Теплопроводность металла и дерева: Теплопроводность металла и дерева — эксперимент | Видеоурок

Теплопроводность дерева — Справочник химика 21

    С обрабатываемыми стеклянными деталями следует обращаться с осторожностью. Детали должны укладываться на чистом столе, покрытом материалом с низкой теплопроводностью (дерево, графит и т. п.). Недопустимо располагать стеклянные детали вблизи от металлических инструментов (молоток, отвертка и т. п.). При контакте нагреваемого стекла с материалами, обладающими высокой теплопроводностью (например, металлическими изделиями), происходит быст рое местное охлаждение стеклянного изделия, что вызывает образование в нем внутренних напряжений. Кроме того, контакт с инструментами может привести к появлению на поверхности стекла царапин, что впоследствии приводит к поломке стекла. [c.91]
    Неодинаковостью структуры некоторых материалов в разных направлениях объясняется анизотропность этих материалов. Так, теплопроводность дерева вдоль волокон почти вдвое больше, чем поперек волокон.
Для теплопроводности материала имеет значение также величина контактных площадок между отдельными частицами материала чем эти площадки будут больше, тем выше будет и коэффициент теплопроводности материала. [c.84]

    Неодинаковостью структуры некоторых материалов в разных направлениях объясняется анизотропность этих материалов. Так, теплопроводность дерева вдоль волокон почти вдвое больше, чем поперек волокон. При очень мелких порах материал по своей структуре приближается к однородному телу, в этом случае теплопроводность по оболочкам приобретает большое значение. Это означает, что материалы должны иметь свои оптимальные размеры пор и оптимальную объемную массу, которым соответствует минимальный для данного материала коэффициент теплопроводности. Такого рода закономерность наблюдается, например, при укладке сыпучих или волокнистых материалов при различной степени их уплотнения. Если материал уложен недостаточно плотно, то возрастает конвективный и радиационный теплообмен, что приводит к повышению теплопроводности.

[c.64]

    Пример. Сосновую доску после окраски сушат односторонним облучением инфракрасными лучами. Толщина доски — 5 см, теплопроводность дерева Л = = 0,13 ккал/м-час-°С, удельный вес т = 550 кГ/м , удельная теплоемкость с = = 0,38 ккал/кГ -°С, коэффициент поглощения краски а = 0,78. Используются лампы, дающие на поверхности доски излучение = 2000 ккал/м» час. Начальная температура доски = 20°. Во время нагревания вдоль обеих поверхностей доски продувается воздух с температурой 20°. По скорости воздуха определен коэффициент конвекции й = 10 ккал/м час С. 

[c.393]

    С = 70° С I = 4 600 кг/мс. Периметр ограждения 18 л высота 3,5. и р — Зазор между стенками 70 мм. Стенки деревянные — тес, толщиной 18 мм. Для наблюдения за работой сушилки в ограждении сделаны остекленные окна, занимающие 20% от поверхности ограждения. Теплопроводность дерева 0,12 ккал м час °С, толщина стекла 2 мм, теплопроводность его 0,67 ккал м час °С. Коэффициент теплоотдачи снаружи стенки 1 = 10 ккал м» чаЬ °С, со стороны зазора между стенками а, = 20 ккал м час С.

[c.33]

    Достоинства деревянных скоб 1) малый вес например, деревянная скоба для размера 1500 мм весит 5—6 кг, вес такой же скобы из листовой стали равен примерно 25 кг 2) слабая восприимчивость к изменению температуры, так как коэффициент теплопроводности дерева примерно в 150 раз меньше, чем коэффициент теплопроводности стали благодаря этому размеры деревянных инструментов при измерении практически не меняются (при измерении больших размеров это имеет существенное значение) 3) дешевизна и доступность изготовления их на любом заводе. 

[c.158]


    Теплопроводность. Следует отметить, что коэффициент теплопроводности Я необязательно должен быть постоянным. В действительности теплопроводность является функцией температуры для всех фаз, а в жидкостях и газах зависит также от давления, особенно вблизи к критическому состоянию. Теплопроводность в дереве и кристаллах также заметно меняется от иаиравлеиия. Так, например, теплопроводность в дереве поперек волокна по сравнению с теплопроводностью дерева вдоль волокна изменяется на множитель от 2 до 4. 
[c.49]

    При получении небольших партий лзделий применяют, как правило, необогреваемые пуансоны, изготовляемые из материала с низкой теплопроводностью (дерево, пластмасса). Однако в результате соприкосновения холодного пуансона с листом термопласта темп-ра соответствующих участков заготовки все же снижается. Следствием этого м. б. появление пятеи на изделии, а также несколько большая толщина его дна по сравнению с толщиной стенок. При использовании металлич. обогреваемого пуансона материал ири вытяжке проскальзывает по пуансону и распределяется по его поверхности более равномерно. Темп-ра пуансона должна быть ниже темп-ры, ири к-рой лист термопласта начинает прилипать к нему, т. к. в противном случае резко ухудшается взаимное проскальзывание пуансона и формуемой заготовки. 

[c.328]

    Устройство кузова и способы охлаждения авторефрижераторов. Кузов авторефрижератора должен быть прочным, иметь малый вес и малый коэффициент теплопередачи он состоит из каркаса, наружной и внутренней обшивок и тепловой изоляции между ними. Каркас кузова — деревянный или металлический внутренняя обшивка— из оцинкованной стали толщиной (0,4-ь0,6) мм, соединенной взамок с пропайкой швов, из бакелитовой фанеры или из облицовочных листов пластмассы внешняя обшивка — из полированного алюминиевого листа толщиной (0,8ч-1,0) мм. В последнее время каркас кузова изготовляется также из легких сплавов алЮ миния. В этом случае для уменьшения тепловых мостиков в местах крепления обшивки ставится промежуточный слой из материала, обладающего малым коэффициентом теплопроводности (дерева, 

[c.362]

    Каркас кузова во избежание увеличения общего коэффициента теплопередачи не должен иметь большого количества тепловых мостиков и полумостиков [13]. До последнего времени наиболее распространенной конструкцией был кузов с каркасом из деревянных брусков, где влияние тепловых мостиков не так велико ввиду сравнительно малого коэффициента теплопроводности дерева.

[c.532]

    Наружную обшивку кузова выполняют из декапированной стали толщиной до 1 мм и из полированного алюминиевого листа. В некоторых конструкциях кузова наружная обшивка является несущей. Внутреннюю обшивку делают из тонколистовой оцинкованной стали толщиной 0,4—0,6 жл1, соединенной в замок и с пропайкой швов. Иногда ее выполняют из бакелитовой фанеры, тонких листов пластмассы и др. В металлических каркасах виутревнюю обшивку кузова крепят к промежуточным деталям, изготовленным из материалов с малым коэффициентом теплопроводности (дерево, пластмассы и др.). Для предохранения внутренней обшивки от повреждения грузами к стенкам крепят деревянные планки, а на полу укладывают съемные или откидывающиеся деревянные или цельнометаллические решетки. Иногда обшивка пола и напольная решетка выполнены в виде единой конструкции из алюминиевых панелей. 

[c.532]

    Своеобразную группу пластмасс составляют пенопласты и поропласты, так называют пластмассы, обладающие ячеистой, сотовой или пористой структурой. Они могут быть изготовлены на основе различных полимеров, обычно с помощью того или другого процесса, сопровождающегося образованием газообразных веществ. Этот процесс проводят в массе полимера, находящегося в пластичном состоянии. В определенных условиях образующиеся газы остаются в полимере в виде мельчайших пузырьков, при этом, в частном случае, образуется структура высокодисперснои пены. Эти материалы можно рассматривать как пластмассы с газообразным найолнитслсм. ДшОЖсстБО мсльчаишКх пор ли пузырьков газа разделены тонкими перегородками из полимера. Материал, обладаюш-ий такой структурой, чрезвычайно легок (вес 1 от 15 до 500 кг) он имеет малую теплопроводность (в 10— 30 раз меньше теплопроводности дерева, в 2—6 тысяч раз меньше теплопроводности стали) и звукопроводность его невелика. 

[c.606]


Теплопроводность, физические свойства и особенности древесины как строительного материала.

Ощущение теплоты или холода зависит не только от температуры предмета, к которому мы прикасаемся, но и от скорости, с которой он передаёт или отбирает тепло нашей кожи. К примеру, если вы касаетесь холодного металла, то он отбирает тепло в сотни раз быстрее, чем холодное дерево. Хотя их температура и одинакова, ваши ощущения таковы: дерево теплее.

Мы все знакомы с понятием относительная теплопроводность дерева. Вернее будет сказать, с его не-теплопроводностью, поскольку дерево знаменито своими качествами теплоизоляции, а не теплопроводности. Образ «тёплого» дерева вполне объясним с точки зрения теории теплопроводности. Ощущение теплоты или холода зависит не только от температуры предмета, к которому мы прикасаемся, но и от скорости, с которой он передаёт или отбирает тепло нашей кожи. К примеру, если вы касаетесь холодного металла, то он отбирает тепло в сотни раз быстрее, чем холодное дерево.

Хотя их температура и одинакова, ваши ощущения таковы: дерево теплее. Именно поэтому в течение многих столетий дерево используют в качестве материала для изготовления ружейного ложа, сидений и рукояток инструмента. Сравнительные значения теплопроводности различных материалов приведены в таблице: * К – коэффициент теплопроводности (выраженный как количество BTU, проходящих через материал в час, на дюйм толщины, на квадратный фут поверхности, на разницу в градусах температуры по Фаренгейту между тёплой и холодной стороной. ** R =1/К – тепловое сопротивление материала, представляет собой теплоизоляционное качество материала Приблизительные термические свойства различных материалов Материал К* R** Воздух 0.16 6.25 Вода 4 0.25 Лёд 15 0.07 Стекло 5 0.2 Кирпич 4.5 0.22 Бетон 7.5 0.13 Мрамор 17 0.06 Сталь 310 0.003 Алюминий 1400 0.0007 Теплоизоляция (стекловата, мин. вата, пенополиуретан, и т.д.) 0.2-0.3 3.3-5.0 Дерево (сухое, в направлении перпендикулярно волокну) 0.4-1.2 0.8-2.5 Очевидно, что чем выше значение R, тем лучше теплоизоляционные свойства материала. Приведённые в таблице значения для дерева показывают разницу между свойствами различных пород в сухом виде. Вообще, теплопроводность дерева зависит от его плотности и уровня влажности следующим образом: К = S ( 1,39 + 0.028 MC ) + 0.165 где К – коэффициент теплопроводности в BTU/ft2/0F/hr/in., S – плотность, а МС – уровень влажности в %. Т.е. увеличение плотности и уровня влажности ведёт к повышению теплопроводности, или к потере теплоизоляционных качеств. Для большинства хвойных пород, применяемых в строительстве, значение К будет равно или чуть меньше 1, а значение R чуть больше 1.

Например, для еловой доски с плотностью 0.40 и средним уровнем влажности в 10 %, К = 0.40 ( 1.39 + 0.028 х 10 ) + 0.165 = 0.833 Принимая во внимание критическое состояние наших энергетических ресурсов, понятно, что потеря тепла в зданиях и сооружениях – серьёзная забота. Из данных, приведённых в таблице, отчётливо видно, что дерево – лучший теплоизолятор, чем другие строительные материалы. Оно в семь раз эффективней бетона, в 300 раз эффективней стали и в 1400 раз эффективней алюминия той же толщины. Хотя материалы, производимые специально для теплоизоляции (стекловата, минеральная вата, пенополиуретановая пена и т.п.) и превосходят дерево по своим свойствам в три-четыре раза, во многих случаях, особенно там, где требуются прочность, красота и теплоизоляция, дерево остаётся приемлемым компромиссом и логическим выбором. Значение К для воды составляет 4, а для льда –15, из чего можно сделать вывод, что для того, чтобы сохранить теплоизолирующий потенциал, дерево и другие материалы необходимо поддерживать в сухом состоянии.


Советы

Влага в материале.

Влага в древесине пропитывает клеточные оболочки (связанная или гигроскопическая) и заполняет полости клеток и межклеточные пространства (свободная или капиллярная).

При высыхании древесины сначала из нее испаряется свободная влага, а затем гигроскопическая. При увлажнении древесины влага из воздуха пропитывает только клеточные оболочки до полного их насыщения. Дальнейшее увлажнение древесины с заполнением полостей клеток и межклеточных пространств происходит только при непосредственном контакте древесины с водой (вымачивание, пропаривание).Из этого следует, что однажды высушенная древесина, не находясь в непосредственном контакте с водой, не может иметь влажность выше предела гигроскопичности — состояния древесины, при котором клеточные оболочки содержат максимальное количество связанной влаги, а в полостях клеток находится только воздух. Влажность, соответствующая пределу гигроскопичности, при комнатной температуре (200 С) составляет 30% и практически не зависит от породы.

Различают следующие ступени влажности древесины: мокрая — длительное время находившаяся в воде, влажность выше 100%; свежесрубленная — влажность 50…100%; воздушно-сухая (транспортная) — влажность 15…20%; комнатно-сухая — влажность 8…12% и абсолютно сухая — влажность 0%.

Усушка. Усушкой называется уменьшение линейных размеров и объема древесины при высыхании. Усушка начинается после полного удаления свободной влаги и с начала удаления связанной влаги.

Усушка по разным направлениям неодинакова. В среднем полная линейная усушка в тангентальном направлении составляет 6…10%, в радиальном — 3…5% и вдоль волокон — 0,1…0,3%.


Свойства.

К физическим свойствам древесины относятся: внешний вид и запах, влажность и связанные с ней изменения — усушка, разбухание, водопоглощение,  растрескивание и коробление. К физическим свойствам древесины относятся также ее плотность,  электро-, звуко- и теплопроводность, показатели макроструктуры.

Внешний вид древесины

Цвет. Цвет древесине придают находящиеся в ней дубильные, смолистые и красящие вещества, которые находятся в полостях клеток.

Древесина пород, произрастающих в различных климатических условиях, имеет различный цвет — в жарких и южных районах она более яркая по сравнению с древесиной пород умеренного пояса. В пределах климатического пояса каждой древесной породе присущ свой особый цвет. Под влиянием света и воздуха древесина многих пород теряет свою яркость, приобретая на открытом воздухе сероватую окраску.

Древесина ольхи, имеющая в свежесрубленном состоянии светло-розовый цвет, вскоре после рубки темнеет и приобретает желтовато-красную окраску. Древесина дуба, пролежавшая долгое время в воде, приобретает темно-коричневый и даже черный цвет (мореный дуб). Меняется окраска древесины и в результате поражения ее различными видами грибов. На окраску древесины оказывает влияние также возраст дерева. У молодых деревьев древесина светлее, чем у более старых.

Цвет древесины имеет важное значение в производстве  оконных изделий. Насыщенный богатством оттенков цвет придает изделиям из древесины красивый внешний вид.

Блеск древесины зависит от ее плотности, количества, размеров и расположения сердцевинных лучей. Сердцевинные лучи обладают способностью направленно отражать световые лучи и создают блеск на радиальном разрезе.

Текстура — рисунок, который получается на разрезах древесины при перерезании ее волокон, годичных слоев и сердцевинных лучей. Текстура зависит от особенностей анатомического строения отдельных пород древесины и направления разреза.

Хвойные породы на тангентальном разрезе из-за резкого различия в цвете ранней и поздней древесины дают красивую текстуру. Особенно красивый рисунок имеет древесина с неправильным расположением волокон (свилеватость волнистая и путаная).

Часто применяют особые способы обработки древесины — лущение фанерных кряжей под углом к направлению волокон, радиальное строгание, прессование или замену искусственной текстурой.

Запах древесины зависит от находящихся в ней смол, эфирных масел, дубильных и других веществ. Характерный запах скипидара имеют хвойные породы — сосна, ель.

Макроструктура. Для характеристики древесины иногда достаточно определить следующие показатели макроструктуры.

Ширина годичных слоев определяется числом слоев, приходящихся на 1 см отрезка, отмеренного в радиальном направлении на торцовом срезе.

Ширина годичных слоев оказывает влияние на свойства древесины. Для древесины хвойных пород отмечается улучшение свойств, если в 1 см насчитывается не менее 3 и не более 25 слоев.

Один из важных показателей макроструктуры — содержание поздней древесины (в %). Чем выше содержание поздней древесины, тем больше ее плотность, а следовательно, и выше ее механические свойства.

Степень равнослойности определяется разницей в числе годичных слоев на двух соседних участках длиной по 1 см.

Наиболее хорошие показатели имеет древесина деревьев, произрастающих в северных районах европейской части России: мелкослойная плотная древесина с высоким содержанием поздней зоны, относительно неширокой заболонью.

Влажность древесины и свойства, связанные с ее изменением

Влажность. Влажностью древесины называется отношение массы влаги, находящейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах.


Своими руками

Сушка.

    
Сушка древесины после срубкиЕсли срубленное дерево, недостаточно просушенное, будет употребляться в резьбе по дереву, то результата хорошего от него ожидать не стоит, а потому на сухость дерева, идущего для резьбы по дереву, всегда надо обращать внимание, подвергая древесный материал, в каком бы он не был виде должной просушки.
В любом только что срубленном дереве находится большое количество соков, которые сами по себе со временем уничтожатся, если дерево достаточно долгое время пролежит в теплом помещении при сухом воздухе. Но так как это достаточно долгое время понятие весьма относительное, которое может продлиться и год и несколько лет, то нашли более быстрые методы сушки древесины своими руками. Итак сначала о технологии сушки древесины в домашних условиях, который употребляется всеми лесопромышленниками — естественная (натуральная) сушка древесины. Таких способов сушки древесины два.

Технология сушки древесины до срубки. Древесина на сушкеПодобного рода сушку древесины обычно следует делать ранней весной, а еще лучше в начале лета, потому что в этот период времени дерево содержит в себе самое большое количество соков. Отступая от земли на метр и даже меньше, т.е. в верхней части комля делают вокруг ствола подрез. А затем вдоль ствола длиной примерно 0,7 метра делают несколько подрезов коры и отдирают ее, но так, чтобы в верхнем месте она не не оторвалась. Само собою понятно, что отодрав кору мы тем самым прекращаем проникновение к дереву тех соков, которые дают жизнь каждому дереву, и древесина эта, постепенно теряя свои соки высыхает и тем самым приобретает твердость, крепость и упругость. Постояв в таком виде до осени, его срубают. Эта технология сушки древесины не сложна, а потому очень была бы прекрасна, но беда в том, что она не может быть применима ко всем породам деревьев. Как показала практика, сушка древесины в домашних условиях этим способом дуба, березы и хвойных деревьев достигает своей цели вполне, но что касается других деревьев, то они во время этой просушки очень легко и часто загнивают, а потому данная технология сушки древесины очень редко практикуется.

Технология сушки древесины после срубки.  Сушка древесиныСрубив дерево, прежде всего обрубают ветви и сучки и дают лежать ему в таком виде до осени, осенью же с каждого дерева снимают кору и перевозят в должное помещение, укладывая не прямо на землю, а на деревянные подкладки, чтобы дерево не касалось земли, такие подкладки называют лежнями или стилюгами. Укладку бревен делают под навесом, чтобы воздух мог хорошо циркулировать между материалами для скорейшей просушки древесины. Бревна кладут на стелюги рядами, оставляя между каждой доской, примерно, 20 сантиметров, на этот ряд помещают второй ряд в таком же порядке, но поперек первому ряду, т.е. в клетку и т.д. В таком виде деревянный материал чем дольше будет храниться, тем лучше будет высыхать и идеально подойдет для резьбы по дереву, а потому люди, профессионально занимающиеся резьбой по дереву всегда предпочитают приобретать лесной материал для своих работ в богатых, больших лесных складах, с уверенностью, что материал их достаточно сух и прошел всю технологию сушки древесины в домашних условиях.  

Окончательная сушка древесины.  СушкаЭта просушка играет важную роль для всех поделок из дерева, а потому не увлекайтесь различными способами производства, для окончательной сушки дерева, — запасайтесь по возможности большим количеством лесного материала, требующегося для резьбы по дереву и храните его в том помещении, где эти поделки производятся, т.е. в мастерской, а чтобы материал этот не мешался, то подвешивайте его, какими бы то не было способами к потолку, где воздух теплее, а потому и сушиться древесина будет быстрее.

 


Звукопроводность.

Следует, однако, сказать, что в разных жидкостях древесина разбухает неодинаково. Так, абсолютно-сухая березовая древесина разбухает в тангентальном направлении: в воде на 13,6%, в спирте на 9,4%, в скипидаре на 1,8%, в керосине на 0,3%, а в лигроине не разбухает вовсе.

Звукопроводность древесины, т. е. способность проводить звук, относительно велика, но у разных пород неодинакова. При этом лучше всего звук проходит по длине волокон, медленнее в направлении радиуса дерева и хуже всего — по хорде (в тангентальном направлении). В воздухе звук распространяется со скоростью 330,7 м в секунду.

В главнейшей отрасли потребления древесины — жилищном строительстве — высокая звукопроводность древесины играет отрицательную роль, вынуждая увеличивать толщину всякого рода деревянных перегородок между жилыми помещениями, вызывая тем излишний расход древесины.

Близким к звукопроводности, но не одним и тем же свойством древесины является способность ее усиливать звук — резонировать. Эта способность свойственна легкой упругой древесине — совершенно однородной по строению, не смолистой и бессучной. Такая древесина, главным образом, еловая, называется резонансовой и употребляется в производстве музыкальных инструментов (для изготовления дек).

Теплопроводностью называется способность тела проводить тепло. Мерой теплопроводности служит коэффициент теплопроводности, т. е. то количество тепла (в малых калориях), которое проходит в 1 сек. через 1 см поверхности тела к другой его поверхности, удаленной рот первой на 1 см при разнице температуры между ними в 1°. Теплопроводность древесины, по сравнению с другими материалами, очень невелика.

Относительно низкая теплопроводность древесины объясняется большим содержанием в ней воздуха, который, как известно, является плохим проводником тепла. С повышением влажности теплопроводность древесины увеличивается, ибо место воздуха занимает вода, а последняя лучше проводит тепло, чем воздух.


Характеристики

Физико-механические свойства 

Основными характеристиками физико-механических свойств древесины являются объемный вес, влажность, теплопроводность, сопротивляемость химическим и атмосферным воздействиям (физические свойства), а также сопротивляемость дерева действию внешних сил (механические свойства).

Удельный вес твердого вещества, из которого состоят стенки клеточек древесины, приблизительно одинаков для всех пород и равен примерно 1,53.

Объемный вес древесины находится в зависимости от ее плотности и влажности. Под влажностью понимается отношение веса содержащейся в древесине влаги к весу этой древесины в абсолютно сухом состоянии в процентах. По степени влажности в строительном деле различают: воздушно-сухой лес (15—20 % влажности), комнатно-сухой (8—10 %), мокрый (длительное время находившийся в воде) и свежесрубленный (35 % и выше).

Теплопроводность дерева зависит от плотности (объемного веса), влажности, направления волокон и температуры. Коэффициент теплопроводности вдоль волокон примерно в 1, 75 раза больше, чем поперек волокон. Теплопроводность сосны поперек волокон в наружных стенках составляет около 0,15.

Дерево стойко сопротивляется химическим воздействиям сернистых газов, паров, кислот и т. п. и поэтому является незаменимым материалом для покрытий зданий в химической промышленности и для покрытий паровозных депо.

Вследствие различного возраста клеток, различной плотности и волокнистого строения древесины механические свойства ее весьма различны не только для различных пород дерем, но даже в пределах одного ствола.

Механические свойства древесины в разных направлениях совершенно различны, поэтому всякое изменение направления волокон и все неправильности в их расположении неизбежно отражаются на ее прочности.

с. 55 Прочность древесины зависит также от возраста и плотности клеток, что связано с их положением в стволе, которое они занимают. Наиболее прочными являются обычно клетки нижней части ствола. Прочность изменяется также по поперечному сечению ствола; так, у сосны сопротивление сжатию вдоль волокон увеличивается от сердцевины к заболони. Наиболее слабой по качеству является центральная часть ствола, включающая сердцевину.

На прочность древесины влияют также ее плотность и объемный вес. С увеличением плотности увеличивается и объемный вес, а с ним возрастает и прочность.

Влажность дерева имеет большое значение для прочности дерева. С повышением влажности до точки насыщения волокон (примерно до 30 %) механическая прочность древесины уменьшается, а с увеличением влажности от 30 % и выше — почти не изменяется.

Древесина не изменяет размеров при высыхании от самого влажного состояния до точки насыщения волокон. При дальнейшем понижении влажности древесина начинает давать усушку, т. е. уменьшаться в размерах. Усушка вызывается уменьшением толщины стенок клеток, поэтому древесина с толстыми стенками клеток усыхает сильнее, чем с тонкими, т. е. плотные породы больше усыхают, чем рыхлые.

При высыхании до воздушно-сухого состояния средняя величина усушки выражается следующими цифрами (в %):

вдоль волокон     0,1—0,3
поперек волокон в радиальном направлении     3— 6
в тангенциальном направлении     7—12
объемная усушка в среднем     12

Приведенные данные показывают, что усушка вдоль волокон ничтожна и практически ею можно пренебречь.

Вследствие разной усушки древесины в радиальном и тангенциальном направлениях и неравномерности высушивания материала возникает коробление. Во избежание появления трещин высушивание необходимо вести постепенно и равномерно, не вызывая опасных напряжений.

На прочность деревянных элементов несущих конструкций отрицательное влияние оказывают пороки древесины, главным образом сучки, косослой, трещины, сердцевинная трубка, а также гниль и червоточина.

Наиболее значительно пороки древесины снижают прочность растянутых элементов, поэтому для этих элементов следует отбирать лесоматериалы лучшего качества.

Строительные нормы и правила устанавливают требования к качеству древесины элементов конструкций в зависимости от их напряженного состояния в конструкции.



Цены / Заказать
Стоимость работ по обработке древесины: браширование (текстурирование), фактурная покраска древесины, изготовление деревянных фальшбалок, изготовление деревянных вывесок

 

Наименование

Цена
Браширование (текстурирование вагонки, имитации бруса, доски пола, отделочной доски без покраски) 300 руб/м2
Покраска — тонировка текстурированной (брашированной, фактурной) вагонки, имитации бруса, отделочной доски от 200 руб/м2
   
Старение древесины — обработка “ВИНТАЖ”, с покраской 2 слоя 700 руб/м2
 Фальшбалки брашированные, материал — сосна/ель, размер 140х100х3000 мм (Ш х В х Дл), некрашеные/крашенные 2600/3100 руб/шт
 Фальшбалки брашированные, материал — ель/сосна, размер на заказ, некрашеные/крашенные 2600/3100 руб/м2
Вывески, таблички из дерева (материал, работа) от 12000 руб/м2 *
   


Фирмы

Какую древесину лучше всего выбрать для постройки дома?  

 

 Для постройки деревянных домов используют хвойные породы деревьев, таких как сосна, ель, лиственница, кедр, пихта. Лиственные и ценные породы древесины, такие как береза и дуб, осина и орех, бук и клен, черное и красное дерево лучше подойдут для изготовления окон, дверей, полок и т.п.

Многие ошибочно считают, что бани лучше строить из лиственницы. На самом деле, необходимо использовать лиственницу только в первых 2-х венцах, дальше лучше взять, например ель или сосну, из лиственных пород — осину, в премиум сегменте это может быть кедр или липа.

Лиственница же, очень слабо держит тепло, и баня будет быстро остывать и при этом долго нагреваться.

Хвойная древесина более распространена на территории России, имеет ровные стволы и экономична. При ее обработке остается меньше отходов.

    
Кроме того, древесина хвойных пород имеет естественную защиту от загнивания — это смола. Именно поэтому мы используем эту древесину.

Наибольшей популярностью в деревянном домостроении пользуется сосна благодаря красивому древесному рисунку, наименьшему количеству сучков и отличных технических характеристик.  

Но у сосны есть небольшой эстетический недостаток. Хотя, по большому счету, любая древесина начинает «синеть» при повышенной влажности, но физические и технические свойства при этом не страдают! Не смотря на разные распространенные мнения на этот счет.

Ель лучше использовать для внутренней отделки и для строительства бани, потому что она теплее из-за меньшей плотности древесины и содержит меньше смолы.

Лиственница, наиболее плотная и устойчива к сырости древесина, дороже сосны в 2-3 раза и, примерно, в таком же соотношении тяжелее в обработке. Ее используют для изготовления свай или нижних венцов  во влажных почвах.

Наиболее эффективным в строительстве принято считать древесину, заготовленную зимой или ранней весной. В это время древесина содержит меньше влаги, поэтому она быстрее просохнет. Деревья следует выбирать здоровые, с наименьшим количеством сучков, не тронутые вредителями и гнилью.

Особо следует отметить исключительные свойства северной древесины. При низких температурах лес растет медленно, годовой прирост по кольцам небольшой, благодаря чему, древесину характеризует повышенная плотность, прочность и устойчивость к гниению. Именно такая древесина является идеальным материалом для рубки дома.

 

О свойствах металлов

О свойствах металлов

Подробности
Категория: Металл

О свойствах металлов


 
С незапамятных времен человек познакомился с семеркой металлов: железом, медью, серебром, оловом, золотом, ртутью и свинцом. Два из них — золото и серебро — за красоту и стойкость стали называться благородными. К другим металлам отношение было не менее почтительное. Известны периоды в истории человечества, когда железо ценилось дороже золота. Но главное достоинство так называемых простых металлов в том, что эти великие труженики сыграли решающую роль в развитии цивилизации. В средневековой Европе каждому металлу, входящему в замечательную семерку, была посвящена одна из крупнейших планет.

Меди была посвящена Венера, железуМарс, серебруСелена (Луна), золотуГелиос (Солнце), оловуЮпитер, свинцуСатурн и ртутиМеркурий. История развития искусств и ремесел тесно связана именно с семью металлами. Пройдя долгий путь из глубокой древности до наших дней, они не утратили своего значения и сегодня. Хотя уже открыто почти 60 видов металлов, старые металлы по-прежнему остаются незаменимым материалом в скульптуре, декоративно прикладном искусстве и ювелирном деле. Из простых, сравнительно молодых металлов такое же большое значение имеют алюминий и цинк, ставшие популярными у современных мастеров, занимающихся художественной обработкой металла.

Каждый металл имеет свою биографию, в которой подчас подлинные исторические факты тесно переплетаются с мифами и легендами, а реальные свойства — с суеверными представлениями.

По мере освоения различных металлов человек пристально присматривался к ним, вольно или невольно изучая их свойства, которые учитывал при изготовлении орудий труда, оружия, посуды, культовой скульптуры, украшений и многого другого. Заблуждаясь или подчас делая открытия, люди создали сложную символику металлов. Металл вошел в народные пословицы и поговорки как символ твердости и красоты.

Постоянно имея в быту дело с предметами из металла, современный человек использует самые разнообразные их свойства: выдавить без особых усилий зубную пасту из тюбика можно только благодаря пластичности алюминия; заточить карандаш — благодаря твердости стали, из которой сделано лезвие перочинного ножа. Принцип работы английской булавки и канцелярской скрепки основан на упругости металла.

В быту довольно часто приходится сталкиваться и с коррозией металла. При влажном воздухе окисляются посуда, ювелирные украшения и другие металлические предметы. Не вольно приходится осваивать азы химической обработки металлов, учитывая их теплопроводность.
 
 
Топор, тесло, железко (резец рубанка) и полотно пилы, стамеска и токарный резец изготавливаются из инструментальной стали, которая при соответствующей обработке приобретает свойства, необходимые для каждого инструмента. Чтобы режущая часть инструментов долго оставалась острой, как можно меньше тупилась, сталь подбирают твердую, прочную, износостойкую. Мастеру-древоделу время от времени приходится заниматься заточкой инструментов, то есть обработкой металлов резанием. Дело в том, что каждая частица абразива с острым ребром представляет собой, по сути дела, маленький резец, который снимает с поверхности металлического инструмента очень тонкую стружку. Даже печник, имеющий дело, казалось бы, только с кирпичом и глиной, вынужден проделывать кое-какие операции с металлом. Когда дело доходит до того, чтобы крепить в печи приборы (дверцы, вьюшки, заслонки), требуется мягкая, но прочная проволока. И вот тогда печник, подобно кузнецу, отжигает на огне моток тонкой стальной проволоки, после чего она становится мягкой и податливой. Суть же отжига заключается в снятии внутрикристаллического напряжения, которое возникло в металле в процессе изготовления проволоки на заводе. И еще одну операцию проделывает с металлом печник. Затапливая только что сложенную печь, он обязательно сыплет на чугунную плиту поваренную соль. Это дает гарантию, что чугун не треснет от резкого перепада температуры.

Каждый специалист отбирает для своей работы металлы, имеющие определенные свойства. Машиностроитель стремится использовать для создания машин прочный, легкий, износостойкий металл. Специалист по радио- и электроаппаратуре обязательно обращает внимание на его электропроводность. Кузнецу необходимо, чтобы металл при ковке имел высокую пластичность. Литейщик прежде всего обращает внимание на жидкотекучесть и температуру плавления металла.

Художнику, использующему металл как материал для творчества, приходится учитывать многие его свойства. Вместе с тем он особое внимание уделяет цвету, отражательной особенности металла, декоративной отделке. Ведь от этого во многом зависит внешний вид художественного изделия.

Знание свойств металла позволяет художнику найти наиболее приемлемые способы его обработки, раскрывающие с наибольшей пол нотой заложенные в нем декоративные возможности. О таком художнике говорят, что он чувствует мате риал. Художник, работающий в области декоративно-прикладного искусства, преобразует в произведения искусств окружающий нас предметный мир.

Свойства металлов подразделяются на физические, механические, химические и технологические.

Основные физические свойства:

плотность
температура плавления
теплопроводность
тепловое расширение
удельная теплоемкость
электропроводность
отражательная способность

Основные механические свойства:

прочность
пластичность
вязкость
упругость
твердость

Основные технологические свойства:

ковкость
жидкотекучесть
свариваемость
обрабатываемость резанием
коррозийная стойкость
износостойкость

В повседневной жизни довольно часто встречаются выражения «стальной цвет», «бронзовый загар», «медная кожа», «свинцовые тучи». Они указывают на определенный цвет, присущий каждому металлу. В металлургии принято делить металлы на цветные и черные. Для художника все металлы цветные. Порой один металл отличается от другого еле уловимыми оттенками, как, например, сталь, цинк, алюминий, свинец.

В Древнем Египте железо называли небесным металлом, и не только потому, что приходилось использовать метеоритное железо, которое в буквальном смысле слова падало с неба. Глаз древнего художника хорошо различал синеватую окраску металла, окраску, напоминающую цвет неба. Поэтому железные предметы изображали синим цветом. В фольклоре русского народа железо и его сплав — сталь — тоже имеют синий цвет. В старинных загадках стальная игла «синенька, маленька по городу скачет, всех людей красит» или «синенька синичка весь белый свет одела».

В современном химическом энциклопедическом словаре в некоторых случаях подчеркиваются цветовые оттенки металлов. Если серебро — белый металл, то олово — серебристо-белый, свинец — синевато-серый. Глаз художника улавливает легкую зелень в окраске цинка и едва заметную желтизну алюминия, особенно в сравнении со сталью. Медь имеет четко выраженный розовато-красный цвет. Древние китайцы называли его «цветом осени». Чистое золото окрашено в яркий желтый цвет. Окраска эта преобладает в осеннем пейзаже России. Недаром один из самых живописных осенних периодов называют у нас «золотой осенью». Хотя сплавы на медной основе — латунь и бронза — тоже желтого цвета, но они быстро покрываются патиной, имеющей приятный буро-оливковый цвет. Так называемая благородная патина — одна из характерных особенностей бронзы.
 
Цвет металла имеет важное значение в декоративных изделиях.

В зависимости от художественных задач, которые собирается решить мастер, он иногда подчеркивает естественную окраску металла, полируя его и затем покрывая тонким слоем лака, предохраняющим металл от окисления. В иных случаях художник наносит патину на поверхность металла, выявляя его природный цвет лишь в отдельных местах. Так поступают при декоративной отделке литого и чеканного рельефа.

Выбирая металлы и их сплавы для работы, художник должен учитывать и характер изображения.

Известно, что медь, латунь и бронза имеют теплый оттенок, в то время как сталь, алюминий, цинк — холодный. Исходя из этого, скажем: чеканку по мотивам зимней природы пред почтительнее изготовить из металла с холодным оттенком, например алюминия. Умело подобранный цвет металла может намного усилить выразительность произведения декоративно-прикладного искусства.

На разнице, окраски металлов основывается инкрустация, апплике (аппликация) и наводка. При инкрустации в металл врезают кусочки другого металла, контрастного по цвету. Такова насечка золотом по железу. Сущность техники апплике заключается в накладывании на украшаемую поверхность разноцветных металлических накладок.

Наводка, по сути дела, — это аппликация на меди очень тонкими слоями золота и серебра, нанесенными с помощью амальгамы.

Если отлить кубики из различных металлов со стороной 1 см, а затем взвесить, то можно узнать плотность каждого из этих металлов. После такого взвешивания выяснится, что золотой кубик будет в два раза тяжелее медного, в три раза — оловянного, в семь раз — алюминиевого. Кубики из различных металлов уже давно взвешены с высокой точностью, и плотность любого металла можно узнать из справочной таблицы.

Плотность металла учитывается при самых различных обстоятельствах. Скажем, никому в голову не придет сделать рыболовное грузило из алюминия, имеющего, как известно, низкую плотность. В то же время легкий алюминиевый котелок в походе более удобен, чем сделанный из меди, чугуна, стали. По той же причине алюминий широко применяется в авиастроении. Сравнительно небольшой вес чеканных и литых рельефов из алюминия упрощает их монтаж при декоративном оформлении архитектурных сооружений.

Металл, представляющий собой кристаллическое вещество, при определенной температуре становится текучим, то есть плавится.

Одни металлы плавятся при низкой температуре. Их легко расплавить в обычной металлической ложке, расположив ее над горящей свечой. К таким металлам относятся олово и свинец. Другие металлы плавятся при высокой температуре в специальных печах. Высокая температура плавления у меди и особенно у железа.

При введении в тугоплавкие металлы определенных добавок температура плавления понижается.

Сталь, чугун, бронза, латуньсплавы на железной и медной основе — плавятся при более низкой температуре, чем чистые металлы.

Чтобы нагреть медь до точки плавления, требуется в десять раз больше тепла, чем для того, чтобы расплавить свинец. Медь и свинец имеют различную удельную теплоемкость. Она определяется количеством теплоты, необходимой для нагревания на ГС одного кило грамма металла.

Все металлы имеют хорошую теплопроводность, но есть такие, у которых она особенно высока. Высокая теплопроводность у золота, серебра, меди и более низкая у железа, олова, алюминия. Высокая теплопроводность может играть как положительную, так и отрицательную роль.

Хорошая теплопроводность необходима металлической кухонной посуде, так как она способствует быстрому нагреву пищи. Но в то же время ручки посуды нагреваются настолько сильно, что до них невозможно дотронуться. Чтобы изолировать горячий металл, применяют материалы, имеющие низкую теплопроводность. По этой причине ручки чайников, самоваров, сковородников делают из древесины или специальной пластмассы.

Древесина применяется как изолирующий материал для рукояток различных инструментов, металлические части которых нагреваются в процессе работы (всевозможные кузнечные инструменты), а также для тех, которые требуют специального нагрева (паяльники, штампы и накатки для выжигания).

На одной из выставок в Берлине, проходившей в 1927 году, посетители могли увидеть и потрогать руками ручки кастрюли, в которой кипела обычная вода. На вид ручки были совершенно одинаковыми, но до одной нельзя было дотронуться, другая же была чуть-чуть теплой. Секрет заключался в том, что для их изготовления были использованы различные стальные сплавы: одна ручка вместе с кастрюлей была изготовлена из обычной стали, другая — из «деревянной». Такое название эта сталь получила за низкую теплопроводность. Деревянная сталь — это прецизионный сплав, то есть такой, в котором подобрано определенное процентное соотношение компонентов. В ней содержится 64% железа, 35% никеля и 1% хрома. Стоит хотя бы на один процент увеличить или уменьшить содержание одного из компонентов, как сталь приобретает обычную теплопроводность.

Есть еще одно свойство, которое обязательно учитывается мастерами, работающими с металлом, — тепловое расширение.

При нагревании металл расширяется, увеличивается в объеме, а при охлаждении уменьшается.

Учитывая тепловое расширение металлов, крышки кастрюль делают не вставными, а накладными; у чайника обязательно предусматривают зазор между горлышком и крышкой. В противном случае крышки сосудов при нагревании «заклинит» и их не возможно будет открыть.

Тепловое расширение обязательно учитывается при изготовлении на каток — инструментов для выжигания на дереве декоративных линий. Чтобы после нагрева на огне раскаленное колесико накатки свободно вращалось, мастера обязательно предусматривают достаточно большой зазор между втулкой колеса и осью.

Каждый металл по-своему отзывается на изменение температуры: одни увеличиваются в размерах больше, другие — меньше.

Чтобы получить величины, характеризующие тепловое расширение, был вычислен коэффициент для каждого металла. Он определяется нагреванием образца длиной 1 м на 1 °С.

Большой коэффициент теплового линейного расширения имеют цинк, свинец и олово. Намного ниже он у серебра и меди, еще ниже у золота и железа.

Учитывать степень расширения металлов приходится при выборе материалов для эмальерных работ. Эмаль только в тех случаях имеет прочное сцепление с основой, когда коэффициенты ее линейного расширения и металла близки. Эмаль, основу которой составляет стекло, имеет очень маленький коэффициент линейного расширения и держится лучше на золоте и железе, у которых этот показатель тоже относительно невысокий. На меди и се ребре эмаль держится менее прочно.

Способность некоторых металлов, а в особенности их сплавов, издавать громкие мелодичные звуки широко использовалась еще в глубокой древности. Подвешенные на городской площади набатная доска и колокол были самыми надежными глашатаями. Когда нападал враг или возникал пожар, тревожные звуки были слышны за много верст. Ликующим перезвоном наполнялось все вокруг, когда колокола воз вещали о победе над врагом, народных праздниках и торжествах. Со временем на колоколах научились исполнять да же мелодии известных песен.

Все металлы звучат по-разному: у одних — низкая звукопроводность, а у других — высокая. Если, скажем, сделать колокол из свинца, звучание его будет напоминать звуки пустой деревянной бочки: у свинца низкая звукопроводность.

Широко известны выражения «серебряный звон» и «серебряный голос». Казалось бы, что именно серебро имеет незаурядные музыкальные способности и нет металла звончее его. Но это не так: у серебра очень низкая звукопроводность. Его лишь изредка вводили в состав колокольного сплава, и то чисто символически. Истинными же способностями издавать мелодичные звуки обладает медь, вернее, сплав на ее основе — бронза (сплав меди с оловом).

Без металла невозможно представить многие музыкальные инструменты. Металл — это струна гитары и балалайки, раструб трубы и саксофона, трубы органа, детали электронных музыкальных инструментов. Для каждого инструмента используется только определенный металл. Лучшим материалом для органных труб исстари было олово.

Так же, как и музыкант, хороший мастер по металлу чутко различает ритм, размеры и высоту звуков. Скажем, граверу, наносящему углубления на металл с помощью зубильца, очень трудно на глаз добиться одинаковой глубины выборки. На помощь приходит звук, образующийся от ударов молотка по зубильцу. По ритму ударов и силе звуков, которые равно мерно повторяются, гравер может судить о глубине прорезаемой в металле канавки.

«Ржа ест железо…» — эта поговорка известна каждому. Все знают, что ржавчина — злейший враг железа. Попав во влажное место, оно начинает быстро разрушаться. Хотя более медленно, но также неуклонно разрушаются и другие металлы. В наше время придумано множество способов защиты металлов, однако коррозия ежегодно съедает одну десятую часть всего производимого металла.

Было установлено, что медь несовместима с железом и алюминием. Если железо не уживается с медью и ее сплавами, то оно более покладисто к алюминию, цинку и олову. Олово, в свою очередь, несовместимо с алюминием. С остальными металлами оно совместимо только при пайке. Цинк совместим со многими распространенными металлами, за исключением меди и ее сплавов. Мало того, он так же, как и олово, активно защищает железо от коррозии.

Тонкую, как струна, алюминиевую проволоку легко разорвать руками, но не так-то просто сделать это с медной, а тем более стальной. Стальные струны гитары и балалайки при натяжении выдерживают огромные нагрузки. Стальная проволока прочнее, чем медная и алюминиевая.

В технике прочность на растяжение измеряется в специальном приборе, на образцах, имеющих определенную форму и размеры. При этом с большой точностью определяется не только прочность, но и упругость, а также пластичность металлов и сплавов.

В практике высокую прочность на растяжение должны иметь струны музыкальных инструментов, тросы подъемных устройств, провода линий высоковольтных электропередач.

Кроме прочности на растяжение, различают прочность на сжатие, изгиб, кручение и др. Все эти характеристики прежде всего имеют большое значение в технике.

Если полотно пилы согнуть под небольшим углом, а затем отпустить, оно снова выпрямится. Это свойство металла называется упругостью. Если бы пила не обладала упругостью, то она довольно быстро бы согнулась и помялась настолько, что пилить ею было бы невозможно. Упругий металл необходим для изготовления всевозможных пружин (для часов, игрушек, механических бритв и т. п.), амортизаторов в автомобилях, пружинящих контактов в электротехнике, булавок и застежек в ювелирном деле.

Пластичность противоположна упругости. Если при неточном ударе молотка сгибается гвоздь, никто не надеется, что он выпрямится без посторонней помощи. От удара на консервной банке остаются глубокие вмятины. Все это проявления пластичности металла.

При художественной обработке металла имеет очень большое значение пластичность.

Высокую пластичность должен иметь металл, используемый для выколотки, чеканки, скани, инкрустации, басмы.

Алюминиевую проволоку можно легко строгать ножом, снимая тонкую стружку.

Алюминий мягче стали, из которой сделано лезвие ножа. В то же время, проведя алюминиевой проволокой по поверхности свинца, можно оставить на нем глубокую царапину. Свинец мягче алюминия и, разумеется, стали. Говоря иначе, сталь тверже алюминия, а алюминий тверже свинца.
Из металлов и сплавов, имеющих высокую твердость, изготавливают всевозможные инструменты: напильники, пилы, сверла, зубила, фрезы, стамески, рашпили, инструменты гравера и резчика по дереву. Инструменты из инструментальной стали обязательно закаляют, благодаря чему увеличивается твердость их рабочей части.
Прочность и твердость металла можно увеличить не только путем термической, но и химико-термической обработки: цементации и азотирования стали, цианирования и др.
Наиболее дешевым и производительным является упрочнение металлических изделий способом поверхностного наклепа. Сейчас разработаны методы упрочнения поверхности металлических изделий нейтральным потоком, но суть остается прежняя: на поверхности металла образуется плотный твердый слой. Его умели создавать еще в медном веке. Чтобы сделать прочным и твердым лезвие медного топора или ножа, их тщательно проковывали на наковальне. При увеличении прочности и твердости соответственно уменьшались пластичность и вязкость меди. Да и теперь такой способ упрочнения металла широко применяется в быту. В сенокосную пору по утрам и вечерам в деревнях слышен дробный перестук молотка. Это отбивают косы перед выходом на покос или же впрок, к следующему утру. Выражаясь техническим языком, крестьяне упрочняют жало косы «методом поверхностного наклепа».
Технологические свойства имеют очень важное значение при выборе металла и его последующей обработке. Найти металл, свойства которого были бы идеальными для какого-то конкретного изделия, не так-то просто. Взять хотя бы обычную кастрюлю. В старину ее делали из меди, так как медь является хорошим проводником тепла, но она быстро окислялась от приготавливаемой в ней пищи. На помощь меди еще в XVIII веке пришел другой металл, стойкий к воздействию слабых кислот, олово. Медную посуду, в том числе и знаменитые русские самовары, обязательно лудят изнутри. Таким образом, верхний слой посуды был медным, внутренний — оловянным.
 
 
 

Теплопроводность древесины советы рекомендации справочник значения САЕ Дереворежущий инструмент Украины

 

Мы все знакомы с относительной теплопроводностью дерева. Вернее будет сказать, с его не-теплопроводностью, поскольку дерево знаменито своими качествами теплоизоляции, а не теплопроводности. Образ «тёплого» дерева вполне объясним с точки зрения теории теплопроводности. Ощущение теплоты или холода зависит не только от температуры предмета, к которому мы прикасаемся, но и от скорости, с которой он передаёт или отбирает тепло нашей кожи. К примеру, если вы касаетесь холодного металла, то он отбирает тепло в сотни раз быстрее, чем холодное дерево. Хотя их температура и одинакова, ваши ощущения таковы: дерево теплее. Именно поэтому в течение многих столетий дерево используют в качестве материала для изготовления ружейного ложа, сидений и рукояток инструмента. Сравнительные значения теплопроводности различных материалов приведены в таблице:

Приблизительные термические свойства различных материалов
Материал

К*

R**

Воздух

0. 16

6.25

Вода

4

0.25

Лёд

15

0.07

Стекло

5

0. 2

Кирпич

4.5

0.22

Бетон

7.5

0.13

Мрамор

17

0. 06

Сталь

310

0.003

Алюминий

1400

0.0007

Теплоизоляция (стекловата, мин. вата, пенополиуретан, и т.д.)

0.2-0.3

3.3-5.0

Дерево (сухое, в направлении перпендикулярно волокну)

0.4-1.2

0.8-2.5

* К – коэффициент теплопроводности (выраженный как количество BTU, проходящих через материал в час, на дюйм толщины, на квадратный фут поверхности, на разницу в градусах температуры по Фаренгейту между тёплой и холодной стороной.

** R =1/К – тепловое сопротивление материала, представляет собой теплоизоляционное качество материала

Очевидно, что чем выше значение R, тем лучше теплоизоляционные свойства материала. Приведённые в таблице значения для дерева показывают разницу между свойствами различных пород в сухом виде. Вообще, теплопроводность дерева зависит от его плотности и уровня влажности следующим образом:

К = S ( 1,39 + 0.028 MC ) + 0.165

где К – коэффициент теплопроводности в BTU/ft2/0F/hr/in., S – плотность, а МС – уровень влажности в %. Т.е. увеличение плотности и уровня влажности ведёт к повышению теплопроводности, или к потере теплоизоляционных качеств.

Для большинства хвойных пород, применяемых в строительстве, значение К будет равно или чуть меньше 1, а значение R чуть больше 1. Например, для еловой доски с плотностью 0.40 и средним уровнем влажности в 10 %,

К = 0.40 ( 1.39 + 0.028 х 10 ) + 0.165 = 0.833

Принимая во внимание критическое состояние наших энергетических ресурсов, понятно, что потеря тепла в зданиях и сооружениях – серьёзная забота. Из данных, приведённых в таблице, отчётливо видно, что дерево – лучший теплоизолятор, чем другие строительные материалы. Оно в семь раз эффективней бетона, в 300 раз эффективней стали и в 1400 раз эффективней алюминия той же толщины. Хотя материалы, производимые специально для теплоизоляции (стекловата, минеральная вата, пенополиуретановая пена и т.п.) и превосходят дерево по своим свойствам в три-четыре раза, во многих случаях, особенно там, где требуются прочность, красота и теплоизоляция, дерево остаётся приемлемым компромиссом и логическим выбором.

Значение К для воды составляет 4, а для льда –15, из чего можно сделать вывод, что для того, чтобы сохранить теплоизолирующий потенциал, дерево и другие материалы необходимо поддерживать в сухом состоянии.

 

Домашние эксперименты и задания при изучении темы «Виды теплопередачи»

Целью работы является обобщение экспериментальных заданий, проведенных учащимися 8 – го класса в домашних условиях при изучении различных видов теплообмена.

Задачи:

  1. Изучить дополнительную литературу по теме «Виды теплообмена».
  2. Провести экспериментальные работы в домашних условиях.
  3. Проанализировать и обобщить результаты экспериментов. Соотнести свои результаты с выводами, предложенными в учебнике.
  4. Привести дополнительные примеры из жизни (не включая материалы из учебного материала).
  5. Разработать рекомендации «Полезные советы» с применением выводов темы «Виды теплообмена».

I. Эксперименты по теплопроводности.

  1. В стеклянный и алюминиевый стаканы одинаковой массы и одинаковой емкости одновременно налейте одинаковое количество горячей воды. Прикосновение рукой к стаканам покажет, что алюминиевый стакан прогревается быстрее, это происходит потому, что теплопроводность алюминия выше, чем теплопроводность стекла.
  2. Налейте чай в алюминиевую и фарфоровую кружки. Когда будем пить чай из алюминиевой кружки, то мы сильнее обожжем губы, чем из фарфоровой, так как, когда мы касаемся губами кружки и охлаждаем тем самым некоторый ее участок, большее количество теплоты от горячего чая передается губам через алюминиевую кружку, так как теплопроводность алюминия выше, чем у фарфора.
  3. На деревянный цилиндр или брусок накалываем ряд кнопок (можно их них изобразить какую-нибудь фигуру). Оборачиваем брусок или цилиндр одним слоем бумаги и помещаем в пламя свечи на непродолжительное время. Происходит неравномерное обугливание бумаги, меньше в тех местах, где бумага касается кнопок, из-за того, что теплопроводность металла выше, чем у дерева.
  4. Комнатный термометр заворачиваем в шубу и проверяем, меняются ли его показания через некоторое время. Это конечно не происходит, продемонстрировав этот эксперимент родителям, объясняем, почему же не греет шуба. (Шуба сама не может греть, так как сама не является источником энергии, она лишь является теплоизолятором, не давая зимой нам мёрзнуть, к тому же между телом человека и шубой находится воздушная прослойка).

Для того, чтобы лучше понять суть явления теплопроводности, нужно объяснить следующие явления:

а) почему металлические предметы кажутся холоднее, чем деревянные, при одной и той же температуре?

Ответ: Дерево имеет плохую теплопроводность, поэтому, когда мы прикасаемся к деревянному предмету, нагревается лишь небольшой участок тела под рукой. Металл же обладает хорошей теплопроводностью, поэтому при контакте с рукой нагревается гораздо больший участок. Это приводит к большему теплоотводу от руки и ее охлаждению.

б) почему ручки кранов и баков с горячей водой делают деревянными или пластмассовыми?

Ответ: дерево и пластмасса обладают плохой теплопроводностью.

в) обыкновенный или пористый кирпич обеспечивает лучшую теплоизоляцию здания?

Ответ: Пористый кирпич в своих порах содержит воздух, который обладает плохой теплопроводностью, поэтому он обеспечивает лучшую теплоизоляцию здания.

г) применяется ли воздух как строительный материал?

Ответ: Да, применяется, ведь пеноматериалы, пористый кирпич, стекловата содержат воздух, имеющий плохую теплопроводность.

е) в зависимости от того, какой объем занимают поры пенопласта, плотность его различна. Зависит ли теплопроводность пенопласта от его плотности?

Ответ: Чем меньше плотность пенопласта, тем больше пор, которые занимает воздух , обладающий плохой теплопроводностью. Следовательно, чем меньше плотность пенопласта, тем меньше его теплопроводность.

ж) зачем вставляют двойные рамы?

з) почему птицы чаще замерзают на лету?

Ответ: В мороз птицы сидят нахохлившись, что создает вокруг их тела воздушную оболочку. При полете воздух у тела птицы все время меняется, отнимая тепло.

II.  Эксперименты по конвекции.

  1. Охлаждение кастрюли с горячей жидкостью проводилось двумя способами: 1 — кастрюля ставилась на лед и 2 — лед помещался на кастрюлю.
    Во втором случае охлаждение происходило быстрее. Объясняется это следующим. Когда мы кладем лед на кастрюлю, верхние слои охлаждаются и становятся тяжелее, в результате они опускаются вниз. На их место приходят более нагретые слои жидкости. Таким образом, в результате конвекции происходит охлаждение жидкости. Во втором случае конвекция не будет происходить, т.к. охлаждение будет происходить снизу, и холодные слои подняться вверх не могут, процесс охлаждения будет проходить медленно, перемешивание жидкости не происходит. Таким образом, мы можем предложить родителям охлаждать любые продукты сверху: класть их не на лед, а поверх льда, ведь они охлаждаются не столько льдом, сколько холодным воздухом, который опускается вниз.
  2. Определялась скорость естественного перемешивания воды в двух случаях: 1 — холодную воду наливают в горячую и 2 — горячую воду наливают в холодную. Для этого эксперимента необходим секундомер или часы с секундной стрелкой и термометр. Объемы холодной и горячей воды необходимо взять равными. Термометром контролируется установившаяся температура, а по секундомеру или часам — время. Скорость выравнивания температур будет выше когда будет наливать холодную воду в горячую, так как горячая вода будет подниматься вверх, а холодная - опускаться вниз. Таким образом, перемешивание будет происходить быстро и равномерно. Значит и температура выровняется быстрее.
  3. Зажженная свеча накрывается стеклянной цилиндрической трубкой, при этом пламя уменьшается и может погаснуть, т.к. горение происходит при наличии кислорода, а в данном опыте конвекционные явления происходить не могут, притока воздуха нет. Если трубку приподнять, то свеча загорит ярче. Если же трубку не поднимать, а опустить в нее бумажную перегородку, не доходящую до пламени, то оно увеличится. В этом случае вдоль бумаги будет опускаться холодный воздух, вытесняя нагретый, в котором кислорода мало, тем самым, увеличивая приток кислорода к пламени.
  4. В стихотворении А. С.Пушкина «Кавказ» есть такие строки: «Орел, с отдаленной поднявшись вершины, парит неподвижно со мной наравне». Явление, что крупные птицы могут парить в воздухе, держась на одной высоте, не взмахивая крыльями, объясняется тем, что нагретый у земли воздух поднимается на значительную высоту, эти теплые потоки и удерживают птицу с распростертыми крыльями в воздухе.

Кроме этих экспериментальных заданий были получены ответы на вопросы:

а) почему дует от плотно закрытого окна в холодное время?

Ответ: Стекло имеет более низкую температуру, чем температура в комнате. Воздух, находящийся вблизи стекла охлаждается и опускается вниз, как более плотный, затем нагревается у батареи и вновь перемещается по комнате. Это перемещение воздуха и ощущается вблизи окна.

б) где лучше предусмотреть расположение форточки?

Ответ: форточку лучше располагать в верхней части окна. Теплый воздух более легкий, он располагается в верхней части комнаты, ему на смену будет приходить более холодный воздух с улицы. При таком расположении форточки будет осуществляться более быстрое проветривание комнаты.

в) когда тяга в трубе лучше — зимой или летом?

Ответ: тяга будет лучше зимой, когда разница между температурой воздуха, нагретого в трубе и наружного — будет больше, тогда перепад давления вверху и внизу трубы будет существенней.

г) какую роль играет конвекция при нагревании воды в чайнике?

Ответ: нагретые слои воды, как более легкие, поднимаются вверх, уступая место холодным. Таким образом, за счет перемещения конвекционных потоков происходит нагрев всей воды в чайнике.

д) почему выше ламп накаливания чернеет абажур или потолок?

Ответ: От ламп накаливания поднимаются конвекционные потоки воздуха, увлекающие за собой частички пыли, которые затем оседают на абажуре или потолке.

е) почему листья осины колеблются даже в безветренную погоду?

Ответ: по сравнению с другими деревьями, у листьев осины длинные и тонкие черенки. Над землей имеются вертикальные конвекционные потоки даже в безветренную погоду. Благодаря своему строению, листья осины чувствительны к любым, даже незначительным колебаниям воздуха.

ж) можно ли с помощью вентилятора сохранить мороженое?

Ответ: Нет, нельзя, т. к. поток воздуха, идущий от вентилятора будет все время уносить холодный воздух, образующийся вокруг мороженого, тем самым, ускоряя процесс обмена воздуха, и мороженое будет таять быстрее.

з) какие природные явления происходят за счет конвекции?

Ответ: ветры, дующие в земной атмосфере; существование теплых и холодных морских течений, процессы горообразования.

III. Эксперименты по излучению.

  1. Берем стакан, имеющий грани. Грани стакана изнутри заклеиваем полосками белой и черной бумаги. В стакане устанавливаем свечку так, чтобы она стояла в центре стакана (отцентрировать можно с помощью кружков картона с отверстием в центре). К каждой полоске бумаги приклеиваем пластилином шляпки кнопок. Фитиль свечки должен немного не доходить до края стакана. После того, как свечка будет зажжена наблюдаем, что с черных полосок начнут отлетать кнопки. Опыт иллюстрирует, что белый цвет отражает падающие на него лучи, а черный их поглощает, поэтому черные грани и нагрелись быстрее и кнопки от них отклеились в первую очередь.

Для понимания этого явления были получены ответы на следующие вопросы:

а) почему снег в городе тает быстрее, чем за городом?

Ответ: снег в городе более грязный, поэтому он лучше поглощает энергию и тает

б) в каком из двух сосудов закипит быстрее вода в светлом или закопченном?

Ответ: В закопченном, т. к. эта поверхность будет лучше поглощать энергию.

в) почему колбу термоса делают зеркальной?

Ответ: чтобы исключить нагрев лучистой энергией.

IV. Полезные советы.

  1. Охлаждение продуктов происходит быстрее, если источник холода разместить вверху, а не внизу.
  2. Для быстрейшего охлаждения кофе или чая нужно наливать холодное молоко в горячий напиток.
  3. Оконные рамы нужно закрыть более плотно как изнутри, так и снаружи. Тогда потери тепла будут меньше.
  4. В сильный мороз под шубу лучше одеть не один толстый свитер, а «многослойную» одежду.
  5. Если нужно быстро растопить снег или лед, его необходимо посыпать темным порошком или золой.
  6. В жаркое время года лучше носить светлую одежду.
  7. Безопаснее использовать фарфоровые кружки, чем алюминиевые.

Заключение.

Явления, с которыми мы постоянно сталкиваемся в быту, изучались не только на уроке, но и дома, где учащиеся могли продемонстрировать их родителям. Эти эксперименты, вопросы помогли лучше усвоить тему «Виды теплопередачи». Анализ результатов позволил предложить «Полезные советы» Необходимо отметить , что все экспериментальные работы необходимо проводить очень аккуратно, с соблюдением техники безопасности.

Литература.

  1. А.А.Перышкин. Физика. учебник для 8 класса. Дрофа, М. 2004
  2. Кл. Э. Суорц. Необыкновенная физика обыкновенных явлений. Наука, М. 1986
  3. А.В. Аганов, Р.К. Сафиуллин, А.И. Скворцов, Д.А. Таюрский. Физика вокруг нас. «Дом педагогики», М. 1998
  4. Физика. Самостоятельные и контрольные работы по физике для 8 класса. «Илекса», М. 2006
  5. Ю.Г.Павленко. Начала физики. «Экзамен», М. 2005

Конспект НОД «Свойства дерева и металла»

Муниципальное автономное дошкольное образовательное учреждение

«Детский сад №3 комбинированного вида»

Конспект

познавательно-исследовательской деятельности

в старшей группе

Тема: «Свойства дерева и металла»

Подготовила и провела

Воспитатель:

Безменова О. Е

г. Петропавловск-Камчатский

2019 г.

Программное содержание.

Цель: Систематизировать знания детей о свойствах дерева и металла через организацию совместной деятельности.

Задачи:

Образовательные:

1. Расширять и закреплять знания детей о предметах, сделанных из разных материалов.

2. Уточнить и обобщить представления детей о свойствах и качествах дерева и металла: гладкий-шершавый, теплый-холодный, прочный-хрупкий, мягкий-твердый, тяжелый-легкий, металл нагревается, дерево горит.

3. Учить сравнивать предметы по характерным признакам.

4. Развивать умение изучать свойства материалов опытным путем.

5. Закрепить правила обращения с горячими предметами.

Развивающие:

1. Вырабатывать навыки полного ответа на вопрос воспитателя.

2. Продолжать развивать у детей внимание, память, логическое мышление, умения сравнивать, анализировать и делать выводы.

3. Способствовать обогащению словарного запаса воспитанников новыми словами.

4. Способствовать развитию познавательного интереса в процессе практической деятельности, развивать способность сравнения и классификации.

5. Продолжать развивать интерес к экспериментированию, учить высказывать свои предположения.

Воспитательные:

1. Воспитывать у детей стремление узнавать новое.

2. Воспитывать умение слушать взрослых и выслушивать ответы товарищей.

3. Воспитывать любознательность и самостоятельность детей. Повышать остроту зрения, зрительное внимание.

Виды детской деятельности: игровая, коммуникативная, познавательно – исследовательская, продуктивная.

Методические приемы: Сюрпризный момент, загадки, действия с предметами, дидактическая игра, элементарные опыты, наблюдение опыта, рассказ-беседа, рассматривание предметов, имитация действий, выполнение действий по словесной инструкции, объяснение педагога, оценка действий и деятельности детей.

Материалы и оборудование:

Демонстрационный: 2 коробки, большой гвоздь, карандаш, молоток, металлическая пластина, деревянный брусок, 2 гвоздя, таз с водой, металлическая ложка, деревянная ложка, миска с горячей водой.

Раздаточный: гвоздики и деревянные палочки, металлические пластины, деревянные бруски и миска с водой по количеству детей, картинки с изображением предметов сделанных из разных материалов.

1. Организационный момент.

Сегодня к нам пришли гости. Давайте их поприветствуем.

Придумано кем – то

Просто и мудро

При встрече здороваться!

— Доброе утро!

— Доброе утро

Солнцу и птицам!

— Доброе утро!

Приветливым лицам!

И каждый становится

Добрым, доверчивым!

Доброе утро длится до вечера!

— Ребята, сегодня утром я нашла в группе вот эти коробочки. Кто их сюда положил, я не знаю.

А вот и записка, наверное, это подсказка. Надо отгадать загадки, и мы узнаем, что в них лежит.

Цветной Ивашка

Деревянная рубашка,

Где носом проведёт

Там след кладёт. (Карандаш)

Металлический Антошка

На очень тонкой ножке,

По головке постучишь

Что-нибудь да смастеришь. (Гвоздь)

Молодцы ребята загадки отгадали.

Проблемная ситуация.

— А как нам узнать в какой коробке гвоздь, а в какой карандаш.

Если мы пошумим коробками, узнаем, в какой лежит гвоздь, а в какой карандаш.

Давайте откроем и посмотрим. (достаю по очереди)

— Из чего сделан гвоздь? (Ответ детей – Гвоздь сделан из металла)

— Если гвоздь из металла, про него можно сказать какой он? (Ответ детей – гвоздь металлический)

— Из чего сделан карандаш? (Ответ детей – Карандаш сделан из дерева)

— Если карандаш из дерева, про него можно сказать какой он? (Ответ детей – карандаш деревянный)

— Молодцы ребята. Сегодня мы познакомимся с металлом и деревом. И узнаем, чем они отличаются друг от друга. А сейчас предлагаю вам узнать немного важного и интересного о металле. Пройдите, пожалуйста, на стулья. Спина прямая, ноги вместе и слушайте внимательно.

Презентация

2 слайд. Когда- то давным-давно люди еще не знали, что такое металл. И многие нужные вещи делали из других материалов.

3 слайд. Например, иголки — из костей рыб, а топоры — из камня и дерева, но эти изделия были очень непрочные, часто ломались. Человеку нужен был новый материал.

4 слайд. Однажды человек увидел таинственную гору, которая извергала огонь и раскаленные камни. Как называются такие горы?

5 слайд. Когда извержение заканчивалось, камни остывали.

6 слайд. И тут человек понял, что существуют такие камни, которые при нагревании могут расплавиться, а затем, когда остынут, стать прочными и твердыми. И самые смелые люди стали искать такие камни.

7 слайд. Камни, которые находят глубоко под землей и приносят пользу человеку, называются полезными ископаемыми. (давайте повторим все вместе). И из таких полезных ископаемых добывают металл.

8 слайд. Металл не разрезать, как ткань ножницами, не распилить, как дерево. Если металл очень сильно разогреть, то он станет мягким и даже жидким, тогда его можно переливать, смешивать с другими металлами. А когда эта масса застынет – получится снова твердый сплав. Вот какое удивительное свойство у металла.

На заводах работают с металлом люди разных профессий.

9 слайд. Металлург – это специалист, который работает на металлургическом заводе, плавит металл. Сначала металл плавится в большой печи, затем из ковша выливается в специальные формы. Металлург берет пробу, чтобы узнать какого качества металл. После этого металл охлаждается. Металлург одет в специальную одежду: на голове защитная каска, толстая куртка и брюки, на ногах сапоги.

Как вы думаете, зачем металлургу каска? А зачем брюки и куртка? (Одежда сшита из специальной ткани, которая защищает от брызг и высокой температуры.

10 слайд. Токарь — специалист который на токарном станке занимается механической обработкой деталей из металла.

11 слайд. Сварщик — рабочий, который с помощью электричества соединяет металлические части предметов, как бы приваривая их к друг другу. Давайте повторим все вместе эту профессию.

Ребята, молодцы. Итак, скажите мне:

1. Где человек добывает полезные ископаемые (камни), для изготовления металла? (в природе)

2. Что нужно сделать, чтобы металл стал мягким и даже жидким? (сильно разогреть)

3. Кто такой металлург?

2. Основная часть

1. Дидактическая игра «Из чего сделано»

— Сейчас мы поиграем с вами в игру «Из чего сделано». Пройдите, пожалуйста к столу, встаньте вокруг него. Уберите салфетку и посмотрите, перед вами лежат предметы, сделанные из металла и дерева. Сейчас я проверю ваши знания. Будьте внимательны. Вы должны определить из дерева или металла сделан ваш предмет, и отнести (положить) его к соответствующей картинке, положить возле карандаша или гвоздя.

— Какой ты предмет принес? Из чего сделана ложка.

— Почему ты положила матрешку к карандашу?

— Назовите, а какие еще предметы делают из дерева? (Из дерева делают стол, стул, кровать, диван, дверь)

— А ты какие знаешь предметы, сделанные из металла. (Из металла делают ложка, вилка, кастрюля, плита)

— Из дерева и металла делают много очень нужных предметов.

2. Физкультминутка

— Давайте с вами поиграем.

Выросли деревья в поле. Хорошо расти на воле! (потягиваются, руки в стороны)

Каждое старается, к небу солнцу тянется. (руки вверх)

Вот подул веселый ветер, закачались тут же ветки (машут руками)

Даже толстые стволы наклонились до земли (наклоны вперед)

Вправо-влево, назад-вперед, так деревья ветер гнет (наклоны)

Он их вертит, он их крутит, да когда же отдых будет (вращение туловищем)

Ветер стих. Взошла луна. Наступила тишина.

3. — Я предлагаю провести исследования. Садитесь на свои места, спина прямая, ноги вместе. У вас на разносах – все необходимое для занятия.

Сравнение дерева и металла.

— Давайте узнаем, чем предметы из дерева отличаются от предметов, сделанных из металла?

Сначала сравним их на ощупь.

Возьмите металлическую гайку.

— Какая поверхность у гайки? (поверхность у металлической гайки гладкая)

— А какая поверхность у бруска? (Правильно, здесь гладкая, потому что покрыта специальным материалом, а с боку посмотрите. (сбоку поверхность у деревянного бруска шероховатая).

— Какой вывод можно сделать? (металл гладкий, дерево шероховатое).

Молодцы ребята.

4. — Теперь приложите к одной щеке гайку, а к другой брусок.

— Что ты чувствуешь? (Гайка – холодная, брусок – теплый)

Какой вывод можно сделать? (металл – холодный, а дерево – теплое)

Все металлы обладают еще одним свойством, которое называется теплопроводность — от слов «проводить тепло».

— Сейчас вы убедитесь в этом.

Я очень осторожно положу в чашку с горячей водой деревянную и металлическую ложки.

— Как вы думаете, что произойдёт? (Металлическая ложка нагрелась, а деревянная нет).

— Правильно. (Дать потрогать каждому). Это свойство называется теплопроводность. Давайте повторим все вместе.

Какой вывод можно сделать? (дети: вывод такой, что металл проводит тепло).

Опыт «Вбить гвоздь в дерево и металл» (показ воспитателя)

— Давайте определим, что тверже, а что мягче? Смотрите за моими действиями. Что это за инструмент? (дети: молоток). Я возьму гвоздь и попробую вбить его в металлическую пластину. Получается? Почему нет? (потому что металл твердый)

— Я попробую забить гвоздь в деревянный брусок. Что происходит? (гвоздь входит в деревянный брусок). Почему? (потому что дерево мягче).

Какой вывод: дерево мягче металла. Или металл тверже дерева.

5. Определение «Тяжелое – легкое».

– Возьмите в правую руку брусок, а в левую гайку. Определите на вес, что легче, тяжелее? (дети: по весу металл тяжелый, а дерево легче).

— Вывод какой? Металл тяжелее дерева, или дерево легче металла.

7. — Посмотрите у вас на столе лежит гвоздь и ветка. Возьмите в руки гвоздь и попробуйте сломать его. Не получилось! Значит, он какой? (дети: гвоздь прочный) Теперь попробуйте сломать ветку. Что можно сказать? (ветка хрупкая).

— Какой можно сделать вывод? (дети: вывод такой, что дерево хрупкое, металл – прочный, металл прочнее дерева).

— Вот и хорошо.

8. Опыт «Тонет-плывет» (дети опускают в таз с водой гвоздь и палочку)

— А сейчас ребята в таз с водой кладем гайку и брусок.

-Какой можно сделать вывод? (дети: вывод металл тяжелее дерева (он тонет), дерево легче металла (не тонет).

9. Опыт «Что звонче»

-Давайте послушаем, как звучат деревянные и металлические предметы. Возьмите в руки деревянные ложки, и постучите одну ложку о другую. Возьмите металлические ложки и постучите. Какой можно сделать вывод? (вывод металл звонче, чем дерево).

3. Заключительная часть

— Я предлагаю подойти ко мне. Вам понравилось проводить исследования?

— У меня есть волшебная палочка. Передавая ее друг другу, назовите какие свойства дерева или металла вы сегодня узнали.

Дерево: шероховатое, легкое, теплое, мягкое, хрупкое, не нагревается.

Металл: гладкий, тяжелый, холодный, прочный, твердый, нагревается.

— За то, что вы активно работали, я вам вручаю медали знатоков. И хочу, чтобы вы помнили о свойствах дерева и металла.

Touch Metal, Touch Wood Эксперимент по изучению теплопроводности

Abstract

Цель этого эксперимента состоит в том, чтобы понять, почему кусок металла будет ЧУВСТВОВАТЬСЯ холоднее, а кусок дерева или пластика — теплее, когда они оба имеют одинаковую температуру. Для визуализации процесса теплообмена будет использоваться бесплатное программное обеспечение для теплового моделирования.

Введение

Мы переживаем это каждый день, например, когда мы выходим из теплого места, например, из душа, и у нас есть выбор сесть на металлический стул и кресло с подушкой, будет выбрано кресло с подушкой.Первая мысль, которая приходит на ум, заключается в том, что металлический стул намного холоднее, чем мягкий, что делает его неудобным выбором; заблуждение состоит в том, что оба стула (если они находятся в одной комнате) имеют одинаковую температуру. Это явление связано с разницей в теплопроводности обоих материалов

Фон

Теплопроводность является мерой способности материала передавать тепло и прямо пропорциональна скорости теплопередачи. Металлы являются одними из лучших теплопроводников, тогда как; Неметаллы являются одними из лучших теплоизоляторов.

Материалы

Часть 1:

  • Компьютер с доступом в Интернет
  • Энергия 2D V2. 5

Часть 2 (дополнительно):

  • Кусок металла
  • Кусок дерева
  • Термометр (или любой другой метод измерения температуры)
  • 2 кубика льда

Процедура

Часть 1

  • Посетите https://www.thermtest.com и щелкните ссылку навигации по ресурсам
  • Нажмите на плитку с заголовком Программное обеспечение для теплового моделирования, это приведет вас на страницу с описанием программы
  • Версия программы для Windows доступна здесь.
  • После установки в верхнем левом меню нажмите Примеры -> Проводимость -> Сравнение теплопроводностей
  • Нажмите кнопку RUN , чтобы воспроизвести симуляцию, когда это необходимо

Часть 2

  • Для практического опыта найдите кусок металла и дерева (похожей формы и размера)
  • С помощью термометра (или другого метода определения температуры) измерьте температуру обеих частей
  • Если обе части имеют разную температуру, поместите их в одну и ту же комнату примерно на 15 минут
  • Положите одну руку на кусок дерева, а другую на кусок металла.
  • Положите по одному кубику льда на каждый кусок материала. Обратите внимание, какой кубик тает быстрее.

Заключение

Как видно из видео, тепло проходит через металл быстрее, чем через неметалл. В примере, когда человек касается куска металла, тепло от его руки отводится гораздо быстрее, чем от куска дерева или пластика. По сути, металл отводит тепло от вашей руки быстрее, чем тепло вашего тела может его заменить; температура вашей руки снижается.Это снижение температуры руки заставляет терморецепторы в вашей руке ЧУВСТВОВАТЬ металл холодным.

На самом деле существует особое свойство, которое управляет этим, тепловая эффузивность. Это комбинация теплопроводности и того, сколько тепла что-то может поглотить (теплоемкость). Он определяет температуру на поверхностях соприкосновения двух предметов. Прикосновение к объекту с высокой эффузивностью, например к металлу, приведет к тому, что температура вашей кожи упадет почти до температуры объекта, в то время как прикосновение к объекту с низкой эффузивностью, например к дереву, мало повлияет на вашу кожу.

Иди дальше

В предыдущем неизмененном примере свойства используемых материалов не совсем соответствовали свойствам дерева и металла. Теплопроводность древесины составляет 0,1 Вт на метр Кельвина (Вт/м-К), а металла – 1 Вт на метр Кельвина (Вт/м-К). Свойства этих материалов можно легко изменить, щелкнув правой кнопкой мыши -> Свойства -> Термический ИЛИ можно выполнить поиск в базе данных тепловых свойств Thermtest в красном поле ниже.

TC – Теплопроводность (Вт/м⋅K)

Выше приведен список свойств некоторых металлов и неметаллов, которые можно использовать для визуализации более реалистичной передачи тепла. Здесь можно найти больше свойств, просто введите материал, который вы хотите имитировать, или выберите из 50 наиболее распространенных материалов.

Для получения дополнительной информации:

Влияние термической обработки на теплопроводность древесины павловнии

Средняя начальная плотность 239. 52 кг/м 3 в диапазоне 226 и 252 кг/м 3 , а среднее значение теплопроводности составило 0,072 Вт/мК в диапазоне 0,066–0,086 Вт/мК. Подробные данные, относящиеся к образцам различных групп лечения, перечислены в таблице 1, где показаны усредненные значения для 8 образцов на лечение. Начальные значения теплопроводности были примерно на 15 % ниже, чем те, о которых сообщили Акилдиз и Кол (2010) для Paulownia tomentosa : 0,089–0,117 Вт/мК. Причиной разницы может быть то, что тестировались разные виды, которые имели более высокую плотность: 263–357 кг/м 3 .

Таблица 1 Начальные и средние значения плотности и теплопроводности древесины кири после обработки и после нее

Снижение плотности после термообработки было статистически значимым по сравнению с исходными значениями. Средние значения существенно различаются.

Теплопроводность термообработанной древесины кири (0,0711, 0,0678 и 0,0640 Вт/м·К) находится в верхнем диапазоне теплопроводности стандартных изоляционных материалов, таких как минеральная вата или пенополистирол. Хотя термообработка при 180 °C также вызвала снижение плотности, она не изменила теплопроводность.При 200°С и 220°С теплопроводность уменьшается параллельно уменьшению плотности. Обработка при 200°С и 220°С вызвала статистически значимое изменение теплопроводности по сравнению с исходными значениями. Апостериорный тест не показывает существенных различий между методами лечения. Однако различные методы обработки разделяют образцы на три группы.

Этот клон павловнии имел значительно более низкое значение начальной плотности по сравнению с другими породами древесины. Низкая плотность обусловлена ​​ее анатомическим строением: для древесины кири характерно большое количество паренхимы вокруг сосудов, а клетки паренхимы имеют большие просветы и тонкие клеточные стенки.Волокна также имеют относительно большие просветы и тонкие стенки. Поскольку плотность оказывает значительное влияние на тепловые свойства, исходная теплопроводность также была ниже по сравнению с другими породами древесины. Пористость древесины кири составляет от 75 до 85% (Kiaei 2013), что объясняет низкую начальную теплопроводность.

Этот результат несколько противоречит опыту с другими породами древесины. Пастори и др. (2017) показали снижение теплопроводности с продолжительностью термообработки древесины ели и тополя при 180 °С, но даже такая обработка повлияла на теплопроводность древесины ели и тополя.Для пихты кавказской и бука использовались разные температуры (170°, 180°, 190°, 200°, 212°C) в постоянное время, и после термообработки наблюдалось снижение плотности и теплопроводности (Кол и Сефил 2011). даже ниже 200 °C. Из-за своей низкой теплопроводности древесина кири показала более высокую теплостойкость во время термообработки по сравнению с древесиной с более высокой плотностью, что привело к более низкой или более короткой тепловой нагрузке на внутренние части материала, что могло бы объяснить, почему не было заметного изменения тепла. проводимость при 180 °C.

Лекция 35

Walker4e
Тест по чтению Два показанных ниже блока были нагреты до одинаковой температуры и помещены в парафин. воск. Тот факт, что они плавили разное количество воска, является следствием разного ______ два материала.
А. коэффициент излучения
Б. теплопроводность
C. удельная теплоемкость
D. скрытая теплота плавления
Ответ

sj6 20.13
Если 6.00 м 2 солнечный нагреватель собирает 550 Вт/м 2 , сколько времени нужно нагреть 0,189 м 3 (50 галлонов) воды из от 20°С до 60°С?
А. 3.10 мин
Б. 9,17 мин
С. 2,66 ч
Д. 2,5 дня
Ответ

км
Вы размешиваете немного сока с силой 20 Н на общее расстояние 30 м. Сколько тепла вы передали?
А. 143 кал
Б. 300 кал
С. 600 кал
D. 2510 кал
Ответ

км
Как изменится температура сока, если масса сока 2 кг? Используйте удельную теплоемкость воды.
А. 0,014°С
Б. 14°С
0,072°С
D. 71,7 °С
Ответ

gc6 14.q27
Кусок дерева, лежащий на солнце, поглощает больше тепла, чем кусок блестящей стали. Почему дерево не горячее стали?
А. Древесина имеет меньшую удельную теплоемкость.
B. Древесина имеет более низкую температуру.
C. Древесина имеет меньшую теплопроводность.
D. Древесина менее плотная, чем сталь.
Ответ

gc6 14.37
Две комнаты разделены кирпичной стеной площадью 16,0 м² и толщиной 12 см. Сколько лампочек мощностью 100 Вт необходимо для поддержания разницы температур в 20°С? через стену?
А. 69
Б. 46
К. 23
Д. 12
Ответ

gc6 14.q19
Температура земли меняется быстрее, чем близлежащая вода. Поэтому конвективные «морские бризы» днем ​​дуют ____ и _____ в течение ночи.
А. наземный … наземный
Б.наземный … морской
C. морской … наземный
D. оффшорный … оффшорный
Ответ

gc6 14.q28
Почему в ясную ночь Земля остывает быстрее, чем в пасмурную?
А. Облака переизлучают энергию обратно на Землю.
B. Облака препятствуют теплопроводности, как одеяло.
C. Облака способствуют тепловой конвекции.
D. Облака содержат скрытую тепловую энергию.
Ответ

sj6 20,49
Если 0.250 мм 2 нить накала с e = 0,950 излучает 2,00 Вт света, какова его температура?
А. 2000 К
Б. 2850 К
С. 3490 К
Д. 3683 К
Ответ

 

D. удельная теплоемкость

Алюминий имеет удельную теплоемкость в семь раз больше, чем свинца. Это означает, что алюминий хранит больше тепловой энергии, энергии, доступной для плавления большего количества количество парафина.

 

С. 2,66 ч

 

А. 143 кал.

 

С. 0,072°С

 

C. Древесина имеет меньшую теплопроводность.

Несмотря на то, что его температура примерно такая же или даже выше, чем у стали, на ощупь он холоднее, потому что тепло течет медленнее от дерева к вашей коже.

 

С. 23

 

Б. на суше … на море

 

A. Облака переизлучают энергию обратно на Землю.

Земля охлаждается в основном за счет излучения. Облака поглощают энергию излучающей Земли, и повторно излучать часть его обратно на Землю, уменьшая чистый объем потерь лучистой энергии.

 

С. 3490 К

Зависимость теплопроводности матов из целлюлозного волокна и матов из древесной стружки от плотности: исследование кажущейся теплопроводности крупных пор | Journal of Wood Science

Зависимость плотности от значений

k

На рисунке 3 показаны зависимости между плотностью мата и значениями k для двух типов матов.{ 2} = \, 0, 5 3 7) $$

(6)

Статистический анализ разницы между двумя уравнениями регрессии показал, что между уравнениями нет существенной разницы. (5) и (6). Это указывает на то, что значение 90 103 k 90 104 матов CF не зависит от направления теплового потока в соответствии с максимально возможной точностью измерения в этом эксперименте. Напротив, маты WS показали плохую корреляцию между плотностью и значением 90 103 k 90 104 . Была статистически значимая корреляция ( P  < 0.{ 2} = \, 0. 1 1 8) $$

(7)

Детальное рассмотрение значимости различий между средними значениями k для двух направлений теплового потока было проведено для двух диапазонов плотности мата: нижней половины (60–80 кг/м 3 ) и верхняя половина (80–100 кг/м 3 ). Результаты показали, что не было существенной разницы в нижней половине плотности мата, но была небольшая разница в 2 % (вверх < вниз) в верхней половине.{ 2} = \, 0,0 9 5) $$

(9)

Из уравнения. (8), было обнаружено, что значение 90 103 k 90 104 мата CF увеличивается примерно на 5 % при увеличении плотности мата на каждые 10 кг/м . Это говорит о том, что количество тепловых мостиков (которые облегчают передачу тепла за счет теплопроводности), образованных волокнами, увеличивается с увеличением плотности мата. Однако более внимательное изучение рис. 3 показывает, что для плотностей более 50 кг/м 3 значение k имеет тенденцию к выравниванию.Для дальнейшего изучения этого вопроса потребуются дополнительные экспериментальные данные с более широким диапазоном плотностей матов.

Хотя значительная корреляция ( P  < 0,01) также была обнаружена для матов WS, коэффициент корреляции был очень низким. Таким образом, зависимость значений k от плотности у матов WS намного ниже, чем у матов CF; на самом деле наклон уравнения регрессии примерно в четыре раза больше для матов CF. Это можно объяснить распределением крупных пор по размерам в матах WS, поскольку маты с более низкой плотностью обычно имеют более крупные крупные поры, в которых может происходить больший конвективный теплообмен, что приводит к более высоким значениям k .

Разница в значениях

k между матами CF и WS

В этом эксперименте мы исследовали маты CF и WS плотностью 60 кг/м 3 . На рис. 4 сравнивается внешний вид двух видов матов при такой плотности. Значения k , полученные из уравнений регрессии для матов CF и WS с плотностью 60 кг/м 3 , составляют 0,0364 и 0,0456 Вт/(мК) соответственно. Таким образом, значение 90 103 k 90 104 мата WS было в 1,25 раза выше, чем у мата CF.Если предположить, что сами материалы CF и WS имеют одинаковое твердое 90 103 k 90 104 -значение и, следовательно, теплопередача посредством твердотельной теплопроводности происходит в одинаковой степени при одинаковой плотности мата, указанная выше разница в 90 103 k 90 104 -значениях предположительно вызвана разница в передаче тепла через крупные поры.

Рис. 4

Внешний вид мата CF ( левый ) и мата WS ( правый ) плотностью 60 кг/м 3

Демонстрации теплопроводности

Эта страница отправной точки была организована Р.М. Маккей. Колледж Кларка, физика и метеорология.

Резюме

Вот три идеи для демонстрации теплопроводности вашим ученикам.

I. Тепловой поток вниз по металлическому стержню (или стержням) измеряется по времени плавления парафина в разных местах вдоль стержня. II. Стержень, сделанный наполовину из меди и наполовину из дерева, обернут в бумагу. При воздействии пламени деревянная сторона горит, а медная – нет. III. JAVA-моделирование двумерного теплообмена можно использовать в качестве продолжения любой из представленных выше демонстраций. IV. Кипяток в бумажном стаканчике.

Как настроить демонстрацию

I. В первой демонстрации время теплового потока вниз по металлическому стержню (или стержням) определяется по плавлению парафина в разных местах вдоль стержня. Эта ссылка от университетского консорциума по исследованию атмосферы (UCAR) показывает, как настроить эту демонстрацию. (больше информации) .
II. Это забавная демонстрация теплопроводности. Прикрепите медный (или алюминиевый) стержень встык к деревянному дюбелю такого же диаметра, обернув каждый лист бумаги. Используйте горелку Бунзена или ручную бутановую горелку для пламени. III. Это JAVA-моделирование двумерного теплообмена можно использовать в качестве продолжения любой из представленных выше демонстраций. IV. Кипяток в бумажном стаканчике. Наполните бумажный стаканчик водой примерно на половину-две трети. При поднесении к огню вода закипает, но бумага, соприкасающаяся с водой, не загорается. Используйте горелку Бунзена или ручную бутановую горелку для пламени. Нагрев сбоку также хорошо работает, когда вы используете полную чашку, чтобы верх не подгорел.

Как провести демонстрацию

I. Эта ссылка от университетского консорциума по исследованию атмосферы (UCAR) обсуждает, как сделать эту демонстрацию. (подробнее)
II. Стержень, сделанный наполовину из меди и наполовину из дерева, обернут в бумагу. Подвергните композитный стержень огню возле соединения, пока не станет ясно, что деревянная сторона горит, а медная сторона нет. Убедитесь, что бумага оборачивается по окружности стержня всего один раз или чуть меньше. Перекрывающаяся бумага, скорее всего, воспламенится независимо от того, из чего состоит брусок под ним: из дерева или из меди.Вы также можете обернуть бумагу вокруг деревянных и медных стержней по отдельности и показать, что бумага горит, когда обернута вокруг дерева, но не горит, когда обернута вокруг меди. Это упрощает работу, если у вас нет деревянных и медных стержней одинакового диаметра. III. Эта JAVA-симуляция 2-D теплопередачи. Инструкции предоставляются пользователям для создания собственного моделирования, но оно также настраивается с готовым моделированием. IV. Кипяток в бумажном стаканчике. Если чашка слишком толстая, она подгорит снаружи.Не используйте вощеный бумажный стаканчик. Кроме того, лучше всего подходят бумажные стаканчики с гладким дном (без выемки на дне), поскольку любая бумага, не находящаяся в прямом контакте с водой, скорее всего, сгорит при попадании в огонь.

Идеи для обсуждения этих демонстраций в классе

I. Эта ссылка от университетского консорциума по исследованию атмосферы (UCAR) (дополнительная информация) обсуждает несколько идей для вопросов студентов до, во время и после демонстрации. Эта ссылка от НАСА показывает изменение теплопроводности по стержню, а также содержит дополнительные идеи для обсуждения демонстрации со студентами. II. Стержень, сделанный наполовину из меди и наполовину из дерева, обернут в бумагу. При воздействии пламени деревянная сторона горит, а медная – нет. Это показывает, что медь способна довольно быстро отводить тепло от бумаги. IV. Кипяток в бумажном стаканчике. Это забавная демонстрация, которую можно сделать в большинстве курсов науки, чтобы побудить студентов думать. Кипение воды в бумажном стаканчике связано не только с передачей тепла через бумагу в воду, но также с теплоемкостью воды и поглощением скрытой тепловой энергии в процессе кипения. Вот соответствующая ссылка из U.C. Беркли.

Ссылки и ресурсы

И. Индикаторы проводимости
  • производства компании Boreal Laboratories представляют собой довольно недорогую готовую установку для полуколичественного измерения теплового потока по стержням, изготовленным из различных материалов.
  • Эта ссылка от НАСА показывает изменение теплопроводности по стержню. Винты, приклеенные горячим способом, отваливаются от стержня после того, как один его конец вставлен в пламя.
  • II. Вот видео (AVI 4.2 Мб), показывающее кипение воды в бумажном стаканчике, нагреваемом сбоку.

    Простое сравнение теплопроводности типичных материалов печи

    Пара моментов: Во-первых, я не думаю, что ваши значения теплопроводности для чугуна и стали точны. Цифры, которые я нахожу, составляют 27-46 БТЕ/час-фут-F для чугуна и 31 для мягкой стали (324-552 и 372 в единицах измерения, использованных выше). Другие источники показывают, что сталь немного выше, чем чугун, но чугун значительно различается в зависимости от плотности отливки. В любом случае, конечно, не разница в 3 раза, указанная выше.

    Стальная печь, скорее всего, будет сделана из более тонкого материала, чем чугун, так как это более прочный материал, и трудно сделать чугун таким же тонким, используя методы, которые, как я полагаю, обычно используются для печей. Это означает, что будет передаваться больше тепла при той же разнице температур, которая, вероятно, является основным отличием между стальными и чугунными печами.

    Однако кондуктивный теплообмен здесь не единственный. Существует также лучистая теплопередача, которая является функцией коэффициента излучения 90 103 90 104 поверхности (и, конечно, температуры поверхности, которая восходит к теплопроводности материала), и здесь существует широкий разброс.Я не нашел значений для чугуна, но для стали существует более чем 10-кратная разница между полированной сталью и окисленной сталью (полированная — более низкая излучательная способность и, следовательно, более низкая лучистая теплопередача). Можно было бы ожидать, что чугун будет ближе к окисленной стали, чем к полированной стали, но черная краска на стальных печах также поможет. Более грубая отделка чугуна также помогла бы (больше площадь поверхности), но блестящая краска, часто используемая на печах, особенно нечерных печах, работала бы наоборот.

    Существует также конвекция (перенос тепла через движущуюся жидкость, то есть воздух), но опять же, как и излучение, зависящее от температуры поверхности… так что в данном обсуждении основным фактором является теплопроводность.

    Итак: Мыльный камень. Я не нашел значения проводимости для мыльного камня, но я уверен, что теплопроводность немного ниже. И он толще. Однако толщина может быть (почти наверняка) частью проблемы. Теплопередача происходит не только изнутри наружу, она также перемещается в стороны от через материала, от горячей точки к более ).Тепло от горячего места в огне будет перемещаться вдоль стен в более прохладное место, немного нагревая это место (и охлаждая горячее место). При этом более толстый материал работает лучше (площадь бокового сечения больше). Это может объяснить, почему чугунные печи, будучи толще стали, лучше и почему мыльный камень даже более ровный.

    Есть также тепловая масса более толстого материала, сглаживающая колебания теплоотдачи дров, хотя опять же, я не знаю разницы между мыльным камнем и железом/сталью.

    Наконец, более низкая теплопроводность печи из мыльного камня может означать более горячий огонь, чем печь из железа или стали, но я действительно не знаю, так ли это.

    Видео с вопросами: понимание теплопроводности

    Стенограмма видео

    Какой из следующих материалов, вероятно, будет иметь самую низкую теплопроводность? а) железо, б) медь, в) золото, г) дерево, д) олово.

    Просматривая этот список возможных вариантов, мы замечаем, что четыре из этих пяти вариантов являются металлами.Это железо, медь, золото и олово. Это все металлические материалы. Когда дело доходит до их свойств проводимости, как с точки зрения проводимости электричества, так и с точки зрения теплопроводности, металлы выделяются тем, что они имеют избыточные свободно удерживаемые электроны.

    Например, рассмотрим атом меди. Если мы посмотрим на медь в периодической таблице элементов, то увидим, что ее атомный номер равен 29. Это означает, что нейтральный атом меди имеет 29 электронов. В его самой внутренней оболочке их два, а в следующей — восемь.Тогда в оболочке снаружи, что есть 18 электронов. И если мы подсчитаем все те электроны, которые мы добавили до сих пор, они в сумме дадут 28, а это означает, что у нас есть только один-единственный электрон здесь, в этой самой внешней оболочке.

    Этот электрон из-за того, что на этом энергетическом уровне всего один электрон и так далеко от ядра, склонен делиться с другими атомами. Его легко оторвать от этого конкретного. Таким образом, когда мы собираем целую группу атомов меди вместе, чтобы сформировать объемный материал, такой как проволока, каждый атом дает один электрон, который может свободно перемещаться по этой объемной структуре.

    Эти электроны отлично проводят электричество. И они также эффективно проводят тепло, тепловую энергию. Поскольку эти электроны настолько подвижны, они могут собирать энергию из одной части структуры и перемещать ее в другую часть. Делая это, они значительно увеличивают проводимость материала, как тепловую, так и электрическую.

    В дополнение к меди другие металлы из этого списка, железо, золото и олово, действуют аналогичным образом. Их молекулярная структура включает в себя свободно удерживаемые электроны, которые могут способствовать проводимости тепловой энергии.Другими словами, эти металлы обладают очень высокой теплопроводностью. Но в этом вопросе нас спрашивают, какой материал, вероятно, имеет самую низкую теплопроводность.

    С этой точки зрения мы будем искать один материал, который не является металлом. Это тот, который не имеет преимущества множества свободно движущихся электронов, которые помогают его проводимости. И мы видим, что этот материал — отборная древесина. Проводимости через древесину не способствуют свободно удерживаемые электроны, как в металлах.Поэтому мы ожидаем, что он будет иметь самую низкую теплопроводность из этого набора материалов.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.