Тепловые свойства меди
Характерной особенностью меди является ее высокая теплопроводность, в 6 раз большая, чем у железа, и более высокая, чем у железа, механическая стойкость при низких температурах.
Коэффициент теплопроводности меди при температуре 20–100 °С составляет 394 Вт/(м*К) – выше только у серебра. Стальной прокат уступает меди по этому показателю почти в 9 раз, а железо – в 6. Различные примеси по-разному влияют на физические свойства металлов. У меди скорость передачи тепла снижается при добавлении в материал или попадании в результате технологического процесса алюминия, железа, кислорода, мышьяка, сурьмы, серы, селеа, фосфора.
Высокая теплопроводность характеризуется быстрым распространением энергии нагрева по всему объему предмета. Эта способность обеспечила меди широкое применение в любых системах теплообмена, особенно труб, листовой меди и медной проволоки. Ее используют при изготовлении трубок и радиаторов холодильников, кондиционеров, вакуумных установок, автомашин для отвода избыточного тепла охлаждающей жидкости. В отопительных приборах подобные изделия из меди служат для обогрева.
Способность меди проводить тепло снижается при нагреве. Значения коэффициента теплопроводности меди в воздухе зависит от температуры последнего, которая влияет на теплоотдачу (охлаждение). Чем выше температура окружающей среды, тем медленнее остывает металл и ниже его теплопроводность. Поэтому во всех теплообменниках используют принудительный обдув вентилятором – это повышает эффективность работы устройств и одновременно поддерживает тепловую проводимость на оптимальном уровне.
Тепловое расширение меди (при 20 - 100 град. C) - 0,0168 мм / м / ºC.
Чистая медь и ее сплавы не являются жаростойкими материалами, однако, в некоторых случаях они применяются при повышенных температурах, когда от конструкции требуется повышенная электропроводность или теплопроводность. Используется медь с низким содержанием кислорода (<<0,04 %). Когда требуется прочность изделия, то вводится мышьяк (0,4 %). Добавки Сё (1,0 %), Сг (0,3 %) и Ag (0,1 %) также улучшают механические свойства меди при повышенных температурах, причем электропроводность при этом остается практически без изменения.
У меди высокая теплопроводность, что обуславливает достаточно сложный процесс монтажных и других работ, имеющих свою специфику. Сварка, пайка, резка меди требует более концентрированного нагрева, чем для стали, и зачастую предварительного и сопутствующего подогрева металла.
Медь, помимо широкого применения в технике по причине ее высокой электропроводности, используется в химическом машиностроении в качестве конструкционного материала для изготовления разнообразной химической аппаратуры и, в особенности, теплообменной аппаратуры (выпарные аппараты, теплообменники, конденсаторы, испарители, змеевики). Объясняется это высокой теплопроводностью меди и ее сплавов, их благоприятными физико-механическими свойствами при достаточно высокой.
Существует несколько марок меди, теплопроводность которых при низких температурах может быть весьма различной в зависимости от количества и характера примесей.
Температура плавления меди 1083,85 C (1357.77 ± 0.20·K).
Принятые значения термодинамических величин для меди и ее соединений в кристаллической и жидкой фазах.
Вещество |
Состояние |
H°(298.15K)-H°(0) |
S°(298.15K) |
Cp°(298.15K) |
Коэффициенты в уравнении для Cp°(T)а |
Интервал температур |
Ttr или Tm |
DtrHили DmH |
|||
кДж×моль‑1 |
Дж×K‑1×моль‑1 |
a |
b×103 |
c×10‑5 |
K |
кДж×моль‑1 |
|||||
Cu |
к, куб. |
5.004 |
33.15 |
24.44 |
22.287 |
12.923 |
0.587б |
298.15-1357.77 |
1357.77 |
13.14 |
|
ж |
- |
- |
- |
32.8 |
- |
- |
1357.77-4500 |
- |
- |
||
CuO |
к,монокл. |
7.11 |
42.74 |
42.30 |
48.589 |
7.201 |
7.499 |
298.15-1500 |
1500 |
49 |
|
ж |
- |
- |
- |
67 |
- |
- |
1500-4000 |
- |
- |
||
Cu2O |
к, куб. |
12.6 |
92.55 |
62.60 |
64.553 |
17.578 |
6.395 |
298.15-1517 |
1517 |
65.6 |
|
ж |
- |
- |
- |
100 |
- |
- |
1517-4000 |
- |
- |
||
Cu(OH)2 |
к, ромб. |
12.45 |
80.50 |
78,0 |
95.784 |
11.521 |
18.862 |
298.15-322 |
322 |
0.456 |
|
к, ромб. |
- |
- |
- |
95.784 |
11.521 |
18.862 |
322-1000 |
- |
- |
||
CuF |
к, куб. |
9.5 |
65 |
52.0 |
55.024 |
9.137 |
5.110 |
298.15-1300 |
- |
- |
|
к, куб. |
- |
- |
- |
66.6 |
- |
- |
1300-2000 |
- |
- |
||
CuF2 |
кII,монокл. |
12.15 |
77.8 |
65.815 |
73.100 |
21.277 |
12.115 |
298.15-1065 |
1065 |
3 |
|
кI, куб. |
- |
- |
- |
90 |
- |
- |
1065-1109 |
1109 |
55 |
||
ж |
- |
- |
- |
100 |
- |
- |
1109-3000 |
- |
- |
||
CuCl |
кII, куб. |
11.4 |
87.74 |
52.55 |
38.206 |
38.315 |
-2.596 |
298.15-685 |
685 |
6.5 |
|
кI, гекс. |
- |
- |
- |
79 |
- |
- |
685-696 |
696 |
7.08 |
||
ж |
- |
- |
- |
29.319 |
14.818 |
-116.637 |
696-1200 |
- |
- |
||
ж |
- |
- |
- |
49.200 |
5.000 |
- |
1200-3000 |
- |
- |
||
CuCl2 |
кII,монокл. |
14.983 |
108.07 |
71.88 |
78.888 |
5.732 |
7.749 |
298.15-675 |
675 |
0.7 |
|
кI, куб. |
- |
- |
- |
82.4 |
- |
- |
675-871 |
871 |
15 |
||
ж |
- |
- |
- |
100 |
- |
- |
871-2000 |
- |
- |
||
CuBr |
кIII, куб. |
12.104 |
96.1 |
54.90 |
-324.417 |
2241.940 |
-38.227б |
298.15-657 |
657 |
4.6 |
|
кII, гекс. |
- |
- |
- |
93.175 |
-27.924 |
- |
657-741 |
741 |
2.15 |
||
кI, куб. |
- |
- |
- |
83 |
- |
- |
741-759 |
759 |
5.1 |
||
ж |
- |
- |
- |
38.365 |
7.807 |
-115.447 |
759-1200 |
- |
- |
||
ж |
- |
- |
- |
49.750 |
5.000 |
- |
1200-2000 |
- |
- |
||
CuBr2 |
к,монокл. |
15.5 |
135 |
75.0 |
81.117 |
4.547 |
6.643 |
298.15-2000 |
- |
- |
|
CuI |
кIII, куб. |
12.1 |
96.1 |
54.0 |
381.138 |
-1139.67 |
77.215б |
298.15-643 |
643 |
3.1 |
|
кII, гекс. |
- |
- |
- |
-85.852 |
339.060 |
- |
643-679 |
679 |
2.7 |
||
кI, куб. |
- |
- |
- |
116.854 |
-62.123 |
- |
679-868 |
868 |
7.93 |
||
ж |
- |
- |
- |
55.205 |
-2.435 |
-105.925 |
868-1400 |
- |
- |
||
ж |
- |
- |
- |
50.20 |
5.0 |
- |
1400-2000 |
- |
- |
||
CuI2 |
к |
16 |
153 |
76 |
70.053 |
19.947 |
- |
298.15-1000 |
- |
- |
|
CuS |
к, гекс. |
9.44 |
67.27 |
47.31 |
43.675 |
20.127 |
2.103 |
298.15-2000 |
- |
- |
|
Cu2S |
кIII,монокл. |
15.8 |
116.22 |
76.86 |
17.070 |
163.596 |
-9.791 |
298.15-376 |
376 |
3.79 |
|
кII, гекс. |
- |
- |
- |
-1831.18 |
7221.15 |
-537.89б |
376-710 |
710 |
1.19 |
||
кI, куб. |
- |
- |
- |
53.634 |
20.768 |
-81.748 |
710-1400 |
1400 |
12.8 |
||
ж |
- |
- |
- |
90 |
- |
- |
1400-3000 |
- |
- |
||
CuSO4 |
к, ромб. |
16.86 |
109.2 |
98.87 |
89.674 |
106.341 |
17.016б |
298.15-1100 |
- |
- |
|
ж |
- |
- |
- |
159.4 |
- |
- |
1100-2000 |
- |
- |
||
aCp°(T)=a + bT - cT-2 + dT2 + eT3 (вДж×K‑1×моль‑1) Cu: бd=-13.927×10-6, e=7.476. 10-9 CuBr: б d=-4815.530×10-6, e=3620.190. 10-9 CuI: б d=1119.510.10-6 Cu2S: б d=-10044.20×10-6, e=4895.09.10-9 CuSO4: б d=-37.887.10-6 |