Теплопроводность меди: какие есть плюсы и минусы?

Теплопроводность – это процесс, характеризующийся переносом энергии нагретых участков к менее нагретым, что выравнивает температуру объекта. Теплопроводность меди является одной из наиболее высоких среди металлов - она занимает второе место по коэффициенту теплопроводности, ее обгоняет лишь серебро. Сталь имеет теплопроводность ниже меди в 9 раз, а железо – в 6 раз. Если же добавлять различные элементы в состав меди, то это может повлиять на изменение тех или иных свойств. Так, например, при добавлении алюминия, железа, фосфора и других элементов скорость передачи тепла снизится.

Свойство быстрого распространения тепла по всем участкам объекта позволяет использовать медь во многих сферах деятельности. Наиболее часто ее можно встретить в производстве систем теплообмена: в холодильниках, кондиционерах и др. Медь используют в отопительных установках, где детали из нее применяют для обогрева.

В процессе нагрева теплопроводность меди снижается. Это явление объясняется следующим: из-за повышения температуры воздуха медь медленнее остывает, что тем самым снижает ее теплопроводность. Вследствие данного факта при производстве теплообменников применяют обдув вентилятором, снижающий температуру воздуха – это влияет не только на лучшую передачу тепла, но и на повышение эффективности работы устройства в целом.

Что выбрать: медь или алюминий?

Передача тепла первого металла выше теплопроводности алюминия почти в 1,5 раз, который занимает четвёртое место по данному параметру: в условиях комнатной температуры чистый алюминий имеет теплопроводность 237 Вт/(м*К), его обходят лишь золото, медь и серебро. Теплопроводность чистой меди в похожих условиях равна 401 Вт/(м*К).

Если сравнивать по другим характеристикам, отметим следующее:

• Устойчивость к образованию коррозии у данных металлов примерно одинаковая.
• Плотность меди выше плотности алюминия почти в 3 раза.
• Цена на сплав алюминия меньше в 3,5 раза, что несомненно может стать преимуществом при выборе.

Один и тот же продукт, который был произведен из алюминия, будет весить меньше произведенного из меди. Исходя из параметров веса и начальной стоимости на металл, алюминиевое изделие будет стоить в 10 раз меньше изделия, произведенного из меди - данные факторы объясняют, почему алюминий часто используется. Чаще всего из него изготавливают посуду и пищевую фольгу. Тем не менее из-за высокой мягкости металла алюминий редко применяется в чистом виде – в основном изделия изготавливаются из его сплавов, наиболее популярным является дюралюминий.

Сейчас все чаще можно заметить, что в системах кондиционирования медные трубки заменяют на алюминиевые. Это объясняется тем, что меньшая передача тепла алюминием почти не влияет на качество охлаждения, при этом само устройство становится намного легче и дешевле.

В радиопромышленной и электронной областях меди нет равных. Там ее используют вследствие ее отличной проводимости тока. Пластичность материала позволяет производить проволоку с диаметром, достигающим 0,005 мм, что особенно важно в производстве электроники. Высокая теплопроводность позволяет радиоэлементам устройства почти не нагреваться.

Медь могут использовать и в процессе сварки. В случае необходимости получения наплавки той или иной формы на изделие из стали применяют медный шаблон. Поскольку медь характеризуется отличной передачей тепла, она не соединится к металлу. Алюминий же в свою очередь может либо расплавиться, либо прожечься. Медь могут применять также и при сварке угольной дугой, где медный стержень становится катодом, который не плавится.

Есть ли минусы у высокой теплопроводности?

Да, у нее есть как плюсы, так и минусы. Например, в большинстве случаев необходима низкая теплопроводность: это является основой теплоизоляции. При применении меди в отоплении происходят большие потери тепла, нежели в случае использования других материалов для труб.

Повышенная теплопроводность может усложнить монтаж и другие процессы. Так, при сварке, пайке и резке необходимо более тщательно следить за нагревом меди, чем, например, стали, и медь в таком случае будет требовать подогрева.

В процессе газовой сварки для меди будет необходимо применять более мощные горелки, на 1-2 номера выше, чем для стали. В случае толщины изделия более 10 мм, стоит применять не одну горелку, а две или даже три: одной из них будет производиться непосредственно сварка, а другими – подогрев. Если происходит сварка на переменном токе электродами, то медь будет разбрызгиваться. А резаку, который может справиться с высокохромистой сталью толщиной 300 мм, удастся разрезать чистую медь толщиной лишь в 50 мм. Такие работы будут достаточно дорогими из-за расходных материалов.