Proprietăți fizice ale aluminiului și cuprului: conductivitatea termică

Acest metal de argint este utilizat în multe industrii: în industria automobilelor, aeronavelor, construcțiilor și, bineînțeles, în industria energiei electrice. Aluminiu este al 13-lea element din tabelul periodic al lui Dmitri Ivanovici Mendeleev. In prezent, se estimează că aceasta reprezintă aproximativ 8% din greutatea totală a crusta solidă și este un element chimic 3 asupra prevalenței pe Pământ planeta, dând loc numai oxigen și siliciu.

Istoria descoperirii

Dar, din moment ce aluminiul are o activitate chimica mare, in forma sa pura practic nu apare in natura, prin urmare, spre deosebire de multe alte metale, a devenit cunoscut numai la inceputul secolului al XIX-lea, cand aluminiul a fost obtinut oficial.

În 1824, fizicianul danez a primit aluminiu pentru prima dată în procesul de electroliză. Deși metalul conține aditivi de mercur și potasiu, acest caz este primul caz dovedit de obținere a aluminiului în condiții de laborator.

Numele omului de știință, care a condus la metoda revoluționară, a fost Hans Christian Oersted. Dar a durat aproape o jumătate de secol să dezvolte tehnologii de obținere în producția industrială. Cel mai natural aluminiu se găsește în compoziția mineralelor de alum. Datorită acestui mineral, aluminiul a primit numele său, care în limba latină sună pe Alumen.

Aluminiu

În lumea modernă, aluminiul este utilizat pe scară largă în producția de aluminiu - bauxită. Bauxita este rocă argiloasă, care include diverse modificări de hidroxid cu impurități, cum ar fi crom, siliciu, titan, sulf, vanadiu, săruri de carbonat de magneziu, calciu și fier.

În bauxiți se găsește aproape jumătate din masa chimică a elementelor chimice ale lui Mendeleyev. Valoarea acestui minereu este, pe lângă aceasta o tona de aluminiu extras din patru tone de bauxită, Valoarea pentru industrie are și impurități. Din bauxită în procesul de prelucrare, se obține o pulbere albă - alumina (Al2O3), denumită și "alumină". Din alumină, metalul este produs prin electroliză în întreprinderile moderne.

Rolul industriei energiei electrice în producție

Producția de aluminiu consumă o cantitate mare de energie electrică. Pentru a obține o tona de metal, energia este cheltuită atât de mult încât ar fi suficient pentru nevoile unei case de apartamente cu 100 de apartamente pentru o lună întreagă. Anume, 15 MW * h. Prin urmare, majoritatea uzinelor de aluminiu sunt situate lângă centralele hidroelectrice, centralele nucleare sau au propriile termocentrale, precum și o structură dezvoltată de sisteme și rețele de energie electrică.

Proprietăți de aluminiu

În aluminiu, o combinație rară de astfel de proprietăți, cum ar fi:

• greutate redusă;
• plastic, conductivitate electrică;
• posibilitatea formării aliajelor cu alte metale.

Suprafața de aluminiu este întotdeauna acoperită cu un film de oxid foarte subțire, care este foarte puternic și nu permite corodarea aluminiului. acest material în stare fierbinte și rece pot fi ușor prelucrate prin presiune. Astfel de metode de prelucrare precum laminarea, ștanțarea sau desenul sunt adesea produse la întreprindere în fabricarea anumitor părți.

O altă valoare a aluminiului este faptul că este netoxică, nu arde și nu necesită colorare suplimentară: acest lucru face ca aplicarea sa în industria auto și aeronautică să fie un element indispensabil. Malleabilitatea aluminiului este surprinzătoare: a făcut o foaie și un fir foarte subțire de numai 4 microni grosime, iar grosimea foliei - de trei ori mai subțire decât un fir de păr uman.

Datorită capacității aluminiului de a forma compuși cu un grup mare de elemente chimice, a apărut un grup mare de aliaje. De exemplu, combinația dintre aluminiu și zinc este utilizată în crearea de cazuri de diferite tipuri de tablete și telefoane, aluminiul în combinație de magneziu și siliciu este utilizat în producția de diferite tipuri de motoare, ca parte a componentelor șasiului și a tuturor tipurilor de motoare. Diferite aliaje sunt folosite în industria energiei electrice.

Știința modernă continuă să studieze și să inventeze cele mai noi tipuri de aliaje de aluminiu. Astăzi, nu există industrie în care aluminiul nu este utilizat. Este sigur să spunem că astfel de industrii, cum ar fi aviația, spațiul, energia, automobilele, produsele alimentare și electronice, au beneficiat de dezvoltarea lor modernă datorită aluminiului și aliajelor sale.

Este imposibil să nu menționăm o astfel de proprietate importantă ca conductivitatea termică. La urma urmei, această proprietate a metalului este necesară în producerea sistemelor de încălzire, a produselor electrice, în construcția de autovehicule și aeronave, în fabricarea sistemelor de frânare și altele asemenea. Capacitatea de căldură este procesul de transfer al energiei termice în corpurile fizice sau particulele lor de la obiecte fierbinți la friguri, pe baza legii Fourier. Concurentul de aluminiu din această zonă este cupru.

Deci, care metal are o conductivitate termică ridicată? Aceasta nu este o întrebare absolut neechivocă. Este cunoscut faptul că conductivitatea termică a aluminiului este inferior din cupru la temperaturi moderate, dar atunci când vine vorba de temperaturi scăzute, adică la 50 K, în timp ce conductivitatea termica a aluminiului este semnificativ crescută, în timp ce conductivitatea termică a cuprului devine mai mică. Temperatura de topire de aluminiu este 933.61 K, care este de aproximativ 660 ° C, moment în care proprietățile Al, cum ar fi conductivitatea termică și scăderea densității.

Densitatea unui metal de argint este determinată de temperatura acestuia și depinde de starea sa. Astfel, la o temperatură de 27 ° C, densitatea aluminiului este respectiv 2697 kg / m3 și la un punct de topire de 660 ° C, densitatea sa este egală cu 2368 kg / m3. Scăderea densității metalului în funcție de temperatură se datorează extinderii sale la încălzirea directă.

Tabele de proprietăți din aluminiu și cupru

Apoi, ia în considerare tabelele de proprietăți fizice și conductivitatea termică a aluminiului și a cuprului la diferite temperaturi.

• densitatea de Cu și Al, kg / m3;
• căldură specifică de Cu și Al, J / (kg · K);
• difuzivitatea termică a Cu și Al, m2 / s;
• conductivitatea termică a Cu și Al, W / (m-K);
• rezistența electrică specifică de Cu și Al, Ohm · m;
• funcția Lorentz a Cu și Al;

Tabelul proprietăților fizice ale aluminiului

Tabelul proprietăților fizice ale cuprului

Din toate cele de mai sus, este clar că aluminiul este unul dintre metalele prioritare din industrie, dar are încă o proprietate: acest metal și aliajele sale pot fi topite și, în mod repetat, fără a-și pierde caracteristicile. Printre altele, este mai economic decât mineritul din minereu. Astfel, pe o singură energie electrică, economia depășește 14 kW / h. Se estimează că 75% din tot aluminiu și aliajele produse în trecut sunt încă în uz.