Удельная теплота остывания меди

Температура плавления и удельная теплоемкость меди.

Относительно невысокая температура плавления меди позволила древним людям использовать этот металл для своих нужд одним из самых первых. Железная руда попадалась им чаще, но выплавить из нее железо было труднее. Причина в том, что плавится медь при температуре 1083 °С, а железо — при 1539 °C.

Медь — не самый распространенный элемент среди полезных ископаемых, занимает она 23 место среди наиболее востребованных в промышленности элементов. Обычно добывается в виде сульфидных руд и их разновидностей: колчедана, малахитовой руды и медного блеска.

В виде самородков медь встречается крайне редко, их самые большие месторождения находятся в Чили.

В России и Казахстане встречаются медные месторождения в виде осадочных пород — медистых песчаников и сланцев.

Немного истории

Исследования историков позволяют сделать вывод, что медные орудия труда применялись на Ближнем Востоке еще в начале 4 в. до н. э. В конце этого века в Передней Азии люди начали применять первые бронзовые орудия труда. В это же время в Иране появились медные предметы, в которых содержалась примесь олова, а в бронзовых орудиях труда, найденных при раскопках на Кавказе и в Анатолии и относящихся к 3 в. до н. э., была обнаружена примесь мышьяка.

По другим данным, впервые медь начали добывать в это же время на Кипре, отсюда и ее латинское название Cuprum. Медь стала основным металлом для производства орудий труда, охоты, предметов домашней утвари.

Еще древние люди заметили, что если к медной руде добавить олово или цинк, то плавиться смесь начнет при более низкой температуре. Поэтому медный расплав можно было получить прямо на костре.

Наши предки чаще использовали малахитовую руду. Ее не нужно было обжигать. Руду смешивали с углями, помещали в глиняный сосуд и опускали в вырытую в земле яму. Затем смесь в сосуде поджигали. Во время горения выделялся угарный газ, который, являясь катализатором, восстанавливал руду до металла.

Физические характеристики меди

Удельная теплоемкость меди составляет 390 Дж/кг. Это означает, что для нагревания 1 кг меди на 1 °С потребуется 390 Дж энергии.

Эта величина усредненная. Теплоемкость зависит от температуры: чем больше температура, тем больше теплоемкость. При температуре плавления она составляет 514 Дж/кг*К.

• удельная теплоемкость железа – 460 Дж/кг*К;
• удельная теплоемкость стали – 500 Дж/кг*К;
• удельная теплоемкость чугуна – 540 Дж/кг*К.

Поэтому медь при прочих равных условиях нагревается быстрее, энергии требуется меньше.

Удельная теплота плавления меди – 210 кДж/кг. Эта величина означает, что для плавления 1 кг меди требуется 210 кДж энергии.

• удельная теплота плавления железа – 270 Дж/кг*К;
• удельная теплота плавления стали – 84 Дж/кг*К;
• удельная теплота плавления чугуна – 96–140 Дж/кг*К.

Для плавки меди требуется меньше энергии, чем для такой же массы железа.

Относительно низкие температура плавления и удельная теплоемкость позволили древним людям использовать медь намного шире, чем железо или другие металлы.

Как расплавить медь в домашних условиях

Иногда и в наше время возникает необходимость получить в домашних условиях медный расплав. Для этого можно воспользоваться несколькими способами.

• Если имеется муфельная печь, медные детали нужно положить в тигель и поместить его в печь. В процессе плавления следует наблюдать за образованием оксидной пленки. Ее нужно убирать при помощи стального крючка. Оксидная пленка, если ее не убрать, сделает расплав некачественным.
• Медные детали можно расплавить автогеном, удаляя оксидную пленку.
• Если оксидная пленка образуется интенсивно, поверхность расплава можно присыпать измельченным древесным углем.
• Самые легкоплавкие медные сплавы — некоторые виды бронзы и латунь можно плавить обычной паяльной лампой.
• Лучшего результата можно добиться, соорудив небольшой горн. Стальную решетку нужно положить на кирпичи, чтобы снизу был доступ воздуха. На решетку насыпать слой древесных углей и поджечь. На угли кладется тигель с медными деталями. Чтобы повысить температуру горения, нужно увеличить приток воздуха. Делается это с помощью электрического вентилятора или пылесоса, работающего на выдув воздуха.

Источник

Свойства меди: плотность, теплоемкость, теплопроводность

Свойства меди Cu: теплопроводность и плотность меди

В таблице представлены теплофизические свойства меди в зависимости от температуры в интервале от 50 до 1600 градусов Кельвина.

Плотность меди равна 8933 кг/м 3 (или 8,93 г/см 3 ) при комнатной температуре. Медь почти в четыре раза тяжелее алюминия и железа. Эти металлы будут плавать на поверхности жидкой меди. Значения плотности меди в таблице указаны в размерности кг/м 3 .

Зависимость плотности меди от ее температуры представлена в таблице. Следует отметить, что плотность меди при ее нагревании снижается как у твердого металла, так и у жидкой меди. Уменьшение значения плотности этого металла обусловлено его расширением при нагревании — объем меди увеличивается. Следует отметить, что жидкая медь имеет плотность около 8000 кг/м 3 при температурах до 1300°С.

Теплопроводность меди равна 401 Вт/(м·град) при комнатной температуре, что является довольно высоким значением среди металлов, которое сравнимо с теплопроводностью серебра.

При 1357К (1084°С) медь переходит в жидкое состояние, что отражено в таблице резким падением значения коэффициента теплопроводности меди. Видно, что теплопроводность жидкой меди почти в два раза ниже, чем у твердого металла.

Теплопроводность меди при ее нагреве имеет тенденцию к снижению, однако при температуре выше 1400 К, значение теплопроводности снова начинает увеличиваться.

В таблице рассмотрены следующие теплофизические свойства меди при различных температурах:

• плотность меди, кг/м 3 ;
• удельная теплоемкость, Дж/(кг·град);
• температуропроводность, м 2 /с;
• теплопроводность меди, Вт/(м·К);
• удельное электрическое сопротивление, Ом·м;
• функция Лоренца;
• отношение теплоемкостей.

Теплофизические свойства меди: КТР и удельная теплоемкость меди

Медь имеет сравнительно высокие теплоты плавления и кипения: удельная теплота плавления меди 213 кДж/кг; удельная теплота кипения меди 4800 кДж/кг.

В таблице ниже представлены некоторые теплофизические свойства меди в зависимости от температуры в интервале от 83 до 1473К. Значения свойств меди указаны при нормальном атмосферном давлении. Следует отметить, что удельная теплоемкость меди равна 381 Дж/(кг·град) при комнатной температуре, а теплопроводность меди равна 395 Вт/(м·град) при температуре 20°С.

Из значений коэффициента температурного расширения и теплоемкости меди в таблице видно, что нагрев этого металла приводит к росту этих величин. Например, теплоемкость меди при температуре 900°С становится равной 482 Дж/(кг·град).

В таблице даны следующие теплофизические свойства меди:

• плотность меди, кг/м 3 ;
• удельная теплоемкость меди, кДж/(кг·К);
• коэффициент теплопроводности меди, Вт/(м·град);
• удельное электрическое сопротивление, Ом·м;
• линейный коэффициент теплового расширения (КТР), 1/град.

Источники:
1. В.Е. Зиновьев. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах.
2. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. М.: Атомиздат, 1967 — 474 с.

Источник

Удельная теплота остывания меди

Плотность. По международному стандарту по отожженной меди ( International Annealed Copper Standard — IACS ) плотность меди принята равной 8890 кг/м 3 при температуре 20°С. Однако в зависимости от вида обработки и химического состава плотность меди может иметь небольшие отличия. Например, литая медь имеет плотность 8920 кг/м 3 . При холодной деформации отожженной меди уменьшается ее плотность.

При нагреве плотность меди заметно уменьшается, что видно на примере марки M 1 :

t ,°С 20 600 700 800 900 1000

γ , кг/м 3 8890 8680 8610 8550 8470 8400

Электрические свойства. Высокая электропроводность меди является основным свойством, обусловливающим ее широкое применение. Электропроводность меди в твердом состоянии зависит в первую очередь от чистоты металла. Примеси и легирующие элементы умень­шают электропроводность меди (рис. 1 и 2 ) и повышают ее удельное электросопротивление (рис. 3).

Рис. 1. Влияние примесей на электропроводность бескислородной меди

Рис. 2. Влияние легирующих на электропроводность меди

Рис. 3. Влияние примесей малых концентраций легирующих элементов на электросопротивление меди

Медь электротехнического назначения является эталоном для сравне­ия электропроводности электрических проводников из разных металлов. При этом электропроводность указывается в процентах от стандартного значения, принятого в IACS для отожженной меди. Стандартное (100%-е) значение удельной элект­ропроводности в IACS соответствует 58 МСм/м (1/58 Ом на каждый метр провода поперечным сечением в 1 мм 2 ).

Наименьшее удельное электросопротивление ρ имеет медь, очищенная зонной плавкой, с минимальным количеством примесей (99,999% Cu ) — 0 , 0 I 6610 -6 Ом * м, что соответствует электропроводности σ , составляющей 60,2 МСм/м. С повышением температуры удельное электросопротивление меди увеличивается. Например, удельное электросопротивление меди марки M 1 в твердом состоянии при температуре, близкой к температуре плавления, составляет 0,113х10 -6 Ом*м, а в жидком — 0,203х10 -6 Ом м.

Электрические свойства меди различных марок приведены в табл. 1.

Таблица 1. Электрические свойства меди различных марок при температуре 20°С

Марка меди

ρх10 6 , Ом*м

Тепловые свойства. Удельная теплоемкость с меди заметно увеличивается с повышением температуры. В жидком состоянии в интервале температур перегрева при литье слитков удельная теплоемкость меди практически не зависит от температуры и может быть принята равной 545 Дж/(кгК).

Температурный коэффициент линейного расширения α меди незначительно зависит от химического состава. Ориентировочные значения α в диапазоне температур 200. 1250К приведены в табл. 2.

Табл. 2. Значения температурного коэффициента линейного расширения меди при различных температурах
t, К	α х 10 6 , К -1	t, К	α х 10 6 , К -1	t, К	α х 10 6 , К -1
200	15,2	450	17,6	900	20,9
220	15,6	500	17,9	950	21,4
240	15,9	550	18,3	1000	21,8
260	16,2	600	18,7	1050	22,3
280	16,5	700	19,4	1100	22,8
300	16,7	750	19,7	1150	23,3
350	17,0	800	20,1	1200	23,8
400	17,3	850	20,5	1250	24,4

Теплопроводность меди λ существенно снижают примеси и легирующие элементы (рис. 4).

Рис. 4. Влияние содержания элементов на теплопроводность меди

Теплопроводность меди разных марок при 20°С составляет:

Марка λ , Вт(м * К)

П овышение температуры меди приводит к уменьшению ее теплопроводности (табл. 3. ).

Табл. 3. Значения теплопроводности λ меди при различных температурах
t, К	λ, Вт/(м*К)	t, К	λ, Вт/(м*К)	t, К	λ, Вт/(м*К)	t, К	λ, Вт/(м*К)	t, К	λ, Вт/(м*К)
100	500	350	393	600	382	850	376	1100	349
150	435	400	391	650	379	900	364	1150	345
200	414	450	383	700	376	950	360	1200	342
250	403	500	387	750	372	1000	356	1250	338
300	398	550	385	800	370	1050	353	1300	334

Влияние температу ры на физические свойства меди на примере М0 показано в табл. 4.

Источник