Коэффициент теплопроводности от чего зависит: Коэффициент теплопроводности — Технарь

Содержание

Коэффициент теплопроводности — Технарь

Множитель пропорциональности l в уравнениях (12.3) и (12.4) называется коэффициентом теплопроводности. Теплопроводность является физическим свойством вещества, характеризующим способность вещества проводить тепло. Из выражения (12.3) следует:

Коэффициент теплопроводности представляет собой количество тепла, проходящее в единицу времени через единицу поверхности при разности температур в один градус на пути в один метр.

Значения коэффициентов теплопроводности для различных веществ резко отличаются и зависят от структуры, плотности, влажности, давления и температуры материала. Поэтому в ответственных конструкциях, таких как изоляция подводных лодок или космических аппаратов, значения коэффициента теплопроводности конструкции определяется экспериментально для каждой конструкции. При обычных теплотехнических расчётах значения коэффициента теплопроводности принимаются из справочника. Необходимо только, чтобы физические характеристики материала (влажность, плотность…), определяемые условиями эксплуатации, соответствовали табличным данным, приведенным в справочнике.

Зависимость теплопроводности от температуры имеет характер:

li = l0(1 + bti) (12.6)

где l0 — известный коэффициент теплопроводности при известной температуре t0;

b — константа, определяемая для данного материала экспериментально.

Наибольшие значение теплопроводности имеют металлы: у серебра l = 410 Вт/(м·град), у золота l = 300 Вт/(м·град), у чистой меди l = 395 Вт/(м·град), у алюминия l = 210 Вт/(м·град). Для большинства металлов повышение температуры приводит к уменьшению теплопроводности. К резкому снижению теплопроводности приводит наличие даже ничтожного количества примесей в металлах. Например, следы мышьяка в меди снижают коэффициент ее теплопроводности до l = 142 Вт/(м·град).

Железо с содержанием углерода 0,1% имеет l = 52 Вт/(м·град), при наличии углерода 1% — l = 40 Вт/(м·град). Для чистых металлов теплопроводность и электропроводность пропорциональны друг другу.

Значения коэффициентов теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов лежат в пределах l = 0,02 — 3 Вт/(м·град). Рост температуры приводит к росту коэффициента теплопроводности в соответствии с зависимостью (12.6). Как правило, чем выше плотность материала, тем больше величина его теплопроводности. При выборе строительных и изоляционных материалов следует учесть высокую зависимость коэффициента теплопроводности от влажности материала. Причем нужно помнить, что теплопроводность влажного материала выше, чем теплопроводность отдельно сухого материала и теплопроводность воды. Например, сухой кирпич имеет коэффициент теплопроводности l = 0,3 Вт/(м·град), теплопроводность воды l = 0,6 Вт/(м·град), а теплопроводность влажного кирпича l = 0,9 Вт/(м·град).

В качестве теплоизоляционных обычно используют материалы с теплопроводностью менее l = 0,2 Вт/(м·град).

Теплопроводность капельных жидкостей, как и теплопроводность металлов, понижается при увеличении температуры. Исключением является вода и глицерин. Значения коэффициентов теплопроводности капельных жидкостей находится в интервале l = 0,7 – 0,1 Вт/(м·град).

Величины коэффициентов теплопроводности газов на порядок меньше, чем капельных жидкостей l = 0,1 – 0,005 Вт/(м·град). В отличие от жидкостей и металлов, у газов повышение температуры приводит к росту теплопроводности, как и у строительных и изоляционных материалов.

От давления (кроме очень маленького и очень большого) теплопроводность практически не зависит.

Зависимость коэффициента теплопроводности газов от температуры и давления

    Значения В н пг для некоторых газов даны в табл. 1.39. Зависимость коэффициента теплопроводности газов от давления при постоянной температуре можно определять по уравнению Франка [c.106]

    Зависимость коэффициента теплопроводности газов от давления при постоянной температуре можно определять по уравнению Франка [c. 106]

    Исследование коэффициентов теплопроводности газов и жидкостей, определение их зависимости от температуры и давления, определение теплопроводности газовых смесей и жидких растворов являются задачей настоящей монографии. 

[c.8]


    Значение коэффициента теплопроводности Я, зависит от природы вещества и меняется с температурой, плотностью, влажностью, давлением и структурой. Так, коэффициент теплопроводности газов возрастает с повышением температуры. То же наблюдается и у теплоизоляционных твердых материалов. У чистых металлов коэффициент теплопроводности уменьшается с ростом температуры, а у жидкостей эта зависимость имеет весьма сложный характер. При обычных температурах и давлениях лучшими проводниками теплоты являются металлы и худшими—газы. Например, для стали Я= 17,5 Бт/(М К), для меди Я = 384 Вт/(м-К), для капельных жидкостей Я = 0,1-г->7- 0,7 Вт/ (м К), а для газов К = 0,006 Ч- 0,6 Вт/ (м К).
[c.186]

    Зависимость теплопроводности газов от давления пока не представляется возможным рассчитать с высокой степенью точности. Однако влияние давления в этом случае удается учесть графическим путем. Так, по рис. 1-10 [84] можно определить (с погрешностью 20%) отношение коэффициентов Х/Хо, где X —коэффициент теплопроводности газа при высоком давлении Р и некоторой температуре Т, а Яо — коэффициент теп- [c.24]


    По сравнению с системой пограничного слоя для несжимаемой жидкости в этом случае к уравнениям движения (5.1.32) и неразрывности (5.1.33) добавляется еще уравнение энергии (5.1.34) и уравненне состояния (5.1.35), а также задается зависимость коэффициента вязкости ц. от энтальпии (температуры). В уравнениях (5.1.32) — (5.1.34) введены следующие обозначения к = ср/с — отношение коэффициентов теплоемкостей газа при постоянном давлении и постоянном объеме = 11 1 — число Маха, характеризующее отношение скорости набегающего потока к скорости звука в нем а Рг = = 1Ср/Х — число Прандтля О.
— коэффициент теплопроводности). [c.115]

    Теплопроводность газов колеблется в пределах шриблизительно между К = 0,005 и Я = 0,5 ккал1м час ° С. С повышением температуры Л возрастает, а зависимость коэффициента теплопроводности от давления становится заметной лишь при весьма высоких (свыше 2000 ат) и весьма низких (ниже 0,03 ата) давлениях. [c.23]

    ЗАВИСИМОСТЬ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ДВУХ- И МНОГОАТОМНЫХ ГАЗОВ ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ [c.147]

    Для определения- коэффициента теплопроводности жидкости под давлением и при высокой температуре применима также графическая зависимость для газов (см. рис. XV. 10). 

[c.325]

    Коэффициент теплопроводности паров нефтяных фракций, содержащих ароматические углеводороды, водород и некоторые неуглеводородные газы, в области давлений не выше 0,45 МПа можно определить в зависимости от температуры и мольной массы (М=15—150) (см. Приложение рис. П-24). [c.111]

    Зависимость величины X от давления и температуры, определяемая формулой (41), совпадает с зависимостью, определяемой формулой (40), с точностью до множителя 2,5, наличие которого подчеркивает приближенный характер изложения в 4. Для однокомпонентных многоатомных газов выражение для X, полученное из строгой кинетической теории, пока не дало полезных численных результатов. Поэтому расчет по формуле Эйкена, основанный на сформулированных ниже физических соображениях, пока что представляет собой наиболее удовлетворительный способ расчета коэффициентов теплопроводности многоатомных газов. 

[c.570]

    Размерность а такая же, как у коэффициента диффузии и кинематической вязкости, поэтому процесс переноса тепла за счет теплопроводности можно трактовать как диффузию тепла с коэффициентом диффузии а, имея в виду, что механизмы переноса при диффузии и теплопроводности идентичны. Коэффициент теплопроводности газов увеличивается с ростом температуры. Для большинства жидкостей к уменьшается с увеличением Т. Полярные жидкости, например вода, являются исключением. Для них зависимость к Т) имеет максимум. Как и коэффициент вязкости, коэффициент теплопроводности слабо зависит от давления. 

[c.50]

    Коэффициенты теплопроводности паров и газов даны при давлении 1 атм. В тех случаях, когда значения коэффициента теплопроводности приведены для температуры фазового перехода, агрегатное состояние вещества указано буквой, стоящей рядом со значением температуры, например (182 ж.). При этом к. означает кристаллическое состояние ж. — жидкость г — газ т. — твердое вещество ам. — вещество в аморфном состоянии, мк.— монокристалл. Если коэффициент теплопроводности проявляет сильную зависимость от агрегатного состояния вещества при данной температуре, то буква указывает на состояние, для которого приведено значение %. [c.256]


    Сопоставление приведенных коэффициентов теплопроводности Япр для часто встречающихся двухатомных газов на основе теории соответственных состояний дано Шефером и Тодосом [19].
На рис. 1-11 показана зависимость Япр от приведенных давления Рпр и температуры Гпр. Средняя погрешность- определения коэффициентов теплопроводности при высоком давлении по рис. 1-1 составляет 1,4% для N и, 1—3,2% для других двухатомных газов. [c.25]

    Явления диффузии, вязкости и теплопроводности физически подобны, так как все они представляют собой перенос некоторых физических величин через газ или жидкость. Концентрационная диффузия есть перенос массы из одной области в другую вследствие наличия градиента концентрации, вязкость есть перенос импульса вследствие наличия градиента скорости теплопроводность есть перенос тепловой энергии Б результате наличия градиента температуры. Простейшая кинетическая теория, используя ряд допущений, дает выражения для определения основной зависимости коэффициентов переноса от температуры и давления, а также от массы и размеров молекул газа. Коэффициент обычной диффузии численно равен плотности потока молекул вида I вследствие единичного градиента плотности частиц коэффициент вязкости численно равен плотности потока г/-компоненты импульса, создаваемого единичным градиентом 1/-компоненты скорости коэффициент теплопроводности численно равен плотности потока энергии, вызванного единичным градиентом температуры.

[c.23]

    Методы монотонного нагрева для исследования теплофизических свойств жидкостей и газов получили более глубокое развитие в работах автора настоящей монографии [133—140]. Им разработаны общие теоретические основы методов измерения коэффициента теплопроводности жидкостей и газов, а также изобарной теплоемкости жидкостей в режиме монотонного нагрева при высоких температурах и давлениях. Расчетные формулы получены с учетом температурной зависимости теплофизических свойств и переменной скорости нагрева в рамках нелинейной теории теплопроводности. На основе разработанных методов сконструирована экспериментальная аппаратура, позволивщая исследовать теплопроводность и изобарную теплоемкость различных классов жидкостей в широком диапазоне температур и давлений. 

[c.41]

    Коэффициенты К и а изменяются в широких пределах в зависимости от строения тела, температуры и особенно от его влажности. Коэффициент теплопроводности газов с, повышением температуры увеличивается такая же закономерность наблюдается и для жидкостей (за исключением воды и глицерина). Для кристаллических и аморфных тел с повышением температуры этот коэффициент, наоборот, уменьшается. С повышением давления воздуха значительно увеличивается коэффициент теплопровод- [c.56]

    Из приведенного рассмотрения экспериментальных данных по теплопроводности для шести одноатомных газов и водяного пара следует, чго из-за невозможности надежно определять значения коэффициента / и его зависимость от температуры и давления пользоваться формулой (2-11) для получения надежных значений коэффициента теплопроводности не следует. [c.137]

    Коэффициент теплопроводности X 10 [Вт/(м К)] сжиженного природного газа в зависимости от температуры и давления [15] [c.239]

    На фиг. 5 (стр. 353) показана зависимость среднего эффективного коэффициента теплопроводности некоторых порошков от давления. Граничные температуры и остаточный газ указаны на соответствующих кривых. Следует отметить, что при давлениях ниже мм рт. ст. коэффициент теплопроводности изменяется мало.[c.328]

    Для выяснения зависимости значений коэффициента / от температуры Одноатомных газов Зайцевой, [Л.2-26] было проведено экспериментальное исследование теплопроводности шести одноатомных газов. Ею экспериментально была определена теплопроводность гелия, неона, аргона, криптона, сенона и паров ртути при давлениях от 50 до 500 мм рт. ст. и температурах от О до 500° С. Установка Зайцевой исключала необходимость больших поправок к экспериментальным значениям в отличие от данных Каннулика и Кармана [Л. 2-27], уже при 300 С вводивших по правки до 20% к экспериментальным значениям. Обработка экспериментальных данных теплопроводности Зайцевой показала, что зависимость теплопроводности указанных шести одноатомных газов от температуры описывается уравнением [c.134]

    В зависимости ст физических свойств жидкостей (газов) процесс теплообмена может протекать различно и своеобразно. Особенно большое влияние оказывают коэффициент теплопроводности X, удельная теплоемкость Ср, плотность р, коэффициент температуропроводности а, уже использовавшиеся при рассмотрении теплопроводности, и коэффициент вязкости (1. Для каждого вещества эти величины имеют определенные значения и являются функцией параметров состояния (температуры и давления, прежде всего температуры). Особенно существенные изменения физических свойств могут иметь место в околокритической области термодинамических состояний и в области очень низких температур. [c.127]

    Соотношения (1.16) —(1.18) показывают, что коэффициент диффузии изменяется пропорционально температуре в степени и обратно пропорционально давлению. Коэффициенты вязкости Г1 и теплопроводности % также растут с увеличением температуры (т1, Я Г /2), но в отличие от О не зависят от давления. Приведенны здесь зависимости коэффициентов переноса от Г и р являются приближенными, так как при их получении использовалась модель газа, не учитывающая наличия межмолекулярных сил взаи- [c.16]

    Как было упомянуто ранее, коэффициент теплопроводности в обш,ем случае является функцией температуры и давления. Инженеры уделяют мало внимания зависимости коэффициентов теплопроводности твердых тел и жидкостей от давления. Происходит это, вероятно, потому, что в представ л яюш,их главный интерес для приложений случаях давление равно атмосферному. Частично это объясняется также маскируюш,им действием других переменных, таких, как наличие загрязнений. Как упомянуто ранее, коэффициент теплопроводности идеального газа не зависит от давления. Влияние высоких давлений на коэффициенты теплопроводности было предметом недавних исследований. Коэффициенты теплопроводности, как оказалось, в общем возрастают с ростом давления. Коэффициенты теплопроводности газов, жидкостей и твердых тел умеренно зависят от температуры, как можно увидеть из табл. 19. 1 — 19. 3. В общем увеличение температуры вызывает увеличение теплопроводности газов и уменьшение теплопроводности жидкостей и твердых тел. Имеется, однако, много исключений из этого общего правила существуют и некоторые вещества, у которых при изменении температуры коэффициенты теплопроводности проходят через максимум или минимум. [c.256]

    Явления, происходящие в турбулентном потоке горящего газа, описываются сложной системой уравнений. В состав ее входят уравнения движения и неразрывности для течения вязкого сжимаемого газа, а также уравнения энергии и диффузии для компонент горючей смеси и продуктов реакции, содержащие нелинейные источники тепла и вещества. Интенсивность этих источников определяется уравнениями химической кинетики. В общую систему уравнений входят также уравнение состояния и выражения, определяющие зависимость физических констант (коэффициенты вязкости, теплопроводности, диффузии и др.) от температуры и давления, а в принципе и от состава смеси. В общем случае учету подлежат также изменение молекулярной массы в ходе реакции, отличие теплоемкости исходных реагентов от теплоемкости продуктов сгорания, потери теплоты при излучении пламени, явления диссоциации, ионизации и рекомбинации, эффекты термо- и бародиффузии и диффузионной теплопроводности, обусловленные наличием резких градиентов температуры и концентраций и др. [c.14]

    Значения эффективного коэффициента теплопроводности водорода (т. е, с учетом переноса тепла вследствие химической энтальпии молекул) при различных температурах приведены в табл, 4.33. Теплопроводность диссоциирующего газа в зависимости от температуры проходит через максимум, положение которого смещается в область более низких температур при понижении давления (рис. 4,176). Это обусловлено увеличением степени диссоциации молекулярного водорода. [c.201]

    Отношения давления, объема и абсолютной температуры газа при данных условиях к его критическим параметрам называются соответственно приведенным давлением я = р1р р, приведенным объемом ф = у/ кр и приведенной температурой т = Г/Г р. В зависимости от я и т составлены обобщенные графики для определения теплоемкости, теплопроводности, энтальпии, теплоты парообразования, вязкости, энтропии и коэффициентов сжимаемости для большинства газов. [c.99]

    Теплопроводность вещества можно считать изученной, если мы располагаем надежными данными зависимости теплопроводности газа вещества при атмосферном давлении от температ фы (довысоких температур), можем нанести в координатной системе %=f(T) значения коэффициентов теплопроводности по верхней (сухой насыщенный пар) и нижней (кипящая жидкость), пограничным кривым, нанести значения коэффициентов теплопроводности а изобарах как при давлениях меньше критического, так и для давлений больше критического. На такой единой диаграмме расположится зависимость теплопроводности от давления и температуры в жидкой и в газообразной фазах, а также и в критической области. [c.178]

    Очень важно найти обобщающую зависимость для коэффициентов теплопроводности газов от температуры при атмосферном давлении. Это дало бы возможность по имеющимся экспериментальным данным одних газов находить правильные значе1ния коэффициента теплопроводности для любого газа. Это позволило бы сравнивать и корректировать теплопроводность одного газа по другому. [c.147]

    Уравнение (31. 1), как и аналогичные уравнения переноса тепла и количества движения — например, уравнения (7. 18) и (7. 21), базируется, по существу, на эмпирической основе. Известно, что для идеальных газов и разбавленных растворов В является практически постоянной величиной для данного давления, температуры и бинарной смеси и почти не зависит от концентрации. Но установлено, что для более концентрированных растворов зависит от состава смеси. Это аналогично зависимости коэффициента тенлопроводности от температуры. При небольшом изменении температуры теплопроводность мало изменяется, но изменение температуры на несколько сотен градусов вызывает во многих веществах значительное изменение теплопроводности. [c.445]

    В тех случаях, когда определяется видимый коэффициент теплопроводности пористых неоднородных твердых тел, темпе-ратурный коэффициент может иметь значительно большее значение, чем для гомогенных монолитных твердых тел, так как тепло передается не только теплопроводностью, но также и конвекцией в газе, заполняющем поры, и радиацией от одних поверхностей поры к другим. В случае, если внутренняя радиация значительна, то кривая зависимости видимого коэффициента теплопроводности от температуры получилась бы вогнутой вверх, так как излучение увеличивается пропорционально четвертой степени температуры. Для некоторых тонких порошков, таких, как силикоаэрогель и диатомит, видимый коэффициент теплопроводности уменьшается с уменьшением абсолютного давления. При низких давлениях средний путь х ) свободного пробега молекул воздуха , находящегося в порах, превышает их размер и коэффициент теплопроводности воздуха становится пропорциональным давлению, что и является причиной уменьшения видимого коэффициента теплопроводности порошков с понижением давления. При весьма малых размерах пор видимый коэффициент теплопроводности порошка при атмосферном давлении может быть меньше, чем к неподвижного воздуха при 1 ага. [c.27]

    В задачу расчета входит определение местоположения фронта пламени и распределения температуры, скорости течения и концентраций топлива и окислителя, а также продуктов сгорания в любом поперечном сечении факела. Примем также, что течение происходит в поле постоянного давления. Поэтому плотность газа будем считать величиной, обратно пропорциональной температуре (рг = onst), не учитывая различия молекулярных весов газов (реагентов и продуктов сгорания). Кроме того, температурную зависимость коэффициентов вязкости, теплопроводности и диффузии примем линейной ([г — X pD — Т), а числа Прандтля и Шмидта — постоянными (Рг = v/a = onst. S = v/D = onst). [c.12]

    Теплопроводность газов и паров углеводородов возрастает с повышением температуры и слабо зависит от давления при изменении последнего от 20 мм рт. ст. до нескольких десятков атмосфер. В табл. 1-22 приведены коэффициенты теплопровадноетл газов, входящих в состав продуктов сгорания, а в табл. 1-23—паров углеводородов в зависимости от температуры. [c.69]


Коэффициент теплопроводности материалов таблица, формулы

Термин «теплопроводность» применяется к свойствам материалов пропускать тепловую энергию от горячих участков к холодным. Теплопроводность основана на движении частиц внутри веществ и материалов. Способность передавать энергию тепла в количественном измерении – это коэффициент теплопроводности. Круговорот тепловой энергопередачи, или тепловой обмен, может проходить в любых веществах с неравнозначным размещением разных температурных участков, но коэффициент теплопроводности зависим от давления и температуры в самом материале, а также от его состояния – газообразного, жидкого или твердого. Эквивалентная теплопроводимость строительных материалов и утеплителей

 

Физически теплопроводность материалов равняется количеству тепла, которое перетекает через однородный предмет установленных габаритов и площади за определенный временной отрезок при установленной температурной разнице (1 К). В системе СИ единичный показатель, который имеет коэффициент теплопроводности, принято измерять в Вт/(м•К).

Как рассчитать теплопроводность по закону Фурье

В заданном тепловом режиме плотность потока при передаче тепла прямо пропорциональна вектору максимального увеличения температуры, параметры которой изменяются от одного участка к другим, и по модулю с одинаковой скоростью увеличения температуры по направлению вектора:

q = − ϰ х grad х (T), где:

  • q – направление плотности предмета, передающего тепло, или объем теплового потока, который протекает по участку за заданную временную единицу через определенную площадь, перпендикулярный всем осям;
  • ϰ – удельный коэффициент теплопроводности материала;
  • T – температура материала.
Перенос тепла в неравновесной термодинамической системе

 

Знак «-» в формуле перед «ϰ» указывает, что тепло движется в противоположном направлении от вектора grad х (T)/ – в направлении уменьшения температуры предмета. Эта формула отражает закон Фурье. В интегральном выражении коэффициент теплопередачи согласно закону Фурье будет выглядеть как формула:

  • P = − ϰ х S х ΔT / l, выражается в (Вт/(м•К) х (м2•К) / м = Вт/(м•К) х (м•К) = Вт), где:
  • P ­– общая мощность потерь теплоотдачи;
  • S – сечение предмета;
  • ΔT – разница температуры по стыкам сторон предмета;
  • l – расстояние между стыками сторон предмета – длина фигуры.
Связь коэффициента теплопроводимости с электропроводностью материалов

 

Электропроводность и коэффициент теплопередачи

Собственно, коэффициент теплопроводности металлов «ϰ» связан с их удельной электропроводимостью «σ» согласно закону Видемана-Франца, в соответствии с которым коэффициент теплопроводности металлов зависит от удельной электропроводимости прямо пропорционально температуре:

Κ / σ = π2 / 3 х (К / e)2 х T, где:

  • К – постоянный коэффициент Больцмана, устанавливающий закономерность между тепловой энергией тела и его температурой;
  • e – заряд электрона;
  • T – термодинамическая температура предмета.

Коэффициент теплопроводности газовой среды

В газовой среде коэффициент теплопроводности воздуха может рассчитываться по приблизительной формуле:

ϰ ~ 1/3 х p х cv х Λλ х v, где:

  • pv – плотность газовой среды;
  • cv – удельная емкость тепловой энергии при одном и том же объеме тела;
  • Λλ – расстояние свободного перемещения молекул в газовой среде;
  • v – скорость передачи тепла.
Что такое теплопроводимость

 

Или:

ϰ = I x К / 3 x π3/3 x d2 √ RT / μ, где:

  • i – результат суммирования уровней свободы прямого движения и вращения молекул в газовой среде (для 2-атомных газов i=5, для 1-атомных i=3;
  • К – коэффициент Больцмана;
  • μ – отношение массы газа к количеству молей газа;
  • T – термодинамическая температура;
  • d – ⌀ молекул газа;
  • R – универсальный коэффициент для газовой среды.

Согласно формуле минимальная теплопроводность материалов существует у тяжелых инертных газов, максимально эффективная теплопроводность строительных материалов – у легких.

Теплопроводимость в газовой разреженной среде

Газовая среда и теплопроводность

 

Результат по выкладкам выше, по которым делают расчет теплопроводности для газовой среды, от давления не зависит. Но в очень разреженной газовой среде расстояние свободного перемещения молекул зависит не от столкновений частиц, а от препятствий в виде стен резервуара. При этом ограничение перемещения молекул в соответствующих единицах измерения называют высоковакуумной средой, при которой степень теплообмена уменьшается в зависимости от плотности материала и прямо пропорциональна значению давления в резервуаре:

ϰ ~ 1/3 х p х cv х l х v, где:

i – объем резервуара;

Р – уровень давления в резервуаре.

Согласно этой формуле теплопроводность в вакуумной среде стремится к нулевой отметке при глубоком вакууме. Это объясняется тем, что в вакууме частицы, которые передают тепловую энергию, имеют низкую плотность на единицу площади. Но тепловая энергия в вакуумной среде перетекает посредством излучения. В качестве примера можно привести обычный термос, в котором для уменьшения потерь тепловой энергии стенки должны быть двойными и посеребренными, без воздуха между ними. Что такое тепловое излучение

 

При применении закона Фурье не принимают во внимание инерционность перетекания тепловой энергии, а это значит, что имеется в виду мгновенная передача тепла из любой точки на любое расстояние. Поэтому формулу нельзя использовать для расчетов передачи тепла при протекании процессов, имеющих высокую частоту повторения. Это ультразвуковое излучение, передача тепловой энергии волнами ударного или импульсного типа и т.д. Существует решение по закону Фурье с релаксационным членом:

τ х ∂q / ∂t = − (q + ϰ х ∇T) .

Если ре­лак­са­ция τ мгновенная, то формула превращается в закон Фурье.

Ориентировочная таблица теплопроводности материалов:

Основа Значение теплопроводности, Вт/(м•К)
Жесткий графен 4840 +/ 440 – 5300 +/ 480
Алмаз 1001-2600
Графит 278,4-2435
Бора арсенид 200-2000
SiC 490
Ag 430
Cu 401
BeO 370
Au 320
Al 202-236
AlN 200
BN 180
Si 150
Cu3Zn2 97-111
Cr 107
Fe 92
Pt 70
Sn 67
ZnO 54
 Черная сталь 47-58
Pb 35,3
Нержавейка Теплопроводность стали – 15
SiO2 8
Высококачественные термостойкие пасты 5-12
Гранит

(состоит из SiO2 68-73 %; Al2O3 12,0-15,5 %; Na2O 3,0-6,0 %; CaO 1,5-4,0 %; FeO 0,5-3,0 %; Fe2O3 0,5-2,5 %; К2О 0,5-3,0 %; MgO 0,1-1,5 %; TiO2 0,1-0,6 %)

2,4
Бетонный раствор без заполнителей 1,75
Бетонный раствор со щебнем или с гравием 1,51
Базальт

(состоит из SiO2 – 47-52%, TiO2 – 1-2,5%, Al2O3 – 14-18%, Fe2O3 – 2-5%, FeO – 6-10%, MnO – 0,1-0,2%, MgO – 5-7%, CaO – 6-12%, Na2O – 1,5-3%, K2O – 0,1-1,5%, P2O5 – 0,2-0,5 %)

1,3
Стекло

(состоит из SiO2, B2O3, P2O5, TeO2, GeO2, AlF3 и т.д.)

1-1,15
Термостойкая паста КПТ-8 0,7
Бетонный раствор с наполнителем из песка, без щебня или гравия 0,7
Вода чистая 0,6
Силикатный

или красный кирпич

0,2-0,7
Масла

на основе силикона

0,16
Пенобетон 0,05-0,3
Газобетон 0,1-0,3
Дерево Теплопроводность дерева – 0,15
Масла

на основе нефти

0,125
Снег 0,10-0,15
ПП с группой горючести Г1 0,039-0,051
ЭППУ с группой горючести Г3, Г4 0,03-0,033
Стеклянная вата 0,032-0,041
Вата каменная 0,035-0,04
Воздушная атмосфера (300 К, 100 кПа) 0,022
Гель

на основе воздуха

0,017
Аргон (Ar) 0,017
Вакуумная среда 0

Приведенная таблица теплопроводности учитывает теплопередачу посредством теплового излучения и теплообмена частиц. Так как вакуум не передает тепло, то оно перетекает при помощи солнечного излучения или другого типа генерации тепла.  В газовой или жидкой среде слои с разной температурой смешиваются искусственно или естественным способом.

Таблица теплопроводимости стройматериалов

 

Проводя расчет теплопроводности стены, необходимо принимать во внимание, что теплопередача сквозь стеновые поверхности меняется от того, что температура в здании и на улице всегда разная, и зависит от площади всех поверхностей дома и от теплопроводности стройматериалов.

Чтобы количественно оценить теплопроводность, ввели такое значение, как коэффициент теплопроводности материалов. Он показывает, как тот или иной материал способен передавать тепло. Чем выше это значение, например, коэффициент теплопроводности стали, тем эффективнее сталь будет проводить тепло.

  • При утеплении дома из древесины рекомендуется выбирать стройматериалы с низким коэффициентом.
  • Если стена кирпичная, то при значении коэффициента 0,67 Вт/(м2•К) и толщине стены 1 м при ее площади 1 м2 при разнице наружной и внутридомовой температуры 10С кирпич будет пропускать 0,67 Вт энергии. При разнице температур 100С кирпич будет пропускать 6,7 Вт и т.д.

Стандартное значение коэффициента теплопроводимости теплоизоляции и других строительных материалов верно для толщины стены 1 м. Чтобы провести расчет теплопроводности поверхности другой толщины, следует коэффициент поделить на выбранное значение толщины стены (метры). Ориентировочные показатели коэффициентов теплопроводимости

 

В СНиП и при проведении расчетов фигурирует термин «тепловое сопротивление материала», он означает обратную теплопроводность. То есть при теплопроводности листа пенопласта 10 см и его теплопроводности 0,35 Вт/(м2•К) тепловое сопротивление листа – 1 / 0,35 Вт/(м2•К) = 2,85 (м2•К)/Вт.

Ниже – таблица теплопроводности для востребованных строительных материалов и теплоизоляторов:

Стройматериалы Коэффициент теплопроводимости, Вт/(м2•К)
Плиты из алебастра 0,47
Al 230
Шифер асбоцементный 0,35
Асбест (волокно, ткань) 0,15
Асбоцемент 1,76
Асбоцементные изделия 0,35
Асфальт 0,73
Асфальт для напольного покрытия 0,84
Бакелит 0,24
Бетон с заполнителем щебнем 1,3
Бетон с заполнителем песком 0,7
Пористый бетон – пено- и газобетон 1,4
Сплошной бетон 1,75
Термоизоляционный бетон 0,18
Битумная масса 0,47
Бумажные материалы 0,14
Рыхлая минвата 0,046
Тяжелая минвата 0,05
Вата – теплоизолятор на основе хлопка 0,05
Вермикулит в плитах или листах 0,1
Войлок 0,046
Гипс 0,35
Глиноземы 2,33
Гравийный заполнитель 0,93
Гранитный или базальтовый заполнитель 3,5
Влажный грунт, 10% 1,75
Влажный грунт, 20% 2,1
Песчаники 1,16
Сухая почва 0,4
Уплотненный грунт 1,05
Гудроновая масса 0,3
Доска строительная 0,15
Фанерные листы 0,15
Твердые породы дерева 0,2
ДСП 0,2
Дюралюминиевые изделия 160
Железобетонные изделия 1,72
Зола 0,15
Известняковые блоки 1,71
Раствор на песке и извести 0,87
Смола вспененная 0,037
Природный камень 1,4
Картонные листы из нескольких слоев 0,14
Каучук пористый 0,035
Каучук 0,042
Каучук с фтором 0,053
Керамзитобетонные блоки 0,22
Красный кирпич 0,13
Пустотелый кирпич 0,44
Полнотелый кирпич 0,81
Сплошной кирпич 0,67
Шлакокирпич 0,58
Плиты на основе кремнезема 0,07
Латунные изделия 110
Лед при температуре 00С 2,21
Лед при температуре -200С 2,44
Лиственное дерево при влажности 15% 0,15
Медные изделия 380
Мипора 0,086
Опилки для засыпки 0,096
Сухие опилки 0,064
ПВХ 0,19
Пенобетон 0,3
Пенопласт марки ПС-1 0,036
Пенопласт марки ПС-4 0,04
Пенопласт марки ПХВ-1 0,05
Пенопласт марки ФРП 0,044
ППУ марки ПС-Б 0,04
ППУ марки ПС-БС 0,04
Лист из пенополиуретана 0,034
Панель из пенополиуретана 0,024
Облегченное пеностекло 0,06
Тяжелое вспененное стекло 0,08
Пергаминовые изделия 0,16
Перлитовые изделия 0,051
Плиты на цементе и перлите 0,085
Влажный песок 0% 0,33
Влажный песок 0% 0,97
Влажный песок 20% 1,33
Обожженный камень 1,52
Керамическая плитка 1,03
Плитка марки ПМТБ-2 0,035
Полистирол 0,081
Поролон 0,04
Раствор на основе цемента без песка 0,47
Плита из натуральной пробки 0,042
Легкие листы из натуральной пробки 0,034
Тяжелые листы из натуральной пробки 0,05
Резиновые изделия 0,15
Рубероид 0,17
Сланец 2,100
Снег 1,5
Хвойная древесина влажностью 15% 0,15
Хвойная смолистая древесина влажностью 15% 0,23
Стальные изделия 52
Стеклянные изделия 1,15
Утеплитель стекловата 0,05
Стекловолоконные утеплители 0,034
Стеклотекстолитовые изделия 0,31
Стружка 0,13
Тефлоновое покрытие 0,26
Толь 0,24
Плита на основе цементного раствора 1,93
Цементно-песчаный раствор 1,24
Чугунные изделия 57
Шлак в гранулах 0,14
Шлак зольный 0,3
Шлакобетонные блоки 0,65
Сухие штукатурные смеси 0,22
Штукатурный раствор на основе цемента 0,95
Эбонитовые изделия 0,15
Влажность и теплопроводимость – зависимость

 

Кроме того, необходимо учитывать теплопроводность утеплителей из-за их струйных тепловых потоков. В плотной среде возможно «переливание» квазичастиц из одного нагретого стройматериала в другой, более холодный или более теплый, через поры субмикронных размеров, что помогает распространять звук и тепло, даже если в этих порах  будет абсолютный вакуум.

Теплопроводность тяжелого бетона — от чего зависит теплопроводность?

Теплопроводность тяжелого бетона – это способность данного материала передавать через себя тепловой поток, который возникает из-за разности температур на противоположных поверхностях конструкции.  Обычно для её определения используют коэффициент теплопроводности, показывающий изменение количества тепла, проходящего через 1м материала при повышении температуры на 1 градус.

От чего зависит теплопроводность?

  1. Структуры. Внутреннее строение бетона очень сильно влияет на коэффициент теплопроводности. В качестве примера стоит привести легкие бетоны – пенно- и газобетон, объем которых насыщен порами с воздухом. Поскольку коэффициент теплопередачи воздуха намного меньше, чем у бетона, среднее значение оказывается достаточно привлекательным.  С тяжелым бетоном дело обстоит строго наоборот: его плотность достаточно высока, более того, внутри материала находятся элементы армирования, поэтому и теплопроводность такого образца может достигать 1.7 Вт/(м*С).

  2. Плотности. Как ясно из приведенного выше примера, с ростом плотности материала увеличивается и теплопроводность.

  3. Влажности. Бетон имеет пористую структуру, внутрь которой часто попадает вода. При понижении температуры находящаяся в микропорах вода замерзнет и станет настоящим проводником тепла, уводя его из помещения. Коэффициент теплопроводности льда составляет 1.8 единицы. Однако не нужно забывать, что лед сам по себе поглощает тепло, переходя в жидкую фазу, поэтому в процессе строительства прикладываются значительные усилия для защиты бетона от попадания воды внутрь его структуры.

Из вышесказанного следует, что теплопроводность тяжелого бетона, варьирующаяся в пределах 1.5-1.7 единиц – это явно не то, что требуется для утепления постройки, поэтому используются специальные теплоизоляционные материалы или же конструкционно-теплоизоляционные бетоны, которые нашли широкое применение и в малоэтажном строительстве.

Коэффициент теплопроводности

Строительные, отделочные материалы и утеплители

Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Такой вид теплопередачи, обусловленный тепловыми движениями и столкновениями молекул, называется теплопроводностью. При достаточно высоких температурах в твердых телах его можно наблюдать визуально. Так, при нагревании стального стержня с одного конца в пламени газовой горелки тепловая энергия передается по стержню, и на некоторое расстояние от нагреваемого конца распространяется свечение (с удалением от места нагрева все менее интенсивное).
Интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности зависит от градиента температуры, т.е. отношения dТ/dX

разности температур на концах стержня к расстоянию между ними. Она зависит также от площади поперечного сечения стержня (в м2) и коэффициента теплопроводности материала [в соответствующих единицах Вт/(м К)]. Соотношение между этими величинами было выведено французским математиком Ж.Фурье и имеет следующий вид:

q=-kA*dT/dX

где q– тепловой поток, k– коэффициент теплопроводности, а A– площадь поперечного сечения. Это соотношение называется законом теплопроводности Фурье; знак «минус» в нем указывает на то, что теплота передается в направлении, обратном градиенту температуры.

Из закона Фурье следует, что тепловой поток можно понизить, уменьшив одну из величин – коэффициент теплопроводности, площадь или градиент температуры. Для здания в зимних условиях последние величины практически постоянны, а поэтому для поддержания в помещении нужной температуры остается уменьшать теплопроводность стен, т.е. улучшать их теплоизоляцию.

В таблице представлены коэффициенты теплопроводности некоторых утеплителей и строительных материалов. Из таблицы видно, что одни материалы проводят тепло гораздо лучше других, но все они являются значительно худшими изоляторами, чем керамический теплоизолятор Астратек®.

Таблица коэффициентов теплопроводности некоторых материалов, Вт/м*К

Алебастровые плиты 0,47
Алюминий 230
Асбест (шифер) 0,35
Асбест волокнистый 0,15
Асбестоцемент 1,76
Асбоцементные плиты 0,35
Астратек 0,0012
Асфальт 0,72
Асфальт в полах 0,8
Бакелит 0,23
Бетон на каменном щебне 1,3
Бетон на песке 0,7
Бетон пористый 1,4
Бетон сплошной 1,75
Бетон термоизоляционный 0,18
Битум 0,47
Бумага 0,14
Вата минеральная легкая 0,045
Вата минеральная тяжелая 0,055
Вата хлопковая 0,055
Вермикулитовые листы 0,1
Войлок шерстяной 0,045
Гипс строительный 0,35
Глинозем 2,33
Гравий (наполнитель) 0,93
Гранит, базальт 3,5
Грунт 10% воды 1,75
Грунт 20% воды 2,1
Грунт песчаный 1,16
Грунт сухой 0,4
Грунт утрамбованный 1,05
Гудрон 0,3
Древесина — доски 0,15
Древесина — фанера 0,15
Древесина твердых пород 0,2
Древесно-стружечная плита ДСП 0,2
Дюралюминий 160
Железобетон 1,7
Зола древесная 0,15
Известняк 1,7
Известь-песок раствор 0,87
Иней 0,47
Ипорка (вспененная смола) 0,038
Камень 1,4
Картон строительный многослойный 0,13
Картон теплоизолированный БТК-1 0,04
Каучук вспененный 0,03
Каучук натуральный 0,042
Каучук фторированный 0,055
Керамзитобетон 0,2
Кирпич кремнеземный 0,15
Кирпич пустотелый 0,44
Кирпич силикатный 0,81
Кирпич сплошной 0,67
Кирпич шлаковый 0,58
Кремнезистые плиты 0,07
Латунь 110
Лед 0°С 2,21
Лед -20°С 2,44
Лед -60°С 2,91
Липа, береза, клен, дуб (15% влажности) 0,15
Медь 380
Мипора 0,085
Опилки — засыпка 0,095
Опилки древесные сухие 0,065
ПВХ 0,19
Пенобетон 0,3
Пенопласт ПС-1 0,037
Пенопласт ПС-4 0,04
Пенопласт ПХВ-1 0,05
Пенопласт резопен ФРП 0,045
Пенополистирол ПС-Б 0,04
Пенополистирол ПС-БС 0,04
Пенополиуретановые листы 0,035
Пенополиуретановые панели 0,025
Пеностекло легкое 0,06
Пеностекло тяжелое 0,08
Пергамин 0,17
Перлит 0,05
Перлито-цементные плиты 0,08
Песок 0% влажности 0,33
Песок 10% влажности 0,97
Песок 20% влажности 1,33
Песчаник обожженный 1,5
Плитка облицовочная 1,05
Плитка термоизоляционная ПМТБ-2 0,036
Полистирол 0,082
Поролон 0,04
Портландцемент раствор 0,47
Пробковая плита 0,043
Пробковые листы легкие 0,035
Пробковые листы тяжелые 0,05
Резина 0,15
Рубероид 0,17
Сланец 2,1
Снег 1,5
Сосна обыкновенная, ель, пихта (450…550 кг/куб.м, 15% влажности) 0,15
Сосна смолистая (600…750 кг/куб.м, 15% влажности) 0,23
Сталь 52
Стекло 1,15
Стекловата 0,05
Стекловолокно 0,036
Стеклотекстолит 0,3
Стружки — набивка 0,12
Тефлон 0,25
Толь бумажный 0,23
Цементные плиты 1,92
Цемент-песок раствор 1,2
Чугун 56
Шлак гранулированный 0,15
Шлак котельный 0,29
Шлакобетон 0,6
Штукатурка сухая 0,21
Штукатурка цементная 0,9
Эбонит 0,16
Эбонит вспученный 0,03

Из результатов приведенных коэффициентов теплопроводности следует, что Астратек на сегодняшний день обладает минимльным коэффициентом, а слой покрытия Астратек толщиной в 1 мм (в реальных условиях с учетом понижающих коэффициентов) обеспечивает те же изоляционные свойства, что и 50 мм рулонной изоляции или кирпичная кладка толщиной в 1-1,5 кирпича.

Тела Коэффициент теплопроводности — Энциклопедия по машиностроению XXL

Уравнение Фурье справедливо для небольших значений градиента температуры (когда отклонение системы от равновесного состояния мало) и в случае, когда средняя длина свободного пробега частиц (квазичастиц), участвующих в теплопереносе, мала по сравнению с геометрическими размерами системы. Для кристаллических твердых тел коэффициент теплопроводности представляет собой симметричный тензор второго ранга.  [c.338]
В случае однородного изотропного тела коэффициент теплопроводности представляет собой количество тепла, передаваемое в один час через один квадратный метр поверхности плоской стены толщиной в один метр, при разности температур на поверхности этой стены в один градус.  [c.14]

Для анизотропных тел коэффициент теплопроводности является тензором второго ранга ij.  [c.94]

При рассмотрении более сложной модели, когда учитывается полное распределение частот фононов в твердом теле, коэффициент теплопроводности описывается соотношением вида  [c.28]

Для каждого тела коэффициент теплопроводности имеет свое численное значение и зависит от природы, пористости, влажности, давления, температуры и других параметров. Численное значение определяется опытным путем. В практических расчетах используют значения коэффициента теплопроводности, которые приводятся в справочных таблицах. При выводе уравнения (13.1) принято, что X не зависит от температуры и является постоянной величиной. Однако коэффициент теплопроводности всех материалов изменяется с изменением темпера  [c.148]

Задача решается для определенной геометрической формы тела и определенных физических свойств тела (коэффициенты теплопроводности и температуропроводности). При этом следует учитывать так называемые краевые условия начальное распределение температуры (временное краевое условие) и условие на границах тела (пространственное краевое условие). Все перечисленные условия конкретизируют процесс, делая явление единственным, и называются условиями единственности.  [c.177]

Рассмотрим наиболее распространенный случай — теплопроводность через однослойную плоскую стенку, длина и ширина которой бесконечно велики по сравнению с толщиной б (рис. 23-1). Стенка имеет во всех своих частях одинаковую толщину, причем температуры поверхностей ( ст и /ст поддерживаются постоянными, т. е. являются изотермическими поверхностями. Температура меняется только в направлении, перпендикулярном к плоскости стенки, которое принимаем за ось X. Коэффициент теплопроводности X постоянен Для всей стенки. При стационарном тепловом режиме температура в любой точке тела неизменна и не зависит от времени, т. е. = 0. Тогда дифференциальное уравнение теплопроводности после сокращения коэффициента температуропроводности принимает вид  [c.358]


Полученное уравнение (23-2) является справедливым для случая, когда коэффициент теплопроводности является постоянной величиной. В действительности коэффициент теплопроводности реальных тел зависит от температуры и закон изменения температур будет выражаться кривой линией. Если коэффициент теплопроводности зависит от температуры в незначительной степени, то на практике закон изменения температур считают линейным.  [c.359]

Пример 24-4. Определить потери тепла шарообразным выпарным аппаратом, если внутренний диа.метр его равен di = 1,5 м, внешний (вместе с изоляцией) dj = 2,0 м и средний коэффициент теплопроводности стенки Яср = 0,12 вт/м-град. Температура рабочего тела внутри шара Л — 127° С, температура наружного воздуха /2 = = 27° С. Коэффициент теплоотдачи ai == 200 вт/м -град ап  [c.387]

В начальный момент времени пластина имеет во всех своих точках постоянную температуру поэтому и избыточная температура = t — ср будет также постоянной для всех точек тела. Кроме того, заданы коэффициент теплопроводности L t> плотность тела р и теплоемкость его с, величины которых полагаются постоянными. Коэффициент температуропроводности а определяется но уравнению  [c.390]

В абсолютно сухом капиллярнопористом теле передача теплоты может осуществляться теплопроводностью через твердый скелет тела, конвекцией и излучением между стенками по[). Все эти виды переноса теплоты обычно определяются эквивалентным коэффициентом теплопроводности  [c.516]

Большое влияние на величину X оказывает форма связи влаги с материалом. Коэффициент теплопроводности влажного тела зависит от температуры н влагосодержания. Экспериментальные значения коэффициента теплопроводности влажных тел в гигроскопической области свидетельствуют о значительном увеличении коэффициента теплопроводности с повышением температуры, что объясняется интенсификацией массообмена по мере роста температуры. В этом случае перепое вещества в основном происходит в виде пара.  [c.517]

Метод регулярного режима позволяет также определить коэффициент теплопроводности твердого тела.  [c.526]

Пример 4. По поверхности массивного тела движется точечный источник теплоты мощностью 6000 Вт. Определить расстояние от источника теплоты до конца изотермы 47″ = 700 К. Коэффициент теплопроводности металла к = = 0,4 Вт/(см-К).  [c.171]

Уравнения (6-4) и (6-5) не имеют общего решения. Получены [76] частные решения применительно к телам определенной геометрической формы. Эти решения для одномерного теплового потока используются при ]]остановке различных экспериментов и позволяют вычислить коэффициент теплопроводности из соотношения  [c.124]

Эти колебания в реальных веществах имеют затухающий характер, в связи с чем наблюдаются затухание тепловых упругих волн и невысокое значение коэффициента теплопроводности. В теории теплопроводности предполагается, что колебания нормального вида квантуются. В дискретной кристаллической решетке связь между ангармоническими колебаниями приводит к взаимодействию фононов между собой. Для описания этого процесса можно воспользоваться понятием длины свободного пробега. По аналогии с кинетической теорией газов теплопроводность твердого тела можно предста-  [c.157]

Система дифференциальных уравнений (5.10) содержит три неизвестных функции Uh, так как изменение температуры Т предполагается известным последнее определяется следующим образом пусть в теле происходит изменение температуры, зависящее от координат его точки и времени i. Допустим, что тело термически изотропно и однородно кроме того, коэффициент теплопроводности Я и удельная теплоемкость с не зависят от изменения температуры. Это допущение при не слишком больших разностях температуры вполне оправдывается. В этом случае функция Т (j i, Х2, Ха] t) должна во всем теле удовлетворять уравнению теплопроводности Фурье  [c.77]


Анализ зависимости коэффициента теплопроводности от температуры показывает, что для большинства твердых тел, жидкостей и газов при умеренных температурах эта зависимость приближенно может быть оценена линейной формулой  [c.273]

В практических расчетах коэффициент теплопроводности обычно считают одинаковым для всего тела и определяют его по среднеарифметической из крайних значений температур тела. При выборе коэффициента теплопроводности следует пользоваться справочной литературой [2], [13], [20].  [c.273]

Выявим закон изменения температуры в теле сначала для наиболее простого случая, когда внутренним тепловым сопротивлением тела по сравнению с внешним сопротивлением можно пренебречь, и потому в каждый момент времени температуру всего тела можно считать одинаковой. Равномерность температурного поля увеличивается с ростом коэффициента теплопроводности тела и с уменьшением коэ( )фициента его теплообмена с окружающей средой. При Bi температурное поле тела можно считать равномерным.  [c.301]

Следовательно, коэффициент теплоотдачи зависит от скорости течения а/, от коэффициента теплопроводности Я, вязкости fi, плотности р и теплоемкости Ср, от температур стенки и жидкости, которые определяют диапазон изменения физических параметров теплоносителя, от формы Ф и размеров тела /а— т. е.  [c.309]

При внешнем обтекании тел уменьшение плотности газового потока сопровождается увеличением толщины пограничного слоя и соответственно уменьшением интенсивности теплоотдачи. Возникновение температурного скачка приводит к дополнительному ухудшению интенсивности теплообмена. Как видно из рис. 11.2, появление температурного скачка сопровождается уменьшением температурного градиента в газе, а так как коэффициент теплопроводности газа при этом не изменяется, то тепловой поток к поверхности теплообмена также уменьшается.  [c.393]

Анализ формулы общего термического сопротивления плоской стенки (3.17) показывает, что дополнительный слой тепловой изоляции любой толщины независимо от величины ее коэффициента теплопроводности приводит к увеличению общего термического сопротивления стенки и уменьшению теплового потока. Это правило не может быть распространено на тела, имеющие выпуклые поверхности. При наложении изоляции-на выпуклую поверхность внутреннее термическое сопротивление увеличивается, но благодаря увеличению поверхности соприкосновения стенки с внешним теплоносителем уменьшается внешнее термическое сопротивление. Поэтому при использовании материалов с достаточно большим коэффициентом теплопроводности для покрытия изоляцией выпуклой поверхности можно получить не уменьшение, а увеличение теплового потока.  [c.441]

Явления переноса. Коэффициентами переноса называют коэффициенты вязкости, теплопроводности и диффузии. Это название обусловлено тем, что указанные коэффициенты характеризуют перенос в теле соответствующей физической величины коэффициент вязкости характеризует перенос импульса, коэффициент теплопроводности — перенос теплоты и коэффициент диффузии — перенос вещества.  [c.205]

Поток теплоты и коэффициент теплопроводности. Найдем сначала выражения для Уд = и Хд. Рассмотрим для этого систему из двух неподвижных тел разной температуры, причем все потоки, кроме потока теплоты, равняются нулю. Пусть температура первого тела равна Т а второго Т  [c.341]

На практике часто случается, что теплопроводность внутри тела и вблизи его границ различна. Это различие обусловлено как изменением условий протекания процессов теплопереноса, так и изменением структуры вещества (в результате термообработки, наклепа и т. д.). В таблицах этой главы приведены коэффициенты теплопроводности для части тела, удаленной на достаточное расстояние от границ.  [c.338]

Как уже отмечалось, связь теплового потока с градиентом температуры определяется законом Фурье в виде (1.40). В случае анизотропных сред теплопроводность в теле может быть различной в разных направлениях. Тогда коэффициент теплопроводности имеет тензорный характер и может быть представлен через свои компоненты  [c.24]

Пусть в некотором теле (среде) имеется поле температуры и, меняющееся со временем t, т. е. и = и (х, у, г, t), где х, у, z — декартовы координаты точек тела. Тогда при постоянстве таких физических параметров, как коэффициент теплопроводности к, удельная теплоемкость с, массовая плотность р, температура и удовлетворяет дифференциальному уравнению  [c.120]

I — характерный размер и — перемещение. К — вязкость упруго-вязкой среды у — удельная поверхностная энергия материала а — коэффициент температуропроводности а — коэффициент теплового расширения АТ — разница температур теля и среды, вызывающая разрушение материала JJ, коэффициент Пуассона w — скорость потока жидкости п — частота возбуждения потока а — коэффициент теплообмена — коэффициент теплопроводности тела коэффициент теплопроводности газа v — кинематичесипя вязкость Др — перепад давления газа р — плотность с —удельная теплоемкость а- — скорость звука в заданной среде g — ускорение земного притяжения q — удельный тепловой поток — температура среды —  [c.217]

В практике чаще всего решаются задачи комплексного теплообмена, когда внешний теплообмен у поверхности тела определяется коэффициентами теплопередачи лучеиопусканием и конвекцией, а теплообмел внутри тела —- коэффициентом теплопроводности. Задача конструкторов тепловых установок и эксплуатационного персонала — создавать все условия для интенсивного и качественного протекания всех видов полезного теплообмена.  [c.121]


Для изотропного тела коэффициенты теплопроводности равны по всем на1П ра1вления1М, и уравнение теплопроводности имеет вид [Л. 34, 56]  [c.38]

Для расчета нагрева (и охлаждения) тел используют решения дифференциальных уравнений теплопроводности. Точные решения имеются для тел правильной формы при этом принимаются следующие условия 1) тело считается однородн лм и изотропным 2) физические параметры тела — коэффициент теплопроводности, теплоемкость, удельный вес — постоянны 3) агрегатное состояние тела не меняется.  [c.48]

В расчетах обычно используют следующие теплофизические констан-1ы 1) константы нагреваемого тела коэффициенты теплопроводности X ккал/м ч град, температуропроводности а м 1ч и термоинерцни Ь = т/ Хсу=я У ккал/м ч° °С (с — удельная теплоемкость в ккал кг ° — объемный вес в кг м ) 2) константы, характеризующие теплообмен с внешней средой коэффициенты теплоотдачи конвекцией кон и лучеиспусканием о- ккал1м °С или же константа излучения С ккал1м ч (°К) . Прж расчете теплообмена тел с внешней средой по закону конвективной передачи тепла устанавливают зависимость О =/(Ро, В1).  [c.50]

Л. 68]. Этим игнорируется дискретность сы пучей среды, особенно сильно проявляющаяся именно при поперечном обтекании тел. Уравнение энергии по существу записано в форме дифференциального уравнения Фурье — Кирхгофа для стационарного двухмерного поля. Для отличия движущегося слоя от неподвижного в [Л. 118] принимается, что коэффициент пропорциональности не равен коэффициенту эффективной теплопроводности неподвижного слоя и аналогичен коэффициенту теплопроводности при турбулентном теплообмене. Однако в критериальных уравнениях Ми сл и Ре сл выражены через эффективные характеристики неподвижного слоя. При этом коэффициенты наружного и внутреннего трения движущегося слоя использованы в качестве аргументов неправильно, так к к они зависят от условий  [c.349]

В эксиериментальпой установке для онределепия коэффициента теплопроводности твердых тел методом регулярного режима исследуемый материал помещен в шаровой калориметр радиусом /-0 = 30 мм. После предварительного нагрева калориметр охлаждается в воздушном термостате, температура в котором tm поддерживается постоянной и равной 20° С.  [c.52]

Коэфс )ициеит температуропроводности является физическим параметром вещества и имеет единицу измерения м 1сек. В нестационарных тепловых процессах а характеризует скорость изменения температуры. Если коэффициент теплопроводности X характеризует способность тел проводить теплоту, то коэффициент температуропроводности а есть мера теплоинерционных свойств тел. Из уравнения (22-10) следует, что изменение температуры во времени dt/dx для любой точки тела пропорционально величине а. Поэтому при одинаковых условиях быстрее увеличится температура  [c.354]

Коэффициенты теплопроводности абсолютно сухих тел одинаковой пористости отличаются друг от друга весьма незначительно. Во влажных телах теплообмен всегда сопровождается массообме-ном. При этом возникает градиент переноса вещества, который зависит от температуры, н поэтому экспериментальные значения коэффициентов X соответствуют эквивалентным, а не истинным значениям коэффициентов теплопроводности.  [c.517]

Коэффициент температуропроводности а равен отношению коэффициента теплопроводности к полггой теплоемкости влажного тела  [c.517]

В общем случае коэффициент теплопроводности X, Вт/(см-К), удельная теплоемкость с, Дж/(г-К), плотность р, г/см /-го тела и поверх-ностая плотность теплового потока q , Вт/см зависят также от координата, у, Z, времени t и температуры Т.  [c.119]

Коэффициент теплопроводности твердого тела х легче всего определить, рассматривая стационарный поток тепла Q (энергия, ироходящая. в единицу врем-ени через единичную площадку, к которой перпендикулярен градиент температуры) в длинном стержне при градиенте температуры ДТ/Дх. Выполняется соотнощение  [c.42]

Повышение сопротивления тепловому потоку в месте контакта двух поверхностей обусловлено меньшим коэффициентом теплопроводности газовой прослойки по сравнению с твердым телом, отклонением направления теплового потока от нормали к поверхности контакта, повьш]енным термическим сопротивлением поверхностного слоя из-за окисной пленки и загрязнения.  [c.283]

Приведем математическое описание процессов теплопроводности и электропроводности к безразмерному виду. За масщтабы преобразования примем максимальные избыточные параметры 0о= =-Т — Га 00= 1 — 2> характерные линейные размеры тела /от и модели /о, масщтабные значения коэффициентов теплопроводности и электропроводности оо.  [c.77]


Коэффициенты теплопроводности строительных материалов

Теплопроводность материала зависит от его плотности, влажности и добавок. Таким образом, у строительных материалов разных производителей будут отличаться физические свойства. Поэтому для точности следует брать значения коэффициентов теплопроводности материала из документации производителя.

Для того, чтобы произвести расчет теплопотерь частного дома, чтобы определить необходимую мощность отопления, достаточно взять данные, которые приведены в таблице ниже. В ней приведены коэффициенты теплопроводности λ (Вт/(м*К)), взятые для средней зоны влажности по СНиП 2-3-79.


ВсеБетоныРастворыГипсокартон и гипсовые плитыКирпичная кладка и облицовкаДерево и материалы на его основеУтеплителиЗасыпкиДругое Фильтр по группе материалов

 

 

Таблица коэффициентов теплопроводности строительных материалов
МатериалПлотность, кг/куб.мТеплопроводность, Вт/(м*K)
Железобетон25002.04
Бетон на гравии или щебне24001,86
Туфобетон18000.99
*16000.81
*14000.58
*12000.47
Пемзобетон16000.68
*14000.54
*12000.43
*10000.34
*8000.26
Бетон на вулканическом шлаке16000.70
*14000.58
*12000.47
*10000.35
*8000.29
Керамзитобетон на керамзитовом песке и керамзитопенобетон18000.92
*16000.79
*14000.65
*12000.52
*10000.41
*8000.31
*6000.26
*5000.23
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией12000.58
*10000.47
*8000.35
Керамзитобетон на перлитовом песке10000.41
*8000.35
Шунгизитобетон14000.64
*12000.50
*10000.38
Перлитобетон12000.50
*10000.38
*8000.33
*6000.23
Шлакопемзобетон (термозитобетон)18000.76
*16000.63
*14000.52
*12000.44
*10000.37
Шлакопемзопенобетон и шлакопемзогазобетон16000.70
*14000.58
*12000.47
*10000.41
*8000.35
Бетон на доменных гранулированных шлаках18000.81
*16000.64
*14000.58
*12000.52
Аглопоритобетон и бетоны на топливных (котельных) шлаках18000.93
*16000.78
*14000.65
*12000.54
*10000.44
Бетон на зольном гравии14000.58
*12000.47
*10000.35
Вермикулитобетон8000.26
*6000.17
*4000.13
*3000.11
Газобетон, пенобетон, газосиликат, пеносиликат10000.47
*8000.37
*6000.26
*4000.15
*3000.13
Газозолобенон и пенозолобетон12000.58
*10000.50
*8000.41
Цементно-песчаный раствор18000.93
Сложный (песок, известь, цемент) раствор17000.87
Известково-песчаный раствор16000.81
Цементно-шлаковый раствор14000.64
*12000.58
Цементно-перлитовый раствор10000.30
*8000.26
Гипсо-перлитовый раствор6000.23
Поризованный гипсо-перлитовый раствор5000.19
*4000.15
Плиты из гипса12000.47
*10000.35
Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка)8000.21
Кладка из глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе18000.81
Кладка из глиняного кирпича на цементно-шлаковом растворе17000.76
Кладка из глиняного кирпича на цементно-перлитовом растворе16000.70
Кладка из силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе18000.87
Кладка из трепельного кирпича на цементно-песчаном растворе12000.52
*10000.47
Кладка из шлакового кирпича на цементно-песчаном растворе15000.70
Кладка из керамического пустотного кирпича плотностью 1400 кг/куб.м.на цементно-песчаном растворе16000.64
Кладка из керамического пустотного кирпича плотностью 1300 кг/куб.м.на цементно-песчаном растворе14000.58
Кладка из керамического пустотного кирпича плотностью 1000 кг/куб.м.на цементно-песчаном растворе12000.52
Кладка из силикатного одиннадцатипустотного кирпича на цементно-песчаном растворе15000.81
Кладка из силикатного четырнадцатипустотного кирпича на цементно-песчаном растворе14000.76
Облицовка гранитом, гнейсом, базальтом28003.49
Облицовка мрамором28002.91
Облицовка известняком20001.28
*18001.05
*16000.81
*14000.58
Облицовка туфом20001.05
*18000.81
*16000.64
*14000.52
*12000.41
*10000.29
Сосна, ель поперек волокон5000.18
Сосна, ель вдоль волокон5000.35
Дуб поперек волокон7000.23
Дуб вдоль волокон7000.41
Фанера клееная5000.18
Картон облицовочный10000.23
Картон строительный многослойный6500.18
ДВП и ДСП10000.29
*8000.23
*6000.16
*4000.13
*2000.08
Плиты фибролитовые и арболитовые на портландцементе8000.30
*6000.23
*4000.16
*3000.14
Плиты камышитовые3000.14
*2000.09
Плиты торфяные теплоизоляционные3000.08
*2000.064
Пакля1500.07
Маты минераловатные прошивные и на синтетическом связующем1250.07
*750.064
*500.06
Плиты минераловатные на синтетическом и битумном связующих3500.11
*3000.09
*2000.08
*1000.07
*500.06
Плиты минераловатные повышенной жесткости на органофосфатном связующем2000.076
Плиты минераловатные полужесткие на крахмальном связующем2000.08
*1250.064
Плиты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем500.064
Маты из стекловолокна прошивные1500.07
Пенополистирол1500.06
*1000.052
*400.05
Пенопласт ПХВ-1 и ПВ-11250.064
*100 и меньше0.052
Пенополиуретан800.05
*600.041
*400.04
Плиты из резольно-фенолформальдегидного пенопласта1000.076
*750.07
*500.064
*400.06
Перлитопластбетон2000.06
*1000.05
Перлитофосфогелевые изделия3000.12
*2000.09
Засыпка гравия керамзитового8000.23
*6000.20
*4000.14
*3000.13
*2000.12
Засыпка гравия шунгизитового8000.23
*6000.20
*4000.14
Засыпка щебня из доменного шлака, шлаковой пемзы и аглопорита8000.26
*6000.21
*4000.16
Засыпка щебня и песка из перлита вспученного6000.12
*4000.09
*2000.08
Засыпка вермикулита вспученного2000.11
*1000.08
Засыпка песка16000.58
Пеностекло или газостекло4000.14
*3000.12
*2000.09
Листы асбестоцементные плоские18000.52
*16000.41
Битумы нефтяные14000.27
*12000.22
*10000.17
Изделия из вспученного перлита на битумном связующем4000.13
*3000.099
Рубероид6000.17
Линолеум поливинилхлоридный многослойный18000.38
*16000.33
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове18000.35
*16000.29
*14000.23
Сталь стержневая арматурная785058
Чугун720050
Алюминий2600221
Медь8500407
Стекло оконное25000.76

 

 

Коэффициент теплопроводности металла 11 класс физики CBSE

Подсказка: Теплопроводность или коэффициент теплопроводности — это величина, которая говорит нам о способности материала передавать тепло через них. Здесь мы подробно обсудим теплопроводность и фактор, от которого она зависит. Таким образом мы получим коэффициенты, не зависящие от теплопроводности.Поскольку это несколько вопросов с правильным типом варианта, один или несколько вариантов могут быть правильными.

Полный пошаговый ответ:
Теплопроводность — это свойство материала, которое говорит нам о его способности проводить тепло; его значение варьируется от материала к материалу, поэтому мы можем сказать, что теплопроводность зависит от природы материала или типа материала.
Чтобы узнать другие факторы, от которых это зависит, давайте рассмотрим металлический стержень длиной L и площадью поперечного сечения A, а температура на концах стержня равна \ [{{T} _ {1}} \ text { и} {{T} _ {2}} \] соответственно.

Тогда тепло, которое будет проходить через материал, будет пропорционально площади поперечного сечения, так как чем больше площадь, тем больше тепла может пройти. Точно так же она будет пропорциональна разнице температур и обратно пропорциональна длине стержня.
Если тепловой поток задан как Q, то с учетом всей пропорциональности мы можем записать
\ [\ begin {align}
& Q \ propto \ dfrac {A ({{T} _ {1}} — {{T} _ { 2}})} {L} \\
& Q = k \ dfrac {A ({{T} _ {1}} — {{T} _ {2}})} {L} \\
\ end { align} \]
Где k — константа пропорциональности, известная как коэффициент теплопроводности.Следовательно, мы можем сказать, что теплопроводность или коэффициент теплопроводности не зависят от длины, площади поперечного сечения или разницы температур. Это просто зависит от типа материала.
Следовательно, правильными вариантами являются A, B и C.

Примечание:
Мы также можем видеть, что, поскольку теплопроводность — это внутреннее свойство материала проводить тепло, поэтому она будет зависеть только от природы материала. Кроме того, теплопроводность такая же, как и электропроводность, разница только в электропроводности: здесь происходит перенос зарядов, тогда как здесь происходит передача тепла.

Факторы, влияющие на теплопроводность | Sciencing

Теплопроводность, также называемая теплопроводностью, — это поток энергии от чего-то более высокой температуры к чему-то более низкой температуре. Он отличается от электропроводности, которая имеет дело с электрическими токами. Несколько факторов влияют на теплопроводность и скорость передачи энергии. Как указывает веб-сайт Physics Info, поток измеряется не количеством передаваемой энергии, а скоростью ее передачи.

Материал

Тип материала, используемого для теплопроводности, может влиять на скорость потока энергии между двумя областями. Чем больше проводимость материала, тем быстрее течет энергия. Согласно гипертексту физики, материал с наибольшей проводимостью — это гелий II, сверхтекучая форма жидкого гелия, которая существует только при очень низких температурах. Другие материалы с высокой проводимостью — это алмазы, графит, серебро, медь и золото. Жидкости имеют низкий уровень проводимости, а газы еще ниже.

Длина

Длина материала, через который должна проходить энергия, может влиять на скорость, с которой она течет. Чем короче длина, тем быстрее будет течь. Теплопроводность может продолжать увеличиваться даже при увеличении длины — просто она может увеличиваться более медленными темпами, чем раньше.

Разница температур

Теплопроводность зависит от температуры. В зависимости от материала проводника с повышением температуры часто повышается и теплопроводность материала, увеличивая поток энергии.

Типы поперечного сечения

Тип поперечного сечения, например круглый, C- и полый, может влиять на теплопроводность, согласно Журналу материаловедения. В статье сообщается, что коэффициент температуропроводности композитов, армированных углеродным волокном С-образной и полой формы, примерно в два раза выше, чем у композитов круглого типа.

Теплопроводность

Теплопроводность

Теплопроводность — это свойство материала.Не будет отличаться от размеры материала, но это зависит от температуры, плотность и влажность материала. Тепловой проводимость материала зависит от его температуры, плотности и содержание влаги. Теплопроводность, обычно встречающаяся в таблицах, составляет значение действительно для нормальной комнатной температуры. Это значение не будет отличаться значительно между 273 и 343 К (0 — 70 ° C). Когда высокие температуры например, в духовках, влияние температуры должно быть учтено.

Как правило, легкие материалы являются лучшими изоляторами, чем тяжелые. потому что легкие материалы часто содержат воздухозаборники. Сухой неподвижный воздух имеет очень низкая проводимость. Слой воздуха не всегда будет хорошим изолятором, потому что тепло легко переносится излучением и конвекция.

Когда материал, например изоляционный, становится влажным, воздух корпуса наполняются водой и, поскольку вода является лучшим проводником чем воздух, увеличивается проводимость материала.Вот почему это очень важно устанавливать изоляционные материалы, когда они сухие и следите за тем, чтобы они оставались сухими.

Проводимость против проводимости

Электропроводность (k) — это свойство материала, означающее его способность проводить тепло через его внутреннюю структуру. Поведение по отношению к другому рука является свойством объекта и зависит как от его материала, так и от толщина. Электропроводность равна удельной электропроводности, умноженной на толщину, в дюймах. единиц Вт / м²К. Поскольку проводимость обратно пропорциональна удельному сопротивлению, поэтому общее сопротивление материала может быть выражено как его общее толщина, деленная на общую проводимость.В таблице ниже представлен список строительных материалов и их теплопроводности для сухой (закрытой) и влажные (наружные) условия.

Группа Материал Удельная масса (кг / м3) Теплопроводность (Вт / мК)
Сухой Мокрая
Металл Алюминий 2800 204 204
Медь 9000 372 372
Свинец 12250 35 35
Сталь, Утюг 7800 52 52
цинк 7200 110 110
Натуральный камень Базальт, Гранит 3000 3.5 3,5
Голубой камень, Мрамор 2700 2,5 2,5
Песчаник 2600 1,6 1,6
Кладка Кирпич 1600-1900 0,6-0,7 0,9–1,2
Кирпич силикатный 1900 0.9 1,4
1000-1400 0,5-0,7
Бетон Гравийный бетон 2300-2500 2,0 ​​ 2,0 ​​
Легкий бетон 1600-1900 0,7-0,9 1,2–1,4
1000-1300 0.35-0,5 0,5-0,8
300-700 0,12-0,23
Пемзобетон 1000-1400 0,35-0,5 0,5–0,95
700-1000 0,23-0,35
Изоляционный бетон 300-700 0.12-0,23
Ячеистый бетон 1000-1300 0,35-0,5 0,7–1,2
400-700 0,17-0,23
Шлакобетон 1600-1900 0,45-0,70 0,7–1,0
1000-1300 0.23-0,30 0,35-0,5
Неорганическое Асбестоцемент 1600-1900 0,35-0,7 0,9–1,2
Гипсокартон 800-1400 0,23-0,45
Гипсокартон 900 0,20
Стекло 2500 0.8 0,8
Пеностекло 150 0,04
Минеральная вата 35-200 0,04
Плитка 2000 1,2 1,2
Пластыри Цемент 1900 0,9 1.5
лайм 1600 0,7 0,8
Гипс 1300 0,5 0,8
Органическое Пробка (развернутая) 100-200 0,04–0,0045
Линолеум 1200 0,17
Резина 1200-1500 0.17-0,3
ДВП 200-400 0,08-0,12 0,09-0,17
Дерево Твердая древесина 800 0,17 0,23
Хвойная древесина 550 0,14 0,17
Фанера 700 0.17 0,23
Оргалит 1000 0,3
Мягкая доска 300 0,08
ДСП 500–1000 0,1-0,3
ДСП 350-700 0,1-0,2
Синтетика Полиэстер (GPV) 1200 0.17
Полиэтилен, полипропилен 930 0,17
Поливинилхлорид 1400 0,17
Синтетическая пена Пенополистирол, эксп. (ПС) 10-40 0,035
То же, экструдированный 30-40 0.03
Пенополиуретан (PUR) 30–150 0,025-0,035
Твердая пена на основе фенольной кислоты 25-200 0,035
ПВХ-пена 20-50 0,035
Изоляция полости Изоляция стенок полости 20–100 0.05
Битумные материалы Асфальт 2100 0,7
Битум 1050 0,2
Вода Вода 1000 0,58
Лед 900 2.2
Снег свежий 80-200 0,1-0,2
Снег старый 200-800 0,5–1,8
Воздух Воздух 1,2 0,023
Почва Лесная почва 1450 0.8
Глина с песком 1780 0,9
Влажная песчаная почва 1700 2,0 ​​
Почва (сухая) 1600 0,3
Напольное покрытие Плитка напольная 2000 1.5
Паркет 800 0,17-0,27
Ковер из нейлонового войлока 0,05
Ковер (поролон) 0,09
Пробка 200 0,06-0,07
Шерсть 400 0.07

Что такое теплопроводность? Обзор

Вариация теплопроводности

Теплопроводность конкретного материала сильно зависит от ряда факторов. К ним относятся температурный градиент, свойства материала и длина пути, по которому следует тепло.

Теплопроводность материалов вокруг нас существенно отличается от материалов с низкой проводимостью, таких как воздух со значением 0.024 Вт / м • K при 0 ° C для металлов с высокой проводимостью, таких как медь (385 Вт / м • K).

Теплопроводность материалов определяет то, как мы их используем, например, материалы с низкой теплопроводностью отлично подходят для изоляции наших домов и предприятий, в то время как материалы с высокой теплопроводностью идеально подходят для приложений, где необходимо быстро и эффективно отводить тепло из одной области. к другому, например, в кухонных принадлежностях и системах охлаждения в электронных устройствах. Выбирая материалы с теплопроводностью, подходящей для области применения, мы можем достичь наилучших возможных характеристик.

Теплопроводность и температура

Поскольку движение молекул является основой теплопроводности, температура материала имеет большое влияние на теплопроводность. Молекулы будут двигаться быстрее при более высоких температурах, и поэтому тепло будет передаваться через материал с большей скоростью. Это означает, что теплопроводность одного и того же образца может резко измениться при повышении или понижении температуры.

Способность понимать влияние температуры на теплопроводность имеет решающее значение для обеспечения ожидаемого поведения продуктов при воздействии термического напряжения. Это особенно важно при работе с продуктами, выделяющими тепло, например электроникой, и при разработке материалов для защиты от огня и тепла.

Теплопроводность и структура

Значения теплопроводности существенно различаются в зависимости от материала и сильно зависят от структуры каждого конкретного материала.Некоторые материалы будут иметь разные значения теплопроводности в зависимости от направления распространения тепла; это анизотропные материалы. В этих случаях тепло легче перемещается в определенном направлении из-за того, как устроена конструкция.

При обсуждении тенденций теплопроводности материалы можно разделить на три категории; газы, неметаллические твердые тела и металлические твердые тела. Различия в способностях этих трех категорий к теплопередаче можно объяснить различиями в их структурах и молекулярных движениях.

Газы имеют более низкую относительную теплопроводность, поскольку их молекулы не так плотно упакованы, как в твердых телах, и поэтому теплопередача сильно зависит от свободного движения молекул и скорости молекул.

Газы — плохой теплопередатчик. Напротив, молекулы в неметаллических твердых телах связаны в сетку решетки, и поэтому теплопроводность в основном происходит за счет колебаний в этих решетках. Непосредственная близость этих молекул по сравнению с молекулами газов означает, что неметаллические твердые тела имеют более высокую теплопроводность по сравнению с двумя, однако в этой группе есть большие различия.

Это изменение частично объясняется количеством воздуха, присутствующего в твердом теле, материалы с большим количеством воздушных карманов являются отличными изоляторами, тогда как те, которые более плотно упакованы, будут иметь более высокое значение теплопроводности.

Теплопроводность металлических твердых тел еще раз отличается от предыдущих примеров. Металлы обладают самой высокой теплопроводностью среди любых материалов, за исключением графена, и обладают уникальной комбинацией теплопроводности и электропроводности.Оба эти атрибута передаются одними и теми же молекулами, и связь между ними объясняется законом Видемана-Франца. Этот закон свидетельствует о том, что при определенной температуре электропроводность будет пропорциональна теплопроводности, однако по мере увеличения температуры теплопроводность материала будет расти, а электропроводность — уменьшаться.

Тестирование и измерение теплопроводности

Теплопроводность — важнейший компонент взаимоотношений между материалами, и способность понимать это позволяет нам добиться наилучших характеристик материалов, которые мы используем во всех аспектах нашей жизни.Эффективное испытание и измерение теплопроводности имеют решающее значение для этих усилий. Методы измерения теплопроводности можно разделить на установившиеся или переходные. Это разграничение является определяющей характеристикой того, как работает каждый метод. Методы установившегося состояния требуют, чтобы образец и образец сравнения находились в тепловом равновесии до начала измерений. Для переходных методов это правило не требуется, поэтому результаты выдаются быстрее.

Исследования

Получение пористой муллитовой керамики с низкой теплопроводностью

В этом исследовании анализируется муллитовая керамика, образованная в результате вспенивания и отверждения крахмала муллитового порошка, а также то, как ее теплопроводность изменяется в зависимости от пористости керамики.Теплопроводность измерялась методом источника переходной плоскости Hot Disc (TPS) с TPS 2500 S. По мере увеличения пористости муллитовой керамики увеличивается и теплопроводность.

Материал с фазовым переходом нанографит / парафин с высокой теплопроводностью

Композиты нанографит (NG) / парафин были приготовлены в качестве композитных материалов с фазовым переходом. Добавление NG увеличило теплопроводность композитного материала. Материал, содержащий 10% NG, имел теплопроводность 0.9362 Вт / м • K

Артикул:

Нейв Р. Гиперфизика. «Теплопроводность». Государственный университет Джорджии.
Доступно по адресу: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/thercond.html#c1

Материалы курса по неразрушающему контролю. «Теплопроводность». Ресурсный центр по неразрушающему контролю.
Доступно по адресу: https://www.ndeed.org/EducationResources/CommunityCollege/Materials/Physical_Chemical/ThermalConductivity.htm

Уильямс, М. «Что такое теплопроводность?». Phys.Org. 9 декабря 2014 г.
Доступно по адресу: http://phys.org/news/2014-12-what-is-heat-conduction.html

Что вы подразумеваете под теплопроводностью? Получено из определения теплопроводности

Thermtest База данных термических свойств материалов. Список значений теплопроводности

Теплопроводность и закон Видемана-Франца

Теплопередача за счет теплопроводности включает передачу энергии внутри материала без какого-либо движения материала в целом.Скорость теплопередачи зависит от температурного градиента и теплопроводности материала. Теплопроводность — это довольно простое понятие, когда вы обсуждаете потери тепла через стены вашего дома, и вы можете найти таблицы, которые характеризуют строительные материалы и позволяют делать разумные расчеты.

Более фундаментальные вопросы возникают, когда вы исследуете причины значительных колебаний теплопроводности. Газы передают тепло путем прямых столкновений между молекулами, и, как и следовало ожидать, их теплопроводность низкая по сравнению с большинством твердых тел, поскольку они являются разбавленными средами.Неметаллические твердые тела передают тепло посредством колебаний решетки, так что нет чистого движения среды при прохождении энергии. Такой перенос тепла часто описывают в терминах «фононов», квантов колебаний решетки. Металлы являются гораздо лучшими проводниками тепла, чем неметаллы, потому что те же самые подвижные электроны, которые участвуют в электропроводности, также участвуют в передаче тепла.

Концептуально теплопроводность можно рассматривать как контейнер для зависящих от среды свойств, которые связывают скорость потери тепла на единицу площади со скоростью изменения температуры.

Для идеального газа скорость теплопередачи пропорциональна средней молекулярной скорости, длине свободного пробега и молярной теплоемкости газа.

Для неметаллических твердых тел теплопередача рассматривается как передача посредством колебаний решетки, поскольку атомы, колеблющиеся более энергично в одной части твердого тела, передают эту энергию менее энергичным соседним атомам. Это может быть усилено совместным движением в форме распространяющихся решеточных волн, которые в квантовом пределе квантуются как фононы.На практике неметаллические твердые тела настолько изменчивы, что мы обычно просто характеризуем вещество с помощью измеренной теплопроводности при выполнении обычных расчетов.

У металлов достаточно высокая теплопроводность, и те металлы, которые являются лучшими электрическими проводниками, также являются лучшими проводниками тепла. При заданной температуре теплопроводность и электрическая проводимость металлов пропорциональны, но повышение температуры увеличивает теплопроводность при одновременном уменьшении электропроводности.Это поведение количественно выражено в законе Видемана-Франца:

, где коэффициент пропорциональности L называется числом Лоренца. Качественно это соотношение основано на том факте, что и тепло, и электрический перенос связаны со свободными электронами в металле. Теплопроводность увеличивается со средней скоростью частиц, поскольку это увеличивает прямой перенос энергии. Однако электропроводность уменьшается с увеличением скорости частиц, поскольку столкновения отвлекают электроны от прямого переноса заряда.Это означает, что отношение теплопроводности к электрической проводимости зависит от квадрата средней скорости, который пропорционален кинетической температуре.

Теплопроводность и коэффициент диффузии | от Lucid Learning

Что такое теплопроводность?

Когда система нагревается, она накапливает часть своей тепловой энергии и передает оставшуюся тепловую энергию какой-либо другой системе. Способность системы передавать тепловую энергию называется теплопроводностью системы.По сути, это свойство транспорта системы.

Теплопроводность обозначается k. Единицей теплопроводности, как мы видели ранее, является Вт / м * К.

Что регулирует проводимость в твердых телах, жидкостях и газах?

Прежде чем анализировать теплопроводность для различных фаз, давайте рассмотрим явления, которые определяют теплопроводность через твердые тела, жидкости и газы.

В твердых телах тепло может передаваться через два механизма. Первый — это колебания решетки, а второй — поток свободных электронов.Повышенные колебания решетки способствуют передаче тепловой энергии через среду. Поток свободных электронов увеличивает электропроводность. Это также помогает в процессе распространения тепловой энергии через среду.

В жидкостях и газах теплопроводность происходит в основном за счет двух механизмов. Во-первых, это столкновение между атомами, молекулами или ионами, а во-вторых, молекулярная диффузия. По мере увеличения числа столкновений увеличивается обмен энергией между молекулами. Это помогает в транспортировке тепловой энергии через среду.Молекулярная диффузия — это случайное движение молекул в среде. По мере того, как беспорядочное движение молекул увеличивается, оно препятствует передаче тепловой энергии в определенном направлении.

От каких факторов зависит теплопроводность металлов, неметаллов и сплавов?

Как мы видели выше, теплопроводность через твердые тела зависит от двух эффектов, а именно колебаний решетки и потока свободных электронов. Теплопроводность достигается за счет добавления решетчатых и электронных компонентов.

, где

= теплопроводность из-за колебаний решетки

= теплопроводность из-за электронного эффекта

В чистых металлах электронный эффект играет доминирующую роль. Таким образом, они имеют относительно более высокие значения теплопроводности. Для чистых металлов k ~ ke.

В неметаллах влияние колебаний решетки играет доминирующую роль. Неметаллы обычно имеют высокое электрическое сопротивление, которое препятствует прохождению электронов. Следовательно, для неметаллов k ~ kl.

Решетка теплопроводности сильно зависит от расположения молекул. Например, древесина, которая представляет собой аморфное твердое тело (молекулы расположены очень беспорядочно), имеет относительно более низкие значения теплопроводности и действует как теплоизолятор. Теперь рассмотрим алмаз. Это высокоупорядоченное кристаллическое твердое вещество. Таким образом, он имеет самую высокую теплопроводность при комнатной температуре. Оксид бериллия (BeO), также не являющийся металлом, имеет относительно более высокую теплопроводность из-за своей кристалличности.

Металлы являются хорошими проводниками электричества и тепла, поскольку они имеют свободные электроны, а также колебания решетки. С другой стороны, неметаллы не имеют свободных электронов, что означает, что они являются электрически непроводящими материалами. И вообще неметаллы, такие как дерево, не являются теплопроводными материалами. Однако неметаллы, такие как алмаз и оксид бериллия, являются хорошими проводниками тепла. В результате такие материалы находят широкое применение в электронной промышленности. Например. алмазные радиаторы, используемые для охлаждения электронных компонентов.

Чистые сплавы обладают высокой теплопроводностью. Можно было бы ожидать, что сплав из двух металлов с теплопроводностью k1 и k2 будет иметь проводимость k между k1 и k2. Удивительно, но это не так. Теплопроводность сплава двух металлов обычно намного ниже. Например, теплопроводность меди и алюминия составляет 401 Вт / м ° C и 237 Вт / м ° C соответственно.

От каких факторов зависит теплопроводность жидкостей и газов?

В газах преобладающую роль играет эффект столкновения молекул.Молекулярная диффузия, которая представляет случайность в среде, играет второстепенную роль. Увеличение числа столкновений молекул увеличивает обмен энергией между молекулами. Это увеличивает теплопроводность газов.

В жидкостях молекулы относительно более плотно упакованы, чем в газах. Следовательно, теплопроводность жидкостей в основном зависит от эффекта молекулярной диффузии, то есть от беспорядочного движения молекул. Как мы видели ранее, увеличивающееся беспорядочное движение молекул препятствует прохождению тепла через жидкости.

Сравнение теплопроводности твердых тел, жидкостей и газов

Как теплопроводность зависит от температуры?

В случае чистых металлов и сплавов теплопроводность в основном зависит от электронного эффекта. С повышением температуры увеличивается как количество свободных электронов, так и колебания решетки. Таким образом, ожидается, что теплопроводность металла увеличится. Однако повышенные колебания решетки препятствуют потоку свободных электронов через среду.Комбинированный эффект этого явления в большинстве случаев приводит к снижению теплопроводности металлов и сплавов с повышением температуры. Из этого правила есть исключения. Для железа теплопроводность сначала уменьшается, а затем немного увеличивается с повышением температуры. Для платины теплопроводность увеличивается с повышением температуры.

В газах столкновения молекул усиливаются с повышением температуры. Таким образом, теплопроводность газа увеличивается с повышением температуры.

В жидкостях, как мы видели ранее, теплопроводность в основном зависит от эффекта молекулярной диффузии. С повышением температуры увеличивается хаотичность молекулярных движений. Это препятствует передаче тепла через жидкости. Таким образом, теплопроводность жидкостей уменьшается с повышением температуры. Однако есть одно исключение — чистая вода. В случае чистой воды теплопроводность сначала увеличивается с повышением температуры, а затем начинает уменьшаться.

(Источник: http: // www1.lsbu.ac.uk/water/thermodynamic_anomalies.html)

Как теплопроводность зависит от давления?

Поскольку большинство твердых тел и жидкостей по своей природе несжимаемы, теплопроводность не зависит от давления.

В случае газов кинетическая теория газов предсказывает, а эксперименты подтверждают, что теплопроводность газов пропорциональна квадратному корню из температуры T и обратно пропорциональна квадратному корню из молярной массы M. проводимость газов не зависит от давления в широком диапазоне давлений, встречающихся на практике.

Что такое температуропроводность?

Когда система нагревается, она накапливает часть тепловой энергии и передает оставшуюся тепловую энергию какой-либо другой системе. Как мы видели, способность материала передавать тепловую энергию называется теплопроводностью. Способность материала аккумулировать тепло называется теплоемкостью материала. Теплоемкость материала представлена ​​Cp.

Температуропроводность показывает, насколько быстро тепло распространяется через материал.Он определяется как

. Обратите внимание, что теплопроводность показывает, насколько хорошо материал проводит тепло, а теплоемкость Cp представляет, сколько энергии материал хранит на единицу объема. Следовательно, температуропроводность материала можно рассматривать как отношение тепла, проводимого через материал, к теплу, накопленному на единицу объема.

Как это связано с теплопроводностью?

Материал с более высокой теплопроводностью или более низкой теплоемкостью будет иметь большой коэффициент температуропроводности.Чем больше коэффициент температуропроводности, тем быстрее распространяется тепло в среду. Небольшое значение коэффициента температуропроводности означает, что тепло в основном поглощается материалом, а небольшое количество тепла отводится дальше.

Проводимость | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Рассчитайте теплопроводность.
  • Наблюдать за теплопроводностью при столкновении.
  • Изучение теплопроводности обычных веществ.

Рисунок 1. Изоляция используется для ограничения теплопроводности изнутри наружу (зимой) и снаружи внутрь (летом). (Источник: Джайлз Дуглас)

Вам холодно в ногах, когда вы идете босиком по ковру в гостиной в холодном доме, а затем ступаете на плиточный пол кухни. Этот результат интригует, так как ковер и кафельный пол имеют одинаковую температуру. Различные ощущения, которые вы испытываете, объясняются разной скоростью теплопередачи: потери тепла в течение одного и того же промежутка времени больше для кожи, контактирующей с плиткой, чем с ковром, поэтому перепад температуры больше на плитке.

Некоторые материалы проводят тепловую энергию быстрее, чем другие. В целом, хорошие проводники электричества (металлы, такие как медь, алюминий, золото и серебро) также являются хорошими проводниками тепла, тогда как изоляторы электричества (дерево, пластик и резина) являются плохими проводниками тепла. На рисунке 2 показаны молекулы в двух телах при разных температурах. (Средняя) кинетическая энергия молекулы в горячем теле выше, чем в более холодном теле. Если две молекулы сталкиваются, происходит передача энергии от горячей молекулы к холодной.Кумулятивный эффект от всех столкновений приводит к чистому потоку тепла от горячего тела к более холодному телу. Таким образом, тепловой поток зависит от разницы температур Δ = Τ горячий T холодный . Таким образом, вы получите более сильный ожог от кипятка, чем от горячей воды из-под крана. И наоборот, если температуры одинаковы, чистая скорость теплопередачи падает до нуля и достигается равновесие. Благодаря тому, что количество столкновений увеличивается с увеличением площади, теплопроводность зависит от площади поперечного сечения.Если прикоснуться ладонью к холодной стене, рука остынет быстрее, чем при прикосновении к ней кончиком пальца.

Рис. 2. Молекулы в двух телах при разных температурах имеют разные средние кинетические энергии. Столкновения, происходящие на контактной поверхности, имеют тенденцию передавать энергию из высокотемпературных областей в низкотемпературные области. На этой иллюстрации молекула в области более низких температур (правая сторона) имеет низкую энергию перед столкновением, но ее энергия увеличивается после столкновения с контактной поверхностью.Напротив, молекула в области более высоких температур (слева) имеет высокую энергию до столкновения, но ее энергия уменьшается после столкновения с контактной поверхностью.

Третий фактор в механизме теплопроводности — это толщина материала, через который передается тепло. На рисунке ниже показана плита из материала с разными температурами с обеих сторон. Предположим, что T 2 больше, чем T 1 , так что тепло передается слева направо.Передача тепла с левой стороны на правую осуществляется серией столкновений молекул. Чем толще материал, тем больше времени требуется для передачи того же количества тепла. Эта модель объясняет, почему толстая одежда зимой теплее тонкой и почему арктические млекопитающие защищаются толстым салом.

Рис. 3. Теплопроводность происходит через любой материал, представленный здесь прямоугольной полосой, будь то оконное стекло или моржовый жир. Температура материала составляет T 2 слева и T 1 справа, где T 2 больше, чем T 1 .Скорость теплопередачи за счет теплопроводности прямо пропорциональна площади поверхности A, разности температур T 2 T 1 и проводимости вещества k . Скорость теплопередачи обратно пропорциональна толщине d .

Наконец, скорость теплопередачи зависит от свойств материала, описываемых коэффициентом теплопроводности. Все четыре фактора включены в простое уравнение, выведенное из экспериментов и подтвержденное экспериментами.Скорость кондуктивной теплопередачи через пластину материала, такую ​​как показанная на рисунке 3, задается как

.

[латекс] \ displaystyle \ frac {Q} {t} = \ frac {kA \ left (T_2-T_1 \ right)} {d} \\ [/ latex],

, где [latex] \ frac {Q} {t} \\ [/ latex] — это скорость теплопередачи в ваттах или килокалориях в секунду, k — теплопроводность материала, A и d — это его площадь поверхности и толщина, как показано на рисунке 3, а ( T 2 T 1 ) — разность температур по всей плите.В таблице 1 приведены типичные значения теплопроводности.

Пример 1. Расчет теплопроводности: скорость теплопроводности через ледяной ящик

Ледяной ящик из пенополистирола имеет общую площадь 0,950 м 2 и стенки со средней толщиной 2,50 см. В коробке есть лед, вода и напитки в банках с температурой 0 ° C. Внутренняя часть ящика охлаждается за счет таяния льда. Сколько льда тает за сутки, если хранить ледяной ящик в багажнике автомобиля при температуре 35,0ºC?

Стратегия

Этот вопрос включает как тепло для фазового перехода (таяние льда), так и передачу тепла за счет теплопроводности.{\ circ} \ text {C}; \\ t & = & 1 \ text {day} = 24 \ text {hours} = 86 400 \ text {s}. \ end {array} \\ [/ latex]

Определите неизвестные. Нам нужно найти массу льда, м . Нам также нужно будет вычислить чистое тепло, передаваемое для таяния льда, Q . Определите, какие уравнения использовать. Скорость теплопередачи за счет теплопроводности определяется как

[латекс] \ displaystyle \ frac {Q} {t} = \ frac {kA \ left (T_2-T_1 \ right)} {d} \\ [/ latex]

Тепло используется для плавления льда: Q мл f .{\ circ} \ text {C} \ right)} {0,0250 \ text {m}} = 13,3 \ text {J / s} \\ [/ latex]

Умножьте скорость теплопередачи на время (1 день = 86 400 с): Q = [латекс] \ left (\ frac {Q} {t} \ right) t \\ [/ latex] = ( 13,3 Дж / с) (86400 с) = 1,15 × 10 6 Дж.

Установите равным теплу, передаваемому для растапливания льда: Q = мл f . Определить массу м :

[латекс] \ displaystyle {m} = \ frac {Q} {L _ {\ text {f}}} = \ frac {1.3 \ text {Дж / кг}} = 3,44 \ text {кг} \\ [/ latex]

Обсуждение

Результат 3,44 кг, или около 7,6 фунта, кажется вполне правильным, если судить по опыту. Вы можете рассчитывать на использование мешка льда весом около 4 кг (7–10 фунтов) в день. Если вы добавляете горячую пищу или напитки, потребуется немного льда.

Проверка проводимости в таблице 1 показывает, что пенополистирол — очень плохой проводник и, следовательно, хороший изолятор. Среди других хороших изоляторов — стекловолокно, шерсть и перья из гусиного пуха. Как и пенополистирол, все они включают в себя множество маленьких карманов с воздухом, благодаря низкой теплопроводности воздуха.

Таблица 1. Теплопроводность обычных веществ
Вещество Теплопроводность k (Дж / с⋅м⋅ºC)
Серебро 420
Медь 390
Золото 318
Алюминий 220
Стальной чугун 80
Сталь (нерж.) 14
Лед 2.2
Стекло (среднее) 0,84
Бетонный кирпич 0,84
Вода 0,6
Жировая ткань (без крови) 0,2
Асбест 0,16
Гипсокартон 0,16
Дерево 0,08–0,16
Снег (сухой) 0,10
Пробка 0.042
Стекловата 0,042
Шерсть 0,04
Перья пуховые 0,025
Воздух 0,023
Пенополистирол 0,010

Рис. 4. Ватина из стекловолокна используется для изоляции стен и потолков, чтобы предотвратить теплопередачу между внутренней частью здания и внешней средой.

Комбинацией материала и толщины часто манипулируют для создания хороших изоляторов — чем меньше проводимость k и чем больше толщина d , тем лучше.Соотношение [латекс] \ frac {d} {k} \\ [/ latex], таким образом, будет большим для хорошего изолятора. Отношение [латекс] \ frac {d} {k} \\ [/ latex] называется коэффициентом R . Скорость кондуктивной теплопередачи обратно пропорциональна R . Чем больше значение R , тем лучше изоляция. R Коэффициент чаще всего указывается для бытовой теплоизоляции, холодильников и т.п. — к сожалению, он все еще выражается в неметрических единицах футов 2 · ° F · ч / британских тепловых единиц, хотя единицы обычно не указываются (1 британский тепловая единица [BTU] — это количество энергии, необходимое для изменения температуры на 1.0 фунтов воды при температуре 1,0 ° F). Пара типичных значений: коэффициент R, , равный 11, для стекловолоконных войлоков (кусков) изоляции толщиной 3,5 дюйма и коэффициент R, , равный 19, для стекловолоконных войлоков, толщиной 6,5 дюймов. Стены обычно утепляются 3,5-дюймовыми ватными покрытиями, а потолки — 6,5-дюймовыми. В холодном климате для потолков и стен можно использовать более толстый войлок.

Обратите внимание, что в таблице 1 лучшие теплопроводники — серебро, медь, золото и алюминий — также являются лучшими электрическими проводниками, что опять же связано с плотностью свободных электронов в них.Кухонная утварь обычно изготавливается из хороших проводников.

Пример 2. Расчет разницы температур, поддерживаемой теплопередачей: теплопроводность через алюминиевую сковороду

Вода кипит в алюминиевой кастрюле, поставленной на электрический элемент на плите. Дно кастрюли имеет толщину 0,800 см и диаметр 14,0 см. Кипящая вода испаряется со скоростью 1,00 г / с. Какая разница температур на дне сковороды?

Стратегия

Проводимость через алюминий является здесь основным методом теплопередачи, поэтому мы используем уравнение для скорости теплопередачи и решаем разницу температур .

[латекс] \ displaystyle {T} _2-T_1 = \ frac {Q} {t} \ left (\ frac {d} {kA} \ right) \\ [/ latex]

Решение

Определите известные значения и преобразуйте их в единицы СИ. Толщина поддона, d = 0,900 см = 8,0 × 10 −3 м площадь поддона, A = π (0,14 / 2) 2 м 2 = 1,54 × 10 −2 м 2 , а теплопроводность k = 220 Дж / с ⋅ м ⋅ ° C.

Рассчитайте необходимую теплоту испарения 1 г воды: Q = мл v = (1.{\ circ} \ text {C} \\ [/ latex]

Обсуждение

Значение теплопередачи [латекс] \ frac {Q} {t} \\ [/ latex] = 2,26 кВт или 2256 Дж / с типично для электрической плиты. Это значение дает очень небольшую разницу температур между плитой и сковородой. Учтите, что конфорка печи раскалилась докрасна, а температура внутри сковороды почти 100ºC из-за контакта с кипящей водой. Этот контакт эффективно охлаждает дно сковороды, несмотря на его близость к очень горячей конфорке плиты.Алюминий настолько хороший проводник, что достаточно лишь этой небольшой разницы температур для передачи тепла в сковороду 2,26 кВт.

Проводимость возникает из-за беспорядочного движения атомов и молекул. По сути, это неэффективный механизм переноса тепла на макроскопические расстояния и короткие временные расстояния. Возьмем, к примеру, температуру на Земле, которая была бы невыносимо холодной ночью и чрезвычайно высокой днем, если бы перенос тепла в атмосфере происходил только за счет теплопроводности.В другом примере автомобильные двигатели будут перегреваться, если не будет более эффективного способа отвода избыточного тепла от поршней.

Проверьте свое понимание

Как изменяется скорость теплопередачи за счет теплопроводности, когда все пространственные размеры удваиваются?

Решение

Поскольку площадь является произведением двух пространственных измерений, она увеличивается в четыре раза, когда каждое измерение удваивается ( A final = (2 d ) 2 = 4 d 2 = 4 A начальный ).А расстояние просто удваивается. Поскольку разница температур и коэффициент теплопроводности не зависят от пространственных размеров, скорость передачи тепла за счет теплопроводности увеличивается в четыре раза, деленные на два или два:

[латекс] \ left (\ frac {Q} {t} \ right) _ {\ text {final}} = \ frac {kA _ {\ text {final}} \ left (T_2-T_1 \ right)} {d_ {\ text {final}}} = \ frac {k \ left (4A _ {\ text {initial}} \ right) \ left (T_2-T_1 \ right)} {2d _ {\ text {initial}}} = 2 \ frac {kA _ {\ text {initial}} \ left (T_2-T_1 \ right)} {d _ {\ text {initial}}} = 2 \ left (\ frac {Q} {t} \ right) _ {\ text {initial}} \\ [/ latex]

Сводка раздела

  • Теплопроводность — это передача тепла между двумя объектами, находящимися в непосредственном контакте друг с другом.
  • Скорость теплопередачи [латекс] \ frac {Q} {t} \\ [/ latex] (энергия в единицу времени) пропорциональна разнице температур T 2 T 1 и площадь контакта A и обратно пропорциональна расстоянию d между объектами: [latex] \ frac {Q} {t} = \ frac {\ text {kA} \ left ({T} _ {2} — {T} _ {1} \ right)} {d} \\ [/ latex].

Концептуальные вопросы

  1. Некоторые электроплиты имеют плоскую керамическую поверхность со скрытыми нагревательными элементами.Кастрюля, поставленная над нагревательным элементом, будет нагрета, при этом безопасно прикасаться к поверхности всего в нескольких сантиметрах от нее. Почему керамика с проводимостью меньше, чем у металла, но больше, чем у хорошего изолятора, является идеальным выбором для плиты?
  2. Свободная белая одежда, закрывающая большую часть тела, идеальна для обитателей пустыни как на жарком солнце, так и в холодные вечера. Объясните, чем выгодна такая одежда и днем, и ночью.

Рисунок 5.Джеллабию носят многие мужчины в Египте. (кредит: Зерида)

Задачи и упражнения

  1. (a) Рассчитайте коэффициент теплопроводности через стены дома толщиной 13,0 см, у которых средняя теплопроводность в два раза выше, чем у стекловаты. Предположим, что нет ни окон, ни дверей. Площадь стен составляет 120 м 2 2 , их внутренняя поверхность имеет температуру 18,0ºC, а внешняя поверхность — 5,00ºC. (б) Сколько комнатных обогревателей мощностью 1 кВт потребуется для уравновешивания теплопередачи за счет теплопроводности?
  2. Скорость передачи тепла из окна в зимний день достаточно высока, чтобы охладить воздух рядом с ним.Чтобы увидеть, насколько быстро окна передают тепло за счет теплопроводности, рассчитайте коэффициент теплопроводности в ваттах через окно 2 размером 3,00 м и толщиной 0,635 см (1/4 дюйма), если температура внутренней и внешней поверхностей составляет 5,00 ºC и −10,0ºC соответственно. Такая высокая скорость не будет поддерживаться — внутренняя поверхность остынет и даже может образоваться иней.
  3. Рассчитайте скорость отвода тепла от тела человека, предполагая, что внутренняя температура ядра составляет 37,0 ° C, а температура кожи равна 34.0ºC, толщина тканей в среднем составляет 1,00 см, а площадь поверхности составляет 1,40 м. 2 .
  4. Предположим, вы стоите одной ногой на керамическом полу и одной ногой на шерстяном ковре, соприкасаясь каждой ногой на площади 80,0 см. 2 . И керамика, и ковер имеют толщину 2,00 см и температуру на нижней стороне 10,0 ° C. С какой скоростью должна происходить теплопередача от каждой ступни, чтобы верхняя часть керамики и ковра поддерживала температуру 33,0 ° C?
  5. Человек потребляет 3000 ккал пищи за один день, превращая большую ее часть для поддержания температуры тела.Если он теряет половину этой энергии из-за испарения воды (при дыхании и потоотделении), сколько килограммов воды испаряется?
  6. (a) Огнеходящий бежит по раскаленной угли, не получив ожогов. Рассчитайте теплопроводность, передаваемую подошве одной ступни огнехожника, учитывая, что нижняя часть ступни представляет собой мозоль толщиной 3,00 мм с проводимостью в нижней части диапазона для древесины, а ее плотность составляет 300 кг / м3. 3 . Площадь контакта 25,0 см 2 , температура углей 700ºC, время контакта 1.00 с. (b) Какое повышение температуры происходит в 25,0 см 3 пораженной ткани? (c) Как вы думаете, какое влияние это окажет на ткань, учитывая, что каллус состоит из мертвых клеток?
  7. (а) Какова скорость теплопроводности через мех толщиной 3 см у крупного животного с площадью поверхности 1,40 м 2 ? Предположим, что температура кожи животного составляет 32,0 ° C, температура воздуха -5,00 ° C и мех имеет такую ​​же теплопроводность, что и воздух.(б) Какой прием пищи потребуется животному в течение одного дня, чтобы восполнить эту теплопередачу?
  8. Морж передает энергию путем теплопроводности через свой жир со скоростью 150 Вт при погружении в воду с температурой –1,00 ° C. Внутренняя температура моржа составляет 37,0ºC, а его площадь поверхности составляет 2,00 м 2 . Какова средняя толщина его подкожного жира, который имеет проводимость жировых тканей без крови?

    Рис. 6. Морж на льду. (Источник: капитан Бадд Кристман, Корпус NOAA)

  9. Сравните коэффициент теплопроводности через 13.Стена толщиной 0 см, имеющая площадь 10,0 м 2 и удвоенную теплопроводность, чем стекловата, со скоростью теплопроводности через окно толщиной 0,750 см и площадью 2,00 м 2 , предполагая одинаковую разницу температур между ними.
  10. Предположим, что человек покрыт с головы до ног шерстяной одеждой средней толщины 2,00 см и передает энергию посредством теплопроводности через одежду со скоростью 50,0 Вт. Какова разница температур в одежде, если площадь поверхности равна 1.40 м 2 ?
  11. Некоторые поверхности плит сделаны из гладкой керамики для облегчения очистки. Если керамика имеет толщину 0,600 см и теплопроводность происходит через ту же площадь и с той же скоростью, что и в примере 2, какова разница температур в ней? Керамика имеет такую ​​же теплопроводность, как стекло и кирпич.
  12. Один из простых способов сократить расходы на отопление (и охлаждение) — это добавить дополнительную изоляцию на чердаке дома. Предположим, что в доме уже есть 15 см стекловолоконной изоляции на чердаке и на всех внешних поверхностях.Если добавить на чердак еще 8,0 см стеклопластика, то на какой процент упадет стоимость отопления дома? Возьмем одноэтажный дом размером 10 м на 15 м на 3,0 м. Не обращайте внимания на проникновение воздуха и потерю тепла через окна и двери.
  13. (a) Рассчитайте коэффициент теплопроводности через окно с двойным остеклением, которое имеет площадь 1,50 м 2 и состоит из двух стекол толщиной 0,800 см, разделенных воздушным зазором в 1,00 см. Температура внутренней поверхности 15.0ºC, а снаружи −10,0ºC. (Подсказка: на двух стеклянных панелях наблюдаются одинаковые перепады температуры. Сначала найдите их, а затем перепад температуры в воздушном зазоре. Эта проблема игнорирует повышенную теплопередачу в воздушном зазоре из-за конвекции.) (B) Рассчитайте скорость теплопроводность через окно толщиной 1,60 см той же площади и с такими же температурами. Сравните свой ответ с ответом на часть (а).
  14. Многие решения принимаются на основе периода окупаемости: времени, которое потребуется за счет экономии, чтобы равняться капитальным затратам на инвестиции.Приемлемые сроки окупаемости зависят от бизнеса или философии. (Для некоторых отраслей период окупаемости составляет всего два года.) Предположим, вы хотите установить дополнительную изоляцию, о которой идет речь в вопросе 12. Если стоимость энергии составляет 1 доллар США за миллион джоулей, а стоимость изоляции составляет 4 доллара США за квадратный метр, тогда рассчитайте простой срок окупаемости. . Возьмем среднее значение Δ T для 120-дневного отопительного сезона равным 15,0 ° C.
  15. Для человеческого тела, какова скорость теплопередачи через ткани тела при следующих условиях: толщина ткани равна 3.00 см, изменение температуры 2,00ºC, а площадь кожи 1,50 м 2 . Как это соотносится со средней скоростью передачи тепла телу в результате потребления энергии около 2400 ккал в день? (Никакие упражнения не включены.)

Глоссарий

R-фактор: отношение толщины материала к проводимости

скорость кондуктивной теплопередачи: скорость теплопередачи от одного материала к другому

теплопроводность: свойство способности материала проводить тепло

Избранные решения проблем и упражнения

1.(а) 1.01 × 10 3 Вт; (б) Один

3. 84.0 Вт

5. 2,59 кг

7. (а) 39,7 Вт; (б) 820 ккал

9. 35 к 1, окно к стене

11.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *