Starp lielo metālu raksturojošo parametru skaitu ir arī tāds jēdziens kā siltuma vadītspēja. Diez vai tā nozīmi var pārvērtēt. Šis parametrs tiek izmantots, aprēķinot detaļas un mezglus. Piemēram, pārnesumu piedziņa. Kopumā ar siltuma vadītspēju nodarbojas vesela zinātnes nozare, ko sauc par termodinamiku.
Kas ir siltuma vadītspēja un siltuma pretestība
Metālu siltumvadītspēju var raksturot šādi - tā ir materiālu (gāzes, šķidruma utt.) Spēja pārnest siltuma enerģijas pārpalikumu no apsildāmām ķermeņa daļām uz aukstajām. Pārnešanu veic brīvi kustīgas elementārdaļiņas, kas ietver atomus, elektronus utt.
Pats siltuma apmaiņas process notiek jebkurā ķermenī, taču enerģijas pārsūtīšanas veids lielā mērā ir atkarīgs no ķermeņa agregācijas stāvokļa.
Papildus šai siltuma vadītspējai var piešķirt vēl vienu definīciju - tas ir kvantitatīvs parametrs ķermeņa spējai vadīt siltumenerģiju. Ja salīdzinām siltuma un elektrotīklus, tad šī koncepcija ir līdzīga elektrovadītspējai.
Fiziskā ķermeņa spēju novērst molekulu termiskās vibrācijas izplatīšanos sauc par termisko pretestību. Starp citu, daži no sirds kļūdās, sajaucot šo jēdzienu ar siltuma vadītspēju.
Siltumvadītspējas koeficienta jēdziens
Siltumvadītspējas koeficientu sauc par vērtību, kas ir vienāda ar siltuma daudzumu, kas sekundē tiek nodots caur virsmas vienību.
Metāla siltumvadītspēja tika noteikta 1863. gadā. Toreiz tika pierādīts, ka brīvie elektroni, kuru ir ļoti daudz, ir atbildīgi par siltuma pārnesi. Tāpēc metālu siltuma vadītspēja ir daudz augstāka nekā dielektriskajiem materiāliem.
Kas nosaka siltumvadītspējas indeksu
Siltumvadītspēja ir fizikāls lielums, un tas galvenokārt ir atkarīgs no temperatūras, spiediena un vielas veida parametriem. Lielāko daļu koeficientu nosaka empīriski. Tam ir izstrādātas daudzas metodes. Rezultāti ir apkopoti atsauces tabulās, kuras pēc tam tiek izmantotas dažādos zinātniskos un inženiertehniskos aprēķinos.
Ķermeņiem ir atšķirīga temperatūra, un siltuma apmaiņas laikā tā (temperatūra) sadalīsies nevienmērīgi. Citiem vārdiem sakot, jums jāzina, kā siltuma vadītspējas koeficients ir atkarīgs no temperatūras.
Daudzi eksperimenti liecina, ka daudziem materiāliem sakarība starp koeficientu un pašu siltuma vadītspēju ir lineāra.
Metālu siltuma vadītspēja ir saistīta ar tā kristāla režģa formu.
Daudzos aspektos siltuma vadītspējas koeficients ir atkarīgs no materiāla struktūras, tā poru lieluma un mitruma satura.
Kad tiek ņemts vērā siltumvadītspējas koeficients
Izvēloties materiālus konstrukciju slēgšanai - sienas, griesti utt., Jāņem vērā siltumvadītspējas parametri. Telpās, kur sienas ir izgatavotas no materiāliem ar augstu siltuma vadītspēju aukstajā sezonā, tas būs diezgan vēss. Nelīdzēs arī istabas dekorēšana. Lai no tā izvairītos, sienām jābūt diezgan biezām. Tas neizbēgami izraisīs materiālu un darbaspēka izmaksu pieaugumu.
Tāpēc sienu konstrukcijā ir paredzēta tādu materiālu izmantošana, kuriem ir zema siltuma vadītspēja (minerālvati, putas utt.).
Indikatori tēraudam
- Atsauces materiālos par dažādu materiālu siltuma vadītspēju īpašu vietu aizņem dati, kas uzrādīti par dažādu kategoriju tēraudiem.
Tātad atsauces materiālos tiek apkopoti eksperimentālie un aprēķinātie dati par šādiem tērauda sakausējumu veidiem:
izturīgs pret koroziju, augstu temperatūru; - paredzēti atsperu, griezējinstrumentu ražošanai;
- piesātināts ar leģējošām piedevām.
Tabulās apkopoti rādītāji, kas tika savākti tēraudiem temperatūras diapazonā no -263 līdz 1200 grādiem.
Vidējie rādītāji ir:
- oglekļa tēraudi 50 - 90 W / (m × deg);
- korozijizturīgi, karstumizturīgi un karstumizturīgi sakausējumi, kas saistīti ar martensītu - no 30 līdz 45 W / (m × deg);
- sakausējumi, kas saistīti ar austenītu, no 12 līdz 22 W / (m × deg).
Šie atsauces materiāli satur informāciju un čugunu īpašības.
Alumīnija, vara un niķeļa sakausējumu siltuma vadītspējas koeficienti
Veicot aprēķinus, kas saistīti ar krāsainiem metāliem un sakausējumiem, dizaineri izmanto atsauces materiālus, kas ievietoti īpašās tabulās.
Tie satur materiālus par krāsaino metālu un sakausējumu siltuma vadītspēju, papildus šiem datiem ir norādīta informācija par sakausējumu ķīmisko sastāvu. Pētījumi tika veikti temperatūrā no 0 līdz 600 ° C.
Saskaņā ar šajos tabulas materiālos apkopoto informāciju var redzēt, ka krāsainie metāli ar augstu siltuma vadītspēju ir sakausējumi, kuru pamatā ir magnijs un niķelis. Metāli ar zemu siltuma vadītspēju ir nihroms, invārs un daži citi.
Lielākajai daļai metālu ir laba siltuma vadītspēja, dažiem ir vairāk, citiem mazāk. Metāli ar labu siltuma vadītspēju ietver zeltu, varu un dažus citus. Materiāli ar zemu siltuma vadītspēju ir alva, alumīnijs utt.
Augsta siltuma vadītspēja var būt gan priekšrocība, gan trūkums. Viss ir atkarīgs no darbības jomas. Piemēram, virtuves piederumiem ir laba siltuma vadītspēja. Metālu detaļu pastāvīgu savienojumu izveidošanai tiek izmantoti materiāli ar zemu siltuma vadītspēju. Ir veselas alvas sakausējumu ģimenes.
Vara un tā sakausējumu augstas siltumvadītspējas trūkumi
Varš ir daudz vērtīgāks nekā alumīnijs vai misiņš. Bet tikmēr šim materiālam ir vairāki trūkumi, kas saistīti ar tā pozitīvajiem aspektiem.
Šī metāla augstā siltumvadītspēja rada nepieciešamību radīt īpašus apstākļus tā apstrādei. Tas ir, vara sagataves ir jāuzsilda precīzāk nekā tērauds. Turklāt bieži pirms ārstēšanas uzsākšanas tiek veikta iepriekšēja sildīšana vai vienlaikus sildīšana.
Mēs nedrīkstam aizmirst, ka vara caurules nozīmē, ka tiks veikta rūpīga siltumizolācija. Tas jo īpaši attiecas uz tiem gadījumiem, kad no šīm caurulēm tiek montēta siltumapgādes sistēma. Tas ievērojami palielina uzstādīšanas darbu izmaksas.
Izmantojot gāzes metināšanu, rodas noteiktas grūtības. Lai veiktu darbu, ir nepieciešams jaudīgāks rīks. Dažreiz, lai apstrādātu vara biezumu 8-10 mm, var būt nepieciešams izmantot divus vai pat trīs lāpas. Šajā gadījumā viens no viņiem metina vara cauruli, un pārējie ir aizņemti ar tās sildīšanu. Turklāt, strādājot ar varu, nepieciešams vairāk palīgmateriālu.
Darbam ar varu nepieciešams izmantot specializētu instrumentu. Piemēram, griežot detaļas, kas izgatavotas no 150 mm biezas bronzas vai misiņa, jums būs nepieciešama lāpa, kas spēj apstrādāt tēraudu ar lielu hroma daudzumu. Ja to izmanto vara apstrādei, tad maksimālais biezums nepārsniegs 50 mm.
Vai ir iespējams palielināt vara siltumvadītspēju
Ne tik sen rietumu zinātnieku grupa veica virkni pētījumu, lai uzlabotu vara un tā sakausējumu siltuma vadītspēju. Savam darbam viņi izmantoja vara izgatavotas plēves, uz kuras virsmas bija uzklāts plāns grafēna slānis. Lai to nogulsnētu, tika izmantota tā nogulsnēšanās tehnoloģija no gāzes. Pētījuma laikā tika izmantoti dažādi instrumenti, kas tika izstrādāti, lai apstiprinātu iegūto rezultātu objektivitāti.
Pētījumu rezultāti parādīja, ka grafēnam ir viena no augstākajām siltuma vadītspējām. Pēc tam, kad tas tika uzklāts uz vara pamatnes, siltuma vadītspēja nedaudz samazinājās. Bet šī procesa laikā varš tiek uzkarsēts un tajā palielinās graudi, kā rezultātā palielinās elektronu caurlaidība.
Kad varš tika uzkarsēts, bet, nepielietojot šo materiālu, graudi saglabāja lielumu.
Viens no vara izmantošanas veidiem ir liekā siltuma noņemšana no elektroniskām un elektriskām ķēdēm. Grafēna izsmidzināšanas izmantošana šo problēmu atrisinās daudz efektīvāk.
Oglekļa koncentrācijas ietekme
Tēraudiem ar zemu oglekļa saturu ir augsta siltuma vadītspēja. Tāpēc šīs klases materiāli tiek izmantoti cauruļu un veidgabalu ražošanai. Šāda veida tēraudu siltuma vadītspēja ir robežās no 47-54 W / (m × K).
Vērtība ikdienas dzīvē un ražošanā
Siltumvadītspējas pielietošana būvniecībā
Katram materiālam ir savs siltumvadītspējas indekss. Jo zemāka tā vērtība, attiecīgi zemāks siltuma pārneses līmenis starp ārējo un iekšējo vidi. Tas nozīmē, ka ēkā, kas būvēta no materiāla ar zemu siltuma vadītspēju, ziemā tas būs silts un vasarā vēss.
Būvējot dažādas ēkas, ieskaitot dzīvojamās ēkas, nevar iztikt bez zināšanām par būvmateriālu siltumvadītspēju. Projektējot ēku konstrukcijas, jāņem vērā dati par tādu materiālu īpašībām kā betons, stikls, minerālvati un daudzi citi. Starp tiem ierobežojošā siltuma vadītspēja pieder betonam, tikmēr kokam tā ir 6 reizes mazāka.
Apkures sistēmas
Jebkuras apkures sistēmas galvenais uzdevums ir siltumenerģijas pārnešana no dzesēšanas šķidruma uz telpām. Šādai apkurei tiek izmantotas baterijas vai apkures radiatori. Tie ir nepieciešami siltuma enerģijas pārnešanai uz telpām.
- Apkures radiators ir konstrukcija iekšpusē, kas pārvieto dzesēšanas šķidrumu. Šī produkta galvenās īpašības ir:
materiāls, no kura tas izgatavots; - konstrukcijas veids;
- izmēri, ieskaitot sekciju skaitu;
- siltuma pārneses rādītāji.
Tieši siltuma pārnese ir galvenais parametrs. Tas viss ir atkarīgs no tā, kas nosaka enerģijas daudzumu, kas tiek pārnests no radiatora uz istabu. Jo augstāks ir šis rādītājs, jo mazāki būs siltuma zudumi.
Ir uzmeklēšanas tabulas, kas nosaka, kuri materiāli ir optimāli izmantojami apkures sistēmās. No tajos ievietotajiem datiem kļūst skaidrs, ka varš tiek uzskatīts par visefektīvāko materiālu. Bet augstās cenas un dažu tehnoloģisko grūtību dēļ, kas saistītas ar vara apstrādi, to pielietojamība nav tik augsta.
Tāpēc arvien vairāk tiek izmantoti modeļi, kas izgatavoti no tērauda vai alumīnija sakausējumiem. Bieži tiek izmantota dažādu materiālu kombinācija, piemēram, tērauds un alumīnijs.
Katram radiatoru ražotājam, marķējot gatavos produktus, jānorāda tāda īpašība kā siltuma jauda.
Apkures sistēmu tirgū jūs varat iegādāties radiatorus, kas izgatavoti no čuguna, tērauda, \u200b\u200balumīnija un bimetāla.
Siltumvadītspējas parametru izpētes metodes
Pētot siltumvadītspējas parametrus, jāatceras, ka konkrētā metāla vai tā sakausējumu īpašības ir atkarīgas no tā ražošanas metodes. Piemēram, liešanā iegūtā metāla parametri var ievērojami atšķirties no materiāla īpašībām, kas ražots ar pulvermetalurģijas metodēm. Neapstrādāta metāla īpašības būtībā atšķiras no tām, kuras izturēja termisko apstrādi.
Termiskā nestabilitāte, tas ir, metāla atsevišķo īpašību pārveidošana pēc augstas temperatūras iedarbības ir raksturīga gandrīz visiem materiāliem. Kā piemēru var minēt faktu, ka metāli pēc ilgstošas \u200b\u200bdažādu temperatūru iedarbības spēj sasniegt dažādus rekristalizācijas līmeņus, un tas atspoguļojas siltuma vadītspējas parametros.
Varam teikt šādi - veicot siltumvadītspējas parametru izpēti, ir nepieciešams izmantot metālu un to sakausējumu paraugus standarta un specifiskā tehnoloģiskā stāvoklī, piemēram, pēc termiskās apstrādes.
Piemēram, ir nepieciešamas prasības metāla slīpēšanai tā izpētei, izmantojot termiskās analīzes metodes. Patiešām, šāda prasība pastāv vairākos pētījumos. Ir arī tāda prasība - kā īpašu plākšņu ražošana un daudzas citas.
Metālu termostabilitāte uzliek vairākus ierobežojumus termofizikālo pētījumu metožu izmantošanai. Fakts ir tāds, ka šī pētījumu veikšanas metode prasa paraugu sildīšanu vismaz divas reizes noteiktā temperatūras diapazonā.
Vienu no metodēm sauc par relaksācijas dinamisko. Tas ir paredzēts, lai veiktu siltuma jaudas masas mērījumus metālos. Šajā metodē tiek reģistrēta parauga temperatūras pārejas līkne starp diviem tā stacionārajiem stāvokļiem. Šis process ir testa paraugā ievadītās siltuma jaudas lēciena rezultāts.
Šo metodi var saukt par relatīvu. Tajā tiek izmantots testa priekšmets un salīdzinošais paraugs. Galvenais ir tas, ka paraugiem ir vienāda izstarojošā virsma. Veicot pētījumu, temperatūrai, kas iedarbojas uz paraugiem, vajadzētu pakāpeniski mainīties, savukārt, sasniedzot noteiktos parametrus, ir jāiztur noteikts laiks. Temperatūras maiņas virziens un tā pakāpe jāizvēlas tā, lai testēšanai paredzētais paraugs tiktu vienmērīgi uzkarsēts.
Šajos brīžos siltuma plūsmas kļūst vienādas, un siltuma pārneses koeficientu noteiks kā temperatūras svārstību ātruma starpību.
Dažreiz šo pētījumu laikā pētāmā un salīdzināmā parauga netiešās sildīšanas avots.
Vienam no paraugiem var piemērot papildu siltuma slodzes, salīdzinot ar otro paraugu.
Kura siltumvadītspējas mērīšanas metode ir vislabākā jūsu materiālam?
Siltumvadītspējas mērīšanai ir tādas metodes kā LFA, GHP, HFM un TCT. Metālu siltumvadītspējas pārbaudei izmantoto paraugu izmēri un ģeometriskie parametri atšķiras viens no otra.
Šos saīsinājumus var atšifrēt šādi:
- GHP (karstās apsardzes zonas metode);
- HFM (siltuma plūsmas metode);
- TCT (karstā stieples metode).
Iepriekš minētās metodes tiek izmantotas, lai noteiktu dažādu metālu un to sakausējumu koeficientus. Tajā pašā laikā, izmantojot šīs metodes, viņi pēta citus materiālus, piemēram, minerālu keramiku vai ugunsizturīgus materiālus.
Metāla paraugu, ar kuriem tiek veikts pētījums, kopējie izmēri ir 12,7 × 12,7 × 2.
Daudzās mūsdienu rūpniecības nozarēs tāds materiāls kā varš tiek ļoti plaši izmantots. Šī metāla elektrovadītspēja ir ļoti augsta. Tas izskaidro tā pielietošanas iespējamību galvenokārt elektrotehnikā. Vara ražo vadītājus ar lieliskām veiktspējas īpašībām. Protams, šo metālu izmanto ne tikai elektrotehnikā, bet arī citās nozarēs. Tās pieprasījumu cita starpā izskaidro ar tādām īpašībām kā izturība pret korozijas bojājumiem vairākās kodīgās vidēs, ugunsizturība, plastika utt.
Vēsturiskā atsauce
Varš ir metāls, kuru cilvēks pazīst kopš seniem laikiem. Tas izskaidro cilvēku agrīnu iepazīšanos ar šo materiālu, pirmkārt, ar tā plašo izplatību dabā tīrradņu veidā. Daudzi zinātnieki uzskata, ka tieši varš bija pirmais metāls, ko cilvēks samazināja no skābekļa savienojumiem. Kādreiz akmeņi vienkārši tika uzkarsēti virs uguns un strauji atdzesēti, kā rezultātā tie ieplaisāja. Vēlāk vara reducēšanu sāka veikt ugunsgrēkos, pievienojot ogles un pūšot ar kažokādām. Šīs metodes uzlabošana galu galā noveda pie radīšanas.Pat vēlāk šo metālu sāka iegūt ar rūdu oksidatīvās kausēšanas metodi.
Varš: materiāla vadītspēja
Mierīgā stāvoklī visi jebkura metāla brīvie elektroni griežas ap kodolu. Kad ir savienots ārējs ietekmes avots, viņi ierindojas noteiktā secībā un kļūst par pašreizējiem nesējiem. Metāla spēju pakāpi izvadīt pēdējo caur sevi sauc par elektrovadītspēju. Tās mērvienība starptautiskajā SI ir Siemens, kas definēta kā 1 S \u003d 1 Ohm -1.
Vara elektrovadītspēja ir ļoti augsta. Saskaņā ar šo rādītāju tas pārsniedz visus parastos metālus, kas šodien ir zināmi. Labāk par to straumi izlaiž tikai sudrabs. Vara elektriskā vadītspēja ir 57x104 cm -1 +20 ° C temperatūrā. Pateicoties šim īpašumam, šis metāls pašlaik ir visizplatītākais vadītājs no visiem, ko izmanto rūpnieciskām un mājsaimniecības vajadzībām.
Varš lieliski iztur pastāvīgi un turklāt ir uzticams un izturīgs. Cita starpā šim metālam raksturīga arī augsta kušanas temperatūra (1083,4 ° C). Un tas, savukārt, ļauj varšam ilgu laiku darboties apsildāmā stāvoklī. Runājot par pašreizējā vadītāja izplatību, tikai alumīnijs var konkurēt ar šo metālu.
Piemaisījumu ietekme uz vara elektrovadītspēju
Protams, mūsdienās šī sarkanā metāla kausēšanai tiek izmantotas daudz modernākas metodes nekā senos laikos. Tomēr praktiski nav iespējams iegūt pilnīgi tīru Cu arī šodien. Vara sastāvā vienmēr ir dažādi piemaisījumi. Tas var būt, piemēram, silīcijs, dzelzs vai berilijs. Tikmēr, jo vairāk vara piemaisījumu, jo zemāks ir tā elektrovadītspējas rādītājs. Piemēram, vadu ražošanai ir piemērots tikai pietiekami tīrs metāls. Saskaņā ar noteikumiem šim nolūkam var izmantot varu ar piemaisījumu daudzumu, kas nepārsniedz 0,1%.
Ļoti bieži šis metāls satur noteiktu procentu sēra, arsēna un antimona. Pirmā viela ievērojami samazina materiāla plastiskumu. Vara un sēra elektrovadītspēja ļoti atšķiras. Šis piemaisījums vispār nevada strāvu. Tas ir, tas ir labs izolators. Tomēr sērs praktiski neietekmē vara elektrovadītspēju. Tas pats attiecas uz siltuma vadītspēju. Pretstats ir vērojams ar antimonu un arsēnu. Šie elementi var ievērojami samazināt vara elektrovadītspēju.
Sakausējumi
Dažāda veida piedevas var izmantot arī īpaši, lai palielinātu tāda plastmasas materiāla kā vara izturību. Viņi arī samazina tā elektrovadītspēju. Bet, no otras puses, to izmantošana var ievērojami pagarināt dažāda veida produktu kalpošanas laiku.
Cd (0,9%) visbiežāk izmanto kā piedevu vara stiprības palielināšanai. Rezultāts ir kadmija bronza. Tā vadītspēja ir 90% no vara. Dažreiz alumīniju kadmija vietā izmanto arī kā piedevu. Šī metāla vadītspēja ir 65% no vara. Lai palielinātu stiepļu stiprību piedevas veidā, var izmantot arī citus materiālus un vielas - alvu, fosforu, hromu, beriliju. Rezultāts ir noteikta bronzas pakāpe. Vara kombināciju ar cinku sauc par misiņu.
Sakausējumu raksturojums
Tas var būt atkarīgs ne tikai no tajos esošo piemaisījumu daudzuma, bet arī no citiem rādītājiem. Piemēram, paaugstinoties apkures temperatūrai, vara spēja izvadīt strāvu caur sevi samazinās. Pat tā izgatavošanas metode ietekmē šāda stieples elektrisko vadītspēju. Ikdienā un ražošanā var izmantot gan mīkstus atlaidinātus vara vadītājus, gan stingri ievilktus. Pirmajai šķirnei ir lielāka spēja iet caur sevi strāvu.
Tomēr visvairāk, protams, izmantotās piedevas un to daudzums ietekmē vara elektrisko vadītspēju. Zemāk esošajā tabulā lasītājam ir sniegta visaptveroša informācija par šī metāla visbiežāk sastopamo sakausējumu pašreizējo nestspēju.
Sakausējums | Stāvoklis (O - atlaidināts, T-cieti ievilkts) | Elektrovadītspēja (%) |
Tīrs varš | ||
Alvas bronza (0,75%) | ||
Kadmija bronza (0,9%) | ||
Alumīnija bronza (2,5% A1, 2% Sn) | ||
Fosfora bronza (7% Sn, 0,1% Ρ) | ||
Misiņa un vara elektrovadītspēja ir salīdzināma. Tomēr attiecībā uz pirmo metālu šis skaitlis, protams, ir nedaudz zemāks. Bet tajā pašā laikā tas ir augstāks nekā bronzas. Misiņš tiek plaši izmantots kā diriģents. Tas iziet strāvu sliktāk nekā varš, bet tajā pašā laikā tas maksā mazāk. Visbiežāk kontakti, skavas un dažādas radioiekārtu daļas ir izgatavotas no misiņa.
Augstas izturības vara sakausējumi
Šādus vadošus materiālus galvenokārt izmanto rezistoru, reostatu, mērinstrumentu un elektrisko sildierīču ražošanā. Šim nolūkam visbiežāk tiek izmantoti vara sakausējumi konstantāns un manganīns. Pirmās (86% Cu, 12% Mn, 2% Ni) īpatnējā pretestība ir 0,42-0,48 μOhm / m, bet otrā (60% Cu, 40% Ni) ir 0,48-0,52 μOhm / m.
Saikne ar siltuma vadītspējas koeficientu
Varš - 59 500 000 S / m. Šis rādītājs, kā jau minēts, ir pareizs, tomēr tikai temperatūrā +20 o C. Starp jebkura metāla siltuma vadītspējas koeficientu un specifisko vadītspēju pastāv zināma saistība. To nosaka Wiedemann-Franz likums. To veic metāliem augstā temperatūrā un izsaka pēc šādas formulas: K / γ \u003d π 2/3 (k / e) 2 T, kur y ir īpatnējā vadītspēja, k ir Boltzmana konstante un e ir elementārā maksa.
Protams, ir līdzīga saikne ar tādu metālu kā varš. Tās siltuma un elektrovadītspēja ir ļoti augsta. Abos šajos rādītājos tā ir otrajā vietā pēc sudraba.
Vara un alumīnija vadu savienošana
Nesen arvien lielākas jaudas elektroiekārtas sāka izmantot ikdienas dzīvē un rūpniecībā. Padomju laikā elektroinstalācijas galvenokārt izgatavoja no lēta alumīnija. Diemžēl tā veiktspējas īpašības vairs neatbilst jaunajām prasībām. Tāpēc šodien ikdienas dzīvē un rūpniecībā viņi ļoti bieži mainās uz varu. Pēdējo galvenā priekšrocība papildus ugunsizturībai ir tā, ka oksidatīvā procesa laikā to vadošās īpašības nemazinās.
Bieži vien, modernizējot elektrotīklus, ir jāpievieno alumīnija un vara vadi. Jūs to nevarat izdarīt tieši. Faktiski alumīnija un vara elektrovadītspēja pārāk daudz neatšķiras. Bet tikai šie metāli paši. Alumīnija un vara oksidējošajām plēvēm ir dažādas īpašības. Tāpēc krustojuma vadītspēja ir ievērojami samazināta. Alumīnija oksidējošā plēve ir daudz izturīgāka nekā vara. Tādēļ šo divu veidu vadītāju savienošana jāveic tikai, izmantojot īpašus adapterus. Tie var būt, piemēram, skavas, kas satur pastu, kas aizsargā metālus no oksīdu veidošanās. Šī adapteru versija parasti tiek izmantota ārpus telpām. Telpās bieži izmanto filiāles skavas. Viņu dizains ietver īpašu plāksni, kas izslēdz tiešu kontaktu starp alumīniju un varu. Ja sadzīves vidē šādu vadītāju nav, tā vietā, lai vadus tieši savērptu, kā starpposma "tiltu" ieteicams izmantot paplāksni un uzgriezni.
Fizikālās īpašības
Tādējādi mēs noskaidrojām, kāda ir vara elektriskā vadītspēja. Šis rādītājs var mainīties atkarībā no piemaisījumiem, kas veido šo metālu. Tomēr pieprasījumu pēc vara rūpniecībā nosaka arī citas tā lietderīgās fizikālās īpašības, par kurām informāciju var iegūt zemāk esošajā tabulā.
Parametrs | Vērtība |
Sejveida kubiskais, а \u003d 3,6074 Å |
|
Atomu rādiuss | |
Īpašs karstums | 385,48 J / (kg K) pie +20 ° C |
Siltumvadītspēja | 394,279 W / (m K) pie +20 ° C |
Elektriskā pretestība | 1,68 10-8 omi m |
Lineārais izplešanās koeficients | |
Cietība | |
Stiepes izturība |
Ķīmiskās īpašības
Saskaņā ar šādām īpašībām varš, kura elektrovadītspēja un siltuma vadītspēja ir ļoti augsta, ieņem starpstāvokli starp astotās grupas pirmās triādes elementiem un periodiskās tabulas pirmās grupas sārmainajiem elementiem. Tās galvenās ķīmiskās īpašības ir:
tieksme uz kompleksu;
spēja dot krāsainus savienojumus un nešķīstošus sulfīdus.
Vara raksturīgākais ir divvērtīgais stāvoklis. Tam praktiski nav līdzību ar sārmu metāliem. Arī tā ķīmiskā aktivitāte ir zema. CO 2 vai mitruma klātbūtnē uz vara virsmas veidojas zaļa karbonāta plēve. Visi vara sāļi ir indīgi. Mono- un divvērtīgā stāvoklī šis metāls veidojas ļoti stabils, nozarei vissvarīgākais ir amonjaks.
Lietošanas joma
Vara augstā siltuma un elektrovadītspēja nosaka tā plašu pielietojumu visdažādākajās nozarēs. Protams, šo metālu visbiežāk izmanto elektrotehnikā. Tomēr tas nebūt nav vienīgais tā piemērošanas virziens. Cita starpā var izmantot varu:
rotaslietās;
arhitektūrā;
montējot santehnikas un apkures sistēmas;
gāzes vados.
Visu veidu juvelierizstrādājumu ražošanai galvenokārt tiek izmantots vara un zelta sakausējums. Tas ļauj palielināt rotaslietu izturību pret deformāciju un nodilumu. Arhitektūrā varu var izmantot jumtu un fasāžu apšuvumam. Šīs apdares galvenā priekšrocība ir izturība. Piemēram, labi pazīstama arhitektūras pieminekļa - katoļu katedrāles jumts Vācijas pilsētā Hildesheimā - jumts ir apvilkts ar šī konkrētā metāla loksnēm. Šīs ēkas vara jumts ir droši aizsargājis tās interjeru gandrīz 700 gadus.
Inženierkomunikācija
Vara ūdens cauruļu galvenās priekšrocības ir arī izturība un uzticamība. Turklāt šis metāls spēj piešķirt ūdenim īpašas unikālas īpašības, padarot to noderīgu ķermenim. Vara caurules ir ideāli piemērotas arī gāzes cauruļvadu un apkures sistēmu montāžai - galvenokārt to izturības un korozijas dēļ. Avārijas spiediena palielināšanās gadījumā šādas līnijas spēj izturēt daudz lielāku slodzi nekā tērauda. Vienīgais vara cauruļvadu trūkums ir to augstās izmaksas.
3. lappuse
Emaljas pārklājuma siltuma vadītspēja pat ar parasto emalju ir diezgan zema, - 0 8 - 1 0 vati uz metru grādu. Salīdzinājumam: dzelzs siltuma vadītspēja - 65; tērauds - 70 - 80; varš - 330 vati uz metru grādu. Gāzu burbuļu klātbūtnē emaljā, kas noved pie tā šķietamā blīvuma samazināšanās, siltuma vadītspēja samazinās. Piemēram, ar šķietamo emaljas blīvumu 2 48 grami uz centimetru kubikmetru, siltuma vadītspēja ir 1 18 vati uz metru grādu, tad ar šķietamo blīvumu 2 20 grami uz centimetru kubiskā siltuma vadītspēja jau ir 0 46 vati uz metru grādu.
Alumīnija kristāliskais režģis, tāpat kā daudzi citi metāli, sastāv no kubiņiem, kas vērsti uz seju (sk. Lpp. Alumīnija siltuma vadītspēja ir divreiz lielāka par dzelzs siltuma vadītspēju un ir vienāda ar pusi vara vara siltuma vadītspējas. Tās elektrovadītspēja ir daudz augstāka nekā dzelzs un sasniedz 60% vara vara elektrovadītspējas).
| Dažu hroma čugunu sastāvs un mehāniskās īpašības. |
Sakausējums ir ļoti pakļauts saraušanās dobumu veidošanai. Sakausējuma siltuma vadītspēja ir aptuveni puse dzelzs siltumvadītspējas, kas jāņem vērā, ražojot siltumtehniku \u200b\u200bno hroma čuguna.
Veicot vara loka metināšanu, jāņem vērā, ka vara siltuma vadītspēja ir aptuveni sešas reizes lielāka nekā dzelzs. Ar vara izturību samazinās tik daudz, ka plaisas veidojas pat ar gaismas triecieniem. Varš kūst 1083 C temperatūrā.
Titāna elastības modulis ir gandrīz puse no dzelzs elastības moduļa, atrodas vienā līmenī ar vara sakausējumu moduli un ir ievērojami augstāks nekā alumīnija. Titāna siltuma vadītspēja ir zema: tā ir aptuveni 7% no alumīnija siltuma vadītspējas un 16 5% no dzelzs siltuma vadītspējas. Tas jāņem vērā, sildot metālu spiediena apstrādei un metinot. Titāna elektriskā pretestība ir aptuveni 6 reizes lielāka nekā dzelzs un 20 reizes lielāka par alumīnija izturību.
Titāna elastības modulis ir gandrīz divas reizes mazāks nekā dzelzs, tas ir vienā līmenī ar vara sakausējumu moduli un ir ievērojami lielāks nekā alumīnija. Siltumvadītspēja, titāns ir zems: tas ir aptuveni 7% no alumīnija siltuma vadītspējas un 16 5% no dzelzs siltuma vadītspējas.
Šim materiālam ir apmierinoša mehāniskā izturība un ārkārtīgi augsta ķīmiskā izturība pret gandrīz visām, pat agresīvākajām ķīmiskajām vielām, izņemot spēcīgos oksidētājus. Turklāt tas atšķiras no visiem citiem nemetāliskiem materiāliem ar augstu siltuma vadītspēju, vairāk nekā divas reizes pārsniedzot dzelzs siltuma vadītspēju.
Visas šīs prasības izpilda dzelzs, oglekļa un mazsakausēto strukturālo tēraudu ar zemu oglekļa saturu: dzelzs kušanas temperatūra ir 1535 C, degšanas temperatūra ir 1200 C, dzelzs oksīda kušanas temperatūra ir 1370 C. Oksidācijas reakciju termiskais efekts ir diezgan augsts: Fe 0 5O2 FeO 64 3 kcal / g -mols, 3Fe 2О2 Fe3O4 Н - 266 9 kcal / g-mol, 2Fe 1 5О2 Fe2O3 198 5 kcal / g-mol, un dzelzs siltumvadītspēja ir ierobežota.
Titāns un tā sakausējumi to augsto fizikāli ķīmisko īpašību dēļ tiek arvien vairāk izmantoti kā strukturāls materiāls aviācijas un raķešu tehnoloģijai, ķīmijas rūpniecībai, instrumentu izgatavošanai, kuģu un mašīnbūvei pārtikas un citās nozarēs. Titāns ir gandrīz divas reizes vieglāks nekā tērauds, tā blīvums ir 4 5 g / cm3, tam ir augstas mehāniskās īpašības, izturība pret koroziju normālā un augstā temperatūrā un daudzās aktīvās vidēs, titāna siltuma vadītspēja ir gandrīz četras reizes mazāka nekā dzelzs siltumvadītspēja.
Viens no šādiem risinājumiem ir tas, ka caur atdzesēto virsmu uztītā caurule tiek piestiprināta pie šīs virsmas tikai ar metināšanas palīdzību, pēc kuras caurules savienojums ar apvalku tiek pārklāts ar epoksīdsveķiem, kas sajaukti ar dzelzs pulveri. Maisījuma siltuma vadītspēja ir tuvu dzelzs siltuma vadītspējai. Rezultāts ir labs siltuma kontakts starp apvalku un cauruli, kas uzlabo apvalka dzesēšanas apstākļus.
Visus šos nosacījumus izpilda dzelzs un oglekļa tērauds. Oksīdi FeO un Fe304 kūst temperatūrā 1350 un 1400 C. Dzelzs siltuma vadītspēja nav liela, salīdzinot ar citiem strukturāliem materiāliem.
Metāliem, kas darbojas zemā temperatūrā, ir arī ļoti svarīgi, kā to siltuma vadītspēja mainās līdz ar temperatūru. Tērauda siltumvadītspēja palielinās, samazinoties temperatūrai. Tīrs dzelzs ir ļoti jutīgs pret temperatūras izmaiņām. Atkarībā no piemaisījumu daudzuma dzelzs siltuma vadītspēja var krasi mainīties. Tīrā dzelzs (99 7%), kas satur 0 01% C un 0,1% O2, siltuma vadītspēja ir 0 35 cal cm-1 s - 19 C - pie 173 C un 0,8 cal cm - x Xs - 10 C - pie -243 C ...
Visplašāk izmantotais lodāmurs, gāzes degļi, iegremdēšana kausētajā lodētavā un krāsnīs. Ierobežojumus tā pielietošanā rada tikai tas, ka ar lodāmuru 350 C. temperatūrā var pielodēt tikai plānsienu detaļas. Masīvas detaļas to augstās siltumvadītspējas dēļ, kas ir 6 reizes augstāka nekā dzelzs siltumvadītspēja, tiek pielodētas ar gāzes degļiem. Cauruļveida vara siltummaiņiem izmanto lodēšanu, iegremdējot izkausētos sāļos un lodmetālos. Cietlodēšanai, iegremdējot izkausētos sāļos, parasti tiek izmantotas sāls vannas. Sāļi parasti kalpo kā siltuma avots un tiem ir fluxing efekts, tāpēc cietlodēšanas laikā papildu fluxing nav nepieciešama. Lodējot, iegremdējot lodēšanas vannā, lodēšanas kausā tiek sasildītas iepriekš iepludinātas daļas, kas lodēšanas temperatūrā aizpilda savienojošās spraugas. Lodēšanas spogulis ir aizsargāts ar aktivēto ogli vai inerto gāzi. Lodēšanas trūkums sāls vannās ir tas, ka dažos gadījumos nav iespējams noņemt sāļu atlikumus vai plūsmu.
Metāliem ir liels skaits īpašību, kas nosaka to veiktspēju un spēju izmantot noteiktu produktu ražošanā. Svarīga visu materiālu īpašība ir siltuma vadītspēja. Šis rādītājs nosaka materiāla ķermeņa spēju pārnest siltumenerģiju. Metālu siltumvadītspējas tabula ir atrodama dažādās uzziņu grāmatās, tā var būt atkarīga no to dažādajām īpašībām. Piemērs ir fakts, ka siltumenerģijas pārneses mehānisms lielā mērā ir atkarīgs no vielas agregācijas stāvokļa.
Kas nosaka siltumvadītspējas indeksu
Ņemot vērā metālu un sakausējumu siltuma vadītspēju (tabula tika izveidota ne tikai metāliem, bet arī citiem materiāliem), jāpatur prātā, ka vissvarīgākais rādītājs ir siltuma vadītspējas koeficients. Tas ir atkarīgs no šādiem punktiem:
Dažu metālu un sakausējumu tabulās siltumvadītspējas koeficients ir norādīts jau šķidruma fāzē.
Šodien praksē praktiski nemēra attiecīgo rādītāju. Tas ir saistīts ar faktu, ka siltuma vadītspējas koeficients praktiski nemainās ar nenozīmīgām ķīmiskā sastāva izmaiņām. Datu tabulas tiek izmantotas projektēšanā un citos aprēķinos.
Siltumvadītspējas koeficienta jēdziens
Lai apzīmētu aplūkojamo vērtību, tiek izmantots simbols λ - siltuma daudzums, kas temperatūras paaugstināšanās laikā tiek nodots laika vienībā caur virsmas vienību. Šo vērtību izmanto dažādos aprēķinos.
Daudzu metālu siltumvadītspējas īpašību aprakstu veic pēc formulas k \u003d 2,5 · 10−8σT. Šajā formulā tiek ņemti vērā:
- Temperatūra, kas mērīta Kelvinos.
- Elektrovadītspējas rādītājs.
Šī attiecība ir vispiemērotākā vadītāju īpašību noteikšanai ekspluatācijas laikā apkures laikā, bet pēdējā laikā to izmanto arī siltumenerģijas vadītspējas pakāpes mērīšanai.
Pusvadītājiem un izolatoriem ir zemāka siltuma vadītspēja, kas ir saistīts ar īpatnībām to kristāla režģa uzbūve.
Kad ņem vērā
Apsverot dažādu materiālu īpašības, bieži tiek pievērsta uzmanība siltumvadītspējai. Šis rādītājs ir svarīgs šādos gadījumos:
Noslēgumā mēs atzīmējam, ka pirms molekulārās kinētiskās teorijas izstrādes tika pieņemts uzskatīt siltumenerģijas nodošanu par hipotētiskas kalorijas pārpildes pazīmi. Mūsdienu aprīkojuma parādīšanās ir ļāvusi izpētīt materiālu struktūru un izpētīt daļiņu izturēšanos, pakļaujoties augstām temperatūrām. Enerģijas nodošana rodas straujas molekulu kustības dēļ, kas sāk sadurties, un iedarbina citas molekulas, kas atrodas mierīgā stāvoklī.
Siltumvadītspēja ir fizikāls lielums, kas nosaka materiālu spēju vadīt siltumu. Citiem vārdiem sakot, siltuma vadītspēja ir vielu spēja pārnest atomu un molekulu kinētisko enerģiju uz citām vielām, kas tieši ar tām saskaras. SI šo vērtību mēra W / (K * m) (vats uz Kelvina metru), kas ir ekvivalents J / (s * m * K) (Džouls sekundē-Kelvina metrs).
Siltumvadītspēja
Tas ir intensīvs fiziskais lielums, tas ir, daudzums, kas raksturo vielas īpašību, neatkarīgi no pēdējās daudzuma. Temperatūra, spiediens, elektrovadītspēja ir arī intensīvi lielumi, tas ir, šīs īpašības ir vienādas jebkurā vienas vielas punktā. Vēl viena fizisko lielumu grupa ir plaša, ko nosaka vielas daudzums, piemēram, masa, tilpums, enerģija un citi.
Pretēja siltumvadītspējas vērtība ir siltuma pretestība, kas atspoguļo materiāla spēju novērst siltuma pārnesi, kas iet caur to. Izotropam materiālam, tas ir, materiālam, kura īpašības visos telpiskajos virzienos ir vienādas, siltuma vadītspēja ir skalārs lielums un tiek definēts kā siltuma plūsmas attiecība caur laukuma vienību laika vienībā un temperatūras gradientu. Tātad, viena vata siltuma vadītspēja uz metru-Kelvina nozīmē, ka viena džoula siltumenerģija tiek nodota caur materiālu:
- vienā sekundē;
- viena kvadrātmetra platībā;
- viena metra attālumā;
- kad temperatūras starpība uz virsmām, kas atrodas viena metra attālumā viens no otra materiālā, ir viena Kelvina.
Ir skaidrs, ka jo augstāka ir siltumvadītspējas vērtība, jo labāk materiāls vada siltumu, un otrādi. Piemēram, šai vērtībai vara vērtība ir 380 W / (m * K), un šis metāls siltuma pārnesē ir 10 000 reižu labāks nekā poliuretāns, kura siltuma vadītspēja ir 0,035 W / (m * K).
Molekulāra siltuma pārnešana
Vielai sakarstot, palielinās tās sastāvdaļu vidējā kinētiskā enerģija, tas ir, palielinās traucējumu līmenis, atomi un molekulas sāk intensīvāk un ar lielāku amplitūdu vibrēt ap to līdzsvara pozīcijām materiālā. Siltuma pārnešana, ko makroskopiskā līmenī var raksturot ar Furjē likumu, molekulārā līmenī ir kinētiskās enerģijas apmaiņa starp vielas daļiņām (atomiem un molekulām), nepārsniedzot pēdējo.
Šis siltumvadītspējas mehānisma skaidrojums molekulārā līmenī to atšķir no siltuma konvekcijas mehānisma, kurā siltuma pārnešana notiek vielas pārnešanas dēļ. Visām cietajām daļām ir spēja vadīt siltumu, savukārt termiskā konvekcija ir iespējama tikai šķidrumos un gāzēs. Patiešām, cietās vielas pārnes siltumu galvenokārt siltuma vadītspējas dēļ, savukārt šķidrumi un gāzes, ja tajos ir temperatūras gradienti, pārsūta siltumu galvenokārt konvekcijas procesu dēļ.
Materiālu siltumvadītspēja
Metāliem ir izteikta spēja vadīt siltumu. Polimēriem raksturīga zema siltuma vadītspēja, un daži no tiem praktiski nevada siltumu, piemēram, stikla šķiedra, šādus materiālus sauc par siltuma izolatoriem. Lai pastāvētu tā vai cita siltuma plūsma caur kosmosu, šajā telpā ir jābūt kādai vielai, tāpēc atklātā telpā (tukšā telpā) siltuma vadītspēja ir nulle.
Katram viendabīgam (viendabīgam) materiālam raksturīgs siltuma vadītspējas koeficients (apzīmēts ar grieķu burtu lambda), tas ir, vērtība, kas nosaka, cik daudz siltuma jāpārnes 1 m2 platībā, lai vienā sekundē, izejot caur viena metra biezumu, temperatūra galos mainītos uz 1 K. Šī īpašība ir raksturīga katram materiālam un mainās atkarībā no tā temperatūras, tāpēc šo koeficientu mēra parasti istabas temperatūrā (300 K), lai salīdzinātu dažādu vielu īpašības.
Ja materiāls ir neviendabīgs, piemēram, dzelzsbetons, tiek ieviesta lietderīgas siltumvadītspējas koncepcija, ko mēra pēc viendabīgu vielu koeficientiem, kas veido šo materiālu.
Zemāk esošajā tabulā parādīti dažu metālu un sakausējumu siltuma vadītspējas koeficienti W / (m * K) 300 K (27 ° C) temperatūrā:
- tērauds 47-58;
- alumīnijs 237;
- varš 372,1-385,2;
- bronza 116-186;
- cinks 106-140;
- titāns 21,9;
- alva 64,0;
- svins 35,0;
- dzelzs 80,2;
- misiņš 81-116;
- zelts 308,2;
- sudrabs 406,1-418,7.
Šajā tabulā sniegti dati par nemetāliskām cietvielām:
- stikla šķiedra 0,03-0,07;
- stikls 0,6-1,0;
- azbests 0,04;
- koks 0,13;
- parafīns 0,21;
- ķieģelis 0,80;
- dimants 2300.
Pēc aplūkotajiem datiem var redzēt, ka metālu siltuma vadītspēja ir daudz augstāka nekā nemetāliem. Izņēmums ir dimants, kura siltuma pārneses koeficients ir piecreiz lielāks nekā vara. Šī dimanta īpašība ir saistīta ar spēcīgām kovalentām saitēm starp oglekļa atomiem, kas veido tā kristālisko režģi. Pateicoties šim īpašumam, cilvēks jūtas auksts, pieskaroties dimantam ar lūpām. Dimanta īpašums, lai labi nodotu siltumenerģiju, tiek izmantots mikroelektronikā, lai noņemtu siltumu no mikroshēmām. Un arī šis īpašums tiek izmantots īpašās ierīcēs, lai atšķirtu īstu dimantu no viltus.
Daži rūpnieciskie procesi mēģina palielināt siltuma pārneses spēju, kas tiek panākta vai nu ar labiem vadītājiem, vai arī palielinot kontakta laukumu starp konstrukcijas sastāvdaļām. Šādu konstrukciju piemēri ir siltummaiņi un siltuma izkliedētāji. Citos gadījumos, gluži pretēji, viņi mēģina samazināt siltuma vadītspēju, ko panāk, izmantojot siltumizolatorus, tukšumus konstrukcijās un samazinot elementu saskares laukumu.
Tērauda siltuma pārneses koeficienti
Spēja pārnest siltumu uz tēraudu ir atkarīga no diviem galvenajiem faktoriem: sastāva un temperatūras.
Vienkāršie oglekļa tēraudi ar oglekļa satura palielināšanos samazina to īpatnējo svaru, saskaņā ar kuru samazinās arī to spēja pārnest siltumu no 54 līdz 36 W / (m * K), ja oglekļa procentuālais daudzums tēraudā mainās no 0,5 līdz 1,5%.
Nerūsējošie tēraudi satur hromu (10% vai vairāk), kas kopā ar oglekli veido sarežģītus karbīdus, kas novērš materiāla oksidēšanu, kā arī palielina metāla elektrodu potenciālu. Nerūsējošā tērauda siltumvadītspēja salīdzinājumā ar citiem tēraudiem ir zema un svārstās no 15 līdz 30 W / (m * K) atkarībā no tā sastāva. Karstumizturīgiem hroma-niķeļa tēraudiem ir vēl zemākas šī koeficienta vērtības (11-19 W / (m * K).
Vēl viena klase ir cinkoti tēraudi ar īpatnējo svaru 7 850 kg / m3, kurus iegūst, tēraudu pārklājot ar dzelzi un cinku. Tā kā cinks siltumu vada vieglāk nekā dzelzs, cinkota tērauda siltuma vadītspēja būs salīdzinoši augsta salīdzinājumā ar citām tērauda kategorijām. Tas svārstās no 47 līdz 58 W / (m * K).
Tērauda siltuma vadītspēja dažādās temperatūrās parasti daudz nemainās. Piemēram, tērauda 20 siltuma vadītspējas koeficients ar temperatūras paaugstināšanos no istabas temperatūras līdz 1200 ° C samazinās no 86 līdz 30 W / (m * K), un tērauda markai 08X13 temperatūras paaugstināšanās no 100 līdz 900 ° C nemaina tā siltumvadītspējas koeficientu (27–28 W / (m * K).
Faktori, kas ietekmē fizisko daudzumu
Spēja vadīt siltumu ir atkarīga no vairākiem faktoriem, tostarp no temperatūras, struktūras un vielas elektriskajām īpašībām.
Materiāla temperatūra
Temperatūras ietekme uz spēju vadīt siltumu ir atšķirīga metāliem un nemetāliem. Metālos vadītspēja galvenokārt ir saistīta ar brīvajiem elektroniem. Saskaņā ar Wiedemann-Franz likumu, metāla siltuma vadītspēja ir proporcionāla absolūtās temperatūras reizinājumam, izteikta Kelvinos, ar tā elektrovadītspēju. Tīros metālos elektrovadītspēja samazinās, paaugstinoties temperatūrai, tāpēc siltuma vadītspēja paliek aptuveni nemainīga. Sakausējumu gadījumā elektriskā vadītspēja, mainoties temperatūrai, maz mainās, tāpēc sakausējumu siltuma vadītspēja palielinās proporcionāli temperatūrai.
No otras puses, siltuma pārnese nemetālos galvenokārt ir saistīta ar režģa vibrācijām un režģa fononu apmaiņu. Izņemot augstas kvalitātes un zemas temperatūras kristālus, fononu ceļš režģī augstā temperatūrā būtiski nesamazinās, tāpēc siltuma vadītspēja visā temperatūras diapazonā paliek nemainīga, tas ir, tā ir nenozīmīga. Temperatūrā, kas ir zemāka par Debye temperatūru, ievērojami samazinās nemetālu spēja vadīt siltumu, kā arī to siltuma jauda.
Fāžu pārejas un struktūra
Kad materiālam notiek pirmās kārtas fāzes pāreja, piemēram, no cietas uz šķidru stāvokli vai no šķidruma uz gāzi, tad tā siltuma vadītspēja var mainīties. Spilgts šādu izmaiņu piemērs ir šī fiziskā daudzuma atšķirība ledum (2,18 W / (m * K) un ūdenim (0,90 W / (m * K)).
Materiālu kristālu struktūras izmaiņas ietekmē arī siltuma vadītspēju, ko izskaidro viena un tā paša sastāva vielas dažādu alotropisko modifikāciju anizotropās īpašības. Anizotropija ietekmē režģa fononu atšķirīgo izkliedes intensitāti, galvenos nemetālu siltuma nesējus un dažādos virzienos kristālā. Spilgts piemērs ir safīrs, kura vadītspēja svārstās no 32 līdz 35 W / (m * K) atkarībā no virziena.
Elektrovadītspēja
Siltuma vadītspēja metālos mainās ar elektrovadītspēju saskaņā ar Wiedemann-Franz likumu. Tas ir saistīts ar faktu, ka valences elektroni, brīvi pārvietojoties pa metāla kristāla režģi, pārnes ne tikai elektrisko, bet arī siltuma enerģiju. Citiem materiāliem korelācija starp šiem vadītspējas veidiem nav izteikta, jo elektroniskā komponenta ieguldījums siltuma vadītspējā ir nenozīmīgs (nemetālos režģa fononiem ir galvenā loma siltuma pārneses mehānismā).
Konvekcijas process
Gaiss un citas gāzes parasti ir labi siltumizolatori, ja nav konvekcijas. Šis princips ir pamatā daudzu siltumizolācijas materiālu darbībai, kas satur lielu skaitu mazu tukšumu un poru. Šī struktūra neļauj konvekcijai izplatīties lielos attālumos. Šādu cilvēku izgatavotu materiālu piemēri ir polistirols un silikīda aerogēls. Dabā siltumizolatori, piemēram, dzīvnieku ādas un putnu apspalvojums, darbojas pēc tāda paša principa.
Vieglām gāzēm, piemēram, ūdeņradim un gēlam, ir augstas siltumvadītspējas vērtības, savukārt smagajām gāzēm, piemēram, argonam, ksenonam un radonam, ir vāji siltuma vadītāji. Piemēram, argonu, inertu gāzi, kas ir smagāka par gaisu, bieži izmanto kā siltumizolējošu pildvielu gāzi dubultos logos un spuldzēs. Izņēmums ir sēra heksafluorīds (SF6), kas ir smagā gāze un kam ir salīdzinoši augsta siltuma vadītspēja, pateicoties lielajai siltuma jaudai.