | |
| 100 | 205,2 | |
| 400 | 318,2 | |
| 600 | 422,9 | |
| Висмут | –186 | 10,47 |
| –77 | 10,76 | |
| 0 | 7,411 | |
| 100 | 6,866 | |
| 96 Bi + 3,5 Pb (объемн.) | 44 | 5,401 |
| 90 Bi + 3,5 Sn (объемн.) | 44 | 5,401 |
| 80 Bi + 20 Sb | 0 | 6,364 |
| 100 | 8,583 | |
| 50 Bi + 50 Sn | 12,5 | 23,45 |
| 50 Bi + 25 Pb + 25 Sn | 20 | 16,24 |
| 48 Bi + 26 Pb + 13 Sn + 13 Cd | 7 | 13,36 |
| Вольфрам | 0 | 160,4 |
| 2227 | 148,2 | |
| Железо | ||
| кованое чистое | 0 | 59,45 |
| 100 | 56,94 | |
| 99,92 (армко) | 20 | 73,27 |
| 100 | 67,41 | |
| Золото | 0 | 311,5 |
| 97 | 312,3 | |
| 90 Au + 10 Pd | 25 | 97,97 |
| 50 Au + 50 Pd | 25 | 36,01 |
| Иридий | 17 | 59,03 |
| Кадмий | 0 | 92,65 |
| 100 | 85,62 | |
| Калий | 5 | 97,97 |
| 20,7 | 97,13 | |
| 57,6 | 90,85 | |
| 62,9 K + 37,1 Na | 6,0 | 22,99 |
| 42,9 | 25,92 | |
| Кобальт (97,12 Co + 0,24 C + 1,4 Fe + 1,1 Ni + 0,14 Si) | 30 | 487,8 |
| Латунь | ||
| красная | 0 | 103 |
| 100 | 118,5 | |
| желтая | 0 | 85,45 |
| 100 | 106,3 | |
| Литий | 0 | 71,18 |
| 101,3 | 75,36 | |
| Магний | 0–100 | 157,4 |
| 92 Mg + 8 Al | 20–200 | 62,8–79,55 |
| 92 Mg + 8 Cu | 20–200 | 125,6–132,3 |
| 88 Mg + 10 Al + 2 Si | 20–200 | 121,4–133,1 |
| Марганец | 18 | 21,77 |
| Медь | –183 | 465,2 |
| 0 | 385,2 | |
| 100 | 385,2 | |
| 99,37 Cu + 0,63 P | 30 | 104,7 |
| 98,02 Cu + 1,98 P | 30 | 52,34 |
| 96 Cu + 3 Si + 1 Mn (эвердюр) | 20 | 33,08 |
| 84 Cu + 4 Ni + 12 Mn (манганин) | 18 | 21,73 |
| 100 | 26,42 | |
| 60 Cu + 40 Ni | 18 | 22,61 |
| 100 | 26,8 | |
| 54 Cu + 46 Ni | 18 | 20,26 |
| 89 Cu + 11 Zn | 18 | 115,1 |
| 87 Cu + 13 Zn | 18 | 126 |
| 82 Cu + 18 Zn | 18 | 131 |
| 68 Cu + 32 Zn | 18 | 108,9 |
| 62 Cu + 22 Zn + 15 Ni | 18 | |
| 52 Cu + 26 Zn + 22 Ni | 0 | 29,31 |
| 100 | 36,43 | |
| 95 Cu + 5 Al (бронза алюминиевая) | 20 | 82,48 |
| 90 Cu + 10 Sn | 20 | 41,87 |
| 75 Cu + 25 Sn (бронза оловянная) | 20 | 25,54 |
| 92,8 Cu + 5 Sn + 2 Zn + 0,15 P (бронза фосфористая) | 20 | 79,13 |
| Молибден | 17 | 144,9 |
| Натрий | 5,7 | 134,4 |
| 21,2 | 132,7 | |
| 88,1 | 120,6 | |
| Никель 99 | –160 | 54,01 |
| 18 | 58,62 | |
| Ni + (2÷3) Co | 300 | 52,75 |
| 79,5 Ni + 13 Cr + 6,5 Fe (никонель) | 70 | 15,07 |
| Олово | –170 | 81,64 |
| 0 | 64,06 | |
| 100 | 59,45 | |
| 91 Sn + 8,9 Zn | 44 | 65,73 |
| Палладий | 100 | 76,2 |
| 90 Pd + 10 Pt | 25 | 56,1 |
| 50 Pd + 50 Pt | 25 | 36,84 |
| 90 Pd + 10 Ag | 25 | 47,73 |
| 50 Pd + 50 Ag | 25 | 31,82 |
| Платина | –252,8 | 389,4 |
| –183 | 76,2 | |
| 0–200 | 69,92 | |
| 90 Pt + 10 Ir | 17 | 30,98 |
| 90 Pt + 10 Rh | 17 | 30,14 |
| 90 Pt + 10 Pd | 25 | 43,12 |
| Родий | 17 | 87,92 |
| Ртуть | ||
| твердая | –269,3 | 167,5 |
| –44,2 | 27,8 | |
| жидкая | 0 | 8,081 |
| 50 | 8,75 | |
| Свинец | 18 | 34,62 |
| 100 | 34,12 | |
| Серебро 99,9 | –160 | 417,8 |
| 0 | 458,9 | |
| 10–97 | 403,2 | |
| Серебро 99,98 | 18 | 421,2 |
| 100 | 415,3 | |
| 90 Ag + 10 Pd | 25 | 141,1 |
| 90 Ag + 10 Pt | 25 | 97,97 |
| 70 Ag + 30 Pt | 25 | 30,98 |
| Сталь | См. табл. 3.7.2 | |
| Сурьма | 0 | 18,42 |
| 0–30 | 17,58 | |
| 100 | 16,75 | |
| 70 Sb + 30 Bi | 0 | 9,797 |
| 100 | 11,76 | |
| 66,7 Sb + 33,3 Cd | 0 | 1,252 |
| 50 Sb + 50 Cd | 0 | 2,173 |
| Тантал | 17 | 54,43 |
| 1827 | 82,9 | |
| Цинк | –170 | 117,2 |
| 18 | 111 | |
| 100 | 109,7 | |
| 70 Zn + 30 Sn | 44 | 93,78 |
| Чугун | 18 | 45,64 |
| 100 | 45,22 | |
| Металл или сплав, масс. % | T, °С | λ, Вт/(м · К) |
В табл. 3.7.2–3.7.7 приведены коэффициенты теплопроводности некоторых сталей, чистых веществ в твердом состоянии, термоизоляционных, строительных и некоторых других материалов, жидкометаллических теплоносителей, чистых органических жидкостей и хладагентов в жидком состоянии.
Таблица 3.7.2
Коэффициенты теплопроводности λ (Вт/(м · К)) некоторых сталей
| Группа стали | Температура, °С | |||||||
| 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | |
| Углеродистая: марка 15 | 54,4 | 50,2 | 46,1 | 41,9 | 37,7 | 33,5 | ||
| марка 30 | 50,2 | 46,1 | 41,9 | 37,7 | 33,5 | 29,3 | ||
| Молибденовая | 41,9 | |||||||
| Хромистая | 22,4 | 21,2 | 23,5 | 22 | ||||
| Хромомолибденовая: Х10С2М (ЭИ107) | 18,4 | 0 | 21,7 | 24,7 | 22 | |||
| 12 ХМ | 37,7 | 35,6 | 33,5 | |||||
| Хромоникелевая | 16,9 | 19,2 | 21,5 | 24,4 | 26,7 | 29,7 | 32,6 | 36,1 |
| Хромоникельвольфрамовая | 15,5 | 0 | 18,1 | 21,2 | 22 | |||
Таблица 3.7.3
Коэффициенты теплопроводности некоторых чистых веществ в твердом состоянии
| Название | Формула | T, °С | λ, Вт/(м · К) |
| Алюминия оксид: | Al2O3 | ||
| порошок | 46,8 | 0,678 | |
| плавленый | 650–1350 | 3,349 | |
| Графит (плотность 1580 кг/м3): | С | ||
| ¦оси | 50 | 44,17 | |
| + оси | 142 | 17,84 | |
| 555 | 116,8 | ||
| Графит (порошок, плотность 700 кг/м3) | С | 40 | 1,193 |
| Кадмия оксид (прессов. порошок) | CdO | 46,5 | 0,682 |
| Калия иодид | KI | 0 | 5,024 |
| Калия хлорид | KCl | 0 | 6,95 |
| Кобальта(III) оксид (прессов. порошок) | Со2О3 | 48,5 | 0,419 |
| Кремния карбид (карборунд) | SiC | 650–1350 | 15,57 |
| Кремния диоксид (кварц): | SiO2 | ||
| ¦оси | 0 | 13,61 | |
| 100 | 9,002 | ||
| + оси | 0 | 7,247 | |
| 100 | 5,581 | ||
| Магния оксид (прессов. порошок, плотность 797 кг/м3) | MgO | 47,6 | 0,607 |
| Меди(II) оксид (прессов. порошок) | CuO | 45,6 | 1,013 |
| Натрия хлорид | NaCl | 0 | 1,116 |
| Нафталин | С10Н8 | 0 | 0,377 |
| 1-Нафтол | С10Н8О | 35 | 0,293 |
| 2-Нафтол | С10Н8О | 35 | 0,335 |
| Никеля(III) оксид (прессов. порошок, плотность 1445 кг/м3) | Ni2O3 | 46,2 | 0,938 |
| Сера: | S | ||
| ромбическая | 0 | 0,293 | |
| пластическая | 20–100 | 0,264 | |
| Серебра бромид | AgBr | 0 | 1,03 |
| Серебра хлорид | AgCl | 0 | 1,089 |
Таблица 3.7.4
Коэффициенты теплопроводности термоизоляционных, строительных и некоторых других материалов
| Материал | T, °С | λ, Вт/(м · К) |
| Асбестовая ткань | 20 | 0,279 |
| Асбестовое волокно | 0 | 0,112 |
| 100 | 0,121 | |
| Асбестовый картон | 100 | 0,144 |
| Асфальт | 20 | 0,744 |
| Базальт | 20 | 2,175 |
| Бетон | 20 | 0,922 |
| Боксит | 600 | 0,557 |
| Войлок шерстяной | 40 | 0,073 |
| Гипс | 0 | 1,297 |
| Глина огнеупорная | 300–600 | 0,875–0,925 |
| Гранит | 20 | 3,419 |
| Дерево: | ||
| береза (10,8 % влажности), + волокнам | 29 | 0,172 |
| дуб (плотность 825 кг/м3), + волокнам | 15 | 0,209 |
| дуб (плотность 819 кг/м3), ¦ волокнам | 20 | 0,349 |
| Диатомитовая земля | 20 | 0,055 |
| Древесный уголь | 81 | 0,076 |
| Известняк | 0 | 2,07 |
| Известь глинистая | 20 | 3,256 |
| Каменный уголь | 20 | 0,186 |
| Картон гофрированный | 0,064 | |
| Кирпич: | ||
| изоляционный | 100 | 0,14 |
| огнеупорный | 200 | 1,006 |
| строительный | 20 | 0,233–0,291 |
| Клинкер | 30 | 0,163 |
| Кокс порошкообразный | 100 | 0,191 |
| Лед | 0 | 2,25 |
| –95 | 3,954 | |
| Магнезит | 1000 | 1,663 |
| Мрамор: | ||
| белый | 3,268 | |
| черный | 30 | 2,861 |
| Накипь котельная | 65 | 1,31–3,14 |
| Оникс | 30 | 2,34 |
| Опилки древесные | 20 | 0,07 |
| Парафин | 20 | 0,267 |
| Песок: | ||
| сухой | 20 | 0,326 |
| влажный | 20 | 1,13 |
| Песчаник (плотность 2259 кг/м3) | 40 | 1,84 |
| Портландцемент | 30 | 0,302 |
| Пробка гранулированная | 20 | 0,038 |
| Пробковая пластина | 30 | 0,042 |
| Резина мягкая | 20 | 0,167 |
| Сланец | 100 | 1,49 |
| Слюда | 0,582 | |
| Снег: | ||
| свежевыпавший | 0,105 | |
| уплотненный | 0,048 | |
| Стеклянная вата | 0 | 0,037 |
| Текстолит | 20 | 0,645–0,93 |
| Торфоплиты | 50 | 0,064 |
| Фарфор | 95 | 1,04 |
| Фибра (пластины) | 20 | 0,049 |
| Флюорит | 0 | 10,4 |
| Шерсть минеральная | 50 | 0,047 |
| Шлакобетон | 0,93 | |
| Шлаковая вата | 100 | 0,07 |
| Штукатурка | 20 | 0,779 |
| Хлопок (плотность 81 кг/м3) | 0 | 0,057 |
| Эбонит | 0 | 0,158 |
| Материал | T, °С | λ, Вт/(м · К) |
Таблица 3.7.5
Коэффициенты теплопроводности λ (Вт/(м · К)) некоторых жидкометаллических теплоносителей
| Теплоноситель | Температура, °С | ||||||||||
| 0 | 50 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | |
| Висмут (Tпл = 271,3 °С; Tкип = 1560 °С) | 14,7 | 15,6 | 16,5 | 17,3 | 18,3 | ||||||
| Калий (Tпл = 63,6 °С; Tкип = 776 °С) | 46,5 | 46,4 | 45,9 | 44,9 | 43,4 | 39,5 | 34,9 | 30,9 | 28,3 | ||
| Литий (Tпл = 180 °С; Tкип = 1350 °С) | 46,1 | 46,3 | 46,6 | 47,1 | 47,6 | 48 | 48,5 | ||||
| Натрий (Tпл = 97,8 °С; Tкип = 900 °С) | 86,1 | 84,1 | 81,6 | 78,7 | 75,5 | 68,7 | 63,8 | 60,6 | 59,1 | ||
| Олово (Tпл = 231,9 °С; Tкип = 2720 °С) | 30,7 | 31,6 | 33,6 | 35,5 | 37,4 | 39,4 | |||||
| Ртуть (Tпл = –38,9 °С; Tкип = 356,6 °С) | 7,79 | 8,43 | 9,07 | 9,71 | 10,4 | 11 | 11,6 | 12,6 | 13,3 | ||
| Свинец (Tпл = 327,3 °С; Tкип = 1751 °С) | 15,1 | 15,5 | 15,9 | 17,7 | |||||||
| Сплав натрий—калий: 25 % Na + 75 % K (Tпл = 11 °С; Tкип = 784 °С) | 22,7 | 23,3 | 23,8 | 24,5 | 25,1 | 25,8 | 27,1 | 28,4 | 29,7 | 30,9 | |
| Сплав свинец—висмут: 44 % Pb + 55,5 % Bi (Tпл = 123,5 °С; Tкип = 1670 °С) | 11,2 | 11,7 | 12,2 | 12,7 | 13,7 | 14,7 | 15,8 | 16,7 | |||
Таблица 3.7.6
Коэффициенты теплопроводности чистых органических жидкостей
| Название | Формула | T, °С | λ, Вт/(м · К) |
| Анилин | С6H7N | 16,5 | 0,1774 |
| Ацетальдегид | С2H4O | 21 | 0,1712 |
| Ацетон | С3Н6О | 16 | 0,1902 |
| Бензол | С6Н6 | 16 | 0,1902 |
| Бромбензол | С6Н5Br | 20 | 0,1115 |
| 2-Бромбутан | C4H9Br | 12 | 0,1164 |
| 1-Бромпентан | С5H11Br | 18 | 0,0984 |
| 1-Бромпропан | С3Н7Br | 12 | 0,1076 |
| Бромэтан | С2Н5Br | 30 | 0,1198 |
| Бутан-1-ол | С4H10O | 20 | 0,1534 |
| Бутилацетат | С6Н12О2 | 20 | 0,1369 |
| Гексан | С6Н14 | 30–100 | 0,1376 |
| Гексан-1-ол | С6H14O | 30–100 | 0,1615 |
| Гептан | С7Н16 | 30 | 0,1404 |
| Гептан-1-ол | С7H16O | 70–100 | 0,1625 |
| Глицерин | С3Н8О3 | 20 | 0,2943 |
| Декан | С10Н22 | 30 | 0,1402 |
| Диизопропиловый эфир | С6Н14О | 20 | 0,1097 |
| Дифтордихлорметан (фреон-12) | СCl2F2 | 20 | 0,08248 |
| Дифторхлорметан (фреон-22) | СНClF2 | 20 | 0,09295 |
| Дихлорметан (хлористый метилен) | СН2Cl2 | 0 | 0,1218 |
| 1,2-Дихлорпропан | С3Н6Cl2 | 20–50 | 0,1254 |
| 1,2-Дихлорэтан (хлористый этилен) | С2Н4Cl2 | 20 | 0,1264 |
| Диэтиловый эфир | С4Н10О | 30 | 0,1375 |
| N,N-Диэтилэтанамин (триэтиламин) | С6Н15N | 20 | 0,121 |
| Изомасляная кислота | С4Н8О2 | 12 | 0,1424 |
| Изопропилацетат | С5Н10О2 | 20 | 0,1344 |
| 1-Изопропил-4-метилбензол (n-цимол) | С10Н14 | 30 | 0,1347 |
| 2-Изопропил-5-метилфенол (тимол) | С10H14O | 13 | 0,1311 |
| Иодбензол | С6Н5I | 30–100 | 0,1203 |
| 2-Иодбутан | С4Н9I | 12 | 0,08709 |
| 1-Иодпентан | С5H11I | 12 | 0,08499 |
| 1-Иодпропан | С3Н7I | 12 | 0,09211 |
| Иодэтан | С2Н5I | 30 | 0,111 |
| м-Крезол | С7Н8О | 20 | 0,1499 |
| n-Крезол | С7Н8О | 20 | 0,1444 |
| о-Ксилол | С8Н10 | –20÷80 | 0,1428 |
| м-Ксилол | С8Н10 | 25 | 0,1577 |
| Масляная кислота | С4Н8О2 | 12 | 0,1507 |
| Мезитилен | С11Н12 | 20 | 0,1359 |
| Метанол | СН4О | 20 | 0,2023 |
| Метилацетат | С3Н6О2 | 12 | 0,1612 |
| 3-Метилбутан-1-ол | С5H12O | 0 | 0,1478 |
| (3-Метилбутил)ацетат | С7Н14О2 | 20 | 0,1298 |
| 2-Метилпропан-1-ол | С4H10O | 20 | 0,1424 |
| 1-Метил-3-хлорбензол | С7Н7Сl | 20 | 0,1298 |
| Метилциклогексан | С7Н14 | 30 | 0,1278 |
| Муравьиная кислота | СН2О2 | 12 | 0,2713 |
| Нитробензол | С6Н5NO2 | 30–100 | 0,1636 |
| Нитрометан | СН3NO2 | 30 | 0,2153 |
| Нонан | С9Н20 | 30–100 | 0,1413 |
| Нонан-1-ол | С9H20O | 30–100 | 0,1681 |
| Октан | С8Н18 | 30 | 0,1452 |
| Октан-1-ол | С8H18O | 30–100 | 0,1663 |
| Олеиновая кислота | С18Н34О2 | 26,5 | 0,2309 |
| Пальмитиновая кислота | С16Н32О2 | 72,5 | 0,1715 |
| Пентан | С5H12 | 30 | 0,1349 |
| Пентан-1-ол | С5H12O | 30–100 | 0,1622 |
| Пентахлорэтан | С2НCl5 | 20 | 0,1254 |
| Пентилацетат | С7Н14О2 | 20 | 0,1292 |
| Пропан-1,2-диол | С3Н8О2 | 20–80 | 0,2009 |
| Пропан-1-ол | С3H8O | 12 | 0,1562 |
| Пропан-2-ол | С3H8O | 20 | 0,1408 |
| Проп-2-ен-1-ол | С3Н6O | 30 | 0,1798 |
| Пропилацетат | С5Н10О2 | 12 | 0,1369 |
| Пропилформиат | С4Н8О2 | 12 | 0,1537 |
| Пропионовая кислота | С3Н6О2 | 12 | 0,1633 |
| Стеариновая кислота | С18Н36О2 | 72,5 | 0,1601 |
| 1,1,2,2-Тетрафтор-1,2-дихлорэтан (фреон-114) | С2Cl2F4 | 30 | 0,0775 |
| Тетрахлорметан | СCl4 | 20 | 0,1034 |
| 1,1,2,2-Тетрахлорэтан | С2H2Cl4 | 20 | 0,1139 |
| Тетрахлорэтилен | ССl2=CCl2 | 20 | 0,1619 |
| Толуол | С7Н8 | 20 | 0,1349 |
| 1,1,2-Трифтор-1,2,2-трихлорэтан (фреон-113) | С2Cl3F3 | 30 | 0,09085 |
| Трихлорэтилен | СНCl=CCl2 | 20 | 0,1162 |
| Уксусная кислота | С2Н4О2 | 20 | 0,172 |
| Уксусный ангидрид | С4H6O3 | 21 | 0,2213 |
| Фтордихлорметан (фреон-21) | СНCl2F | 0,108 | |
| Фтортрихлорметан (фреон-11) | CCl3F | 20 | 0,09546 |
| Хлорбензол | C6H5Cl | 30–100 | 0,1447 |
| 2-Хлорбутан | C4H9Cl | 12 | 0,1164 |
| Хлорметан | СН3Сl | –15÷30 | 0,1925 |
| Хлороформ | СНСl3 | 20 | 0,103 |
| 1-Хлорпентан | С5H11Cl | 12 | 0,1185 |
| 1-Хлорпропан | С3Н7Cl | 12 | 0,1185 |
| Этанол | С2H6O | 20 | 0,1673 |
| Этилацетат | С4Н8О2 | 16 | 0,1491 |
| Этилбензол | С8Н10 | 20 | 0,1323 |
| Этиленгликоль | С2Н6О2 | 20 | 0,2611 |
| Название | Формула | T, °С | λ, Вт/(м · К) |
Таблица 3.7.7
Коэффициенты теплопроводности λ (Вт/(м · К)) некоторых хладагентов в жидком состоянии
| Хладагент | Формула | Температура, °С | ||||||
| –30 | –20 | –10 | 0 | 10 | 20 | 30 | ||
| Аммиак | NH3 | 0,57 | 0,57 | 0,558 | 0,547 | 0,518 | ||
| Дифтордихлорметан (фреон-12) | СCl2F2 | 0,106 | 0,101 | 0,097 | 0,092 | 0,087 | 0,083 | 0,078 |
| Серы диоксид | SO2 | 0,223 | 0,207 | 0,212 | 0,205 | 0,199 | 0,193 | |
| Углерода диоксид | СО2 | 0,151 | 0,14 | 0,128 | 0,116 | 0,093 | 0,07 | |
| Фтортрихлорметан (фреон-11) | CCl3F | 0,12 | 0,115 | 0,11 | 0,106 | 0,101 | 0,095 | 0,091 |
| Хлорметан | СН3Cl | 0,188 | 0,179 | 0,171 | 0,162 | 0,154 | ||
Продукция — Техмашхолдинг — группа компаний, официальный сайт
- Выбор кастрюль и сковородок может быть довольно сложной задачей. Форма посуды и рукоятки, используемые материалы, дизайн и назначение – все это факторы, влияющие на выбор. Понимание разницы в материалах, используемых для изготовления посуды, – первый шаг к ясности в вопросе, как работает посуда и что важно при ее выборе.
Базовые принципы
Назначение посуды – это передача энергии от ее источника к продукту. Существует два основных источника: газ и электричество. В обоих случаях тепло передается не равномерно: газ распределен на отдельные маленькие язычки пламени, а электричество, как правило, поступает по спирали, оставляя места, куда тепло не поступает. Так как тепло поступает неравномерно, задача повара – компенсировать это путем кулинарных приемов или с помощью посуды. Высококачественная посуда должна быть не только износостойкой, но и эффективной в процессе передачи энергии от источника к продукту. Существует несколько факторов, влияющих на эту способность. Два основных – это теплопроводность и теплоемкость. Все дискуссии о материалах для посуды фокусируются на этих факторах.
Теплопроводность
Теплопроводность – это способность материала абсорбировать и передавать энергию. Когда нагревательный элемент контактирует с кастрюлей, тепло передается кастрюле. Это увеличивает внутреннюю кинетическую энергию кастрюли (происходит нагревание). Нагретый предмет передает энергию соседним материалам, которые имеют более низкую температуру. Чем выше теплопроводность, тем быстрее нагревается данный предмет и тем быстрее нагретые части данного предмета передают тепло еще не затронутым частям.Например, если мы разместим на нагревательном элементе большой лист нержавеющей стали (обладающей довольно низкой теплопроводностью, если говорить о материалах для посуды), то картина будет такой: та часть, которая расположена рядом с нагревательным элементом, нагреется, тогда как остальные области будут прогреваться довольно медленно. Когда тепло дойдет до отдаленных зон листа, его центральная часть, расположенная на источнике тепла, будет просто раскалена.Одно из решений проблемы – сделать лист толще. Нижняя часть листа будет прогреваться неодинаково с верхней частью, так как она расположена на меньшем расстоянии от нагревательного элемента. Таким образом, энергия должна передаваться от нижних слоев к верхним, чтобы верхняя часть прогревалась более равномерно. На картинке мы видим срез стального листа и зоны нагрева. Центральная точка нагрева (белая) со временем остыла, так тепло было передано более высоким слоям стали. В итоге мы видим уже более равномерное нагревание, однако и оно не идеально.Чем толще сталь, тем равномернее нагрев поверхности. К сожалению, низкая теплопроводность приводит к тому, что общий процесс нагревания замедляется, а также замедляется ответная реакция материала (кастрюли) на повышение или понижение температуры. Для большинства кулинарных процессов желательно, чтобы посуда быстро нагревалась, имела равномерную температуру и реагировала на ее изменения. Материалы с высокой теплопроводностью отвечают этим запросам, так как быстро передают тепло, стремительно распространяют его по всей поверхности материала и быстро реагируют на изменения температуры.Приводим таблицу материалов и уровень их теплопроводности:
| Материал | Теплопроводность |
| Медь | 401 W/m*K |
| Алюминий | 237 W/m*K |
| Чугун | 80 W/m*K |
| Углеродистая сталь | 51 W/m*K |
| Нержавеющая сталь | 16 W/m*K |
Теплоемкость
Количество кинетической энергии, сохраняемой в материале, называется теплоемкостью. Это не то же самое, что температура, которая является средней молекулярной кинетической энергией внутри материала. Так, например, 1 кг воды при температуре 100 градусов содержит больше энергии, чем 1 кг стали при той же температуре.В то время как теплопроводность отвечает за способность материала вбирать в себя энергию, теплоемкость – это объем энергии, способной нагреть или охладить материал. Теплоемкость пропорциональна массе материала, так, 2 кг металла имеют теплоемкость, вдвое превышающую такую же, как у 1 кг металла.Это означает, что та посуда, которая имеет высокую теплоемкость, медленно нагревается, но долго будет держать тепло. Когда энергия выпускается, материал остывает, но значительно медленнее по сравнению с материалами с низкой теплоемкостью. Чугун – тот образчик, который часто упоминают как материал с высокой теплоемкостью. Теплоемкость1 кг чугуна меньше в несколько раз, чем у алюминия, но из-за его большого веса общая теплоемкость выше. Толщина материала в посуде часто обозначается производителем (например, 3 мм-ый алюминий), но так как теплоемкость напрямую зависит от веса изделия, необходимо знать еще и плотность материала.
| Материал | Теплоемкость на 1 кг | плотность |
| Алюминий | 910 J/kg*K | 2600 kg/m3 |
| Нержав.сталь | 500 J/kg*K | 7500 — 8000 kg/m3 |
| Углерод. Сталь | 500 J/kg*K | 7500 — 8000 kg/m3 |
| Чугун | 460 J/kg*K | 7900 kg/m3 |
| Медь | 390 J/kg*K | 8900 kg/m3 |
Умножая теплоемкость на плотность материала, вы обнаружите, что теплоемкость единицы из нержавеющей стали, чугуна или меди в полтора раза выше, чем у алюминия.Таким образом, потребуется алюминиевая кастрюля в полтора раза толще, чтобы получить такую же теплоемкость.
Термальная диффузия
Возможно, вы обратили внимание, что я слегка ввел ввас в заблуждение, объясняя про теплопроводность. Дело в том, что теплопроводность самостоятельно не определяет, насколько быстро нагреется кастрюля и как быстро тепло распространится на все ее части. По большому счету, теплоемкость также имеет значение в данном вопросе. Было бы здорово иметь только одну единицу измерения этого параметра, не правда ли? И такая единица есть – это термальная диффузия. Итак, посмотрим таблицу.
| Материал | Термальная диффузия |
| Медь | 120 * 10-6 m2/s |
| Алюминий | 100 * 10-6 m2/s |
| Чугун | 22 * 10-6 m2/s |
| Углерод. сталь | 14 * 10-6 m2/s |
| Нерж. сталь | 4.3 * 10-6 m2/s |
По данной таблице лучшими в параметре являются медь и алюминий. А теперь мы подходим к финальному понятию – реактивности.
Реактивность
Мало того, что мы должны интересоваться тепловыми свойствами материалов, но еще нужно удостовериться, что материалы, которые мы используем в нашей кухонной посуде, не вредят нам и не оказывают негативное влияние на вкус нашей еды.Получается, нам нужен еще и нереактивный материал.К сожалению, медь и алюминий быстро вступают в химический контакт с пищей. Попадание частиц меди в организм может привести к заболеваниям печени, желудка, почек. Каждая поваренная книга упоминает, что желток, взбитый время от времени в медной посуде не может Вам навредить, но с другой стороны, готовите Вы каждый день… А алюминий и вовсе может вызвать болезнь Альцгеймера.Поэтому в дополнение к высокой тепловой диффузивности, мы также хотели бы нереактивный материал.С другой стороны, у нержавеющей стали, наименее реактивного из всех популярных материалов, используемых в кухонной посуде, также худшая тепловая диффузивность.Получается, что сегодня физика не является нам другом. Но магией продающих посуду компаний находятся решения по производству посуды с высокой термальной диффузией и при этом не реактивной. Существует несколько вариантов решения данной задачи: комбинирование меди с нереактивной поверхностью (луженая медь), стальная посуда с медным и алюминиевым диском, сплавы алюминия и стали. Таблица ниже показывает эффективность этих решений от самых успешных до наименее продуктивных.
| Rank | Состав |
Применение
Агрегатное состояние материалов имеет отличительную структуру строения молекул и атомов. Именно это оказывает большое влияние на металлические изделия и их свойства, в зависимости от назначения.
Отличающийся химический состав узлов и деталей из железа, позволяет обладать различной теплопроводностью. Это связано со структурой таких металлов как чугун, сталь, медь и алюминий. Пористость чугунных изделий способствует медленному нагреванию, а плотность медной структуры – наоборот, ускоряет процесс теплоотдачи. Эти свойства используют для быстрого отвода тепла или постепенного нагревания продукции инертного назначения. Примером использования свойств металлических изделий является:
- кухонная посуда с различными свойствами;
- оборудование для пайки труб;
- утюги;
- подшипники качения и скольжения;
- сантехническое оборудование для подогрева воды;
- приборы отопления.
Медные трубки широко используют в радиаторах автомобильных систем охлаждения и кондиционеров, применяемых в быту. Чугунные батареи сохраняют тепло в квартире, даже при непостоянной подаче теплоносителя требуемой температуры. А радиаторы из алюминия, способствуют быстрой передаче тепла отапливаемому помещению.
Читать также: В чем плавить алюминий
При возникновении высокой температуры, в результате трения металлических поверхностей, также важно учитывать теплопроводность изделия. В любом редукторе или другом механическом оборудовании, способность отводить тепло, позволит деталям механизма сохранить прочность и не быть подвергнутыми разрушению, в процессе эксплуатации. Знание свойств теплопередачи различных материалов, позволит грамотно применить те или иные сплавы из цветных или черных металлов.
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.
Значение в быту и производстве
Почему важно учитывать коэффициент теплопроводности? Подобное значение указывается в различных таблицах для каждого металла и учитывается в нижеприведенных случаях:
- 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.
- 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.
- 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.
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.
