Теплопровідність: поняття і коефіцієнт для деяких сталей і сплавів
Для того щоб проводити яку-небудь роботу з різними матеріалами, перед їх обробкою обов’язково потрібно дізнатися всі дані, що стосуються характеристик матеріалу, його фізичні властивості.
Нижче буде розглянутий такий матеріал, як сталь. Увагу буде зосереджено на такий здатності матеріалів, як теплопровідність. Це показник, який обов’язково треба знати, якщо передбачається робота з будь-яким матеріалом.
Поняття «теплопровідність»
Для початку слід розібратися в самому понятті «теплопровідність». Це допоможе користувачеві легко лавірувати серед сухих цифр і оперувати ними. Для того щоб провести певну роботу, слід ґрунтовно підійти до справи і дізнатися всі можливі характеристики того матеріалу, з яким згодом буде працювати користувач.
Теплопровідністю називають таку здатність різних матеріальних тіл до теплообміну (перенесення енергії) до менш нагрітих частин тіла від його більш нагрітих частин. Цей процес можливий завдяки різним часткам тіла, які хаотично рухаються. Такими частинками є:
- молекули;
- атоми;
- електрони і так далі.
Такий теплообмін можливий у всіх тілах, у яких спостерігається неоднорідний розподіл температурних показників. Сам механізм перенесення тепла буде прямо залежати від агрегатного стану розглянутого матеріалу.
Також термін «теплопровідність» застосовується для позначення кількісної характеристики здатності будь-якого фізичного тіла проводити тепло. Якщо порівнювати теплові ланцюга з електричними ланцюгами, то такий термін є аналогом провідності.
Для того щоб охарактеризувати кількісну здатність фізичного тіла проводити тепло, використовується спеціальна величина, яка називається коефіцієнтом теплопровідності. Ця характеристика дорівнює кількості теплоти, яка проходить через зразок матеріалу, обов’язково однорідного, одиничної площі і одиничної довжини за одиницю часу при одиничній різниці температур. У відомій всім системі СІ така величина вимірюється в Вт/(м*градус Цельсія).
Саме явище теплопровідності грунтується на принципах, які з легкістю пояснює молекулярно-кінетична теорія. Вони полягають у тому, що нагріті молекули рухаються набагато швидше, ніж молекули, що перебувають у своєму звичайному стані, тому при своєму швидкому хаотичному русі вони здатні впливати на інші молекули, знаходяться в більш холодних частинах тіла і передавати їм своє тепло.
Теплопровідність сталі
Для того щоб оперувати отриманими знаннями про теплопровідності матеріалів для подальшої роботи з ними, слід враховувати всі існуючі нюанси для окремого фізичного тіла.
Якщо говорити саме про сталі, то слід пам’ятати, що дана характеристика цього металу знижується, якщо містить у собі домішки різного роду. Можна навести навіть конкретні приклади, які можуть підтвердити цей загальновідомий факт. Наприклад, якщо в сталі збільшено вміст вуглецю, то це негативно позначається на коефіцієнті теплопровідності сталі. У легованих сталей цей коефіцієнт ще нижче з-за присадок.
Якщо розглядати чисту сталь, не містить жодних домішок, то їй теплопровідність буде досить висока, як і у всіх металів. Становить вона близько 70 Вт/(м*гр. Цельсія).
Якщо звернутися до показників у вуглецевих і високолегованих сталей, то вони істотно нижче, що в принципі не дивно. Це пояснюється наявністю в їх складі домішок, що знижує коефіцієнт теплопровідності. До речі, слід пам’ятати про те, що сам фактор термічного впливу може суттєво вплинути на теплопровідність високолегованих і вуглецевих сталей. Справа в тому, що при збільшенні температури, коефіцієнт цієї величини таких сталей знижується.
Теплопровідність декількох різних видів сталей
Тут будуть представлені сухі цифри для того, щоб користувач міг одразу знайти потрібні для себе показники коефіцієнта даної величини для деяких марок сталей:
-
Коефіцієнт теплопровідності низьковуглецевих сталей, які застосовуються у виробництві звичайних труб, дорівнює 54, 51, 47 (Вт/(м*гр. З) для 25, 125, 225 градусів за Цельсієм відповідно.
- Середній коефіцієнт вуглецевих сталей, який можна вирахувати при кімнатній температурі, знаходиться в діапазоні від 50 до 90 Вт/(М*гр. З).
- Коефіцієнт теплопровідності для звичайної сталі, яка не містить різних домішок, які, в свою чергу, не можуть ніяк вплинути на цей коефіцієнт, рівний 64 Вт/(м*гр. З). Цей коефіцієнт несуттєво змінюється при зміні термічного впливу, але точно не так сильно, як у випадку з вуглецевими і легованими сталями.
Висновки
Для успішного процесу обробки будь-якого матеріалу дуже важливо знати всі його фізичні властивості і характеристики. Це потрібно для того, щоб успішно виконати всю необхідну роботу і отримати потрібний результат. Незнання характеристик може призвести до неприємних наслідків.
Теплопровідність сталі — дуже важливий момент, якщо передбачається робота з цим металом. Слід пам’ятати не тільки основний коефіцієнт теплопровідності звичайної сталі, але і коефіцієнти цієї величини у її сплавів. Вони володіють іншими властивостями, що може зробити роботу з ними більш важкою.
Майстер повинен бути володіти знаннями про те, що вуглецеві та леговані сталі мають набагато меншим коефіцієнтом теплопровідності, так як в їх складі містяться домішки, що безпосередньо впливають на цю величину.
Також слід пам’ятати, що коефіцієнт даної характеристики сталей залежить і від термічного впливу. Це означає, що чим температура вища, тим більше і коефіцієнт.
