Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Теплопроводность измеряется в: В чем измеряется теплопроводность материалов

Содержание

В чем измеряется теплопроводность материалов

На практике нужно также учитывать проводимость тепла за счет конвекции молекул и проникаемости излучений. Например, при полной нетеплопроводности вакуума, тепло может передаваться за счет излучения (пример — Солнце, установки инфракрасного излучения). А газ или жидкость могут обмениваться нагретыми или охлажденными слоями самостоятельно или искусственно (пример — фен, греющие вентиляторы).

Коэффициент теплопроводности вакуума

Коэффициент теплопроводности вакуума стремится к нулю. Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тепло в вакууме передаётся только излучением. Поэтому для уменьшения теплопотери стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность хуже излучает и лучше отражает), а воздух между ними откачивают.

Связь с электропроводностью

Связь коэффициента теплопроводности K с удельной электрической проводимостью σ в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:

Обобщения закона Фурье

Следует отметить, что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности, то есть в данной модели изменение температуры в какой-то точке мгновенно распространяется на всё тело.

Закон Фурье не применим для описания высокочастотных процессов (и, соответственно, процессов, чьё разложение в ряд Фурье имеет значительные высокочастотные гармоники). Примерами таких процессов являются распространение ультразвука, ударные волны и т. д. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл [1] , а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом: [2]

Если время релаксации τ пренебрежимо мало, то это уравнение переходит в закон Фурье.

Примечания

  1. J. C. Maxwell, Philos. Trans. Roy. Soc. London 157 (1867) 49.
  2. C. Cattaneo, Atti Seminario Univ. Modena 3 (1948) 33.

См. также

Другие способы теплопередачи

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Коэффициент теплопроводности" в других словарях:

Коэффициент теплопроводности — λ, Вт/(м·К), количество теплоты, передаваемое за единицу времени через единицу площади изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице.

Источник: СНиП 41 03 2003: Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов Смотри также… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

коэффициент теплопроводности — Величина, характеризующая теплопроводящие свойства материала и определяемая плотностью теплового потока при единичной разности температур между поверхностями слоя материала единичной толщины [Терминологический словарь по строительству на 12… … Справочник технического переводчика

коэффициент теплопроводности — šiluminio la >Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

коэффициент теплопроводности — šiluminio la >Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

коэффициент теплопроводности — šilumos la >Fizikos terminų žodynas

коэффициент теплопроводности — šilumos la >Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

коэффициент теплопроводности, (l), Вт/(м×°С)

— 3. 2 коэффициент теплопроводности, (l), Вт/(м×°С): Количество теплоты, передаваемое за единицу времени через единицу площади изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице; Источник: СП 61.13330.2012: Тепловая изоляция… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

коэффициент теплопроводности — [thermal conductivity] коэффициент пропорциональности между плотностью теплового потока и вызвавшим его градиентом температур; отношение произведенного количества тепла на толщину стенки к произведению площади поперечного сечения поверхности… … Энциклопедический словарь по металлургии

коэффициент теплопроводности — Физический параметр, характеризующий интенсивность процесса теплопроводности в веществе и численно равный плотности теплового потока вследствие теплопроводности при градиенте температуры, равном единице … Политехнический терминологический толковый словарь

КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ — величина, характеризующая теплопрово дящие свойства материала и определяемая плотностью теплового потока при единичной разности температур между поверхностями слоя материала единичной толщины (Болгарский язык; Български) коефициент на… … Строительный словарь

Теплопроводность.

Так что же такое теплопроводность? С точки зрения физики теплопроводность – это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).

Можно сказать проще, теплопроводность – это способность материала проводить тепло. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Передача тепла происходит за счет передачи энергии при столкновении молекул вещества. Происходит это до тех пор, пока температура внутри тела не станет одинаковой. Такой процесс может происходить в твердых, жидких и газообразных веществах.

На практике, например в строительстве при теплоизоляции зданий, рассматривается другой аспект теплопроводности, связанный с передачей тепловой энергии. В качестве примера возьмем “абстрактный дом”. В “абстрактном доме” стоит нагреватель, который поддерживает внутри дома постоянную температуру, скажем, 25 °С.

На улице температура тоже постоянная, например, 0 °С. Вполне понятно, что если выключить обогреватель, то через некоторое время в доме тоже будет 0 °С. Все тепло (тепловая энергия) через стены уйдет на улицу.

Чтобы поддерживать температуру в доме 25 °С, нагреватель должен постоянно работать. Нагреватель постоянно создает тепло, которое постоянно уходит через стены на улицу.

Коэффициент теплопроводности.

Количество тепла, которое проходит через стены (а по научному – интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности) зависит от разности температур (в доме и на улице), от площади стен и теплопроводности материала, из которого сделаны эти стены.

Для количественной оценки теплопроводности существует коэффициент теплопроводности материалов

. Этот коэффициент отражает свойство вещества проводить тепловую энергию. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лучше он проводит тепло. Если мы собираемся утеплять дом, то надо выбирать материалы с небольшим значением этого коэффициента. Чем он меньше, тем лучше. Сейчас в качестве материалов для утепления зданий наибольшее распространение получили утеплители из минеральной ваты, и различных пенопластов. Набирает популярность новый материал с улучшенными теплоизоляционными качествами – Неопор.

Коэффициент теплопроводности материалов обозначается буквой ? (греческая строчная буква лямбда) и выражается в Вт/(м2*К). Это означает, что если взять стену из кирпича, с коэффициентом теплопроводности 0,67 Вт/(м2*К), толщиной 1 метр и площадью 1 м2., то при разнице температур в 1 градус, через стену будет проходить 0,67 ватта тепловой энергии. Если разница температур будет 10 градусов, то будет проходить уже 6,7 ватта. А если при такой разнице температур стену сделать 10 см, то потери тепла будут уже 67 ватт. Подробней о методике расчета теплопотерь зданий можно посмотреть здесь.

Следует отметить, что значения коэффициента теплопроводности материалов указываются для толщины материала в 1 метр. Чтобы определить теплопроводность материала для любой другой толщины, надо коэффициент теплопроводности разделить на нужную толщину, выраженную в метрах.

В строительных нормах и расчетах часто используется понятие “тепловое сопротивление материала”. Это величина обратная теплопроводности. Если, на пример, теплопроводность пенопласта толщиной 10 см – 0,37 Вт/(м2*К), то его тепловое сопротивление будет равно 1 / 0,37 Вт/(м2*К) = 2,7 (м2*К)/Вт.

Коэффициент теплопроводности материалов.

Ниже в таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов применяемых в строительстве.

Любой материал и любые конструкции дома обладают теплотехническими свойствами, то есть, в той или иной степени сохраняют, проводят, обмениваются тепловой энергией.

Коэффициент теплопроводности λ является физическим параметром вещества, материала, который характеризует его способность проводить теплоту. Это величина, численно равная тепловому потоку, который проходит сквозь слой материала толщиной 1 м при разности температур в 1°C.

Для определения коэффициента теплопроводности стройматериалов можно пользоваться приложением 3 СНиП II-3-79 Строительная теплотехника. Единица измерения коэффициента теплопроводности — Вт/(м·°C).

Коэффициент теплопередачи K. Теплопередачей называется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному теплоносителю через стенку, разделяющую эти теплоносители. Единица измерения коэффициента теплопередачи — Вт/(м 2 ·°C)

Сопротивление теплопередаче (теплосопротивление) R — величина, обратная коэффициенту теплопередачи. Единица измерения — м 2 ·°C/Вт.

  • Коэффициент теплопроводности λВт/(м·°C)
  • Коэффициент теплопередачи КВт/(м 2 ·°C)
  • Сопротивление теплопередаче
    R
    м 2 ·°C/Вт
  • Толщина материала Dм
  • R = D/λ
  • D = λR
  • λ = D/R
  • К = λ/D
  • D = λ/K
  • λ = KD

Теплопроводность единицы измерения - Справочник химика 21

    Величину коэффициента А в среднем можно принять равной 2,1. Коэффициент теплопередачи аг имеет единицу измерения Вт/(м К). В качестве тепловой изоляции используют синтетические и минеральные материалы, имеюш,1 е пористую структуру с замкнутыми мелкими порами, в которых исключается теплопередача конвекцией. Как известно, тонкие слои воздуха являются хорошей изоляцией при толщинах, исключающих возникновение свободной конвекции. Такие пористые материалы имеют весьма малые значения коэффициента теплопроводности, что позволяет при определенной толщине слоя изоляции (обычно до 150 мм) и ее конструкции получить большую величину термического сопротивления стенки. 
[c.174]

    Детальное изучение методики, опыт длительного ее использования, анализ установки и эксперимента позволяют утверждать, что погрешность значений теплопроводности в измерениях этим методом составляет 1,5%, а изобарной теплоемкости единицы объема срр [c.6]

    Для определения единицы измерения коэффициента теплопроводности решим уравнение (16. 1) относительно к  [c.445]

    Обозначения и единицы измерения К —абсолютная температура, градусы Кельвина С —температура, градусы Цельсия Р —температура, градусы Фаренгейта р —плотность, кг/м Ср —удельная теплоемкость, кДж/кг-К Ср/С -отношение удельных теплоемкостей, безразмерная величина ц —вязкость [для V с/мМ = кг/м-с) умножить табличное значение на 10 ] й —коэффициент теплопроводности, МВт/м-К Рг —число Прандтля, безразмерная величииа й —энтальпия, кДж/кг 1/ —скорость звука, м/с. [c.508]

    Обозначения и коэффициенты пересчета р —плотность в г/см= (при использовании единицы измерения фунт/фут табличное значение умножить на 62,428, единицы измерения кг/м — на 1000) Ср — удельная теплоемкость, кал/г-К (при использовании единицы измерения БЕТ/фут-°Н табличное значение умножить на 1, единицы измерения Дж/кг-К —на 4184.0) k — коэффициент теплопроводности, кал/с-см-К (при использовании единицы измерения Вт/м-К табличное значение умножить на 418,4 единицы измерения БЕТ/ч-фут-°Н-на 241,9) р, —абсолютная вязкость.

сПз (при использовании единицы измерения фунт/фут-ч табличное значение умножить на 2,419, единицы измерения Н-с/м —на 0,001). [c.514]

    Используя соотношения, аналогичные законам вязкости Ньютона и теплопроводности Фурье (см. Переноса процессы), вводят коэф. турбулентной кинематич. вязкости V., и турбулентной температуропроводности а (м-/с). Последние в отличие от выраженных в тех же единицах измерения коэф. мол, диффузии О, температуропроводности а и кинематич. вязкости V не являются физ.-хим. характеристиками и зависят от параметров осредненного движения среды, а также от положения рассматриваемого элемента ее объема в потоке. [c.19]

    Элементы теории теплопроводности теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность. Определения, единицы измерения. Закон теплопроводности (Фурье). [c.375]

    Элементы теории теплопроводности теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность. Определения, единицы измерения.[c.375]

    Потери из-за теплопроводности при измерениях температуры в пламенах с помощью тонких термопар можно сделать незначительными, если расположить оба электрода термопары в плоскостях с одинаковой температурой. Потери тепла излучением можно определить, приравнивая этим потерям количество теплоты, передаваемой от газа к зонду [1, с. 139]. Для сферического зонда диаметра ё. находящегося при установившейся температуре Та и введенного в газ с коэффициентом теплопроводности % и температурой Тг (при Тг>Тз), количество тепла, передаваемого на единицу площади поверхности зонда, можно приближенно определить как (2Х/с1) (Гг—Та). Это справедливо для зонда, диаметр которого достаточно мал (число Рейнольдса много меньше единицы). Тепловые потери зонда излучением к стенкам при температуре стенок Гст характеризуются величиной еа(П—Т ст) (где е —степень черноты зонда, а — постоянная Стефана — Больцмана). Приравнивая выражения для этих двух тепловых потоков, можно найти погрешность в измерении температуры, возникающую вследствие излучения [c. 37]

    Соотношения между единицами измерения коэффициента теплопроводности [c.26]

    Коэффициенты перевода единиц измерения коэффициента теплопроводности [1—3] [c.256]

    Установить соотношение между единицами измерения теплопроводности в разных системах измерения  [c.12]

    В качестве единицы измерения теплопроводности в данной главе используется кал/(см-с- К). Для пересчета этой единицы в БЕТ/(фут- ее необходимо умножить на 241,9, а для пересчета в Вт/(см-К) ид.ч Дж/(см-с К) — на 4,186. [c.410]

    Теплопроводность. Способность передавать тепло твердой, жидкой и газообразными фазами определяет удельную теплопроводность горных пород I или тепловое удельное сопротивление Коэффициент теплопроводности представляет собой величину, равную количеству тепла, переносимому породой в единицу времени через единицу площади при единичном градиенте температуры. В системе СИ единицей измерения К служит Вт/моль-°С.[c.114]

    Согласно определению, удельная теплопроводность Я соединения равна количеству теплоты, которое протекает через плоскую пластину толщиной 1 см и площадью 1 см за 1 с при условии, что между поверхностями пластины поддерживается разность температур 1 К. Таким образом, единица измерения удельной теплопроводности — Вт/(м-К). Теплопроводность осуществляется в результате прямой передачи энергии между молекулами без учета влияния конвекции или излучения. Согласно законам кинетической теории газов, в области температур и давлений, применяемых в газовой хроматографии, теплопроводность не зависит от давления и для всех газов существенно увеличивается с ростом температуры. [c.379]


    Том I (1962 г.) содержит общие сведения атомные веса и распространенность элементов единицы измерения физических величин соотношения между единицами измерения физических величин измерение температуры и давления математические таблицы и формулы важнейшие химические справочники и периодические издания основные данные о строении вещества и структуре кристаллов физические свойства (плотность и сжимаемость жидкостей и газов, термическое расширение твердых тел, жидкостей и газов равновесные температуры и давления критические величины и константы Ван-дер-Ваальса энергетические свойства теплопроводность электропроводность и числа переноса диэлектрическая проницаемость дипольные моменты вязкость поверхностное натяжение показатели преломления) краткие сведения по лабораторной технике. Имеется предметный указатель. [c.23]

    Найти единицу измерения коэффициента теплопроводности в СИ. [c.7]

    Всякое вещество, независимо от состояния, обладает целым рядом свойств, например плотностью, твердостью, сопротивлением сжатию, электропроводностью, теплопроводностью, теплоемкостью, оптическими свойствами и т. д. Каждое из этих свойств выражается в соответствующих единицах измерения и определяется при помощи специальных приборов. [c.130]

    Единицы измерения коэффициента теплопроводности  [c.18]

    Коэффициент теплопроводности X [единица измерения Вт/(м К)] входит в уравнение Фурье  [c.245]

    На рис. 33—42 значения коэффициента теплопроводности даны в технической системе единиц измерения. [c.78]

    В табл. 16 температуры кипения (т. кип.) и плавления (т. пл.) обычно указаны в градусах Цельсия (°С) при 1 атм (другие значения давления, в миллиметрах ртутного столба, приведены в скобках возг. означает, что при этой температуре вещество возгоняется) плотность р имеет единицу измерения г/л при 0°С (если единица измерения плотности — г/см , это указано в таблице в скобках приведены значения температуры, если р определена не при 0°С) дипольные моменты ц. даны в единицах Дебая для газообразного состояния теплопроводность (ТП) приведена в единицах 10- кал-с- -см-2/(°С/см) при 100°Р (37,8 °С) скорость распространения звука V измерена в единицах м/с при 0°С растворимость в воде 5 дана в граммах на 100 см воды при [c.47]

    В.— одно из важнейших и наиболее полно изученное соединение. Некоторые из свойств В. положены в основу определения единиц измерения фундаментальных физических величин массы, плотности, температуры, теплоты и уде гьной теплоемкости. По ряду физических свойств В. обнаруживает аномалии, например, по летучести соединений водорода с элементами подгруппы кислорода, по изменению плотности при увеличении температуры, зависимости вязкости от давления и теплопроводности от температуры. Эти аномалии В. обусловлены наличием водородных связей. Они играют важную роль в природе. [c.55]

    Коэффициенты теплопроводности смесей нереагирующих газов, близких к идеальному состоянию, можно подсчитать с допустимой для практических целей погрешностью по правилу аддитивности. Для двухфазных систем конденсационных (состояния Ь+С, Ь+С, 8+С, SrfG, рис. 1.1, 1.2) и диспергационных аэрозолей точные данные могут бьггь получены только опытным путем. Ориентировочно теплопроводности таких систем можно подсчитать как средневзвешенные величины по теплопроводностям твердой, жидкой и паровой фаз. Единицей измерения коэффициента теплопроводности в СИ является 1 Вт/(мК). В британской системе величина X измеряется в единицах тепла на фут, час, фадус Фаренгейта 1 ВТи/(йЬ°Р)=1,73 Вт/(мК). [c.43]

    Выше указывалось на связь физического смысла величины с ее размерностью и единицей измерения. Однако эта связь может оказаться завуалированной при стремлении к сокращению записи единицы измерения. Так, единицу измерения коэффициента теплопроводности X в СИ записывают упрощенно ДжЦсм К) — здесь физический смысл остается неясным. Это произошло из-за сокращения [м]-, полная запись имеет вид ДжЦсм К/м), и тогда физический смысл становится ясным коэффициент теплопроводности есть поток теплоты в единицу времени между двумя плоскими поверхностями площадью в 1 м , если при расстоянии между этими плоскостями в 1 м температурный напор равен [c.43]

    Коэффициент теплопроводности инертных газов в критическом состоянии Якр можно определить по формуле, предложенной Овенсом и Тодосом [18]. Преобразуя эту формулу с учетом перехода на Международную систему единиц измерения (СИ), получим  [c.12]

    Н=кал/г-К o j — отношение удельных теплоемкостей, безразмерная величина ц —вязкьсть (при использовании единицы измерения фунт/фут табличное значение умножить на 10 ) А —коэффициент теплопроводности, БЕТ/ч-фут R Рг—число Прандтля, безразмерная величина /г —энтальпия, БЕТ/фунт (при использовании единицы измерения кал/г умножить табличное значение на 0,5555) — скорость звука, фут/с.[c.511]

    Единица измерения коэффициента теплопроводности в системе СИ вт/м-град. Часто применяют внесистемные единицы кал/см-секХ, "Хград я ккал/м-ч-град. [c.140]

    Величины, входящие в выражения для критериев подобия, и их единицы измерения а—коэффициент теплоотдачи, Вт/(м -К), Р — коэффициент объемного расширения, К р — плотность, кг/м X — коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К) Д. —разность температур стенки и жидкости (или наоборот), К Ц — динамический коэффициент вязкости, Па с V — кинематический коэффициент вязкости, м / а — кКср)—коэффициент температуропроводности, м7с с — удельная теплоемкость (при постоянном давлении), Дж/(кг-К) Г — ускорение свободного падения, м/с I — определяющий геометрический размер (для каждой формулы указывается, какой размер является определяющим), м т — скорость, м/с г —удельная теплота парообразования (испарения), Дж/кг. [c.104]

    Н — коэффициент Генри единицы измерения указаны в тексте. iu (k fUny) S в бинарных газовых смесях, где диффундирует только котонент А, /о = (k /Uav) ЦРвм/Р) X X S 2/3 / = (ft/ ppi/,,)Pr2/3. k — коэффициент теплопроводности, эрг/[с-см -(°С/см)]. k — коэффициент массоотдачи, см/с. кст — коэффициент массоотдачи при предельной скорости движения капли. [c.228]

    Рассмотрим условия подобия явлений несколько подробнее. Предположим, что некоторое явление X может быть охарактеризовано параметрами х , х , х ,. .., Х . Так, диффузия характеризуется градиентом концентрации, вязкость — градиентом скорости, теплопроводность — градиентом температуры и т. д. Каждый параметр, характеризующий явление, может быть выражен в каких-то единицах измерения, например градиент концентрации — в моль1 л -см), градиент скорости — в см1 сек -см) и т. д. При описании данного явления между параметрами устанавливается функциональная зависимость вида [c.208]


Коэффициент теплопроводности - это... Что такое Коэффициент теплопроводности?

Теплопрово́дность — это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.

Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием теплорода от одного тела к другому. Однако более поздние опыты, в частности, нагрев пушечных стволов при сверлении, опровергли реальность существования теплорода как самостоятельного вида материи. Соответственно, в настоящее время считается, что явление теплопроводности обусловлено стремлением занять состояние более близкое к термодинамическому равновесию, что выражается в выравнивании температуры.

В установившемся режиме поток энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорционален градиенту температуры:

где  — вектор потока тепла — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси,  — коэффициент теплопроводности (иногда называемый просто теплопроводностью), T — температура. Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.

В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):

где P — полная мощность тепловых потерь, S — площадь сечения параллелепипеда, ΔT — перепад температур граней, h — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.

Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м·K).

Коэффициенты теплопроводности различных веществ

Материал Теплопроводность, Вт/(м·K)
Алмаз 1001—2600
Серебро 430
Медь 382—390
Золото 320
Алюминий 202—236
Латунь 97—111
Железо 92
Платина 70
Олово 67
Сталь 47
Кварц 8
Стекло 1
Вода 0,6
Кирпич строительный 0,2—0,7
Пенобетон 0,14—0,3
Газобетон 0,1—0,3
Дерево 0,15
Шерсть 0,05
Минеральная вата 0,045
Пенополистирол 0,04
Пеноизол 0,035
Воздух (300 K, 100 кПа) 0,026
Воздух (сухой неподвижный) 0,024—0,031
Аргон 0,0177
Ксенон 0,0057
Аэрогель 0,003
Вакуум (абсолютный) 0 (строго)

На практике нужно также учитывать проводимость тепла за счет конвекции молекул и проникаемости излучений. Например, при полной нетеплопроводности вакуума, тепло может передаваться за счет излучения (пример — Солнце, установки инфракрасного излучения). А газ или жидкость могут обмениваться нагретыми или охлажденными слоями самостоятельно или искусственно (пример — фен, греющие вентиляторы).

Коэффициент теплопроводности вакуума

Коэффициент теплопроводности вакуума стремится к нулю. Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тепло в вакууме передаётся только излучением. Поэтому для уменьшения теплопотери стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность хуже излучает и лучше отражает), а воздух между ними откачивают.

Связь с электропроводностью

Связь коэффициента теплопроводности K с удельной электрической проводимостью σ в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:

где k — постоянная Больцмана, e — заряд электрона.

Обобщения закона Фурье

Следует отметить, что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности, то есть в данной модели изменение температуры в какой-то точке мгновенно распространяется на всё тело. Закон Фурье не применим для описания высокочастотных процессов (и, соответственно, процессов, чьё разложение в ряд Фурье имеет значительные высокочастотные гармоники). Примерами таких процессов являются распространение ультразвука, ударные волны и т. д. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл[1], а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом:[2]

Если время релаксации τ пренебрежимо мало, то это уравнение переходит в закон Фурье.

Примечания

  1. J. C. Maxwell, Philos. Trans. Roy. Soc. London 157 (1867) 49.
  2. C. Cattaneo, Atti Seminario Univ. Modena 3 (1948) 33.

См. также

Другие способы теплопередачи

Wikimedia Foundation. 2010.

Методы определения теплопроводности

Теплопроводность — важнейшая теплофизическая характеристика материалов. Её необходимо учитывать при конструировании нагревательных устройств, выборе толщины защитных покрытий, учёте тепловых потерь. Если под рукой или в наличии нет соответствующего справочника, а состав материала точно не известен, его теплопроводность необходимо вычислить или измерить экспериментально.

Составляющие теплопроводности материалов

Теплопроводность характеризует процесс теплопереноса в однородном теле с определёнными габаритными размерами. Поэтому исходными параметрами для измерения служат:

  1. Площадь в направлении, перпендикулярном направлению теплового потока.
  2. Время, в течение которого происходит перенос тепловой энергии.
  3. Температурный перепад между отдельными, наиболее удалёнными друг от друга частями детали или исследуемого образца.
  4. Мощность теплового источника.

Для соблюдения максимальной точности результатов требуется создать стационарные (установившиеся во времени) условия теплопередачи. В этом случае фактором времени можно пренебречь.

Измерители теплопроводности на нашем сайте.

Определить теплопроводность можно двумя способами — абсолютным и относительным.

Абсолютный метод оценки теплопроводности

В данном случае определяется непосредственное значение теплового потока, который направляется на исследуемый образец. Чаще всего образец принимается стержневым или пластинчатым, хотя в некоторых случаях (например, при определении теплопроводности коаксиально размещённых элементов) он может иметь вид полого цилиндра. Недостаток пластинчатых образцов — необходимость в строгой плоскопараллельности противоположных поверхностей.

Поэтому для металлов, характеризующихся высокой теплопроводностью, чаще принимают образец в форме стержня.

Суть замеров состоит в следующем. На противоположных поверхностях поддерживаются постоянные температуры, возникающие от источника тепла, который расположен строго перпендикулярно к одной из поверхностей образца.

В этом случае искомый параметр теплопроводности λ составит
 λ=(Q*d)/F(T2-T1), Вт/м∙К, где:
Q — мощность теплового потока;
d — толщина образца;
F — площадь образца, на которую воздействует тепловой поток;
Т1 и Т2 — температуры на поверхностях образца.

Поскольку мощность теплового потока для электронагревателей может быть выражена через их мощность UI, а для измерения температуры могут быть использованы подключённые к образцу термодатчики, то вычислить показатель теплопроводности λ не составит особых трудностей.

Для того, чтобы исключить непроизводительные потери тепла, и повысить точность метода, узел образца и нагревателя следует поместить в эффективный теплоизолирующий объём, например, в сосуд Дьюара.

Относительный метод определения теплопроводности

Исключить из рассмотрения фактор мощности теплового потока можно, если использовать один из способов сравнительной оценки. С этой целью между стержнем, теплопроводность которого требуется определить, и источником тепла помещают эталонный образец, теплопроводность материала которого λ3 известна. Для исключения погрешностей измерения образцы плотно прижимаются друг к другу. Противоположный конец измеряемого образца погружается в охлаждающую ванну, после чего к обоим стержням подключаются по две термопары.

Далее включают нагреватель, и по достижении стационарного состояния, измеряют разницу температур между термопарами испытуемого образца и образца-эталона.

Теплопроводность вычисляется из выражения
λ=λ3(d(T13-T23)/d3(T1-T2)), где:
d — расстояние между термопарами в исследуемом образце;
d3 — расстояние между термопарами в образце-эталоне;
T13 и T23 — показания термопар, установленных в образце-эталоне;
Т1 и Т2 — показания термопар, установленных в исследуемом образце.

Теплопроводность можно определить и по известной электропроводности γ материала образца. Для этого в качестве испытуемого образца принимают проводник из проволоки, на концах которого любым способом поддерживается постоянная температура. Через проводник пропускается постоянный электрический ток силой I, причём клеммный контакт должен приближаться к идеальному.

По достижении стационарного теплового состояния температурный максимум Tmax будет располагаться посредине образца, с минимальными значениями Т1 и Т2 на его торцах. Измерив разность потенциалов U между крайними точками образца, значение теплопроводности можно установить из зависимости 

Точность оценки теплопроводности возрастает с возрастанием длины испытуемого образца, а также с увеличением силы тока, который пропускается через него.

Относительные методы измерения теплопроводности точнее абсолютных, и более удобны в практическом применении, однако требуют существенных затрат времени на выполнение замеров. Это связано с длительностью установления стационарного теплового состояния в образце, теплопроводность которого определяется.

Все публикации
Архив по годам: 2015; 2016;

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.

понятие о термине, единица измерения, коэффициент для разных материалов

При возведении здания строители стараются добиться его энергоэффективности, чтобы условия в помещениях были комфортными. Для этого учитывают теплопроводность строительных материалов. Но, если принято решение самостоятельно заниматься этим процессом, то понадобится изучить все понятия о термине и единице его измерения, чтобы правильно подобрать теплоизоляцию. В связи с тем, что коэффициент теплопроводности разный для материалов, к вопросу нужно подойти ответственно, чтобы избежать ошибки при их выборе.

Теплопроводность – что это такое

Теплопроводностью называется способность всех видов газов, жидкости или материалов передавать тепло. Это значит, что когда объект нагревается с одной стороны, он трансформируется в теплопроводник, т.к. передает свою энергию дальше. При охлаждении процесс происходит также.

Например, если во время приготовления пищи перемешивать продукты деревянной лопаткой, то изменений в температуре не последует. Но, если для этих целей использовать кухонную утварь из металла, то она быстро нагреется так, что держать ее станет в руке невозможно. Таких примеров теплопроводности привести можно немало.

Объяснение этого с точки зрения физики: тепловая энергия стремится от среды с высокой температурой к среде с низкой температурой. Причем ей требуется время, чтобы пройти через стройматериал. Чем больше его нужно, тем ниже скорость передачи тепла.

Внимание!

Если температура по обе стороны используемого материала одинаковая, то переход тепловой энергии не состоится.

Так,

  • теплопроводность кирпича и стали составляет 0,56 и 58Вт/м●К соответственно;
  • древесины – 0,09-0,1;
  • песка – 0,35

Можно заметить, что не все материалы обладают одинаковой теплоэффективностью, это зависит от факторов:

  1. Пористая структура свидетельствует о ее неоднородности и наличии воздуха в порах.
  2. Структура пор – небольшие размеры и их замкнутость приводит к снижению теплового потока.
  3. Плотность – чем она выше, тем больше коэффициент проводимости тепла.
  4. Влажность – негативный фактор, который повышает скорость теплопередачи. Поэтому надо качественно произвести гидроизоляцию сооружения, правильно сделать вентиляцию и использовать влагоустойчивые стройматериалы.

Формула теплопроводности создана с учетом воздействия температуры на это свойство материала. Выглядит она так:

λ=λ0●(1+b●t), где

  • λ0 — коэффициент теплопроводности при 0°С, измеряется который в Вт/м●℃;
  • b – справочная величина температуры;
  • t – непосредственно температура.

Коэффициент теплопроводности

Зачастую в паспорте стройматериалов указан коэффициент теплопроводности – единица измерения которого Вт/(м●℃). Она характеризует любой материал как проводник тепла. В формуле она определяется греческой буквой λ.

Внимание!

Часто в формулах можно увидеть не градусы по Цельсию, а по Кельвину, обозначающиеся как K. Суть от этого не меняется.

Данный коэффициент демонстрирует способность используемого материала передавать тепло на определенную дистанцию за время. При этом показатель определяет именно сырье, а его размеры значения не имеют.

Рассчитать коэффициент теплообмена можно для материала строительного и иного назначения. Например, коэффициент теплоотдачи стали использовать как теплоотвод или теплообменник. Но для больше части стройматериалов ситуация обратная – чем меньше этот показатель для стен, тем меньше тепла здание потеряет зимой.

Сопротивление теплопередаче

Коэффициент теплопередачи – это показатель, характеризующий используемый материал. Но, как показывает практика, лучше оперировать какой-то величиной, которая будет описывать теплопроводные способности определенного сооружения. Иными словами, учитываться должны особенности его строения и параметров.

Термическое сопротивление – это и есть такая величина. Можно считать, что она обратная коэффициенту теплопроводности и учитывающая толщину стройматериала. Для этого показателя существует следующее обозначение – R. Формула при этом выглядит следующим образом:

R = h/λ, где

  • R — сопротивление теплопередаче однослойной однородной ограждающей конструкции, м²•℃/Вт;
  • h — толщина этого слоя в метрах;
  • λ — коэффициент теплопроводности материала конструкции, Вт/(м•℃).

Часто стены сооружают многослойными, один слой при этом – утеплитель с низким коэффициентом теплопроводности. Благодаря такому подходу нужный показатель повышается. Это связано с тем, что надо прибавить все слои сопротивления теплопередаче, из которых состоит ограждающая конструкция. Не стоит забывать и о суммировании приграничных слоев воздуха внутри и снаружи сооружения.

Таблица теплопроводности материалов

Для стен, перекрытий, и полов используют разные материалы, но часто теплопроводность гипсокартона и других строительных материалов сравнивают с кирпичом. Его знают все, поэтому проводить аналогии с ним намного проще. Но для кирпичных стен надо выбрать теплоизоляцию, т.к. они обладают высокой теплопроводностью.

Строительные материалы

Коэффициент теплопроводности строительных материалов указан в таблице. В ней отражены нормативные показатели, демонстрирующие теплоизоляционные свойства.

Строительный материал Плотность, кг/м³ Теплопроводность, Вт/м•К
Бетон 2400 1,51
Железобетон 2500 1,69
Керамзитобетон 500 0,14
1800 0,66
Пенобетон 300 0,08
Пеностекло 400 0,11

Эти значения используют, если надо рассчитать:

  • теплоизоляцию фасадов;
  • общестроительную изоляцию;
  • сколько понадобится изоляционных материалов при устройстве крыши;
  • техническую изоляцию.

Такие простые вычисления уже в начале проектирования позволят определить более подходящие материалы и их количество.

Показатель теплопроводности металлов (железа, алюминия и пр.) тоже имеет значение в строительстве, например, при выборе батареи в помещение. Кроме этого, эти значения пригодятся в процессе сварки ответственных сооружений, производстве полупроводников и изоляторов разного типа. Таблица теплопроводности металлов поможет быстро найти нужное значение.

Металл Коэффициент теплопроводности при температуре, °C
-100 0 100 300 700
Алюминий 2,45 2,38 2,3 2,26 0,9
Бериллий 4,1 2,3 1,7 1,25 0,9
Ванадий 0,31 0,34
Висмут 0,11 0,08 0,07 0,11 0,15
Вольфрам 2,05 1,9 1,65 1,45 1,2
Гафний 0,22 0,21
Железо 0,94 0,76 0,69 0,55 0,34
Золото 3,3 3,1 3,1
Индий 0,25
Иридий 1,51 1,48 1,43
Кадмий 0,96 0,92 0,9 0,95 0,44
Калий 0,99 0,42 0,34
Кальций 0,98
Кобальт 0,69

Таблица теплопроводности воздуха поможет правильно рассчитать показатель теплообмена. Все расчеты зависят от температуры окружающей среды.

Температура, °C Теплопроводность, Вт/м•град
-50 0,0204
-40 0,0212
-30 0,022
-20 0,0228
-10 0,0236
0 0,0244
10 0,0251
20 0,0259
30 0,0267
40 0,0276
50 0,0283

Судя по данным из таблицы, с увеличением температуры показатель теплопроводности также растет.

Теплоизоляционные материалы

В основном надо учитывать показатель теплопроводности изоляционных материалов. Важно помнить, что если у металлов он зависит от температуры воздуха, то у утеплителей главную роль играет плотность.  По этой причине в таблице расставлены результаты с учетом плотности используемого материала.

Теплоизоляция Плотность, кг/м³ Теплопроводность, Вт/м•К
Минеральная вата (базальтовая) 50 0,048
100 0,056
200 0,07
Стекловата 155 0,041
200 0,044
Пенополистирол 40 0,038
100 0,041
150 0,5
Пенополистирол экструдированный 33 0,031
Пенополиуретан 32 0,023
40 0,029
60 0,035
80 0,041

Перед тем, как сделать окончательный выбор, надо взять во внимание тот факт, что некоторые из представленных материалов при повышенной влажности значительно лучше проводят тепло. В случае, когда во время его использования существует вероятность наступления такой ситуации надолго, для расчета надо применять теплопроводность именно для такого состояния.

Для чего рассчитывается теплопроводность

Коэффициент теплопередачи поможет рассчитать без ошибок толщину несущих стен с учетом утеплителей. Процент потери тепла в здании составляет:

  • по 30% через кровлю и стены;
  • 10% — сквозь полы;
  • 20% приходится на окна и двери.
Внимание!

Утечка тепла происходит через несколько ограждающих конструкций в строящемся здании.

Иными словами, при неправильном расчете, жители такого дома будут использовать только 10% тепловой энергии, исходящей от радиаторов отопления.

Как рассчитать толщину стены

Для этого понадобится суммировать коэффициенты теплопроводности всех материалов, которые были использованы при возведении стены. Это неудивительно, т.к. часто этот элемент возводят в несколько слоев. Так, коэффициент теплопроводности кирпича, наружного слоя штукатурки и облицовки надо учесть, как и выравнивающие материалы, используемые для внутренних работ (листы из гипсокартона, плиты, панели и пр. ). Показателем воздушной прослойки тоже не стоит пренебрегать.

Существует удельная теплопроводность для каждого региона страны, которую берут за основу вычислений. Важно помнить, что расчетная величина не должна быть больше удельной. В таблице приведены значения по городам, которые рассчитывались с учетом средней температуры и уровня влажности:

Населенный пункт Теплопроводность

Москва

3,14

Санкт-Петербург

3,18

Ростов-на-Дону

2,75

Сочи

2,1

Чем южнее, тем показатель должен быть меньше. Следовательно, толщину стены можно уменьшить.

Определение теплопроводности стройматериалов — важный этап при возведении зданий. Благодаря ему в помещении можно обеспечить комфортные условия проживания: зимой в нем не будет холодно, а летом — жарко. Поэтому пренебрегать им не стоит. Кроме этого, нужно знать, от чего зависит теплопроводность.

2. Что такое «теплопроводность»? Каков ее механизм.

Теплопроводность – процесс переноса теплоты в твердых телах, обусловленный разностью температур их поверхностей.

В настоящее время существует две теории переноса тепла за счет теплопроводности.

1. Теплота в твердом теле переносится за счет движения мельчайших частиц подобно электрическому току из области с большей температурой в область с меньшей температурой.

2. Перенос тепла за счет теплопроводности осуществляется за счет упругих колебаний молекул вещества, передающихся в теле из из области с большей температурой в область с меньшей температурой.

3. Дайте определение теплового потока. Как определить количество тепла при известном тепловом потоке?

Тепловой поток - вектор, направленный по нормали в сторону, обратную возрастанию температуры.

Он характеризует количество тепла, проходящего в единицу времени черев единицу площади.

Тепловой поток обозначается q и измеряется в СИ в .

Для того, чтобы определить количество тепла Q, проходящее через поверхность площадью F, нужно тепловой поток q умножить на площадь.

Q = q F

4. Запишите Закон Фурье и поясните вид выражения.

Фурье установил основной закон распространения тепла путем теплопроводности:

q = - l × grad t ,

где q - тепловой поток, т.е. количество тепла, проходящего в единицу времени черев единицу площади; l - коэффициент тепло­проводности, Вт/м× град; t – температура, град.

Тепловой поток - вектор, направленный по нормали в сторону, обратную возрастанию температуры, а градиент температуры grad t – вектор направленный по нормали в сторону возрастания температуры.

Векторы q и grad t лежат на одной прямой, но направлены в противоположные стороны. Этим и объясняется наличие знака минус в правой части уравнения Фурье.

5. Поясните физический смысл коэффициента теплопроводности. В каких единицах он измеряется?

Коэффициент теплопроводности - физический параметр вещества, зависящий от температуры, давления, рода вещества и других фак­торов. В большинстве случаев коэффициент теплопроводности для различных материалов определяется опытным путем.

Коэффициент теплопроводности численно равен количеству тепла, которое проходит в единицу вре­мени через единицу поверхности при температурном градиенте, рав­ном единице.

Коэффициент теплопроводности обозначается l и измеряется в СИ в .

6. Что такое «конвективный теплообмен»? Каков его механизм.

Конвекция теплоты всегда сопровождается теплопроводностью. Совмест­ный процесс переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом.

В инженерных расчетах часто определяют конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела. Этот процесс конвективного теплообмена называют конвективной теплоотдачей или просто теплоотдачей.

Конвекция возможна только в подвижной среде и представляет процесс ее переноса при перемещении объемов жидкости или газа в пространстве из области с одной температурой в об­ласть с другой температурой. При этом перенос теплоты неразрывно связан с переносом самой среды.

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 различается: от материалов с низкой проводимостью, таких как воздух со значением 0,024 Вт / м • К при 0 ° C, до металлов с высокой проводимостью, таких как медь (385 Вт / м • К).

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

Из-за того, что 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, а также 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 - плохие теплопередачи. 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 теплопроводностей

Методы измерения теплопроводности для характеристики материалов аккумуляторов тепловой энергии - обзор

Исследователи искали стандарты, методологии и процедуры для правильного измерения тепловых свойств материалов аккумуляторов тепловой энергии (TES).Среди них теплопроводность играет ключевую роль в конструкции системы TES, поскольку она определяет динамику зарядки / разрядки системы TES. Отсутствие стандартов для измерения теплопроводности привело к значительным расхождениям в методах измерения, измерительном оборудовании и подготовке образцов, о которых сообщается в этом обзоре. Такие расхождения создают неопределенность в значениях теплопроводности, что приводит к неверной интерпретации, которая позже будет использована другими исследователями для целей сравнения.Это особенно важно, когда тепловые свойства прочно связаны со сложной структурой нано- и микромасштабных материалов. Этот обзор был мотивирован необходимостью восполнить пробел в литературе при оценке измерений теплопроводности, используемых для сред TES. С этой целью методы установившегося состояния и переходные методы были проанализированы в зависимости от устройства (коммерческого или собственного производства), размера выборки, точности, повторений, времени измерений и т. Д. Результаты этого исследования имеют три аспекта: в отношении среды TES, а не все три технологии TES изучены в одинаковой степени; О термохимическом хранении сообщалось лишь несколько работ, поскольку они относятся к материалам с фазовым переходом и являются наиболее изученными; Что касается методов теплопроводности, наиболее часто используются источник переходной плоскости, устройство лазерной вспышки и переходная горячая проволока, тогда как модулированная ДСК и 3ω - наименьшее количество; И, наконец, что касается процедуры измерения, данные широко разбросаны, особенно в отношении точности, размера выборки и повторений в рамках одного и того же материала / метода.В целом, сообществу TES предстоит столкнуться с множеством проблем в будущем, чтобы прийти к общему соглашению, направленному на достижение сопоставимых результатов между исследованиями. Это означает оптимизированную подготовку образцов и методику для различных методик, обеспечивающую высокую точность для различных материалов TES.

Прямое измерение теплопроводности твердого железа в условиях ядра планеты

  • 1

    Лабросс, С. Тепловая и магнитная эволюция ядра Земли. Phys. Планета Земля.Интер. 140 , 127–143 (2003)

    ADS Статья Google Scholar

  • 2

    Стейси, Ф. Д. и Лопер, Д. Э. Пересмотренная оценка проводимости железного сплава при высоком давлении и ее значение для баланса энергии ядра. Phys. Планета Земля. Интер. 161 , 13–18 (2007)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 3

    Ниммо, Ф.в Трактат по геофизике 2-е изд. (ред. Шуберт Г.) 27–55 , 201–219 (Elsevier, 2015)

    Статья Google Scholar

  • 4

    Ша, X. и Коэн, Р. Исследования из первых принципов удельного электрического сопротивления железа под давлением. J. Phys. Конденс. Дело 23 , 075401 (2011)

    ADS PubMed Статья CAS Google Scholar

  • 5

    Gomi, H.и другие. Высокая проводимость железа и тепловая эволюция ядра Земли. Phys. Планета Земля. Интер. 224 , 88–103 (2013)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 6

    Поццо М., Дэвис К., Габбинс Д. и Алф Д. Тепловая и электрическая проводимость железа в условиях ядра Земли. Природа 485 , 355–358 (2012)

    ADS CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

  • 7

    де Кокер, Н., Steinle-Neumann, G. & Vlcek, V. Электросопротивление и теплопроводность жидких сплавов Fe при высоких P и T, а также тепловой поток в ядре Земли. Proc. Natl Acad. Sci. США 109 , 4070–4073 (2012)

    ADS CAS PubMed Статья Google Scholar

  • 8

    Олсон П. Новый основной парадокс. Наука 342 , 431–432 (2013)

    ADS CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

  • 9

    Ниммо, Ф.в Трактат по геофизике (ред. Шуберт Г.) 31–65 , 217–241 (Elsevier, 2007)

    Google Scholar

  • 10

    Тардуно, Дж. А., Коттрелл, Р. Д., Дэвис, В. Дж., Ниммо, Ф. и Боно, Р. К. Геодинамо от Хаде до Палеоархея, зарегистрированное с помощью одиночных кристаллов циркона. Наука 349 , 521–524 (2015)

    ADS CAS PubMed Статья Google Scholar

  • 11

    McWilliams, R.С., Конопкова, З. и Гончаров, А. Ф. Метод мгновенного нагрева для измерения теплопроводности при высоком давлении и температуре: применение к Pt. Phys. Планета Земля. Интер. 247 , 17–26 (2015)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 12

    Мак-Вильямс, Р. С., Дальтон, Д. А., Конопкова, З., Махмуд, М. Ф. и Гончаров, А. Ф. Измерения непрозрачности и проводимости благородных газов в условиях планетных и звездных недр. Proc. Natl Acad. Sci. США 112 , 7925–7930 (2015)

    ADS CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

  • 13

    Стейси, Ф. Д. и Андерсон, О. Л. Электрическая и теплопроводность сплава Fe-Ni-Si в условиях сердечника. Phys. Планета Земля. Интер. 124 , 153–162 (2001)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 14

    Сигл, К.Т., Коттрелл, Э., Фей, Ю. В., Хаммер, Д. Р., Пракапенка, В. Б. Электрические и теплопередающие свойства железа и сплава железо-кремний при высоком давлении. Geophys. Res. Lett. 40 , 5377–5381 (2013)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 15

    Bi, Y., Tan, H. & Jing, F. Электропроводность железа при ударном сжатии до 200 ГПа. J. Phys. Конденс. Дело 14 , 10849 (2002)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 16

    Киллер Р.Н. & Ройс, Э. Б. в Физика высоких плотностей энергии Vol. 48 (ред. Caldirola, P. & Knoepfel, H.) 106–125 (Academic Press, 1971)

    Google Scholar

  • 17

    Franz, R. & Wiedemann, G. Ueber die Wärme-Leitungsfähigkeit der Metalle. Ann. Phys. 165 , 497–531 (1853)

    Артикул Google Scholar

  • 18

    Анзеллини, С., Деваэле, А., Мезуар, М., Лубейр, П. и Морард, Г. Плавление железа на внутренней границе ядра Земли на основе быстрой дифракции рентгеновских лучей. Наука 340 , 464–466 (2013)

    ADS CAS PubMed Статья Google Scholar

  • 19

    Бёлер Р. Температуры в ядре Земли по результатам измерений температуры плавления железа при высоких статических давлениях. Nature 363 , 534–536 (1993)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 20

    Комабаяши Т., Фей, Ю., Менг, Ю. и Пракапенка, В. Измерения дифракции рентгеновских лучей на месте перехода γ-ε границы железа в ячейке с алмазной наковальней с внутренним нагревом. Планета Земля. Sci. Lett. 282 , 252–257 (2009)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 21

    Денг, Л., Сигл, К., Фей, Ю. и Шахар, А. Удельное электрическое сопротивление железа при высоких давлениях и температурах и последствия для ядер планет. Geophys. Res. Lett. 40 , 33–37 (2013)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 22

    Джексон, Дж. М. и др. Плавление сжатого железа путем мониторинга атомной динамики. Планета Земля. Sci. Lett. 362 , 143–150 (2013)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 23

    Ривольдини А., Ван Хоолст Т.И Верхувен, О. Внутренняя структура Меркурия и содержание серы в его ядре. Икар 201 , 12–30 (2009)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 24

    Хо, К. Ю., Пауэлл, Р. У. и Лили, П. Э. Теплопроводность элементов. J. Phys. Chem. Ref. Данные 1 , 279–422 (1972)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 25

    Hauck, S.А., Домбард А. Дж., Филлипс Р. Дж. И Соломон С. С. Внутренняя и тектоническая эволюция Меркурия. Планета Земля. Sci. Lett. 222 , 713–728 (2004)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 26

    Конопкова З., Лазор П., Гончаров А. Ф., Стружкин В. В. Теплопроводность ГПУ-железа при высоком давлении и температуре. Высокое давление. Res. 31 , 228–236 (2011)

    ADS Статья CAS Google Scholar

  • 27

    Дубровинский, Л.С., Саксена, С. К., Тутти, Ф., Рехи, С. и ЛеБехан, Т. Рентгеновское исследование теплового расширения и фазового перехода железа при многомегабарном давлении на месте. Phys. Rev. Lett. 84 , 1720–1723 (2000)

    ADS CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

  • 28

    Секко Р. А. и Шлёссин Х. Х. Удельное электрическое сопротивление твердого и жидкого Fe при давлениях до 7 ГПа. Дж.Geophys. Res. Твердая Земля 94 , 5887–5894 (1989)

    Артикул Google Scholar

  • 29

    Ниммо Ф. и Стивенсон Д. Дж. Влияние ранней тектоники плит на тепловую эволюцию и магнитное поле Марса. J. Geophys. Res. Планеты 105 , 11969–11979 (2000)

    ADS Статья Google Scholar

  • 30

    Монтойя, Дж.А. и Гончаров, А.Ф. Расчет с помощью метода конечных элементов зависимых от времени тепловых потоков в ячейке с алмазной наковальней, нагретой лазером. J. Appl. Phys. 111 , 112617 (2012)

    ADS Статья CAS Google Scholar

  • 31

    Johannsen, P. G. Показатель преломления галогенидов щелочных металлов. 1. Модель постоянной совместной плотности состояний. Phys. Ред. B 55 , 6856–6864 (1997)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 32

    Гримсдич, М., Letoullec, R., Polian, A. & Gauthier, M. Определение показателя преломления в ячейках с алмазной наковальней: результаты для аргона. J. Appl. Phys. 60 , 3479–3481 (1986)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 33

    Chen, B. et al. Упругость, прочность и показатель преломления аргона при высоких давлениях. Phys. Ред. B 81 , 144110 (2010)

    ADS Статья CAS Google Scholar

  • 34

    Деваэле, А.и другие. Квазигидростатическое уравнение состояния железа выше 2 Мбар. Phys. Rev. Lett. 97 , 215504 (2006)

    ADS PubMed Статья CAS PubMed Central Google Scholar

  • 35

    Sommerfeld, A. Zur Elektronentheorie der Metalle auf Grund der Fermischen Statistik. Z. Phys. 47 , 1–32 (1928)

    ADS CAS МАТЕМАТИКА Статья Google Scholar

  • 36

    Parker, W.Дж., Дженкинс, Р. Дж., Эбботт, Г. Л. и Батлер, К. П. Флэш-метод определения температуропроводности, теплоемкости и теплопроводности. J. Appl. Phys. 32 , 1679 (1961)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 37

    Татено, С., Хиросе, К., Охиши, Ю. и Тацуми, Ю. Структура железа во внутреннем ядре Земли. Наука 330 , 359–361 (2010)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 38

    Шен Г., Пракапенка, В. Б., Риверс, М. Л., Саттон, С. Р. Структура жидкого железа при давлениях до 58 ГПа. Phys. Rev. Lett. 92 , 185701 (2004)

    ADS PubMed Статья CAS PubMed Central Google Scholar

  • 39

    Гончаров А.Ф. и др. Дифракция рентгеновских лучей в ячейке с алмазной наковальней, нагреваемой импульсным лазером. Rev. Sci. Instrum. 81 , 113902 (2010)

    ADS PubMed Статья CAS PubMed Central Google Scholar

  • 40

    Росс, Р.Г., Андерссон, П., Сундквист, Б., Бэкстрем, Г. Теплопроводность твердых тел и жидкостей под давлением. Rep. Prog. Phys. 47 , 1347 (1984)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 41

    Болин, Л. Теплопроводность металлов при высоком давлении. Solid State Commun. 19 , 389–390 (1976)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 42

    Шарма, С.К. Температура Дебая ГПУ-железа при экстремальном сжатии. Solid State Commun. 149 , 2207–2209 (2009)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 43

    Дубровинский, Л. С., Саксена, С. К., Дубровинская, Н. А., Рехи, С. и Ле Бихан, Т. Грюнайзен Параметр ε-железа до 300 ГПа по данным рентгеновского исследования на месте. Am. Минеральная. 85 , 386–389 (2000)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 44

    Van Zytveld, J.Удельное электрическое сопротивление жидких переходных металлов. J. Phys. Coll. 41 , C8-503-C8-506 (1980)

    Google Scholar

  • 45

    Френч, М. и Маттссон, Т. Р. Термоэлектрические транспортные свойства молибдена по результатам моделирования ab-initio. Phys. Ред. B 90 , 165113 (2014)

    ADS Статья CAS Google Scholar

  • 46

    Киттель, К. Введение в физику твердого тела 8-е изд. (John Wiley & Sons, 2005)

  • 47

    Панеро В. Р. и Жанло Р. Температурные градиенты в нагреваемой лазером ячейке с алмазной наковальней. J. Geophys. Res. Твердая Земля 106 , 6493–6498 (2001)

    Артикул Google Scholar

  • 48

    Кифер, Б. и Даффи, Т. С. Моделирование методом конечных элементов нагреваемой лазером ячейки с алмазной наковальней. Дж.Прил. Phys. 97 , 114902 (2005)

    ADS Статья CAS Google Scholar

  • 49

    Гончаров А.Ф. и др. Теплопроводность аргона при высоких давлениях и высоких температурах. J. Appl. Phys. 111 , 112609 (2012)

    ADS Статья CAS Google Scholar

  • 50

    Beck, P. et al. Измерение температуропроводности при высоком давлении с использованием метода нестационарного нагрева. Заявл. Phys. Lett. 91 , 181914 (2007)

    ADS Статья CAS Google Scholar

  • 51

    Yamazaki, D. et al. Уравнение состояния P-V-T для ε-железа до 80 ГПа и 1900 К с использованием аппарата высокого давления типа Kawai, оснащенного спеченными алмазными наковальнями. Geophys. Res. Lett. 39 , L20308 (2012)

    ADS Google Scholar

  • 52

    Хиросе, К., Labrosse, S. & Hernlund, J. Состав и состояние ядра. Annu. Преподобный "Планета Земля". Sci. 41 , 657–691 (2013)

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • Почему важна теплопроводность

    01-мар-2016

    Повышенная теплопроводность обеспечивает более высокую скорость теплопередачи в материале с фазовым переходом, сокращая время, необходимое для полной зарядки или разрядки PCM.

    Аймара Олбери, доктор философии

    Теплопроводность - это внутреннее свойство материала, которое выражает его способность проводить тепло. Его часто обозначают как κ, k или λ. Теплопроводность измеряется в ваттах на метр-кельвин (Вт / (м · К)) и, следовательно, является измерением скорости теплового потока через материал заданной толщины на площади поверхности, перпендикулярной источнику, в результате температуры градиент (рисунок 1). Для измерения теплопроводности используются два метода: установившийся и переходный.Для стационарных методов теплопроводность определяется, когда образец достигает температурного равновесия, и генерируется постоянный сигнал. Переходные (нестационарные) методы позволяют измерять теплопроводность во время нагрева образца.

    Материалы с фазовым переходом (PCM) накапливают и выделяют энергию при переходе между твердым и жидким состояниями. Эта энергия находится в форме скрытого тепла. Тепловая энергия должна течь либо в PCM, либо из него, чтобы произошел фазовый переход.Следовательно, время, необходимое для полной зарядки или разрядки ПКМ, напрямую зависит от его теплопроводности. Помимо увеличения теплопроводности ПКМ, есть несколько способов увеличить скорость плавления и замерзания ПКМ. К ним относятся увеличение турбулентности теплоносителя, увеличение площади поверхности, с которой соприкасается теплоноситель, и увеличение температурного градиента (ΔT) между PCM и теплоносителем.

    Теплопроводность варьируется в зависимости от природы материала.Металлы, которые в основном используют электроны для передачи тепла, обычно имеют более высокие значения теплопроводности. Неметаллы, использующие фононы для теплопередачи, имеют более низкие. Органические ПКМ - это неметаллические соединения, которые обладают очень низкими значениями теплопроводности. Это свойство представляет проблему, когда PCM на биологической основе используются в приложениях, требующих быстрой зарядки и разрядки.

    Были исследованы теплопроводящие добавки с целью улучшить общую теплопроводность таких ПКМ.Такие добавки, как расширенный графит, алюминий, медь и нитрид алюминия, могут увеличить общую чистую теплопроводность PCM и обеспечить более высокую скорость передачи тепла. Это может сократить время, необходимое для полной зарядки или разрядки PCM.

    Другой подход, который может быть использован для минимизации неблагоприятного воздействия теплопроводности, заключается в использовании вариантов локализации, которые увеличивают площадь поверхности и сокращают расстояние от внешнего источника тепла до центра ПКМ.Увеличение площади поверхности, к которой может быть приложена тепловая нагрузка, и уменьшение расстояния, которое должно пройти тепло, увеличивают вероятность того, что PCM подвергнется полной зарядке или разрядке за более короткий период времени.

    Увеличение турбулентности теплоносителя увеличивает скорость теплопередачи между жидкостью и PCM, тем самым улучшая скорость плавления и замерзания. Дополнительная турбулентность нарушает изолирующее покрытие, которое образуется между контейнером из ПКМ и теплоносителем в результате ламинарного потока.В некоторых случаях увеличение турбулентности теплоносителя невозможно.

    Температурный градиент также играет важную роль в скорости плавления и замерзания ПКМ. Чем больше ΔT, тем выше скорость теплопередачи между PCM и теплоносителем, что заставляет PCM плавиться или замерзать быстрее. Однако, когда ΔT мала, скорость теплопередачи значительно снижается, что замедляет процесс плавления и замерзания. Однако в большинстве приложений PCM нельзя изменить температурный градиент между PCM и теплопередающим материалом для повышения скорости плавления и замерзания.

    Почему важна теплопроводность (306 КБ)

    Об авторе

    Доктор Аймара Олбери присоединилась к Entropy Solutions в 2013 году, получив докторскую степень. по синтетической органической химии в Университете Алабамы. В 2007 году она получила степень бакалавра химии в Алабаме.

    Теплопроводность - Обзор | по Thermtest

    Теплопроводность можно определить как способность материала передавать тепло. Термин проводимость относится к определенному материалу, который проводит электричество.Он оценивается в первую очередь на основе закона теплопроводности Фурье. Теплопроводность или теплопроводность - это передача тепла путем микроскопических столкновений частиц и движения электронов внутри тела. Этот общий физический закон получен из эмпирических наблюдений Дж. Фурье, который впервые выразил его в своем тексте о теплопередаче в 1822 году. Общее уравнение или формула теплопроводности:

    Где:

    k - теплопроводность в Вт / (м⋅K) ,

    Q - количество теплопередачи через материал в Дж / с или W ,
    A - площадь тела в м2,
    ΔT - разница температур в K .(T2 - T1) Согласно приведенному выше уравнению теплопроводность материала зависит от следующего температурного градиента.

    1. Плотность материала
    2. Давление и температура
    3. Структура материала
    4. Влагосодержание

    Другими словами, чем выше теплопроводность материала, тем быстрее скорость передачи тепла через материал.

    В Международной системе единиц (СИ) теплопроводность измеряется в ватт на метр-кельвин ( Вт / (м⋅K) ).

    Существует несколько возможных способов измерения теплопроводности, каждый из которых подходит для ограниченного диапазона материалов, в зависимости от тепловых свойств и температуры среды. Вот некоторые из возможных способов измерения теплопроводности:

    1. Использование метода теплового расходомера

    Метод теплового расходомера - это простой в использовании быстрый метод измерения теплопроводности и измерения теплового сопротивления изоляционных материалов. , строительные материалы, упаковка и комплектующие.Измерение теплопроводности является показателем способности материала проводить тепло и может иметь решающее значение для определения энергоэффективности и тепловых характеристик материалов.

    2. Переходные методы

    Переходные методы выполняют измерения в процессе нагрева. Преимущество в том, что измерения можно проводить относительно быстро. Переходные методы обычно выполняются с помощью игольчатых зондов.

    Метод источника переходной плоскости

    Метод источника переходной плоскости, использующий плоский датчик и специальную математическую модель, описывающую теплопроводность, в сочетании с электроникой, позволяет использовать метод для измерения свойств теплопереноса.Этот неразрушающий метод имеет диапазон измерения теплопроводности от 0,005 до 1800 Вт / (м⋅К) и может использоваться для измерения объемных свойств однородных и гетерогенных материалов, а также направленных свойств для анизотропных материалов. Один из анализаторов теплопроводности, использующих этот метод, - это источник переходной плоскости горячего диска. Hot Disk TPS широко используется для точного измерения абсолютной теплопроводности, температуропроводности и удельной теплоемкости твердых тел, жидкостей, паст и порошков.

    Датчик TPS

    Метод линейного источника переходных процессов

    Линейный источник переходных процессов (TLS) соответствует ASTM D5334. Игла датчика состоит из тонкой нагревательной проволоки и датчика температуры, помещенных в стальную трубку диаметром 100 или 50 мм. Датчик полностью вставлен в исследуемый образец. Нагревание передается к образцу с помощью источника постоянного тока (q), и рост температуры регистрируется в течение определенного периода времени. Наклон (а) графика роста температуры в зависимости от логарифма времени используется при вычислении теплопроводности (k).Чем выше теплопроводность образца, тем меньше крутизна.

    Серия игольчатых зондов, используемых для измерения нестационарных линейных источников

    3. Метод лазерной вспышки

    Метод лазерной вспышки - это высокоинтенсивный лазер, способный измерять теплопроводность, температуропроводность и удельную теплоемкость. Импульс энергии нагревает одну сторону плоскопараллельного образца, и обнаруживается результирующее зависящее от времени повышение температуры на задней стороне из-за подводимой энергии. В отличие от других методов, представленных на рынке, Laser Flash не может измерять теплопроводность напрямую без калибровки.Это определяется формой кривой зависимости температуры от времени на задней поверхности.

    Лазерная пульсация через образец материала

    Ссылки:

    1. https://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_conductivity

    2. https://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_conductivity_measurement

    3. https: / /thermtest.com/what-is-thermal-conductivity

    4. https://thermtest.com/history-3-laser-flash-method

    Руководство по выбору датчиков теплопроводности

    Теплопроводность - краеугольный камень термодинамики и теплопередачи.Теплопроводность (λ) - это способность материала передавать тепловую энергию на заданное расстояние. Это физическое свойство измеряется в ваттах на метр кельвин (Вт / м * К). Когда ключевая тепловая характеристика материала является препятствием для теплового потока, свойство материала называется термическим сопротивлением и является обратной величиной теплопроводности. Тепловое сопротивление измеряется в метрах кельвина на ватт (м * К / Вт).

    Более высокие значения теплопроводности, например, у металлов, указывают на то, что материалы способны проводить большее количество тепла, в то время как материалы с более низкими значениями эффективны в качестве теплоизоляторов.

    Датчики теплопроводности

    могут использоваться для измерения твердого, жидкого или газообразного состояния и полезны во многих приложениях, включая производство тонких пленок, испытание материалов, строительство и производство электроэнергии.

    Типы

    Твердые датчики теплопроводности : Излюбленным типом использования датчиков теплопроводности твердых материалов является метод переходного плоского источника - к нагревательному элементу датчика подается известный ток, являющийся источником тепла.Кольцо окружает змеевик, чтобы обеспечить прямолинейный теплопередачу в образец. В результате происходит повышение температуры на границе раздела между датчиком и испытуемым образцом. Изменение температуры на датчике температуры вызывает соответствующее изменение напряжения. Скорость изменения напряжения датчика используется для определения тепловых свойств испытуемого образца. Теплопроводность пропорциональна скорости изменения температуры в точке контакта между датчиком и образцом.Скорость будет расти более круто с материалами с более низкой теплопроводностью. Наклон напряжения будет более пологим для материалов с более высокой теплопроводностью, таких как металлы.

    Жидкие датчики теплопроводности используют те же методы и принципы, что и датчики теплопроводности твердых материалов. Измерение тепловых свойств жидкостей затруднено из-за дополнительных эффектов конвекции и движения жидкости. Чтобы добиться точного измерения тепловых свойств жидкого образца, образец должен быть абсолютно неподвижным по отношению к датчику.Массовое движение жидкости вызывает ошибки в измерении тепловых свойств. Конвективный теплообмен в жидкостях бывает двух типов: принудительная и свободная конвекция. Принудительная конвекция возникает при взбалтывании или перемешивании жидкости механическими средствами. Свободная конвекция - это когда в жидкости находится объект с другой температурой.

    Интересно, что существуют реле потока теплопроводности, которые используют охлаждающий эффект, создаваемый текущей жидкостью, для контроля скорости жидкости, когда электропроводность известна.Этот тип расходомера создает очень небольшое препятствие для потока жидкости или газа и не имеет движущихся частей, которые могут изнашиваться или выйти из строя.

    Датчики теплопроводности газа находят другое, но регулярное применение для обнаружения газа. В приложениях с газовой средой их можно использовать для измерения концентраций газов в бинарной или квазибинарной газовой смеси, когда газы в образце имеют явно разные значения теплопроводности. Эти датчики теплопроводности газа, также известные как детектор теплопроводности (TCD) или катарометр, работают за счет наличия двух параллельных трубок, содержащих газ и нагревательные катушки.Один газовый баллон запечатан эталонным газом. Газы исследуются путем сравнения скорости потери тепла нагревательными змеевиками в газ. Датчики скомпонованы по схеме моста Уитстона, чтобы можно было сравнивать и регистрировать изменения сопротивления из-за разницы в скорости охлаждения.

    Детекторы теплопроводности часто используются в газовой хроматографии и в качестве недорогой альтернативы масс-спектрометрии. Они обеспечивают стабильные измерения и хорошую точность.TCD хорошо работают с точки зрения точности дрейфа, линейности и повторяемости.

    Теплопроводность, наряду с температуропроводностью и удельной теплоемкостью, определяют способность материала сохранять и передавать тепло. Истинное и конкретное измерение этих свойств жизненно важно для любого процесса или материала, который претерпевает большое или быстрое изменение температуры или для которого допуск на изменение температуры является критическим и точным. Существует широкий спектр методологий для тестирования теплопроводности, включая, но не ограничиваясь ими: методы осевого потока, метод абсолютного осевого теплового потока, метод сравнительного отрезного стержня, метод защищенного / неохраняемого измерителя теплового потока, метод защищенной горячей пластины. , метод горячей проволоки и метод зонда.Датчики теплопроводности уменьшают сложность, стоимость и время для выполнения таких измерений и полезны в производственных или лабораторных условиях, где часто возникают требования к измерению этого свойства материала.

    Изображения кредитов:

    TehCliff / CC BY-SA 3.0

    Pbsouthwood / CC BY-SA 3.0


    Горячий диск | Точность измерения и теплопроводность воды

    В литературе имеется множество опубликованных значений теплопередающих свойств многих материалов, некоторые из которых относятся к 19, и годам.Все эти данные основаны на измерениях, так как исходный материал для теплопроводности отсутствует. В лучшем случае опубликованные результаты составлены из множества измерений с использованием различных методов в контролируемых условиях, так называемых циклических тестов. Если это так, то среднее значение всех измерений, вероятно, является справедливой оценкой истинного значения, но тем не менее будет содержать ошибки и отклонения, а также неизвестные величины.

    а) Плохая точность и аккуратность. б) Плохая точность, но хорошая точность.в) Хорошая точность (средняя близка к мишени), но плохая точность. г) Хорошая точность и аккуратность.

    Связь удельной теплоемкости и теплопроводности

    Единственное исключение из вышеперечисленного связано с теплоемкостью воды. Одна калория - это по определению количество энергии, необходимое для повышения температуры одного грамма воды на один градус Цельсия при 20 ° C. Таким образом, в единицах СИ C p воды составляет 4,18 Дж / г · К при 20 ° C. Поскольку это определение удельной теплоемкости, оно является точным и правильным.Зная, что удельная теплоемкость на единицу объема (плотность, умноженная на C p ) равна теплопроводности, деленной на теплопроводность, у нас есть хорошие шансы проверить точность путем одновременного измерения проводимости и диффузии воды. При 20 ° C плотность чистой воды составляет 1,00 г / см 3 и, таким образом, удельная теплоемкость на единицу объема будет 4,18 МДж / м 3 K.

    Тестовая вода

    Чтобы измерить воду, необходимо принять некоторые меры предосторожности: вода должна быть дистиллирована, чтобы избавиться от всех ионов.Его также необходимо дегазировать и хранить в герметичном контейнере для удаления растворенных газов и предотвращения нового поглощения при контакте с воздухом. Образец воды, приготовленный таким образом, был помещен в сосуд с датчиком Hot Disk и протестирован соответствующим образом.

    Для анализа использовался прибор TPS 2500 S, соответствующий ISO 22007-2. В этом случае использовался датчик радиусом 3,2 мм с мощностью нагрева 25 мВт и временем измерения 3 с.

    Результаты
    Теплопроводность воды при температуре от 0 до 100 ° C, измеренная с помощью Hot Disk TPS 2500 S.
    Темп. [° C] λ [Вт / м / К] Std. κ [мм 2 / с] Std. ρC p [МДж / м 3 K] Std.
    0 0,5864 0,009 0,133 0,005 4,41 0,11
    20 0.6075 0,028 0,147 0,018 4,18 0.33
    40 0,6691 0,038 0,173 0,026 3,94 0,47
    60 0,7310 0,027 0.200 0,021 3,68 0,27
    80 0,7938 0,028 0,239 0,025 3,35 0,22
    100 0.8580 0,017 0,268 0,022 3,21 0,17
    20 0,6270 0,012 0,158 0,008 3,97 0,13

    Вода была первоначально измерена при 20 ° C, и затем результаты показали C p 4,186 МДж / м 3 K. Затем испытания проводили при 0 ° C и каждые 20 ° C с шагом до 100 ° C. , а затем снова при 20 ° C.По мере того как образец начинает растворять газы из окружающего воздуха, значение C p постепенно уменьшается, как видно из значений, полученных при 20 ° C.

    Пять измерений были выполнены при каждой температуре и стандартное отклонение, рассчитанное для каждой температуры, чтобы оценить точность теста. Стандартное отклонение также используется для расчета уровней достоверности, поэтому небольшие вариации могут быть оценены как реальные или случайные. В этих экспериментах все стандартные отклонения были подтверждены в пределах 2σ.

    Заключение

    При использовании метода горячего диска одновременно измеряются и проводимость, и коэффициент диффузии. По этим измеренным значениям рассчитывается удельная теплоемкость на единицу объема. Калибровка или сравнение со стандартами не используются и не требуются. Метод Hot Disk является абсолютным. Согласие с ожидаемой удельной теплоемкостью превосходное, и в результате можно сделать вывод, что проводимость и коэффициент диффузии являются точными с очень высокой степенью уверенности. Риск того, что проводимость и коэффициент диффузии будут неверными, так что расчет теплоемкости, тем не менее, дает теоретическое значение, ничтожно мал.

    Автор: Д-р Ларс Хельдал

    Отредактировал: Даниэль Седеркранц

    .

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *