Разное 0 comments

Цвет металла в зависимости от температуры: Цвета побежалости металлов, определение температуры по цвету нагретой заготовки

Posted on By alexxlab

Содержание

Физические и химические свойства металлов. Цвет, плотность металла, температура плавления, теплопроводность, тепловое расширение, теплоемкость, электропро-водность. Магнитные свойства.


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

 ⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 11Следующая ⇒

. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАФизические свойства. К физическим свойствам металлов относят цвет, плотность, температуру плавления, теплопроводность, тепловое расширение, теплоемкость, электропроводность, магнитные свойства и др.Цветом называют способность металлов отражать световое излучение с определенной длиной волны. Например, медь имеет розово-красный цвет, алюминий — серебристо-белый.Плотность металла характеризуется его массой, заключенной в единице объема. По плотности все металлы делят на легкие (менее 4500 кг/м3) и тяжелые. Плотность имеет большое значение при создании различных изделий. Например, в самолето- и ракетостроении стремятся использовать более легкие металлы и сплавы (алюминиевые, магниевые, титановые), что способствует снижению массы изделий.

Температурой плавления называют температуру, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. По температуре плавления различают тугоплавкие металлы (вольфрам 3416°С, тантал 2950°С, титан 1725°С, и др.) и легкоплавкие (олово 232°С, свинец 327°С, цинк 419,5°С, алюминий 660°С). Температура плавления имеет большое значение при выборе металлов для изготовления литых изделий, сварных и паяных соединений, термоэлектрических приборов и других изделий. В единицах СИ температуру плавления выражают в градусах Кельвина (К).Теплопроводностью называют способность металлов передавать тепло от более нагретых к менее нагретым участкам тела. Серебро, медь, алюминии обладают большой теплопроводностью. Железо имеет теплопроводность примерно в три раза меньше, чем алюминий, и в пять раз меньше, чем медь. Теплопроводность имеет большое значение при выборе материала для деталей. Например, если металл плохо проводит тепло, то при нагреве и быстром охлаждении (термическая обработка, сварка) в нем образуются трещины. Некоторые детали машин (поршни двигателей, лопатки турбин) должны быть изготовлены из материалов с хорошей теплопроводностью. В единицах СИ теплопроводность имеет размерность Вт/(м∙К).Тепловым расширением называют способность металлов увеличиваться в размерах при нагревании и уменьшаться при охлаждении. Тепловое расширение характеризуется коэффициентом линейного расширения α=(l2-l1)/[l1(t2-t1)], где l1 и l2длины тела при температурах t1 и t2. Коэффициент объемного расширения равен 3α. Тепловые расширения должны учитываться при сварке, ковке и горячей объемной штамповке, изготовлении литейных форм, штампов, прокатных валков, калибров, выполнении точных соединений и сборке приборов, при строительстве мостовых ферм, укладке железнодорожных рельс.
Теплоемкостью называют способность металла при нагревании поглощать определенное количество тепла. В единицах СИ имеет размерность Дж/К. Теплоемкость различных металлов сравнивают по величине удельной теплоемкости — количеству тепла, выраженному в больших калориях, которое требуется для повышения температуры 1 кг металла на 1°С (в единицах СИ — Дж/(кг∙К).Способность металлов проводить электрический ток оценивают двумя взаимно противоположными характеристиками -электропроводностью и электросопротивлением. Электрическая проводимость оценивается в системе СИ в сименсах (См), а удельная электропроводность — в Cм/м, аналогично электросопротивление выражают в омах (Ом), а удельное электросопротивление — в Ом/м. Хорошая электропроводность необходима, например, для токонесущих проводов (медь, алюминий). При изготовлении электронагревателей приборов и печей необходимы сплавы с высоким электросопротивлением (нихром, константан, манганин). С повышением температуры металла его электропроводность уменьшается, а с понижением — увеличивается.Магнитные свойства характеризуются абсолютной магнитной проницаемостью или магнитной постоянной, т. е. способностью металлов намагничиваться. В единицах СИ магнитная постоянная имеет размерность Гн/м. Высокими магнитными свойствами обладают железо, никель, кобальт и их сплавы, называемые ферромагнитными. Материалы с магнитными свойствами применяют в электротехнической аппаратуре и для изготовления магнитов.
Химические свойства. Химические свойства характеризуют способность металлов и сплавов сопротивляться окислению или вступать в соединение с различными веществами: кислородом воздуха, растворами кислот, щелочей и др. Чем легче металл вступает в соединение с другими элементами, тем быстрее он разрушается. Химическое разрушение металлов под действием на их поверхность внешней агрессивной среды называют коррозией.Металлы, стойкие к окислению при сильном нагреве, называют жаростойкими или окалиностойкими. Такие металлы применяют для изготовления деталей, которые эксплуатируются в зоне высоких температур.Сопротивление металлов коррозии, окалинообразованию и растворению определяют по изменению массы испытуемых образцов на единицу поверхности за единицу времени.Химические свойства металлов обязательно учитываются при изготовлении тех или иных изделий. Особенно это относится к изделиям или деталям, работающим в химически агрессивных средах.

 

Химические свойства.

Химические свойства. Химические свойства характеризуют способность металлов и сплавов сопротивляться окислению или вступать в соединение с различными веществами: кислородом воздуха, растворами кислот, щелочей и др. Чем легче металл вступает в соединение с другими элементами, тем быстрее он разрушается. Химическое разрушение металлов под действием на их поверхность внешней агрессивной среды называют коррозией.
Металлы, стойкие к окислению при сильном нагреве, называют жаростойкими или окалиностойкими. Такие металлы применяют для изготовления деталей, которые эксплуатируются в зоне высоких температур.

Сопротивление металлов коррозии, окалинообразованию и растворению определяют по изменению массы испытуемых образцов на единицу поверхности за единицу времени.
Химические свойства металлов обязательно учитываются при изготовлении тех или иных изделий. Особенно это относится к изделиям или деталям, работающим в химически агрессивных средах.

 

 

18.Основные механические свойства металлов. Понятие о деформации и напряжениях в материалах.    
Механические свойства характеризуют способность металлов и сплавов сопротивляться действию приложенных к ним нагрузок, а механические характеристики выражают эти свойства количественно. Основными свойствами металлических материалов являются; прочность, пластичность (или вязкость), твердость, ударная вязкость, износоустойчивость, ползучесть и др.Механические характеристики материалов определяются при механических испытаниях, которые в зависимости от характера действия нагрузки во времени делятся на статические, динамические и повторно-переменные.В зависимости от способа приложения внешних сил (нагрузок) различают испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, ударный изгиб и т. п.Основные механические характеристики металлов и сплавов.Временное сопротивление (предел прочности, предел прочности при растяжении— условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца.Истинное сопротивление разрыву (действительное напряжение) — напряжение, определяемое отношением нагрузки в момент разрыва к площади поперечного сечения образца в месте разрыва.Предел текучести (физический) — наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения растягивающей нагрузки.Предел текучести (условный) — напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% длины участка образца, удлинение которого принимается в расчет при определении указанной характеристики.Предел пропорциональности (условный)— напряжение, при котором отклонение от линейной зависимости между нагрузкой и удлинением достигает такой величины, что тангенс угла наклона, образованного касательной к кривой деформации (в рассматриваемой точке), с осью нагрузок увеличивается на 50% своего значения на линейном упругом участке. Допускается увеличение тангенса угла наклона на 10 или 25%.Предел упругости— условное напряжение, соответствующее появлению остаточной деформации. Допускается определение предела упругости с допусками до 0,005%, тогда соответственно будет обозначаться.Относительное удлинение после разрыва— отношение приращения длины образца после разрыва к его первоначальной расчетной длине. Различают относительные удлинения, полученные при испытании на образцах с пятикратным и десятикратным отношением длины к диаметру. Допускаются и другие отношения, например 2,5, при испытании отливок.Относительное сужение после разрыва — отношение площади поперечного сечения образца в месте разрыва к начальной площади его поперечного сечения.Указанные характеристики механических свойств определяются при испытании материалов на растяжение по методам, изложенным в ГОСТ 1497—61, на цилиндрических и плоских образцах, формы и размеры которых установлены тем же стандартом. Испытания на растяжение при повышенных температурах (до 1200°С) установлены ГОСТ 9651—73, на дли-тельную прочность— ГОСТ 10145—62.Модуль нормальной упругости— отношение напряжения к соответствующему ему относительному удлинению при растяжении (сжатии) в пределах упругих деформаций (закон Гука).Ударная вязкость— механическая характеристика вязкости металла — определяется работой, расходуемой для ударного излома на маятниковом копре образца данного типа и отнесенной к рабочей площади поперечного сечения образца в месте надреза. Испытания при нормальной температуре проводятся по ГОСТ 9454—60, при пониженных — по ГОСТ 9455—60 и при повышенных — по ГОСТ 9656—61.Предел выносливости (усталости) —максимальное напряжение, при котором материалы образца выдерживают без разрушения заданное количество симметричных циклов (от +Р до — Р), принимаемое за базу. Количество циклов задается техническими условиями и представляет большое число. Методы испытания металлов на выносливость регламентируются по ГОСТ 2860—65.Предел прочности при сжатии — отношение разрушающей нагрузки к площади поперечного сечения образца до испытания.Условный предел ползучести— напряжение, вызывающее заданное удлинение образца (суммарное или остаточное) за установленный промежуток времени при заданной температуре. Твердость по Бринелю — определяется на твердомере ТШ путем вдавливания стального закаленного шарика р. испытуемый металл или сплав.Твердость по Роквеллу HRA, HRB и HRC определяется вдавливанием в металл стального шарика диаметром ~ 1,6мм или конуса.(алмазно или твердосплавного) с утлом при вершине 120° на твердомере ТК. В зависимости от условий определения, которые стандартизованы ГОСТ 9013—68, различают три значения HR: HRA — для очень твердых материалов (шкала А) — испытание производится вдавливанием алмазного конуса; HRB — для мягкой стали (шкала В) — стального шарика; HRC — для закаленной стали (шкала С) — твердосплавного или алмазного конуса.Глубина проникновения алмазного конуса при испытаниях в металле небольшая, что позволяет испытывать более тонкие изделия, чем при определении твердости по Бринелю, Твердость но Роквеллу является условной характеристикой, значение которой отсчитывается по шкале прибора.Твердость по Виккерсу HV определяется вдавливанием алмазной стандартной правильной четырехгранной пирамиды. Определение числа твердости производится путем измерения длины диагоналей (среднее арифметическое суммы двух диагоналей) и пересчета по формулеСтандартными нагрузками в зависимости от толщины образца приняты 5, 10, 20, 30, 50 и 100 кгс. Выдержка времени под нагрузкой берется для черных металлов 10—15 секунд, для цветных — 28—32. Соответственно символ HV 10/30-500 означает: 500 — число твердости; 10 — нагрузку и 30 — время выдержки.Метод Виккерса применяется для измерений твердости деталей малых сечений и твердых тонких поверхностных слоев цементированных, азотированных или цианированных изделий.

 



Читайте также:

 

До какой температуры нагревать металл » Строительный портал


До какой же температуры нужно нагревать металл? Как уже было сказано, потребное усилие для деформирования металла при ковке и штамповке тем меньше, чем выше температура нагрева, т. е. металл сопротивляется деформированию меньше при высокой температуре. Следовательно, температура нагрева для ковки и штамповки должна быть как можно выше вплоть до начала плавления. Ho здесь появляется опасность пережога и перегрева. Поэтому обычно считают наиболее рациональным нагревать сталь на 150—200° ниже температуры начала плавления. Для каждого металла и сплава температура плавления различна, следовательно, температуру нагрева надо устанавливать в зависимости от химического состава стали и сплава, т. е. в зависимости от марки стали и цветных сплавов.
Например, для углеродистых сталей марок 15, 20, 30, 35, 40 температура нагрева должна быть 1250°, для стали марки 45—1200°, для инструментальных сталей марок У7, У8—1180°. Для большинства других сталей высокоуглеродистых и легированных — от 1150 до 1180°.
Температуру нагрева кузнец может узнать также по заданному в технологической карте так называемому температурному интервалу ковки. Например, для стали 45 температурный интервал ковки 750—1200°. Это значит, что нагревать металл нужно до температуры 1200° и при этой температуре начинать ковку, а кончать ковку при температуре не ниже 750° Температурные интервалы ковки на фиг. 27 указаны линиями, соединяющими точки а, в, с, d.
Кузнецу весьма важно знать, когда закончить ковку и, если необходимо, вовремя подогреть заготовку. Если ковка заканчивается при низких температурах — ниже температуры 600°, т. е. когда уже в стали прекращаются структурные превращения, то происходит наклеп, могут появиться трещины, а из-за большого сопротивления металла деформированию могут возникнуть поломки молота, пресса. Если ковку заканчивать при очень высоких температурах — выше 1000— 1100°, то деформированные зерна в стали снова начинают расти и металл поковки получается крупнозернистым, т. е. с низкими механическими свойствами. Поэтому для доэвтектоидных сталей наиболее рационально заканчивать ковку при температуре, близкой к верхней критической точке — A3, т. е. при 750—800° или при красном и светло-красном цвете поковки. Для сталей же заэвтектоидных — ближе к нижней критической точке A1, чтобы раздробить цементитную сетку.
Цветные металлы и сплавы соответственно своей температуре плавления имеют более низкие критические температуры последовательно, более низкие температурные интервалы ковки. Например, для меди начало ковки 1050°, конец 900°. Для латуни соответственно 750—650°, бронзы марки Бр. АЖ 9—4 850—750°, алюминия 475—425°, дюралюмина 480—380°, магниевых сплавов 430—300°.

Зависимость цвета каления заготовки от температуры нагрева



⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 7Следующая ⇒
Цвет каления Температура, °С Цвет каления Температура, °С
Темно-красный 600 Оранжево-желтый 1000
Тускло-красный 650 Светло-желтый 1100
Вишнево-красный 700 Соломенно-желтый 1150
Светло-красный 800 Лимонный 1200
Густо-оранжевый 900 Белый различной яркости 1400

 

Центральное место стола занимает очаг, или горновое гнездо (иногда предусматриваются два очага). Горн, предназначенный для художественной ковки, обычно делается с центральным расположением очага. Размеры гнезда определяются назначением горна и размерами нагреваемых заготовок. Центральное гнездо имеет в плане круглую или квадратную форму размером 200X200 или 400X400 мм и глубиной 100-150 мм.

 

Таблица 2

Определение температуры нагрева по цветам побежалости

Цвет побежалости Температура, СС Инструмент, который следует отпускать
Бледно-желтый 210 ___
Светло-желтый 220 Токарные и строгальные резцы для обработки чугуна и стали
Желтый 230
Темно-желтый 240 Чеканы для чеканки по литью
Коричневый 255  —
Коричнево-красный 265 Плашки, метчики, сверла, резцы для обработки меди, латуни, бронзы
Фиолетовый 285 Зубила для обработки стали
Темно-синий 300 Чеканы для чеканки из листовой меди, латуни и серебра
Светло-синий 325  —
Серый 330  —

 

Рассмотрим устройство и принцип действия обычной фурмы нижнего дутья (рис. 2). Воздух (от вентилятора или мехов) подводится через патрубок в корпус фурмы и через чугунную колосниковую решетку попадает в зону горения. Регулирование количества подаваемого воздуха осуществляется заслонкой. Для очистки корпуса фурмы от золы и других отходов горения предназначена донная крышка .

Для создания пламени различного вида применяют колосниковые решетки с определенными формами отверстий для прохода воздуха. Так, равномерно расположенные круглые отверстия способствуют образованию цилиндрического факельного пламени, щелевые отверстия — узкого и удлиненного.

Над стационарным горном для сбора и отвода из кузницы дыма и газов устанавливается вытяжной зонт. Размеры нижнего входного отверстия зонта обычно соответствуют размерам стола горна. Зонты, как правило, изготовляют из листового железа толщиной 0,5 — 1,5 мм.

Как правило, зонты укрепляют над горном на высоте 500 — 600 мм от стола (рис. 3). Однако не всегда такая высота расположения зонта способствует максимальному удалению отходящих газов. Поэтому для лучшего улавливания дыма высоту зонта приходится определять опытным путем, учитывая особенности горна, например силу дутья.

 

Таблица 3

Определение марок стали по искре

Марка стали Цвет искры Форма искры и звездочек
Ст. 2, Ст. 3

Светло-желтый

 Разветвлений искр мало, нити тонкие
Ст. 4 Разветвлений мало, нити гуще, чем у Стали 2
Ст. 10 Разветвлений мало, нити острые, немного звездочек
Ст. 15 и 20 Разветвлений и звездочек больше, чем у Стали 10
Ст. 20 и 30 Разветвлений и звездочек много, концы нитей тонкие
У12 Звездочки мелкие, густые
Ст. 40 и 45 Сильное разветвление, густые звездочки круглые, концы нитей острые

В некоторых случаях зонты оснащаются опускающимися крыльями. Недостаток металлических зонтов — быстрое их прогорание.

Более надежны и долговечны зонты, сложенные из огнеупорного кирпича (рис, 4). Однако такие зонты значительно тяжелее металлических, и для их устройства необходима металлическая рама из уголков или швеллеров, а иногда и дополнительные подпорки по углам.

 

Рис. 2. Устройство фурмы

 

Переносные горны применяются для нагрева заготовок небольшого размера. Переносной горн состоит из металлической рамы, на которой сверху крепится стол с очагом и вентилятором для подачи воздуха. Вентилятор приводится во вращение от ножной педали. Можно для нагрева заготовок использовать паяльную лампу, которую ставят в небольшую ямку, а рядом складывают печурку из огнеупорного кирпича (рис. 5). Заготовки закладывают в щель между кирпичами. Или же кирпичи ставят на торец, на них кладут колосниковую решетку, а на нее устанавливают печурку из четырех кирпичей, в которую засыпают уголь. Снизу размещается паяльная лампа с патрубком.

Рис. 3. Оборудование для нагрева заготовок: стационарный металлический горн (слева): 1 — вытяжная труба; 2 — зонт; 3 — бачок с водой для охлаждения инструмента; 4 — рычаг для регулирования подачи воздуха; 5 — воздухопровод; 6 — заслонка; 7 — конический наконечник; 8 — фурма; 9 — литой стол; 10 — очаг; типы зонтов (справа): а, б — дымоход в стене; в — наружный боковой дымоход; г — наружный центральный дымоход

Рис. 4. Стационарный горн с кирпичным зонтом (слева): 1 — бачок с водой; 2 — водоохлаждаемая фурма; шахтный газовый горн (справа)

 

Конструкция легкого переносного горна с бытовым пылесосом показана на рис. 6. Постамент горна сварен из уголков, а верхняя часть стола выложена из огнеупорного кирпича. На верхние горизонтальные уголки кладется фурма с зольником. На расстоянии 150 мм от фурмы к зольнику приваривают патрубок внутренним диаметром 30 мм, который соединяют с шлангом пылесоса. При этом необходимо иметь в виду, что шланг вставляется в этом случае не в нижнее, а в верхнее (нагнетающее) гнездо пылесоса. Нижнюю чашку пылесоса с фильтром снимают, а пылесос устанавливают на подставку. В тех случаях когда отсутствует электричество для привода вентилятора, можно использовать мехи.

Рис. 5. Переносные горны с паяльной лампой    Рис. 6. Переносной горн с пылесосом

Рис. 7. Клинчатые мехи

 

Клинчатые мехи двойного действия дают спокойное дутье, в результате чего создается ровное пламя и заготовки нагреваются равномерно (рис. 7).

В современных кузницах для дутья применяют различные вентиляторы с электроприводом.


Рекомендуемые страницы:

Бесконтактное измерение температуры металлов | специальная статья

Почти на всех промышленных этапах производства поддержание заданной температуры является фактором, обеспечивающим технологический процесс и качество продукции. Бесконтактные инфракрасные термометры получили при этом широкую известность в качестве измерительной техники, поскольку они не оказывают влияния на объект измерения. Это касается и процесса измерения металлов.

Правильный контроль и управление температурой технологического процесса требуют качественного консультирования со стороны изготовителя или базовых знаний по измерительной технике у клиента. В данной статье приводится основная информация по важным параметрам, например, коэффициенту излучения и отражения, а также вытекающим из них ошибкам измерения. Дополнительно показывается, какое влияние они оказывают на измерение металлов, и почему здесь возможно использование надёжного и воспроизводимого бесконтактного способа измерения.

Инфракрасный спектр излучения

Если объект имеет температуру выше абсолютного нуля 0 K (–273,15 °C), то он испускает пропорциональное своей собственной температуре электромагнитное излучение. Инфракрасная спектральная область занимает при этом во всём электромагнитном спектре излучения только очень ограниченный участок. Он располагается от конца видимой спектральной области около 0,78 мкм до значений длины волны 1 000 мкм. Спектр представляющего интерес для измерения температуры инфракрасного излучения достигает диапазона от 0,8 до 14 мкм. Выше данных значений длины волны количества энергии незначительны до такой степени, что чувствительность детекторов недостаточна для их измерения.

Испускаемое объектом инфракрасное излучение проходит сквозь атмосферу и может с помощью линзы фокусироваться на детектор. Детектор генерирует электрический сигнал, соответствующий излучению. Преобразование сигнала в пропорциональную температуре объекта выходную величину осуществляется посредством усиления сигнала и последующей цифровой обработки. Измеряемая величина может отображаться на дисплее или выдаваться в качестве электрического сигнала.

Стандартные выходы для передачи измеряемых величин в системы регулирования доступны в форме линейных сигналов 0/4–20 мА, 0–10 В и в качестве сигналов термопар. Помимо этого, большинство используемых сегодня инфракрасных термометров имеют цифровые интерфейсы (USB, RS232, RS485, реле, PROFIBUS DP, шина данных CAN, Ethernet) для вывода данных, а также для прямого доступа к параметрам устройств.

Характеристика инфракрасного излучения металлических поверхностей подробнее описывается в следующих разделах. Сначала даётся краткая информация о детекторе и преобразовании сигнала в температуру объекта.

Расчёт температуры с помощью инфракрасного излучения

Будучи приёмником излучения, детектор является самым важным элементом каждого инфракрасного термометра. Вследствие поступающего электромагнитного излучения возникает электрический сигнал, который можно точно проанализировать. Сигнал детектора U и температура объекта TОбъекта имеют следующую взаимосвязь:

Сигнал детектора, полученный из испускаемого излучения объекта в общем спектре излучения, увеличивается пропорционально четвёртой степени абсолютной температуры объекта. Это означает следующее: если температура объекта измерения увеличивается в два раза, сигнал детектора повышается на коэффициент 16.

Поскольку необходимо учитывать вместе со степенью излучения ε объекта и отраженное излучение окружающей среды на поверхность объекта TОкр. ср. и собственное излучение инфракрасного термометра TПиром. (C — специфичная для устройства постоянная), формула меняется следующим образом:


К тому же, инфракрасные термометры работают не в общем спектре излучения. Показатель степени n зависит от длины волны. Показатель n для длин волн от 1 до 14 мкм находится в диапа

Полосы переноса заряда из металла в лиганд и лиганд в металл

В области неорганической химии цвет обычно ассоциируется с d – d переходами. Если это так, то почему некоторые комплексы переходных металлов в растворе проявляют интенсивную окраску, но не имеют d-электронов? В комплексах переходных металлов изменение распределения электронов между металлом и лигандом приводит к появлению полос переноса заряда (СТ) при проведении экспериментов по спектроскопии в ультрафиолетовой и видимой области. {2 +} \]

Здесь мы сосредоточимся на механизмах внешней сферы.{2 +} \]

Этот процесс имеет ограничение Франка-Кондона: перенос электрона может иметь место только тогда, когда расстояния связи M – L в состояниях ML (II) и ML (III) одинаковы. Это означает, что необходимо сформировать колебательно-возбужденные состояния с равной длиной связей, чтобы обеспечить возможность переноса электронов. Это означало бы, что связи [ML 6 ] 2+ должны быть сжаты, а связи [ML 6 ] 3+ должны быть удлинены, чтобы реакция могла протекать.

Константы скорости самообмена меняются, потому что энергия активации, необходимая для достижения колебательных состояний, зависит от системы. Чем больше изменений в длине связи, необходимых для достижения комплекса-предшественника, тем медленнее скорость переноса заряда. 1

Краткое введение в теорию Маркуса-Хаша

Теория Маркуса-Хаша связывает кинетические и термодинамические данные для двух реакций самообмена с данными для перекрестной реакции между двумя партнерами по самообмену. {2}} )} \]

  • Z — частота столкновений
  • k 11 и ∆G Ŧ 11 соответствуют самообмену 1
  • k 22 и ∆G Ŧ 22 соответствуют самообмену 2
  • k 12 и ∆G Ŧ 12 соответствуют перекрестной реакции
  • K 12 = константа равновесия перекрестной реакции
  • ∆G O 12 = стандартная свободная энергия Гиббса реакции

Следующее уравнение является приближенным из уравнения Маркуса-Хаша:

\ [\ log k_ {12} \ около 0.5 \ log k_ {11} +0.5 \ log \ log \]

, поскольку \ (f \ приблизительно 1 \) и \ (\ log f \ приблизительно 0 \).

Как уравнение Маркуса-Хаша используется для определения наличия механизма внешней сферы?

  • значений k 11 , k 22 , K 12 и k 12 получены экспериментально
  • k 11 и k 22 теоретически являются значениями
  • \ (K_ {12} \) получается из \ (E_ {cell} \)

Если имеет место механизм внешней сферы, расчетные значения \ (k_ {12} \) будут совпадать или согласовываться с экспериментальными значениями.Если эти значения не совпадают, это будет означать, что действует другой механизм. 1

Правило выбора Лапорта и слабые d – d переходы

переходов d-d запрещены правилом выбора Лапорта.

  • Правило выбора Лапорта: ∆ l = + 1
  • Переходы, разрешенные по Лапорту: происходит изменение четности, т.е. s → p и p → d.
  • Запрещенные переходы по Лапорту: четность остается неизменной i.е. p → p и d → d.

d-d переходы приводят к слабым полосам поглощения, и большинство металлических комплексов с d-блоком демонстрируют в растворе цвета низкой интенсивности (за исключением комплексов d 0 и d 10 ). Цвета с низкой интенсивностью указывают на низкую вероятность возникновения перехода d-d.

Ультрафиолетовая и видимая (УФ / видимая) спектроскопия — это исследование переходов, участвующих в перегруппировке валентных электронов. В области неорганической химии UV / Vis обычно связывают с d-d переходами и окрашенными комплексами переходных металлов.Цвет раствора комплекса переходного металла зависит от: металла, степени окисления металла и количества d-электронов металла. Например, комплексы железа (II) имеют зеленый цвет, а комплексы железа (III) — оранжевый / коричневый. 2

Диапазоны переноса заряда

Если цвет зависит от d-d переходов, почему некоторые комплексы переходных металлов сильно окрашены в растворе, но не имеют d-электронов?

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): оксиды фуллерена сильно окрашены в растворе, но не имеют d-электронов.Решения слева направо: C 60 , C 60 O, C 60 O и C 60 O 2 . Фуллерены, молекулы с закрытой клеткой нанометрового размера, полностью состоят из атомов углерода, расположенных в шестиугольниках и пятиугольниках. Оксиды фуллерена с формулой C 60 O n имеют эпоксидные группы, непосредственно прикрепленные к клетке фуллерена.

В комплексах переходных металлов изменение распределения электронов между металлом и лигандом приводит к появлению полос переноса заряда (СТ). 1 Поглощение CT в УФ / видимой области является интенсивным (значения ε 50 000 л моль -1 см -1 или больше), и разрешено правило выбора. Интенсивность цвета обусловлена ​​тем, что существует высокая вероятность этих переходов. Правило выбора запрещенных переходов d-d приводит к слабому поглощению. Например, октаэдрические комплексы дают значения ε 20 л · моль -1 см -1 или меньше. 2 Переход с переносом заряда можно рассматривать как внутренний окислительно-восстановительный процесс. 2

Мир перемен: глобальные температуры

Мир становится теплее. Показания термометров во всем мире выросли после промышленной революции, и причины этого — сочетание человеческой деятельности и некоторой естественной изменчивости, при этом преобладающие доказательства говорят, что люди несут основную ответственность.

Согласно текущему анализу температуры, проводимому учеными из Института космических исследований имени Годдарда НАСА (GISS), с 1880 года средняя глобальная температура на Земле повысилась немногим более чем на 1 ° по Цельсию (2 ° по Фаренгейту).Две трети потепления произошло с 1975 года со скоростью примерно 0,15–0,20 ° C за десятилетие.

Но почему мы должны заботиться об одном градусе потепления? В конце концов, там, где мы живем, температура колеблется на много градусов каждый день.

Глобальный температурный рекорд представляет собой среднее значение по всей поверхности планеты. Температуры, которые мы испытываем локально и в короткие периоды, могут значительно колебаться из-за предсказуемых циклических явлений (ночь и день, лето и зима) и трудно предсказуемого характера ветра и осадков.Но глобальная температура в основном зависит от того, сколько энергии планета получает от Солнца и сколько оно излучает обратно в космос — количества, которые меняются очень мало. Количество энергии, излучаемой Землей, в значительной степени зависит от химического состава атмосферы, в частности от количества удерживающих тепло парниковых газов.

Глобальное изменение на один градус является значительным, потому что требуется огромное количество тепла, чтобы на столько нагреть все океаны, атмосферу и сушу.В прошлом, чтобы погрузить Землю в малый ледниковый период, достаточно было падения на один-два градуса. Падения на пять градусов было достаточно, чтобы 20 000 лет назад большая часть Северной Америки была погребена под огромной массой льда.

Карты выше показывают температурные аномалии или изменения, а не абсолютную температуру. Они показывают, насколько различные регионы мира потеплели или охладились по сравнению с базовым периодом 1951-1980 годов. (Средняя глобальная температура приземного воздуха за этот период оценивалась в 14 ° C (57 ° F) с погрешностью в несколько десятых градуса.Другими словами, карты показывают, насколько теплее или холоднее регион по сравнению с нормой для этого региона с 1951 по 1980 год.

Глобальные температурные рекорды начинаются примерно с 1880 года, потому что до этого времени наблюдения не охватывали достаточную часть планеты. Период 1951-1980 годов был выбран в основном потому, что Национальная метеорологическая служба США использует трехдесятилетний период для определения «нормальной» или средней температуры. Работа по анализу температуры GISS началась примерно в 1980 году, поэтому последние 30 лет были 1951-1980 гг.Это также период, когда многие из сегодняшних взрослых выросли, поэтому многие люди могут вспомнить это обычное упоминание.

Линейный график ниже показывает годовые температурные аномалии с 1880 по 2019 год, зарегистрированные НАСА, NOAA, исследовательской группой Земли Беркли, Центром метеорологического управления Хэдли (Соединенное Королевство) и анализом Cowtan and Way. Хотя из года в год наблюдаются незначительные вариации, все пять записей показывают пики и спады, синхронизированные друг с другом. Все они демонстрируют быстрое потепление в последние несколько десятилетий, и все последние десятилетия являются самыми теплыми.

Анализы температуры НАСА включают измерения температуры поверхности с более чем 20 000 метеостанций, наблюдения за температурой морской поверхности с судов и буйков, а также измерения температуры с антарктических исследовательских станций. Эти измерения на месте анализируются с использованием алгоритма, который учитывает различное расположение температурных станций по всему миру и эффекты городского острова тепла, которые могут исказить выводы. Эти расчеты производят отклонения средней глобальной температуры от базового периода с 1951 по 1980 год.

Цель, по мнению ученых GISS, состоит в том, чтобы дать оценку изменения температуры, которую можно было бы сравнить с прогнозами глобального изменения климата в ответ на атмосферный углекислый газ, аэрозоли и изменения солнечной активности.

Как показывают карты, глобальное потепление не означает, что температура повсюду в любое время повышалась на один градус. Температура в данном году или десятилетии может повыситься на 5 градусов в одном регионе и упасть на 2 градуса в другом. За исключительно холодной зимой в одном регионе может последовать исключительно теплое лето.Или холодная зима в одной области может быть уравновешена чрезвычайно теплой зимой в другой части земного шара. Как правило, над сушей потепление сильнее, чем над океанами, потому что вода медленнее поглощает и выделяет тепло (тепловая инерция). Потепление также может существенно различаться в зависимости от суши и океанических бассейнов.

На глобальных картах вверху этой страницы годы с 1880 по 1939 год, как правило, кажутся более прохладными (больше синих, чем красных), и к 1950-м годам они становятся менее прохладными. Десятилетия в базовом периоде не кажутся особенно теплыми или холодными, потому что они являются эталоном, по которому измеряются все десятилетия.Выравнивание между 1950-ми и 1970-ми годами можно объяснить естественной изменчивостью и, возможно, охлаждающим действием некоторых аэрозолей, вызванных быстрым экономическим ростом после Второй мировой войны.

Использование ископаемого топлива также увеличилось в послевоенную эпоху (5 процентов в год), что привело к увеличению выбросов парниковых газов. Но охлаждение аэрозолей происходит быстрее, а парниковые газы накапливаются медленно, и требуется гораздо больше времени, чтобы покинуть атмосферу. По словам бывшего директора GISS Джима Хансена, сильная тенденция к потеплению последних четырех десятилетий, вероятно, отражает переход от сопоставимых эффектов аэрозолей и парниковых газов к преобладанию парниковых газов, поскольку аэрозоли были ограничены мерами контроля за загрязнением.

  1. Список литературы
  2. Hansen, J., et al. (2010). Глобальное изменение температуры поверхности. Обзоры геофизики, 48.
  3. Земная обсерватория НАСА (2015, 21 января) Почему так много мировых температурных рекордов?
  4. Обсерватория Земли НАСА (3 июня 2010 г.) Глобальное потепление.
  5. Институт космических исследований имени Годдарда НАСА (2020) Анализ температуры поверхности GISS (GISTEMP).
  6. Национальные центры экологической информации NOAA (2020, 15 января) Оценка глобального климата в 2019 году.

Излучение черного тела и цветовая температура

Излучение черного тела и цветовая температура

Введение

Так называемое «излучение черного тела» — очень интересный явление: каждый объект излучает (и поглощает) электромагнитные волны. Спектр этого излучения не зависит от химического состава. материи, но определяется только ее абсолютной температурой T. Термин «черное тело» происходит от теоретической модели объекта, поглощающего все падающее излучение, которое используется для построения уравнений квантовой механики.Оказывается, все объекты ведут себя как черные тела, независимо от того, на самом деле черные или нет.

При температуре окружающей среды большая часть излучаемого спектра находится в длинном волна инфракрасного излучения, которая не видна. С повышением температуры спектр смещается в сторону более коротких волн. При температуре около 900 К часть излучения становится видимой. поскольку присутствуют длины волн в диапазоне 700 нм и объект запускается казаться «раскаленным докрасна».

Если вы думаете о кузнеце, обрабатывающем раскаленное железо, железо светится красным потому что его температура составляет около 1000 К, но уголь в печь светится того же цвета, потому что она имеет примерно одинаковую температуру, даже если углерод и железо химически очень разные.

При более высоких температурах цвет излучения будет желтым, белым. и бело-голубой, примерно в соответствии с таблицей ниже. Учтите, что восприятие цвета субъективно и по-разному. авторы сообщают немного разные цвета.

1’000 К Красный
1’500 К Красновато-оранжевый
2’000 К Желтовато-оранжевый
2’800 К желтый
3’500 К Желтовато-белый
4’500 К Тёплый белый
5’500 К Белый

На картинке ниже показан гвоздь, раскаленный докрасна при нагревании пропаном. факел: хорошо видна самая горячая часть ногтя, светящаяся желтым, часть, которая находится за пределами пламени, светится красным, а остальные черные потому что обычные камеры не могут видеть инфракрасное излучение.Красивый синий цвет пламени не из-за излучения черного тела: температура пропановой горелки составляет около 3000 К, поэтому пламя должно светится желтым, но происходящая химическая реакция испускает гораздо более сильный синее излучение, маскирующее слабое желтое свечение. Этот синий цвет зависит от используемых химикатов, и различные газы могут гореть. с разными цветами пламени.

Спектр черного тела

Спектр излучения черного тела имеет типичную форму колокола, а излучаемые энергия (интеграл кривой) пропорциональна четвертой степени абсолютная температура (T 4 ): более горячие тела излучают намного больше.На следующем графике показан спектр для температур от 273 K (От 0 ° C) до 453 K (180 ° C) с шагом 20 ° C.


Спектр излучения на спину при 273, 293, 313, 333, 373, 393, 413, 433 и 453 K

Как видно, большая часть излучения находится в длинноволновом инфракрасном диапазоне, значительно больше 5 мкм. В видимом спектре почти ничего не излучается (примерно от 400 до 700 нм). Если бы наши глаза могли видеть длины волн около 10 мкм, не было бы такое понятие как темнота, так как все предметы при температуре окружающей среды сильно излучает и поглощает в этом диапазоне.

Спектр описывается уравнением Планка:

Где:

На следующем графике показано то же уравнение, построенное для температур от От 1000 К (727 ° C) до 3’250 К (2977 ° C) в С шагом 250 ° C. Более высокие температуры нанесены на отдельный рисунок, чем на предыдущем рисунке. один из-за зависимости T 4 : они настолько сильнее, что было бы сложно ценить все вместе.


Спектр излучения задней части тела при 1000, 1250, 1500, 1750, 2000, 2250, 2500, 2750, 3000 и 3250 К.

Опять же, большая часть излучения все еще находится в невидимом инфракрасном диапазоне, но теперь значительная часть находится в видимом диапазоне, и свечение можно наблюдаемый.

Чтобы лучше оценить цвет раскаленного предмета как функцию его температуры, на рисунке ниже в увеличенном масштабе показано то же уравнение Планка, показывающее часть видимого спектра и часть ближнего инфракрасного.


Излучение задней части тела в видимой области спектра при 800, 850, 900, 950, 1000, 1050, 1100, 1150, 1200 и 1250 К.

Как видно, при повышении температуры участок короткого длина излучаемой волны также увеличивается. При 800 K видны только некоторые красные длины волн, но при более высоких температуры начинают проявляться оранжевым и желтым, а при 1250 К наблюдается также немного зеленого и голубого. Воспринимаемый цвет меняется с темно-красного на ярко-красный, оранжевый, желтый и белый, поскольку спектр заполняется всеми цветами.

Обычные горячие тела имеют максимальную температуру ниже 3’500 К, самые горячие находящиеся, вероятно, накаливания (галогенные) лампочки; они излучают желтовато-белый свет.Но есть исключение: у Солнца температура поверхности намного выше, около 5’800 К. Спектр солнечного света похож на черное тело примерно такой же температуры и мы видим это как белый свет.

Вена сменная

Длина волны пика излучения абсолютно черного тела пропорциональна 1 / T и называется «сдвигом Вина» или «смещением Вина». закон «. Другими словами, чем горячее тело, тем короче длина волны. Уравнение Вина приведено ниже:

На графике получается следующая гипербола:


Пиковая длина волны излучения абсолютно черного тела как функция температуры.

Это кривая, изображенная синей пунктирной линией над колоколообразным спектры черного тела, показанные выше.

Цветовая температура

Поскольку горячие тела очень часто используются в качестве источников света, используется цветовая температура. чтобы описать цвет света. Например солнце, лампочка накаливания, свечу, и многие другие источники света можно рассматривать как Радиаторы «черный корпус».

Цветовая температура в фотографии просто измеряется путем сравнения синего и синего цветов. красные компоненты света без точного измерения его спектра, но это все еще выражается в Кельвинах, а значения очень похожи на температуру черное тело.

В следующей таблице приведены несколько примеров цветовой температуры некоторых источников света. источники:

1’500 К Свечи
2’700 К Лампа накаливания
3’200 К Восход / закат
3’400 К Галогенная лампа накаливания
5’500 К Солнечный день около полудня
6’000 К Электронная фотовспышка
7’000 К Пасмурное небо
10’000 К Голубое небо

Цветовая температура не обязательно относится к горячему телу: голубое небо имеет очень высокая цветовая температура из-за синего цвета его света, но это просто потому, что красный и желтый свет были отфильтрованы, небо физически очень холодно.Под цветовой температурой следует понимать температуру тела, которое будет генерировать очень похожий цвет света.

Обратите внимание, что горячие тела имеют холодную цветовую температуру и наоборот. Это потому, что мы думаем, что красные предметы горячие, потому что они напоминают нам огонь. и пламя, и мы думаем о синих предметах как о холодных, потому что они напоминают нам о вода и лед. Излучение абсолютно черного тела — это наоборот: светящиеся сине-белые объекты намного горячее, чем красные светящиеся.

Заключение

Кратко описаны излучение черного тела и цветовая температура. Речь идет о явлениях, которые довольно широки и включают много физики: подробнее подробности Я настоятельно рекомендую ознакомиться с книгами, указанными в библиографии раздел.

Библиография и дополнительная литература

[1] Пол А. Типлер. Физический колледж. Worth Publishers Inc., 1987 г., Раздел 29.1.
[2] Ричард П. Фейнман, Роберт Б. Лейтон и Мэтью Сэндс. Лекций по физике. Окончательное издание, том III, Эддисон – Уэсли, 2006 г., Раздел 4-5.
[3] А. Даешлер, Г. Кампоново. Elettrotecnica. Edizioni Casagrande, Беллинцона, 1974 г., sezione 11.1.3.

5 Измерение 3: Дисциплинарные основные идеи — Физические науки | Рамки для естественнонаучного образования в K-12: практики, сквозные концепции и основные идеи

Излучение может излучаться или поглощаться веществом.Когда вещество поглощает свет или инфракрасное излучение, энергия этого излучения преобразуется в тепловое движение частиц в веществе или, для более коротких длин волн (ультрафиолет, рентгеновское излучение), энергия излучения поглощается атомами или молекулами и, возможно, может ионизируйте их, выбивая электрон.

Неконтролируемые системы всегда развиваются в сторону более стабильных состояний, то есть в сторону более равномерного распределения энергии внутри системы или между системой и окружающей средой (например,g., вода течет вниз, остывают предметы, температура которых превышает температуру окружающей среды). Любой объект или система, которые могут деградировать без дополнительной энергии, нестабильны. В конце концов он изменится или развалится, хотя в некоторых случаях он может оставаться в нестабильном состоянии в течение длительного времени перед распадом (например, долгоживущие радиоактивные изотопы).

Конечные точки уровня обучения для PS3.B

К концу 2 класса. Солнечный свет согревает поверхность Земли.

К концу 5 класса. Энергия присутствует всякий раз, когда есть движущиеся объекты, звук, свет или тепло. Когда объекты сталкиваются, энергия может передаваться от одного объекта к другому, тем самым изменяя их движение. При таких столкновениях некоторая энергия обычно также передается окружающему воздуху; в результате воздух нагревается и раздается звук.

Свет также передает энергию с места на место. Например, энергия, излучаемая солнцем, передается на Землю светом.Когда этот свет поглощается, он нагревает землю, воздух и воду Земли и способствует росту растений.

Энергия также может передаваться с места на место с помощью электрического тока, который затем можно использовать локально для создания движения, звука, тепла или света. С самого начала токи могли создаваться путем преобразования энергии движения в электрическую (например, движущаяся вода приводит в движение вращающуюся турбину, которая генерирует электрические токи).

К концу 8 класса .Когда энергия движения объекта изменяется, в то же время неизбежно происходит какое-то другое изменение энергии. Например, трение, вызывающее остановку движущегося объекта, также приводит к увеличению тепловой энергии на обеих поверхностях; в конечном итоге тепловая энергия передается в окружающую среду по мере охлаждения поверхностей. Точно так же, чтобы заставить объект двигаться или поддерживать его движение, когда силы трения передают энергию от него,

Высокотемпературное нанесение покрытия

Бесплатная цитата 717.767,6702
  • Льготы
  • Покрытия