Fizička svojstva aluminija i bakra: toplinska vodljivost

Ovaj srebrni metal koristi se u mnogim industrijama: u automobilskoj, zrakoplovnoj, graditeljskoj i, naravno, u elektroprivrednoj industriji. Aluminij je 13. element u periodičnoj tablici Dmitrij Ivanovich Mendelejev. Trenutno se procjenjuje da iznosi oko 8% od ukupne mase čvrste kore, te je kemijski element 3 o prevalenciji na planeti Zemlji, dajući mjesto samo kisik i silicij.

Povijest otkrića

No, budući da aluminij ima visoku kemijsku aktivnost, u svom čistom obliku je praktički se ne nalaze u prirodi, pa za razliku od mnogih drugih metala od njega samo je postao poznat početkom XIX stoljeća, kada je službeno primio aluminija.

Godine 1824. danski je fizičar prvi put primio aluminij u procesu elektrolize. Iako je metal sadržavao žive i kalijeve aditive, ovaj je slučaj prvi dokazani slučaj dobivanja aluminija u laboratorijskim uvjetima.

Ime znanstvenika, koji je doveo do revolucionarne metode, bio je Hans Christian Oersted. Ali trebalo je gotovo pola stoljeća razviti tehnologije za dobivanje u industrijskoj proizvodnji. Najviše prirodnog aluminija nalazi se u sastavu minerala alum. Zahvaljujući tom mineralu, aluminij je dobio ime, koje u latinskom zvuči Alumen.

Aluminijska ruda

U suvremenom svijetu aluminij se široko koristi u proizvodnji aluminija - boksita. Boksit je glinovito stijena, koja uključuje različite modifikacije hidroksid nečistoćama, kao što su krom, silicij, titanij, sumpor, vanadij, karbonatne soli magnezija, kalcija, i željeza.

U boksitima se može naći gotovo polovica Mendelejevevog stola kemijskih elemenata. Vrijednost ove rude je to osim toga jedna tona aluminija izvađena iz četiri tone boksita, Vrijednost za industriju također ima nečistoće. Od boksita u procesu prerade dobiva se bijeli prah - aluminijev oksid (Al2O3), koji se također naziva "aluminijev oksid". Od aluminija je metal nastao elektrolizom u modernim poduzećima.

Uloga elektroprivrede u proizvodnji

Proizvodnja aluminija troši ogromnu količinu električne energije. Da bi dobili jednu tonu metala, energija se troši toliko da bi bilo dovoljno za potrebe kuće od 100 stanova cijeli mjesec. Naime, 15 MW * h. Stoga se većina aluminijskih postrojenja nalazi u blizini hidroelektrana, nuklearnih elektrana ili ima vlastitu termoelektranu, kao i razvijenu strukturu elektroenergetskih sustava i mreža.

Svojstva aluminija

U aluminiju je rijetka kombinacija takvih svojstava kao što su:

• lagana težina;
• plastična, električna vodljivost;
• mogućnost formiranja legura s drugim metalima.

Površina aluminija uvijek je prekrivena vrlo tankim oksidnim filmom, koji je vrlo jak i ne dopušta korodiranje aluminija. ovo materijal u vrućem i hladnom stanju može se lako obraditi tlakom. Takve metode prerade kao što su valjanje, žigosanje, crtanje često se proizvode u poduzeću za proizvodnju određenih dijelova.

Još jedna vrijednost aluminijuma je da je netoksična, ne gori i ne treba dodatno bojanje: to čini njegovu primjenu u automobilskoj i zrakoplovnoj industriji nezamjenjiv element. Mouldability aluminija je iznenađujuće: napravio je list i vrlo tanku žicu od samo 4 mikrona debljine, a debljina folije - tri puta tanja od ljudske kose.

Zbog sposobnosti aluminija da formiraju spojeve s velikom skupinom kemijskih elemenata, pojavila se velika skupina legura. Na primjer, kombinacija aluminija i cinka koristi se u stvaranju slučajeva različitih tipova tableta i telefona, aluminij u kombinaciji s magnezijem i silicijem se koristi za proizvodnju različitih tipova motora, kao dio komponenti šasije i svih vrsta motora. U elektroprivredi se koriste različite legure.

Moderna znanost nastavlja proučavati i izmisliti najnovije vrste aluminijskih legura. Danas nema industrije gdje se aluminij ne koristi. Sigurno je reći da su industrije kao što su zrakoplovstvo, prostor, energija, automobilska industrija, hrana, elektronika primili svoj suvremeni razvoj zahvaljujući aluminiju i njegovim legurama.

Nemoguće je spomenuti tako važnu osobinu kao toplinsku vodljivost. Uostalom, ova svojstva metala su potrebna u proizvodnji sustava grijanja, električnih proizvoda, u zgradi auto-zrakoplova, u proizvodnji kočnih sustava i slično. Kapacitet topline je proces prijenosa toplinske energije u fizičkim tijelima ili njihovih čestica od vrućih predmeta do hladnih na temelju Fourierovog zakona. Natjecatelj aluminija u ovom području je bakar.

Koji metal ima visoku toplinsku vodljivost? Ovo nije apsolutno jednoznačno pitanje. Poznato je da je toplinska vodljivost aluminija je slabiji od bakra pri umjerenim temperaturama, ali kada je u pitanju niske temperature, i to na 50 K, dok je toplinska vodljivost aluminija znatno je povećan, dok je toplinska vodljivost bakra postaje manji. Točka tališta od aluminija je 933,61 K, oko 660 ° C, pri čemu se Al svojstva, kao što je toplinska vodljivost i gustoća, smanjuju.

Gustoća srebrnog metala određuje se njezinom temperaturom i ovisi o njegovu stanju. Na temperaturi od 27 ° C, gustoća aluminija iznosi 2697 kg / m3, pri temperaturi tališta od 660 ° C, njegova gustoća je jednaka 2368 kg / m3. Smanjenje gustoće metala kao funkcije temperature posljedica je ekspanzije na izravnom zagrijavanju.

Tablice aluminijskih i bakrenih svojstava

Zatim uzmite u obzir tablice fizičkih svojstava i toplinske vodljivosti aluminija i bakra na različitim temperaturama.

• gustoća Cu i Al, kg / m3;
• specifična toplina Cu i Al, J / (kg · K);
• termička difuzivnost Cu i Al, m2 / s;
• toplinska vodljivost Cu i Al, W / (m · K);
• specifična električna otpornost Cu i Al, Ohm · m;
• Lorentzova funkcija Cu i Al;

Tablica fizičkih svojstava aluminija

Tablica fizikalnih svojstava bakra

Iz svega navedenog razvidno je da je aluminij je prioritet metalne industrije, ali ima još jednu funkciju: metal i njegove legure mogu biti rafinerije, štoviše više puta bez gubitka njezinih svojstava. Između ostalog, to je ekonomičnije od rudarstva iz rude. Dakle, na jednoj električnoj energiji štednja prelazi 14 kW / h. Procjenjuje se da je 75% svih aluminijskih i legura proizvedenih u prošlosti još uvijek u upotrebi.