Теплопроводность

Теплопроводность – способность материала передавать тепло от одной своей части к другой в силу теплового движения молекул. Передача тепла в материале осуществляется кондукцией (путем контакта частиц материала), конвекцией (движением воздуха или другого газа в порах материала) и лучеиспусканием. Размерность теплопроводности Вт/мК.

***

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Теплопрово?дность — 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:

( — 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):

(P — полная мощность тепловых потерь, S — площадь сечения параллелепипеда, ?T — перепад температур граней, h — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями)

Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м•K). Коэффициент теплопроводности вакуума

Коэффициент теплопроводности вакуума строго равен нулю. Это связано с отсутствием в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тепло в вакууме передаётся только излучением. Поэтому для уменьшения теплопотери стенки термоса делают двойными, серебрят, а воздух между ними откачивают.

Связь с электропроводностью

Связь коэффициента теплопроводности K с удельной электрической проводимостью ? 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. В 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом:

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

***

***Теплопроводность пенопласта***

Важным физическим свойством Пенополистирола являются отличные изолирующие свойства по отношению к теплу и холоду. Пенополистирол состоит из полистирола, отдельные ячейки имеют форму полиэдров (многогранников) размером от 2-8 мм. Эти ячейки полностью замкнуты. Пенополистирол приблизительно состоит из 98 процентов воздуха и только на 2 процента и полистирола. Решающим фактором, определяющим теплоизоляционные свойства, является замкнутый в ячейках воздух, который обладает очень высокими теплоизолирующими показателями. В противовес к другим пенопластам, содержащим иные газы, воздух не покидает ячеек, и теплоизолирующие свойства сохраняются на прежнем уровне. Теплоизоляционная способность материала определяется своей еплопроводностью. Теплопроводность - это количество тепла (в ваттсекундах), которое при постоянном перепаде температур в 10 за одну секунду проходит через плоскопараллельный слой материала толщиной в 1м2 от более теплой стороны к более холодной. Измерение теплопроводности зависит от объемной плотности кг/м3 Пенополистирола. У Пенополистирола с Низкой объемной плотностью теплопроводность выше, она понижается с ростом объемной плотности, проходит свой минимум в диапазоне от 30 до 50 кг/м3 , а затем начинает постепенно возрастать.

Материал на 98 % состоит из воздуха - лучшего природного теплоизолятора. Проводимые испытания на теплопроводность в соответствии с требованием ГОСТ 15588-86 подтверждают, что вне зависимости от марки используемого сырья и предприятия-изготовителя полистирольный пенопласт обладает теплопроводностью в пределах 0,037- 0,043 Вт/(м*К).

Температура эксплуатации пенополистерола составляет от -200 до +85° С.

Теплопроводность в сухом состоянии при 20°Сб Вт/мК: 0,37-0,42

Влажность отгружаемых плит в % по массе: 0,2-12,0

Класс горючести: НГ-Г1

Полиэтиленовые пенопласты(ППЭ).

Пенопласты из пенополиэтилена эластичны. в тонкие эластичные листы из этого пенопласта заворачивают хрупкие и бьющиеся товары.

Самое большое распространение имеет экструзионный пенополиэтилен, который обозначается ППЭ и имеет множество фирменных названий. Изделия их такого пенопласта выпускают в виде полупрозрачных гибких листов разнообразной толщины - от нескольких миллиметров до десятков сантиметров.

Экструзионный пенополиэтилен долговечен и в этом отношении почти подобен экструзионному пенополистиролу, но в отличие от него не имеет в составе остаточных токсичных веществ и поэтому более экологичен.

Хотя пенополиэтилен горит медленнее пенополистирола и с меньшим выделением токсичного дыма, но он также является огнеопасным материалом.

***

Теплопроводность - свойство материала передавать теплоту через свою толщу от одной поверхности к другой, если эти поверхности имеют разную температуру. Теплопроводность зависит от пористости, влажности и объемного веса материала.

***

Теплопроводность бетона - способность бетона передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на поверхностях, ограничивающих ту или иную бетонную конструкцию. Теплопроводность бетона зависит от его структуры, плотности и влажности.

***

Теплопроводность - свойство материала передавать теплоту через свою толщу от одной поверхности к другой, если эти поверхности имеют разную температуру. Теплопроводность зависит от пористости, влажности и объемного веса материала.

..

Некоторые тексты близкой тематики