Теплопровідність міді і її сплавів – плюси і мінуси

Висока теплопровідність міді та інші корисні характеристики стали однією з причин раннього освоєння цього металу людиною. І донині мідь та мідні сплави знаходять застосування майже у всіх областях нашого життя.

Мідні пластини

Трохи про теплопровідності

Під теплопровідністю фізики розуміють переміщення енергії в об’єкті від більш нагрітих найдрібніших частинок до менш нагрітих. Завдяки цьому процесу вирівнюється температура розглянутого предмета в цілому. Величина здатності проводити тепло характеризується коефіцієнтом теплопровідності. Цей параметр дорівнює кількості тепла, яке пропускає через себе матеріал товщиною 1 метр через площу поверхні 1 м2 протягом однієї секунди при одиничній різниці температур.

МатериалКоэффициент теплопровідності, Вт/(м*К)

Срібло	Чотириста двадцять вісім
Мідь	Триста дев’яносто чотири
Алюміній	Двісті двадцять
Залізо	Сімдесят чотири
Сталь	Сорок п’ять
Свинець	Тридцять п’ять
Цегла	0,77

Мідь володіє коефіцієнтом теплопровідності 394 Вт/(м*К) при температурі від 20 до 100 °С. Змагатися з нею може тільки срібло. А у сталі та заліза цей показник нижчий у 9 і 6 разів відповідно (див. таблицю). Варто відзначити, що теплопровідність виробів, виготовлених з міді, значною мірою залежить від домішок (втім, це стосується і інших металів). Наприклад, швидкість провідності тепла знижується, якщо в мідь потрапляють такі речовини, як:

• залізо;
• миш’як;
• кисень;
• селен;
• алюміній;
• сурма;
• фосфор;
• сірка.

Мідний дріт

Якщо додати до міді цинк, то вийде латунь, у якої коефіцієнт теплопровідності набагато нижче. У той же час додавання інших речовин мідь дозволяє істотно знизити вартість готових виробів і надати їм такі характеристики, як міцність і зносостійкість. Наприклад, для латуні характерні більш високі технологічні, механічні і антифрикційні властивості.

Оскільки для високої теплопровідності характерно швидким поширення енергії нагрівання по всьому предмету, мідь отримала широке застосування в системах теплообміну. На даний момент з неї виготовляють радіатори і трубки для холодильників, вакуумних установок і автомашин для швидкого відводу тепла. Також мідні елементи застосовують в опалювальних установках, але вже для обігріву.

Мідний радіатор опалення

Щоб підтримувати теплопровідність металу на високому рівні (а значить, робити роботу пристроїв з міді максимально ефективною), у всіх системах теплообміну використовують примусовий обдув вентиляторами. Таке рішення викликане тим, що при підвищенні температури середовища теплопровідність будь-якого матеріалу істотно знижується, адже тепловіддача сповільнюється.

Алюміній і мідь – що краще?

У алюмінію є один мінус у порівнянні з міддю: його теплопровідність в 1,5 рази менше, а саме 201-235 Вт/(м*К). Однак у порівнянні з іншими металами це досить високі значення. Алюміній так само, як і мідь, володіє високими антикорозійними властивостями. Крім того, він має такі переваги, як:

• мала щільність (питома вага в 3 рази менше, ніж у міді);
• низька вартість (у 3,5 рази менше, ніж у міді).

Алюмінієвий радіатор опалення

Завдяки простим розрахунками виходить, що алюмінієва деталь може виявитися дешевше мідної практично в 10 разів, адже вона важить набагато менше і виготовлена з більш дешевого матеріалу. Цей факт поряд з високою теплопровідністю дозволяє використовувати алюміній в якості матеріалу для посуду і харчової фольги для духових шаф. Головний недолік алюмінію полягає в тому, що він є більш м’яким, тому його можна використовувати тільки в складі сплавів (наприклад, дюралюмінію).

Для ефективного теплообміну важливу роль відіграє швидкість віддачі тепла в навколишнє середовище, і цьому активно сприяє охолодження радіаторів. В результаті менша теплопровідність алюмінію (щодо міді) нівелюється, а вага і вартість обладнання знижуються. Ці важливі плюси дозволяють алюмінію поступово витісняти мідь з використання в системах кондиціонування.