- Плотность свинца, теплопроводность и удельная теплоемкость свинца Pb
- Плотность свинца
- Плотность свинца.
- Плотность свинца:
- «РОСАТОМ» — НИЯУ МИФИ
- ГОЛОВНОЙ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ ЦЕНТР ДАННЫХ
- База данных по теплофизическим свойствам жидкометаллических теплоносителей перспективных ядерных реакторов
- Теплофизические свойства жидкого cвинца и эвтектического сплава свинца и висмута
- Плотность свинца 420 с
Плотность свинца, теплопроводность и удельная теплоемкость свинца Pb
В таблице приведены физические свойства свинца: плотность свинца d, удельная теплоемкость Cp, температуропроводность a, теплопроводность λ, удельное электрическое сопротивление ρ в зависимости от температуры (при отрицательных и положительных температурах — в интервале от -223 до 1000°С).
Плотность свинца зависит от температуры — при нагревании этого металла его плотность снижается. Уменьшение плотности свинца объясняется увеличением его объема при росте температуры. Плотность свинца равна 11340 кг/м 3 при температуре 27°С. Это довольно высокая величина, сравнимая, например, с плотностью технеция Tc и тория Th.
Плотность свинца намного больше плотности таких металлов, как олово (7260 кг/м 3 ), алюминий (2700 кг/м 3 ), хром (7150 кг/м 3 ) и других распространенных металлов. Однако свинец не самый тяжелый металл. Если, к примеру, положить кусочек свинца в чашку с ртутью или с расплавленным таллием Tl, то он будет плавать на их поверхности.
Свинец начинает плавиться при температуре 327,7°С. При переходе его в жидкое состояние плотность свинца снижается скачкообразно и при температуре 1000 К (727°С) плотность жидкого свинца составляет уже 10198 кг/м 3 .
Удельная теплоемкость свинца равна 127,5 Дж/(кг·град) при комнатной температуре и при нагревании его до температуры плавления — увеличивается. Например, удельная теплоемкость свинца при температуре 280°С составляет величину около 140 Дж/(кг·град). Теплоемкость свинца в жидком состоянии при нагревании, наоборот — уменьшается и при температуре более 1000 К также равна 140 Дж/(кг·град).
t, °С → | -223 | -173 | -73 | 27 | 127 | 227 | 327 | 327,7 | 527 | 727 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
d, кг/м 3 | — | 11531 | 11435 | 11340 | 11245 | 11152 | 11059 | 10686 | 10430 | 10198 |
Cp, Дж/(кг·град) | 103 | 116,8 | 123,2 | 127,5 | 132,8 | 137,6 | 142,1 | 146,4 | 143,3 | 140,1 |
λ, Вт/(м·град) | 43,6 | 39,2 | 36,5 | 35,1 | 34,1 | 32,9 | 31,6 | 15,5 | 19,0 | 21,4 |
a·10 6 , м 2 /с | 35,7 | 29,1 | 24,3 | 24,3 | 22,8 | 21,5 | 20,1 | 9,9 | 12,7 | 15,0 |
ρ·10 8 , Ом·м | 2,88 | 6,35 | 13,64 | 21,35 | 29,84 | 38,33 | 47,93 | 93,6 | 102,9 | 112,2 |
Среди множества распространенных металлов свинец обладает относительно невысокой удельной теплоемкостью при комнатной температуре. Для примера, теплоемкость стали равна 440…550, чугуна — 370…550, меди — 385, никеля — 444 Дж/(кг·град). Следует отметить, что теплоемкость тяжелых металлов в общем случае не высока. Отмечается такая зависимость: чем плотнее металл, тем ниже его удельная теплоемкость.
Температуропроводность твердого свинца при его нагревании уменьшается, а жидкого — увеличивается. Теплопроводность свинца равна 35,1 Вт/(м·град) при комнатной температуре. Свинец при нормальной температуре имеет довольно низкую теплопроводность — почти в 7 раз меньше теплопроводности алюминия и в 11 раз ниже теплопроводности меди. Зависимость теплопроводности свинца от температуры следующая: при его нагревании до температуры плавления теплопроводность свинца уменьшается, а теплопроводность жидкого свинца при повышении температуры — растет.
Источник
Плотность свинца
Плотность свинца.
Плотность свинца:
Плотность – скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму.
Для обозначения плотности обычно используется греческая буква ρ.
ρ = m / V , где m – масса тела, V – его объём.
Плотность свинца (ρ) составляет*:
- 11,34 г/см 3 (при 20 °C и иных стандартных условиях , состояние вещества – твердое тело),
- 10,66 г/см 3 (при температуре плавления 327,46 °C и иных стандартных условиях , состояние вещества – жидкость).
Необходимо иметь в виду, что плотность металлов может изменяться в зависимости от условий окружающей среды (температуры и давления). Точное значение плотности металлов в зависимости от условий окружающей среды (температуры и давления) необходимо смотреть в справочниках.
Иные сведения о плотности:
* Плотность свинца согласно [3] и [4] составляет 11,3415 г/см 3 (при 0 °C и иных стандартных условиях , состояние вещества – твердое тело) и 11,336 г/см 3 (при 20 °C и иных стандартных условиях , состояние вещества – твердое тело) соответственно, а также 10,686 г/см 3 (при 327,4 °C и иных стандартных условиях , состояние вещества – жидкость).
Источник
«РОСАТОМ» — НИЯУ МИФИ
ГОЛОВНОЙ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ ЦЕНТР ДАННЫХ
База данных по теплофизическим свойствам жидкометаллических теплоносителей перспективных ядерных реакторов
Теплофизические свойства жидкого cвинца и эвтектического сплава свинца и висмута
Раздел составлен по работам [17, 18, 19, 20, 21, 32, 43, 44, 47÷49], большая часть текста заимствована из [18].
Основные теплофизические константы свинца | |
Атомная масса | 207,2 |
Атомный номер | 82 |
Температура плавления | 600,8 К |
Температура кипения при атмосферном давлении | 2018 К |
Теплота плавления | 24,7 кДж/кг |
5,12 кДж/моль | |
Теплота испарения при атмосферном давлении | 865,8 кДж/кг |
179,4 кДж/моль | |
Изменение объёма при плавлении | +3,6 % |
Критическая температура | 5000±200 К |
Критическое давление | 180± 30 МПа |
Критическая плотность | 3250±100 кг/м 3 |
Сжимаемость | z = PkVk/RTk = 0,276 |
Основные теплофизические константы висмута | |
Атомная масса | 209 |
Атомный номер | 83 |
Температура плавления | 544 К |
Температура кипения при атмосферном давлении | 1825 К |
Теплота плавления | 50,15 кДж/кг |
10,48 кДж/моль | |
Теплота испарения при атмосферном давлении | 857 кДж/кг |
179,1 кДж/моль | |
Изменение объёма при плавлении | -3,3 % |
Критическая температура | 5100±200 К |
Критическое давление | 150 МПа |
Критическая плотность | 2660±200 кг/м 3 |
Сжимаемость | z = PkVk/RTk = 0,278 |
Основные теплофизические константы эвтектического сплава свинца с висмутом | |
Атомная масса | 208,2 |
Температура плавления | 398 К |
Температура кипения при атмосферном давлении | 1911 К |
Теплота плавления | 38,9 кДж/кг |
8,09 кДж/моль | |
Теплота испарения при атмосферном давлении | 862 кДж/кг |
179,2 кДж/моль | |
Изменение объёма при плавлении | ≈+0,5 % |
Массовые доли | 44,5/55,5 |
Мольные доли | 43,7/56,3 |
Далее соотношения даны в следующих единицах: T в К; t в ° C; ρ в кг/м 3 ; Сp в Дж/(кг·К); λ в Вт/(м·К); a в м 2 /с; ν в м 2 /с ; σ в Н/м; ρе в Ом·м. Погрешности показаны в конце раздела.
Плотность свинца Для расчетов рекомендуется аппроксимационная формула кг/ м 3 :
ρ = [(11,42±0,01) -(12,42±0,12)10 –4 T ] ·10 3 (1)
Плотность сплава свинец-висмут Плотность сплава свинец-висмут эвтектического состава (Pb -45.4%, Bi — 55.4% по массе) рассчитана по закону аддитивности и может быть аппроксимирована формулой. кг/ м 3 : ρ = [(11,05±0,01) –(12,49±0,12)·10 –4 T]·10 3 (2)
Теплоемкость сплава свинец-висмут В справочном материале по теплофизическим свойствам расплавленных материалов, подготовленном группой специалистов ЭНИН Никольским и др. [18], даются следующие значения теплоемкостей: Висмут 0,036 ккал/(кг·К) = 150,6 Дж/(кг·К) Свинец 0,0352 ккал/(кг·К) = 147,3 Дж/(кг·К) Эвтектический сплав 147,3 Дж/(кг·К), Если воспользоваться законом аддитивности, то из этих данных для сплава должно быть значение 149,1 Дж/(кг·К),
Анализ данных по теплопроводности методами статистики невозможен из-за отсутствия информации в оригинальных работах. В [18] обобщения сделаны на основе сравнения результатов различных авторов с теоретической зависимостью таплопроводности от температуры (λ(Т) = LT/ρe(T)), которая следует из закона Видемана-Франца при использовании теоретического значения числа Лоренца (L = 2.443·10 -8 Вт·Ом/K 2 ). Здесь ρe(T)-удельное электросопротивление жидкого металла при температуре Т. Среднее значение теплопроводности, полученное статистической обработкой результатов около температуры кристаллизации авторы [18] оценивают значением 15,8 ±1,3 Вт/(м·К) и для использования рекомендуют соотношение Пауэлла [3]:
λ = 15,8 + 108·10 -4 (Т-600,4), Вт/(м·К) (3)
Экстраполяция этого соотношения на область высоких температур дает хорошее согласие в пределах экспериментальных погрешностей с данными Банчилла, Филиппова [17]. Первые измерения теплопроводности сплава PbBi были выполнены Брауном, Биениасом в 20-х годах. Позже были опубликованы справочные таблицы специалистов ЭНИН — Никольский и др. и измерения Кржижановского (теплопроводность и электрическое сопротивление). Учитывая близость атомных весов компонентов сплава, их процентных долей по массе и объемных долей (Pb-0,491, Bi-0,509) можно сделать оправданные оценки теплопроводности по закону аддитивности. Другие расчетные оценки были выполнены Кирилловым в соответствии с теорией Одолевского и предложения Новикова. Наиболее надежными по [18] являются совпадающие данные, которые могут быть аппроксимированы формулой:
λ = 11+9,9·10 -3 (Т-397)(4)
Аппроксимирующая формула для коэффициента кинематической вязкости свинца из справочных данных для t = 400-700 ° С, представленных в [3, 17], имеет вид:
ν = (43,8–7,57·10 –2 t+0,467·10 –4 t) 2 10 –8 ±1,2% (5)
Однако, она дает неверные результаты при экстраполяции на более высокие температуры (>800 ° С). Более предпочтительна формула, которая получена из обработки тех же данных [3, 17] в других координатах:
ν = [15,87·10 3 /T-2,65]10 –8 ,(6) где Т в [K], ν в м 2 /c.
Для сплавов свинца с висмутом, по своим термодинамическим свойствам близким к идеальным, предложено большое количество формул, связывающих вязкость сплава, состав его и вязкость компонентов. Эти зависимости представлены формулой:
на месте f(μ) могут стоять μ, ν, 1/μ, 1/ν, lgμ, lgν, на месте f(μi) соответствующие вязкости компонентов, Ni -молярные или объемные доли. Эти выражения носят эмпирический характер. Аддитивность μ наблюдалась во многих сплавах, где теплота смешения (ΔH) компонентов мала и свойства компонентов близки:
Справочные данные[3, 17] аппроксимируются зависимостью:
ν· = [68,9-0,126Т+6,95·10 -5 Т 2 ] 10 -8 (9)
Однако, если справедлив для кинематической вязкости закон аддитивности, то формула должна иметь вид:
ν· = 10 -8 [12,88·10 3 /T-1,89](10)
Пока причины расхождений значений, получаемых по формулам (9) и (10) не выяснены, рекомендуется использовать формулу (8)
Зависимость поверхностного натяжения от температуры веществ, для диапазона температур вдалеке от критической точки, является линейной
где σm , Tm — поверхностное натяжение и температура в точке плавления. Значения σm, dσ/dT по данным справочника Ниженко и др. [23] для Pb и Bi находятся в следующих пределах: свинец σm = 410÷470 Н/м; висмут σm = 360÷390 Н/м;
Поверхностное натяжение чувствительно к наличию примесей в жидкости и паре. При отборе данных использовались сведения последних публикаций [23].
σ(Pb) = 446 – 0,0640(T — 600)(11) σ(Bi) = 375 – 0,0766(T — 545)(12)
Близость поверхностных натяжений чистых компонентов позволяет использовать правило аддитивности для вычисления σ (сплава PbBi):
σ(PbBi) = 416 – 0,0703(T — 398) (13) Этот результат подтверждается прямыми измерениями в [23].
Удельное электрическое сопротивление
Температурная зависимость ρe (удельное электрическое сопротивление) жидкого свинца линейна. На основании анализа ряда работ и своих собственных измерений авторы обзора [20] обобщили результаты для интервала температур 600÷1200 К соотношением:
ρe = [(65,73 ± 0,15) + (4,65 ± 0,05)·10 -2 T]10 -8 (14)
Для температур 1100 — 2400 К можно воспользоваться формулой из работы [17]
ρe = [-84,5 + 0,3655T – 2,135·10 -4 T 2 + 4,77·10 -8 T 3 ] 10 -8 (15)
Результаты обобщения [18] по удельному сопротивлению висмута описываются формулой:
ρe = [(97,45±0,8) + (5,70 ± 0,12)·10 –2 T] 10 -8 (16)
Удельное электрическое сопротивление сплава свинца с висмутом
Используя закон аддитивности из формул (14)÷(16), получим:
ρe = [(83,3 ± 0,5) + (5,23 ± 0,09)·10 -2 T] 10 -8 (17) Экспериментальные данные практически совпадают со значениями, вычисленными по этой формуле.
Давление насыщенных паров
В монографии Несмеянова [24] рекомендуется соотношение:
Исследования показали, что в парах Bi находится значительное количество двухатомных молекул Bi2, доля которых при 600 0
20%. При измерении температуры происходит и изменение состава пара.
Приближенные соотношения (±10%) для давлений насыщенных паров имеют вид.
Давление насыщенных паров для свинца:
при T T>1000 K lgP(Па) = 9,844–9804/T(19)
Давление насыщенных паров для висмута:
при T где РPb, РBi — давление насыщенного пара над чистыми компонентами; NPb, NBi — мольные доли компонентов в сплаве — (NPb = 0,553; NBi = 0,447).
Проведенный в [18] анализ теплофизических свойств свинца и сплава свинец-висмут эвтектического состава показал достаточно удовлетворительную точность описания по отношению к экспериментальным данным по следующим свойствам: — плотность — (± 0,2%) — теплоемкость — (± 0,2%) — вязкость — (± 1,5%). Расходятся данные разных исследователей по: — теплопроводности — (± 15%) — поверхностному натяжению — (± 15%) — давлению паров элементов — (± 10%).
В таблицах ниже представлены сводные данные о теплофизических свойствах свинца и эвтектического сплава свинец-висмут.
Источник
Плотность свинца 420 с
В справочнике физических свойств различных материалов представлена следующая таблица.
Вещество | Плотность в твёрдом состоянии*, г/см 3 | Температура плавления, °C | Удельная теплота плавления, кДж/кг |
---|---|---|---|
Алюминий | 2,70 | 660 | 380 |
Медь | 8,90 | 1083 | 180 |
Свинец | 11,35 | 327 | 25 |
Серебро | 10,50 | 960 | 87 |
Цинк | 7,10 | 420 | 120 |
* Плотность расплавленного металла считать практически равной его плотности в твёрдом состоянии.
Используя данные таблицы, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.
1) Кольцо из серебра нельзя расплавить в алюминиевой посуде.
2) Алюминиевая проволока утонет в расплавленном цинке.
3) Для плавления 3 кг цинка, взятого при температуре плавления, потребуется такое же количество теплоты, что и для плавления 2 кг меди при её температуре плавления.
4) Свинцовый шарик будет плавать в расплавленной меди при частичном погружении.
5) Плотность алюминия почти в 3 раза больше плотности меди.
1. Верно. Температура плавления серебра равна 960°С, температура плавления алюминия составляет 660°С. Значит, серебро нельзя расплавить в алюминиевой посуде.
2. Неверно. Плотность алюминия равна 2,7 г/см 3 , плотность цинка — 7,1 г/см 3 . Значит, алюминиевая проволока не утонет в расплавленном цинке.
3. Верно. Для плавления 3 кг цинка потребуется теплоты, для плавления 2 кг меди необходимо
теплоты.
4. Неверно. Плотность свинца равна 11,35 г/см 3 , меди — 8,9 г/см 3 . Значит, свинцовый шарик утонет в расплавленной меди.
5. Неверно. Плотность алюминия меньше плотности меди.
Источник