Что больше расширяется при нагреве алюминий или сталь

Коэффициенты теплового расширения для различных материалов

Коэффициент объемного теплового расширения полукристаллического полипропилена.

Коэффициент линейного теплового расширения для некоторых марок сталей.

В этом разделе приведены коэффициенты для некоторых распространенных материалов.

Для изотропных материалов коэффициенты линейного теплового расширения α и объемного теплового расширения α V связаны соотношением α V  = 3 α . Для жидкостей обычно указывается коэффициент объемного расширения, и здесь для сравнения рассчитывается линейное расширение.

Для обычных материалов, таких как многие металлы и соединения, коэффициент теплового расширения обратно пропорционален температуре плавления . В частности, для металлов это соотношение:

α≈0,020Тм{\ Displaystyle \ альфа \ приблизительно {\ гидроразрыва {0,020} {T_ {m}}}}

для галогенидов и оксидов

α≈0,038Тм-7.0⋅10-6K-1{\ Displaystyle \ альфа \ приблизительно {\ гидроразрыва {0,038} {T_ {m}}} — 7,0 \ cdot 10 ^ {- 6} \, \ mathrm {K} ^ {- 1}}

В таблице ниже диапазон для α составляет от 10 -7 К -1 для твердых веществ до 10 -3 К -1 для органических жидкостей. Коэффициент α меняется в зависимости от температуры, и некоторые материалы могут сильно отличаться; см., например, изменение в зависимости от температуры объемного коэффициента для полукристаллического полипропилена (ПП) при разном давлении и изменение линейного коэффициента в зависимости от температуры для некоторых марок стали (снизу вверх: ферритная нержавеющая сталь, мартенситная нержавеющая сталь , углеродистая сталь, дуплексная нержавеющая сталь, аустенитная сталь). Самый высокий линейный коэффициент в твердом теле был зарегистрирован для сплава Ti-Nb.

(Для твердых тел обычно используется формула α V  ≈ 3 α .)

Материал Тип материала Линейный коэффициент CLTE α при 20 ° C (x10 −6 K −1 ) Объемный коэффициент α V при 20 ° C (x10 −6 K −1 ) Примечания
Алюминий Металл 23,1 69
Латунь Металлический сплав 19 57 год
Углеродистая сталь Металлический сплав 10,8 32,4
Углепластик –0,8 Анизотропный Направление волокна
Конкретный Совокупный 12 36
Медь Металл 17 51
Алмазный Неметалл 1 3
Спирт этиловый Жидкость 250 750
Бензин Жидкость 317 950
Стакан Стакан 8,5 25,5
Боросиликатный B Стакан 3.3 9.9 подобранный уплотнитель для вольфрама , молибдена и ковара .
Глицерин Жидкость 485
Золото Металл 14 42
Лед Неметалл 51
Инвар 1.2 3,6
Железо Металл 11,8 35,4
Каптон 20 60 DuPont Kapton 200EN
Вести Металл 29 87
Macor 9,3
Никель Металл 13 39
дуб Биологические 54 Перпендикулярно волокну
Дуглас-пихта Биологические 27 75 радиальный
Дуглас-пихта Биологические 45 75 касательный
Дуглас-пихта Биологические 3.5 75 параллельно зерну
Платина Металл 9 27
Полипропилен (PP) Полимер 150 450
ПВХ Полимер 52 156
Плавленый кварц Неметалл 0,59 1,77
альфа-кварц Неметалл 12–16 / 6–9 Параллельно оси a / оси c T = от –50 до 150 C
Резина Биологические оспаривается оспаривается см.
Сапфир Неметалл 5,3 Параллельно оси C или
Карбид кремния Неметалл 2,77 8.31
Кремний Неметалл 2,56 9
Серебряный Металл 18 54
» Ситалл » Стеклокерамика 0 ± 0,15 0 ± 0,45 в среднем от −60 ° C до 60 ° C
Нержавеющая сталь Металлический сплав 10,1 ~ 17,3 30,3 ~ 51,9
Сталь Металлический сплав 11,0 ~ 13,0 33,0 ~ 39,0 Зависит от состава
Титан Металл 8,6 26 год
Вольфрам Металл 4.5 13,5
Воды Неметалл 69 207
« Зеродур » Стеклокерамика ≈0,007-0,1 от 0 ° C до 50 ° C
ALLVAR Сплав 30 Металлический сплав −30 анизотропный проявляет отрицательное тепловое расширение в широком диапазоне температур

1.4. Температурные напряжения

Чтобы продемонстрировать относительную важность температурных напряжений, можно сравнить температурные напряжения с напряжениями, которые возникают при силовом нагружении . Предположим, что мы имеем брус, который нагружен силами в осевом направлении с продольными деформациями, которые даются равенством. ε = σ/Е

ε = σ/Е

, (2)

где σ

– напряжение, аЕ – модуль упругости. Далее предположим, что мы имеем идентичный брусок, которые подвержен изменению температурыΔT. Это означает, что этот брусок имеет температурные деформации согласно равенства (1). Приравнивание этих двух видов деформаций дает уравнение

σ = Е·α·ΔT (3)

Пример.

Вычислим осевое напряжение σ,

которое дает такие же деформации, как и изменение температурыΔT в стержнях из алюминиевого сплава и строительной (малоуглеродистой) стали при увеличении их температуры на 50 ºС.

Для алюминиевого стержня (α= 23·106, Е = 70000 Н/мм2 ):

σ = 70000·23·10-6·50 = 80,5 Н/мм2

Для стержня из малоуглеродистой стали (α= 12·106, Е = 210000 Н/мм2 ):

σ = 210000·12·10-6·50 = 126 Н/мм2

Отметим известный факт, что при одинаковом изменении температуры температурные напряжения в алюминиевом стержне составляют только 2/3 от величины температурных напряжений в стальном стержне. Так происходит потому, что величина температурных напряжений зависит от произведения

модуля упругости и коэффициента температурного расширения (см. формулу (3)). Поэтому, хотя коэффициент температурного расширения алюминия в два раза больше, чем у стали, но модуль упругости алюминия в три раза меньше, чем у стали.

Как видно из приведенных выше расчетов, температурные напряжения могут достигать величин, сравнимых с напряжениями от механических нагрузок. Поэтому термические воздействия на конструкции зданий необходимо учитывать наряду с другими нагрузками, как того и требуют нормативные документы .

Тепловое расширение металла

Известно, что все металлы при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Степень увеличения или уменьшения первоначального размера металла при изменении температуры на один градус характеризуется коэффициентом линейного расширения.

Таким образом, длина l какой-то детали после нагрева на температуру составит:

где а — коэффициент линейного расширения.

При наблюдении за изменением объема детали используют коэффициент объемного расширения, который определяется как утроенный коэффициент линейного расширения.

Материалы, имеющие большой коэффициент расширения, применяются в приборостроении для деталей автоматически действующих механизмов. При определенной температуре такие детали, удлиняясь, могут включать либо размыкать электрическую цепь.

Минимальный коэффициент линейного расширения имеет сплав Fe — Ni, называемый инваром. Его коэффициент расширения в 8 раз меньше железа.

Теплопроводность металлов

Различные детали теплотехнической аппаратуры — радиаторы автомобилей и самолетов, внутренние стенки рабочих камер холодильных установок, стенки котлов и т.д. — должны обладать способностью хорошо проводить тепло.

Детали и инструменты, подвергающиеся в процессе работы местным разогревай, также должны быстро отдавать это тепло, чтобы не (наступало оплавление.

Технические характеристики некоторых сплавов на основе алюминия

По технологическим особенностям сплавы подразделяются на основные группы:

  • литейные — обладают повышенными литейными технологическими свойствами;
  • деформируемые — легко поддаются обработке под давлением.

Например, создание алюминиевой конструкции, используемой в строительстве, требует особого вида сплава с повышенной прочностью, выдерживающего давление и нагрузку.

В зависимости от назначения составов на основе алюминия при их формировании руководствуются нормами и правилами, учитывающими:

  • проводимость тепла материалом;
  • точку перехода из расплава в твердое состояние;
  • наличие лигатурных компонентов, влияющих на технические параметры состава и повышающих прочность.

Соотношение основного компонента к добавкам влияет на показатель проводимости тепла сплава, учитывающегося при изготовлении радиаторов и других видов изделий, предназначенных для монтажа тепловых коммуникаций.

Сводные данные о проводимости тепла алюминиевых сплавов собраны в специальных справочниках. В них приводятся значения распространенных сплавов металла с кремнием, магнием, медью, цинком, дюралюминия. Имеются характеристики литейных сплавов при различных температурах с указанием теплофизических свойств состава. Основными считаются показатели:

  • плотности;
  • коэффициента теплопроводности;
  • коэффициента линейного теплового расширения;
  • температуры изменения прочности;
  • коррозионной устойчивости на воздухе;
  • удельного электрического сопротивления.

Анализ данных свидетельствует о зависимости коэффициента теплопроводности от роста температуры и состава материала. Низкая теплопроводность свойственна в основном литейным составам на основе алюминия с маркировками АК4, АЛ1, АЛ8.

Наиболее высокой плотностью обладают составы основного компонента с кремнием, цинком. Из легких материалов наиболее плотным является состав, содержащий магний. Содержание меди в материале повышает его прочность и устойчивость к коррозии.

Самые плотные сплавы с цинком и магнием

Чем выше содержание в составе на основе алюминия, тем больше его теплопроводность, которая увеличивается при нагревании материала. Наличие лития в составе сплава приводит к уменьшению значения коэффициента теплопроводности.

Он содержит в незначительных количествах (0,05–7%) примеси железа, кремния, марганца, титана, циркония, магния, цинка и 91–93,5% алюминия и предназначен для изготовления сварных изделий, работающих при комнатных или кратковременно повышенных температурах.

§ 9.2. Тепловое линейное расширение

Глава 9. Тепловое расширение твердых и жидких тел

Применительно к твердым телам, форма которых при изменении температуры (при равномерном нагревании или охлаждении) не меняется, различают изменение линейных размеров (длины, диаметра и т. п.) — линейное расширение и изменение объема — объемное расширение, У жидкостей при нагревании форма может меняться (например, в термометре ртуть входит в капилляр). Поэтому в случае жидкостей имеет смысл говорить только об объемном расширении.

Опыт показывает, что при небольших изменениях температуры изменение линейных размеров твердого тела прямо пропорционально изменению температуры (рис. 9.3). Так как удлинение при нагревании (или укорочение при охлаждении) зависит также от первоначальной длины тела, удобнее рассматривать не само удлинение тела, а относительное удлинение: отношение увеличения длины ωl = l — l0 к первоначальной длине l0. Относительное удлинение пропорционально изменению температуры ωt = t — t0:

Коэффициент пропорциональности α1 называют температурным коэффициентом линейного расширения. Он показывает, на какую долю своего первоначального значения изменяются линейные размеры тела при нагревании его на 1 К. Коэффициент линейного расширения зависит от природы вещества, а также от температуры. Однако, если рассматривать изменения температуры в не слишком широких пределах, зависимостью α1 от температуры можно пренебречь и считать температурный коэффициент линейного расширения величиной постоянной для данного вещества. Для большинства веществ этот коэффициент мал, его значения составляют 10-5—10-6К-1.

Особенно мал коэффициент линейного расширения в диапазоне температур от -30 до +100 °С у инвара (сплав железа и никеля). Поэтому инвар применяют для изготовления точных инструментов, используемых при определении размеров тел. Линейные размеры самого инструмента из инвара мало зависят от колебаний температуры.

Линейные размеры тела, как вытекает из формулы (9.2.1), зависят от изменения температуры следующим образом:

l = l0(1 + α1Δt). (9.2.2)

В формулах (9.2.1) и (9.2.2) обычно начальное значение температуры полагают равным нулю (t0 = 0 °С) и соответственно t0 считают длиной тела при этой температуре. На практике же начальная температура тела далеко не всегда бывает равна 0 °С. Тогда расчет длины тела при любой температуре можно выполнить так. Пусть при температуре t1 длина тела равна l1, а при температуре t2 она равна l2. Тогда, считая начальную температуру t0 = 0 °С, имеем

l1 = l0(1 + α1t1), l2 = l0(1 + α1t2).

Отсюда

Однако, учитывая, что значение α1 очень мало, формулу (9.2.3) можно упростить. Умножив числитель и знаменатель на 1 — α1t1, получим

Ввиду малости коэффициента α1 члены, содержащие малы по сравнению с членом, в который входит α1 в первой степени (точнее, ). Поэтому их можно отбросить. В результате формула для вычисления длины l2 оказывается более простой и достаточно точной для инженерной практики:

Решая задачи с учетом теплового линейного расширения тел, необходимо иметь в виду, что при изменении температуры меняется не только длина, но и все другие линейные размеры тела. Так, у круглого стержня при нагревании увеличивается диаметр, и притом во столько раз, во сколько увеличивается длина стержня. У пластинки в одно и то же число раз увеличиваются длина, ширина и толщина. Если начертить на пластинке какую-нибудь линию, то длина этой линии при нагревании увеличится в такое же число раз. У окружности увеличатся ее длина и диаметр.

При нагревании пластинки, имеющей круглое отверстие, диаметр отверстия тоже увеличится. Дело в том, что при равномерном нагревании в теле не возникают силы упругости. Поэтому расширение происходит так, как если бы пластинка была сплошной. Точно так же увеличивается при нагревании диаметр гайки, размеры раковины в толще металлической отливки и т. д.

В справедливости сказанного можно убедиться на опыте с металлическим шаром, о котором уже шла речь в § 9.1. Шар застревает в кольце, если его нагреть, и проходит с большим зазором, если нагреть кольцо. Наоборот, при охлаждении кольца шар застревает, а охлаждение шара увеличивает зазор между ним и кольцом.

Линейные размеры твердых тел увеличиваются прямо пропорционально росту температуры.

Теплопроводность сплавов алюминия

Теплопроводность алюминия — это технический параметр, характеризующий свойства металла и сплавы на его основе. Значение этого показателя учитывается при формировании составов для изготовления литейных, деформируемых изделий, промышленного производства деталей и установок.

Характеристики теплопроводности учитываются при использовании его в производстве.

Характеристика теплопроводности материалов

Понятие теплопроводности материалов характеризуется способностью переносить тепловую энергию в пределах определенного объекта от нагретых частей к холодным. Процесс осуществляется атомами, молекулами, электронами и происходит в любых телах с неравномерным распределением температуры.

С позиций кинетической физики этот процесс происходит в результате взаимодействия частиц молекул более нагретых участков в пределах образца с другими элементами, отличающимися низшей температурой. Механизм и скорость переноса теплоты зависит от агрегатного состояния вещества.

Категория теплопроводности предусматривает определение скорости нагревания образца материала и перемещение температурной волны в определенном направлении. Показатель зависит от физических параметров:

  • плотности;
  • температуры фазового перехода в жидкое состояние
  • скорости распространения звука (для диэлектриков).

Коэффициент теплопроводности равен количеству теплоты, которая проходит через единицу площади однородного материала за единицу времени при разнице температуры.

Физические свойства алюминия

Химический элемент алюминий имеет кубическую кристаллическую структуру. Его удельный вес при 20 °C составляет 2,7 г/см³, температура плавления — +657…+660,2 °C, скрытая теплота плавления — 94,6 °C.

Алюминий высокой чистоты кипит при +1800…+2060 °C. При нагревании увеличивается показатель удельной теплоемкости металла, проводимость тепла и коэффициент линейного расширения.

Электропроводность алюминия возрастает с понижением температуры: при 189 °C составляет 156 ед., а при 400 °C — 12,5.

Среди химических элементов алюминий отличается высокой активностью. Он легко реагирует с кислородом, образуя плотную окисную пленку, предохраняющую металл от дальнейшего влияния среды.

Свойства сплавов определяются входящими в его состав элементами.

По мере повышения температуры в металле растворяется водород, повышающий пористость материала. Примеси щелочных химических элементов (калия, натрия, кальция), кремния, магния способствуют резкому увеличению пористости алюминия.

Тепловые свойства чугуна

У чугуна, как и у любого металла, присутствуют следующие свойства: тепловые, физические, механические, гидродинамические, электрические, технологические, химические. Каждые свойства рассмотрим подробнее.

Это видео рассказывается о структуре и составе чугунных сплавов и зависимости их свойств от определенного состава:

Теплоемкость

Тепловую емкость чугуна определяют с помощью правила смещения. Когда теплоемкость чугуна достигает температурного периода, начало которого начинается с температуры, значение которой больше фазовых превращений и заканчивается на отметке равной температуры плавления, то теплоемкость чугуна принимает значение 0,18 кал/Го С.

Если значение температуры плавления превышает абсолютное значение, то теплоемкость равна 0,23±0,03 кал/Го С. Если происходит процесс затвердения, то тепловой эффект равняется 55±5 кал. Тепловой эффект зависит от количества перлита, когда происходит перлитное превращение. Обычно он принимает значение 21,5±1,5кал/Г.

За величину объемной теплоемкости принимают произведение удельного веса на удельную теплоемкость. Для твердого чугуна эта величина составляет 1 кал/см3*ºС, для жидкого – 1,5 кал/см3*ºС.

Удельная теплоемкость чугуна равна 540 Дж/кг С.

Удельная теплоемкость чугуна и других металлов в виде таблицы

Теплопроводность

В отличие от теплоемкости, теплопроводность не определяется по правилу смещения. Только в случае изменения величины графитизации, на теплопроводность будет влиять состав чугуна.

Температуропроводность

Значение температуропроводности твердого чугуна (при крупных расчетах) может быть принята равной его теплопроводности, а жидкого чугуна – 0, 03 см2*/сек.

О том, какую чугуны имеют температуру плавления, читайте ниже.

Температура плавления

Чугун плавится при температуре 1200ºС. Это значение температуры ниже температуры плавления стали на 300 градусов. При повышенном содержании углерода, этот химический элемент имеет на молекулярном уровне тесную связь с атомами железа.

В процессе плавления чугуна и его кристаллизации углеродная составляющая не может полностью пронизать структурную решетку железа. Вследствие этого материал чугун примеряет на себя свойство хрупкости. Чугун используют для деталей, от которых требуется повышенная прочность. Однако чугун не применяют при изготовлении предметов, на которые будут действовать постоянные динамические нагрузки.

В таблице ниже указана температура плавления чугуна в сравнении с другими металлами.

Температура плавления чугуна и других металлов

Теплопроводность стали, меди, алюминия, никеля и их сплавов

Обычное железо и цветные металлы имеют разное строение молекул и атомов. Это позволяет им отличаться друг от друга не только механическими, но и свойствами теплопроводности, что, в свою очередь, влияет на применение тех или иных металлов в различных отраслях хозяйства.

Таблица 2

Сталь имеет коэффициент теплопроводности, при температуре окружающей среды 0 град. (С), равный 63, а при увеличении градуса до 600, он снижается до 21 Вт/м*град. Алюминий, в таких же условиях, наоборот – увеличит значение от 202 до 422 Вт/м*град. Сплавы из алюминия, будут также повышать теплопроводность, по мере увеличения температуры. Только величина коэффициента будет на порядок ниже, в зависимости от количества примесей, и колебаться в пределах от 100 до 180 единиц.

Медь, при изменении температуры в тех же пределах, будет уменьшать теплопроводность от 393 до 354 Вт/м*град. При этом, медь содержащие сплавы латуни будут иметь такие же свойства, как и алюминиевые, а значение теплопроводности будет изменяться от 100 до 200 единиц, в зависимости от количества цинка и других примесей в составе сплава латуни.

Коэффициент теплопроводности чистого никеля считается низким, он будет менять свое значение от 67 до 57 Вт/м*град. Сплавы с содержанием никеля, будут также иметь коэффициент с пониженным значением, который, благодаря содержанию железа и цинка, колеблется от 20 до 50 Вт/м*град. А наличие хрома, позволит понизить теплопроводность в металлах до 12 единиц, с небольшим увеличением этой величины, при нагреве.

С какой силой расширяются вещества при нагреве?

.. вопрос в том не затратиться ли на тепло больше энергии, чем …..

Затратится!!! Обязательно затратится… …Попробую объяснить в том-же стиле, в котором объяснял дочке когда-то…)))) Итак, мы знаем, что температура — ото хаотичное движение частиц.Т.е., атомы дёргаются»туда-сюда»… Мы трогаем пальцами тело… Его дёргающиеся атомы толкаются с атомами наших пальцев и они тоже начинают дёргаться… Мы чувствуем тепло!!! Чем больше мы подведём энергии (тепла), тем сильнее они будут дёргаться!!! (Это и есть температура). При «абсолютном нуле» атомы совсем остановились! Всё!!! Отвести от них энергию (убрать тепло) нельзя — она закончилась!!! При этом атомы притянулись друг к другу на наиближайшее расстояние! (Ничего не мешает им это сделать)… Начинаем подводить энергию (нагревать). Атомы получают энергию… (В чистом виде, а не в тех, которые ощущаются нашими органами чувств!!!). Что они могут с ней делать??? Только двигаться!!! (Они больше ничего не умеют)) ) Итак, получая её, они начинают «шевелиться»… Сперва чуть-чуть…Потом всё сильнее и сильнее… Амплитуда возрастает…На это им нужно больше места… И постепенно, они «расшатываются», увеличивая расстояние между собой… (Тепловое расширение)… Если подводить энергию дальше (продолжать греть), то неизбежно наступит тот момент, когда эта их тряска разрушит кристаллическую решётку!!! Атомы накопят столько энергии, что преодолеют гравитационные силы и оторвутся друг от друга!!! (Переход в другое агрегатное состояние — ЖИДКОСТЬ!!!). Если и дальше греть — они уже не дёргаются!! Они уже летают, «сталкиваются и рикошетят»… И наступит тот момент, когда их энергия позволит им разлетаться друг от друга на вообще огромные расстояния (ГАЗ!!!)

А энергия-то, которую мы подводили (тепло)… ОНА НИКУДА НЕ ДЕЛАСЬ!!!! Она была просто «поделена между частицами) и каждая частица обладает её частью!!! (Потому и летает!)))). Теоретически её можно забрать у них обратно…И они потихоньку будут терять свою скорость… (А что они ещё могут терять при неизменной массе???))))). По мере отвода энергии они будут сближаться… Всё «поехало обратно»… …И вот они опять «слиплись» в кристаллическую решётку (Но всё ещё немного дёргаются… Мы пока не всю энергию у них отобрали… Поэтому гравитационные силы не могут их притянуть совсем уж «до упора друг в друга» (Тело расширено)… Но вот мы отобрали всю… Она у них закончилась… Дёргаться у них уже нет сил!!! (При чём, в прямом смысле! Чтобы приложить СИЛУ, необходимо затратить ЭНЕРГИЮ! А её у них уже нет!!!)))). Гравитация радостно стянула их друг к другу, пока не слиплись… Всё!!! Покой!!! ОБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ!!! -273!!!… По проклятому Цельсию!!! ….)))))))

Так вот… Энергия НИКУДА НЕ ДЕЛАСЬ!!! Её не стало нибольше, ни меньше!!! Сколько мы «влили», столько и отвели потом!!! А вот, если бы отвели раньше… Если бы в середине этого процесса мы отобрали у атомов энергию посредством механики, а не тепла, то они просто, потеряв её, быстрее сблизились бы….(Тело остыло).

Я к чему… Энергия — она и есть энергия!!! Это для наших органов чувств она может быть механической, или тепловой… Для атомов же она одинакова!! (На их уровне «тепло» — это движение! ) И когда тело, расширяясь, выполнит какую-то работу — ото означает отвод ПОДВЕДЁННОЙ ВАМИ РАНЕЕ энергии. Тело при этом ОСТЫВАЕТ!!!… П.С. Как пример… Летящая пуля обладает энергией! Резко её остановите!!! (Удар в броню). Энергия, которая до этого тратилась на полёт пули дальше не может обеспечивать этот полёт!!! Но атомы пули обладают этой энергией.. И они начнут её использовать единственным доступным им методом: двигаться — пуля раскалится!!! П.П.С. Предваряю: не путайте понятия «энергия», «сила» и «работа». Эти понятия разные!!! Хоть и связанные… (Просто, большинство «Перпетуммобилистов» как раз этим и грешат….

1.4. Температурные напряжения

Чтобы продемонстрировать относительную важность температурных напряжений, можно сравнить температурные напряжения с напряжениями, которые возникают при силовом нагружении . Предположим, что мы имеем брус, который нагружен силами в осевом направлении с продольными деформациями, которые даются равенством. – напряжение, аЕ – модуль упругости

Далее предположим, что мы имеем идентичный брусок, которые подвержен изменению температурыΔT. Это означает, что этот брусок имеет температурные деформации согласно равенства (1). Приравнивание этих двух видов деформаций дает уравнение

– напряжение, аЕ – модуль упругости. Далее предположим, что мы имеем идентичный брусок, которые подвержен изменению температурыΔT. Это означает, что этот брусок имеет температурные деформации согласно равенства (1). Приравнивание этих двух видов деформаций дает уравнение

Вычислим осевое напряжение σ,

которое дает такие же деформации, как и изменение температурыΔT в стержнях из алюминиевого сплава и строительной (малоуглеродистой) стали при увеличении их температуры на 50 ºС.

Для алюминиевого стержня (α= 23·106, Е = 70000 Н/мм2 ):

σ = 70000·23·10-6·50 = 80,5 Н/мм2

Для стержня из малоуглеродистой стали (α= 12·106, Е = 210000 Н/мм2 ):

σ = 210000·12·10-6·50 = 126 Н/мм2

Отметим известный факт, что при одинаковом изменении температуры температурные напряжения в алюминиевом стержне составляют только 2/3 от величины температурных напряжений в стальном стержне. Так происходит потому, что величина температурных напряжений зависит от произведения

модуля упругости и коэффициента температурного расширения (см. формулу (3)). Поэтому, хотя коэффициент температурного расширения алюминия в два раза больше, чем у стали, но модуль упругости алюминия в три раза меньше, чем у стали.

Как видно из приведенных выше расчетов, температурные напряжения могут достигать величин, сравнимых с напряжениями от механических нагрузок. Поэтому термические воздействия на конструкции зданий необходимо учитывать наряду с другими нагрузками, как того и требуют нормативные документы .

Производство алюминия

Основным сырьем для производства алюминия служат бокситы — руда, представляющая собой в основном гидратированный оксид алюминия Al2O3Ч2H2O. Мировым лидером по производству алюминия являются США, затем Россия, Канада и Австралия. Алюминий наиболее известен как сырье для производства сплавов, используемых для изготовления пищевых емкостей (бидонов, баллонов, банок и т.п.), легкой кухонной посуды и другой домашней утвари. Неочищенный алюминий был впервые выделен Х.Эрстедом в 1825, хотя еще в 1807 Х.Дэви обнаружил неизвестный металл при обработке глины серной кислотой. Дэви не смог выделить металл из соединений, но назвал его алюминум (от лат. alumen — квасцы), а его оксид — глиноземом (alimina); вскоре это название металла по аналогии с названиями других металлов изменили на «алюминий», что стало общепринятым.