Разные вещества по-разному реагируют на тепло. Это зависит от внутренних характеристик, химического состава, температуры плавления, массы и т.д. Чтобы использовать тот или иной элемент, обязательно следует учитывать теплоемкость – количество тепла, необходимое для повышения температуры объекта на 1°С, измеряемое в кДж. Чем большее значение имеет элемент, тем больше энергии ему требуется затратить для повышения температуры.
В то же время, теплоемкость связана со способностью вещества сохранять тепло и скоростью, с которой оно будет нагреваться или охлаждаться. Если говорить о том, какой самый теплоемкий металл, тогда тут в лидерах будет литий (3390 Дж/(кг·град) при температуре 20°С). Среди жидких веществ наибольшее значение имеет вода (4183 Дж/(кг·град). Поэтому и неудивительно, что ее обычно используют в качестве охлаждающей жидкости для оборудования, поскольку она способна поглощать большое количество тепла.
Теплота жидких металлов
Говоря о жидких металлах, многие считают, что они так или иначе связаны с высокими температурами. Но это не всегда так. Исключением является ртуть. Использование жидких металлов позволяет значительно снизить общее тепловое сопротивление, например, при пайке. Их свойства также имеют большое значение в различных промышленных процессах.
Температура жидкого металла повышается при увеличении его температуры (за исключением натрия и калия, теплопроводность которых имеет обратную зависимость). Наибольшую теплоту проводит именно натрий – 86 Вт/(м·град). Среди всех жидких металлов и сплавов самыми высокими показателями обладают щелочные соединения (литий, калий и натрий). Но большинство из них очень реактивные и со многими жидкостями и металлами невозможно работать из-за их токсичности. Хотя есть элементы, удельная теплоемкость которых не зависит от температур, и является постоянной величиной. Среди них:
- свинец (35,1 Вт/(м·град));
- олово (65,26 Вт/(м·К));
- висмут (7,87 Вт/(м·К)).
Теплопроводность жидкого металла – важное значение для выбора основного материала при изготовлении различных крупных систем, инструментов, деталей в металлургии, тяжёлой промышленности, машиностроении, кораблестроении и др. Кроме этого, параметр проводимости теплоты учитывается при выборе материалов для ограждающих конструкций, перекрытий.
Как рассчитать температуру металла?
Расчет температуры плавления считается довольно важным параметром, который определенно необходимо учитывать при использовании элементов. Делается это на основе кластерно-вакуумной модели структуры жидких металлов и сплавов. На специальных сайтах в Интернете можно легко найти все доступные формулы, помогающие определить величину теплоемкости жидкого свинца или любого твердого металла.
Раньше для проведения подобных расчетов использовали формулу Линдемана. Но в конечных результатах были неточности, поэтому среди литейщиков она не получила широкой популярности. Позже была предложена новая формула, имеющая такой вид: Тп =DНпл/1,5N0k, которая сейчас пользуется немалым спросом.
А вот для определения теплопроводности методом омического импульсного нагрева используется закон Видемана-Франца. Он описывает взаимосвязь между электропроводностью и электрической составляющей теплопроводности металла. Это количественно выражает идею о том, что металлы, которые являются хорошими электрическими проводниками, также являются хорошими проводниками тепла. С помощью специальной формулы можно легко рассчитать теплоемкость жидкого олова. Она выглядит следующим образом: K/d=LT.
