Номер 181, страница 31 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Плавление и отвердевание кристаллических тел. Удельная теплота плавления - номер 181, страница 31.

Условие.

181. Для резки стали и железа широко используют электрическую дугу. Почему для цветных металлов (алюминия, свинца) затруднено применение электродуговых резаков?

Решение.

Решение

Применение электродуговых резаков для цветных металлов, таких как алюминий и свинец, затруднено из-за их специфических физико-химических свойств, которые кардинально отличают их от стали и железа. Существует несколько ключевых причин.

Во-первых, это высокая теплопроводность. Алюминий обладает очень высокой теплопроводностью, которая примерно в 4–5 раз выше, чем у стали. Из-за этого тепло от электрической дуги не концентрируется в зоне реза, а быстро распространяется по всему объему заготовки. Это мешает достижению температуры плавления в узкой зоне и требует использования дуги значительно большей мощности, что, в свою очередь, может вызывать сильную деформацию детали и не позволяет получить качественный рез.

Во-вторых, на поверхности алюминия мгновенно образуется тугоплавкая оксидная пленка. Эта пленка, оксид алюминия ($Al_2O_3$), имеет температуру плавления около $2072°C$, что значительно выше температуры плавления самого алюминия (около $660°C$). Прочная оксидная пленка препятствует прямому воздействию дуги на металл и его расплавлению, что сильно усложняет процесс резки и требует применения специальных технологий (например, переменного тока) для её разрушения.

В-третьих, отсутствие экзотермической реакции горения. При резке стали часто используется кислород, который, вступая в реакцию с расплавленным железом, вызывает его горение. Эта экзотермическая реакция выделяет дополнительное тепло, что значительно повышает эффективность и скорость резки. Цветные металлы не горят в кислороде таким образом, и вся энергия для их плавления должна поступать только от электрической дуги.

В случае свинца дополнительной проблемой является его очень низкая температура плавления ($327.5°C$) и высокая текучесть расплава. Мощная дуга вызывает не локальное, а обширное и неконтролируемое плавление. Жидкий металл легко затекает в зону реза и застывает, что делает невозможным получение чистого и ровного разреза.

Ответ:

Применение электродуговых резаков для цветных металлов, таких как алюминий и свинец, затруднено в первую очередь из-за их высокой теплопроводности, которая рассеивает тепло и мешает локальному плавлению, а также из-за образования на поверхности алюминия очень прочной и тугоплавкой оксидной пленки ($Al_2O_3$).