Коэффициент теплосопротивления: Теплотехнические определения

Содержание

Коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов

Одной из основных характеристик теплоизоляционных материалов является теплопроводность. Почти у всех есть понимание, что чем она меньше, тем лучше. Но что означает этот термин и что он нам дает? Как сравнить два типа изоляции, используя этот параметр? Предлагаем разобраться

Что такое коэффициент теплопроводности?

Согласно определения в своде правил СП 61.13330.2012:

Коэффициент теплопроводности - количество тепла, которое передается за единицу времени на единицу площади поверхности при температурном градиенте (изменении температуры), равном единице. Обозначается символом λ (лямбда), единица измерения Вт/(м·К).

Само свойство теплопроводности определяет способность материалов передавать тепловую энергию от более горячего тела к более холодному.

От чего зависит коэффициент?

При изучении данной характеристики было определено, что существует зависимость коэффициента теплопроводности от температуры и других параметров:

  • параметров состояния - температуры, давления
  • свойств - плотность, влажность, структуры

При изменении данных свойств и параметров меняется и теплопроводность.

Обозначение λ0 определяет коэффициент теплопроводности, который получен при испытаниях при температуре 0 °С. При этом температура является среднеарифметическим значением от: (температура на внешней поверхности изоляционного материала + температура на изолируемой поверхности)/2.

По аналогии λ20 - это коэффициент полученный при проведении замеров при температуре 20 °С.

Как это использовать на практике?

Данная характеристика позволяет определить возможность использования теплоизоляции в определенных условиях. Кроме того, Вы можете сравнивать различные виды теплоизоляционных материалов и выбирать наиболее подходящий.

Коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов

1. Вспененный полиэтилен. Сравнивая продукцию из вспененного полиэтилена можно определить, что при температуре 10 °С минимальным коэффициентом теплопроводности будет обладать теплоизоляция ALMALEN - 0.032 Вт/мК - 0.034 Вт/мК. Это наименьший показатель в данном классе.

2. Вспененный каучук. В данной группе теплоизоляции можно выделить AF/Armaflex - для неё λ0 ºC ≤ 0,033 Вт/(м·К).

3. Базальтовый утеплитель. При выборе материалов из базальтовой ваты, стоит обратить внимание на Цилиндры Paroc HVAC Section AluCoat T - λ10 ºC ≤ 0,034 В/(м·К).

Правильно ли сравнивать только по λ?

Прежде всего стоит сравнивать показатели, определенные при одной температуре. Существуют различные стандарты определения коэффициента. Могут отличаться "стандартные тепловые режимы": согласно ГОСТ 7076-99 показатель определяется при 25 °С, а при использовании европейского стандарта EN 12667:2001, нормой является 10 °С.

Также учитывайте планируемые условия эксплуатации материала: влажность, возможное воздействие пара, наличие критических перепадов температуры и так далее.

Коэффициент теплопроводности | Мир сварки

Теплопроводность — 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.

Коэффициент теплопроводности материалов
Материал Температура, °С Коэффициент теплопроводности
кал/(см·с·град) Вт/(м·K)
 Металлы
Алюминий 20 0,538 225
Бериллий 20 0,45 188
Ванадий 20 0,074
31,0
Вольфрам 20 0,31 130
Гафний 20 0,053 22,2
Железо 20 0,177 77
Золото 20 0,744 311
Латунь 20 0,205–0,263 86–110
Магний 20 0,376 155
Медь 20 0,923 391
Молибден 20 0,340 145
Никель 20 0,220 92,5
Ниобий 20 0,125 52,5
Палладий 20 0,170 71,3
Платина 20 0,174 72,8
Ртуть
20
0,069 29,1
Свинец 20 0,083 34,7
Серебро 20 1,01 423
Сталь 20 0,048–0,124 20–52
Тантал 20 0,130 54,5
Титан 20 0,036 15,1
Хром 20 0,16 67,1
Цинк 20 0,265 110
Цирконий 20 0,050 21
Чугун 20 0,134 56
 Пластмассы
Бакелит 20 0,0006 0,23
Винипласт 20 0,0003 0,126
Гетинакс 20 0,0006 0,24
Мипора 20 0,0002 0,085
Поливинилхлорид 20 0,0005 0,19
Пенопласт ПС-1 20 0,0001 0,037
Пенопласт ПС-4 20 0,0001 0,04
Пенопласт ПХВ-1 20 0,0001 0,05
Пенопласт резопен ФРП 20 0,0001 0,045
Пенополистирол ПС-Б 20 0,0001 0,04
Пенополистирол ПС-БС 20 0,0001 0,04
Пенополиуретановые листы 20 0,0001 0,035
Пенополиуретановые панели 20 0,0001 0,025
Пеностекло легкое 20 0,0001 0,06
Пеностекло тяжелое 20 0,0002 0,08
Пенофенолпласт 20 0,0001 0,05
Полистирол 20 0,0002 0,082
Полихлорвинил 20 0,0011 0,44
Стеклотекстолит 20 0,0007 0,3
Текстолит 20 0,0005–0,0008 0,23–0,34
Фторопласт-3 20 0,0001 0,058
Фторопласт-4 20 0,0006 0,25
Эбонит 20 0,0004 0,16
Эбонит вспученный 20 0,0001 0,03
 Резины
Каучук вспененный 20 0,0001 0,03
Каучук натуральный
20 0,0001 0,042
Каучук фторированный 20 0,0001 0,055
Резина 20 0,0003–0,0005 0,12–0,20
 Жидкости
Анилин 0 0,0005 0,19
50 0,0004 0,17
100 0,0004 0,167
Ацетон 0 0,0004 0,17
50 0,0004 0,16
100 0,0004 0,15
Бензол 50 0,0003 0,138
100 0,0003 0,126
Вода 0 0,0013 0,551
20 0,0014 0,600
50 0,0016 0,648
100 0,0016 0,683
Глицерин 50 0,0007 0,283
100 0,0007 0,288
Гудрон 20 0,0007 0,3
Лак бакелитовый 20 0,0007 0,29
Масло вазелиновое 0 0,0003 0,126
50 0,0003 0,122
100 0,0003 0,119
Масло касторовое 0 0,0004 0,184
50 0,0004 0,177
100 0,0004 0,172
Спирт метиловый 0 0,0005 0,214
50 0,0005 0,207
Спирт этиловый
0 0,0004 0,188
50 0,0004 0,177
Толуол 0 0,0003 0,142
50 0,0003 0,129
100 0,0003 0,119
 Газы
Азот 15 0,00006 0,0251
Аргон 20 0,00004 0,0177
41 0,00004 0,0187
Вакуум (абсолютный) 20 0 0
Водород 15 0,00042 0,1754
Воздух 20 0,00006 0,0257
Гелий 43 0,00037 0,1558
Кислород 20 0,00006 0,0262
Ксенон 20 0,00001 0,0057
Метан 0 0,00007 0,0307
Углекислый газ 20 0,00004 0,0162
 Дерево
Древесина - доски 20 0,0004 0,15
Древесина - фанера 20 0,0004 0,15
Древесина твердых пород 20 0,0005 0,2
Древесно-стружечная плита ДСП 20 0,0005 0,2
Дуб вдоль волокон 20 0,0008–0,001 0,35–0,43
Дуб поперек волокон 20 0,0004–0,0005 0,2–0,21
Липа, береза, клен, дуб (15% влажности) 20 0,0004 0,15
Опилки - засыпка 20 0,0002 0,095
Опилки древесные сухие 20 0,0002 0,065
Сосна вдоль волокон 20 0,0009 0,38
Сосна поперек волокон 20 0,0004 0,15
Сосна обыкновенная, ель, пихта (450. ..550 кг/куб.м, 15 % влажности) 20 0,0004 0,15
Сосна смолистая (600...750 кг/куб.м, 15 % влажности) 20 0,0006 0,23
 Минералы
Алмаз 20 2,15-5,50 900-2300
Кварц 20 0,019 8
 Горные породы
Глинозем 20 0,006 2,33
Гравий 20 0,0009 0,36
Гранит, базальт 20 0,008 3,5
Грунт 10 % воды 20 0,004 1,75
Грунт 20 % воды 20 0,005 2,1
Грунт песчаный 20 0,003 1,16
Грунт сухой 20 0,0009 0,4
Грунт утрамбованный 20 0,003 1,05
Известняк 20 0,004 1,7
Камень 20 0,003 1,4
Песок 0 % влажности 20 0,0008 0,33
Песок 10 % влажности 20 0,002 0,97
Песок 20 % влажности 20 0,003 1,33
Песчаник обожженный 20 0,004 1,5
Сланец 20 0,005 2,1
 Различные материалы
Алебастровые плиты 20 0,001 0,47
Асбест (шифер) 20 0,0008 0,35
Асбест волокнистый 20 0,0003 0,15
Асбестоцемент 20 0,004 1,76
Асбоцементные плиты 20 0,0008 0,35
Асфальт 20 0,002 0,72
Асфальт в полах 20 0,002 0,8
Бетон на каменном щебне 20 0,003 1,3
Бетон на песке 20 0,002 0,7
Бетон пористый 20 0,003 1,4
Бетон с каменным щебнем 20 0,003 1,28
Бетон сплошной 20 0,004 1,75
Бетон термоизоляционный 20 0,0004 0,18
Битум 20 0,001 0,47
Бумага 20 0,0003 0,14
Бумага промасленная 20 0,0004 0,15
Бумага сухая 20 0,0002 0,1
Вата минеральная легкая 20 0,0001 0,045
Вата минеральная тяжелая 20 0,0001 0,055
Вата хлопковая 20 0,0001 0,055
Вермикулитовые листы 20 0,0002 0,1
Войлок асбестовый 20 0,0001 0,052
Войлок шерстяной 20 0,0001 0,045
Гипс строительный 20 0,0008 0,35
Гравий (наполнитель) 20 0,002 0,93
Железобетон 20 0,004 1,7
Зола древесная 20 0,0004 0,15
Известь-песок раствор 20 0,002 0,87
Иней 20 0,001 0,47
Ипорка (вспененная смола) 20 0,0001 0,038
Камышит (плиты) 20 0,0003 0,105
Картон 20 0,0003–0,0008 0,14–0,35
Картон строительный многослойный 20 0,0003 0,13
Картон теплоизолированный БТК-1 20 0,0001 0,04
Керамзитобетон 20 0,0005 0,2
Кирпич кремнеземный 20 0,0004 0,15
Кирпич пустотелый 20 0,001 0,44
Кирпич силикатный 20 0,002 0,81
Кирпич сплошной 20 0,002 0,67
Кирпич сплошной 20 0,002 0,67
Кирпич шлаковый 20 0,001 0,58
Кожа 20 0,0003 0,15
Лакоткань 20 0,0006 0,25
Лед 0 0,005 2,21
-20 0,006 2,44
-60 0,007 2,91
Обмотка непропитанная 20 0,0005–0,0010 0,2–0,4
Обмотка пропитанная 20 0,0003–0,0005 0,1–0,2
Пенобетон 20 0,0007 0,3
Пергамин 20 0,0002 0,08
Перлит 20 0,0001 0,05
Перлито-цементные плиты 20 0,0002 0,08
Плитка облицовочная 20 0,251 105
Плитка термоизоляционная ПМТБ-2 20 0,0001 0,036
Поролон 20 0,0001 0,04
Портландцемент раствор 20 0,001 0,47
Пробковая плита 20 0,0001 0,043
Пробковые листы легкие 20 0,0001 0,035
Пробковые листы тяжелые 20 0,0001 0,05
Рубероид 20 0,0004 0,17
Снег начавший таять 20 0,0015 0,64
Снег свежевыпавший 20 0,0003 0,105
Снег уплотненный 20 0,0008 0,35
Стекло 20 0,003 1,15
Стекловата 20 0,0001 0,05
Стекловолокно 20 0,0001 0,036
Толь бумажный 20 0,0006 0,23
Торфоплита 20 0,0001 0,065
Цементные плиты 20 0,005 1,92
Цемент-песок раствор 20 0,003 1,2
Шерсть 20 0,0001 0,05
Шлак гранулированный 20 0,0004 0,15
Шлак котельный 20 0,0007 0,29
Шлакобетон 20 0,0014 0,6
Штукатурка сухая 20 0,0005 0,21
Штукатурка цементная 20 0,002 0,9
Электрокартон 20 0,0004 0,17

Теплопроводность кирпичной кладки и стены: коэффициент, сопротивление теплопередаче

Теплопроводность – один из важнейших показателей, характеризующих качество возводимого сооружения. И это неудивительно: ведь от этого коэффициента зависят не только затраты на отопление помещений, но и степень комфортности проживания в доме. Также в строительных расчетах часто фигурирует коэффициент теплосопротивления (сопротивление теплоотдаче), обратный теплопроводности (чем выше первый, тем ниже второй, и наоборот).

Теплопроводность сооружения зависит от показателей используемого вида кирпича, от параметров раствора, типа кладки, применяемых строительных технологий и утепляющих материалов.

Содержание статьи

Коэффициент теплопроводности кирпичей

Данный коэффициент обозначается буквой λ и выражается в W/(m*K).

Показатель λ достаточно широко варьируется, в зависимости от типа кирпичей и способа их изготовления. В основном, на данный коэффициент влияют материал кирпича (клинкерный, силикатный, керамический) и относительное содержание пустот. До 13% пустотности кирпичи считаются полнотелыми, выше – пустотелыми. По уменьшению коэффициента λ линейка строительной продукции будет выглядеть следующим образом:

  1. Клинкерный кирпич λ= от 0,8 до 0,9. Этот тип стройматериалов не предназначен для строительства утеплённых стен и чаще используется для изготовления полов и мощёных дорог.
  2. Силикатный кирпич полнотелого типа λ= от 0,7 до 0,8. Чуть ниже, чем у предыдущего типа, но строительство стены с его использованием требует серьёзных мер по утеплению.
  3. Керамический кирпич полнотелый λ= от 0,5 до 0,8 (в зависимости от сорта).
  4. Силикатный, с техническими пустотами λ= 0,66.
  5. Керамический кирпич пустотелого исполнения λ= 0,57.
  6. Керамический кирпич щелевого типа λ= 0,4.
  7. Силикатный кирпич щелевого типа – показатель λ аналогичен керамическому щелевому (0,4).
  8. Керамический поризованный λ= 0,22.
  9. Тёплая керамика λ= 0,11. Имея отличные показатели теплосопротивления, тёплая керамика уступает прочим видам кирпичной продукции по прочности, и поэтому применение её ограничено.

Важно при расчёте также учитывать, что для различных климатических регионов сопротивление теплоотдаче материалов будут варьироваться, в достаточно широких пределах Информацию о соотнесении теплоотдачи с климатическими параметрами, можно почерпнуть в СНиПе 23-02-2003.

Теплопроводность кладки

Теплосопротивление кирпичей является важнейшим коэффициентом и в ряде случаев является определяющим параметром при проектировании здания и выбора кладки. Вместе с тем, сопротивление теплоотдачи сооружения зависит не только от показателя λ используемых кирпичей, но и от применяемого строительного раствора.

Наиболее частым является случай, когда теплосопротивление раствора существенно ниже, чем сопротивление кирпича.

Так, коэффициент теплоотдачи раствора на основе цемента и песка равен 0,93 W/(m*K), а цементно-шлакового раствора – 0,64.

Путем суммирования коэффициентов сопротивления теплоотдаче кирпича и раствора разработаны специальные таблицы коэффициента теплопередачи, которые можно посмотреть в ГОСТе 530-2007. Ниже приведена выдержка из таблицы:

Таблица – Теплопроводность кладки

Тип кирпича Тип раствора Теплоотдача
Глиняный Цементно-песчаный 0,81
Цементно-шлаковый 0,76
Цементно-перлитовый 0,7
Силикатный Цементно-песчаный 0,87
Керамический пустотный 1,4т/м3 Цементно-песчаный 0,64
Керамический пустотный 1,3т/м3 0,58
Керамический пустотный 1,0т/м3 0,52
Силикатный, 11-ти пустотный Цементно-песчаный 0,81
Силикатный, 14-ти пустотный 0,76

Расчет стены

Для того, чтобы использовать коэффициент теплосопротивления кирпичной стенки на практике, необходимо воспользоваться следующей формулой:

r = (толщина кладки, м)/(теплоотдача, W/(m * K)),

где r – сопротивление теплоотдаче кирпичной стены. При расчетах также необходимо учитывать степень влажности помещения и климатический регион.

Уменьшение коэффициента теплоотдачи стены

В ряде случаев коэффициент λ оставляет желать много лучшего. К тому же нарушение технологии строительства может привести к изменению теплоотдачи в большую сторону. Если применять жидкий раствор при возведении стены из щелевого кирпича, то связующий материал проникнет в пустоты и отрицательно скажется на показателях теплосбережения (сопротивление теплопередаче уменьшится).

Что делать, чтобы увеличить сопротивление теплоотдаче?

Методы уменьшения теплопередачи стены:

  1. Применение более энергосберегающих материалов (кирпичей с большей степенью пустотности).
  2. При строительстве из щелевого кирпича применять густой раствор.
  3. Прокладывание во внутреннем слое теплоизолирующих материалов. На рынке представлен огромный выбор теплоизоляции. Из наиболее популярных можно назвать стекло- и минераловатные материалы, пенополистирол, керамзит и другие. При применении утеплителей необходимо обеспечить пароизоляцию стены, чтобы избежать разрушения материалов.
  4. Оштукатуривание поверхности.

Похожие статьи

Расчет сопротивления теплопроводности стены для Новосибирска

Расчет произведен в соответствии с требованиями следующих нормативных документов:
СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий"
СП 23-101-2004 "Проектирование тепловой защиты зданий"
СП 131-13330-2012 "Строительная климатология"

 

1. Исходные данные:
Район строительства: Новосибирск
Тип здания или помещения: Жилое
Вид ограждающей конструкции: Наружные стены

 

2. Климатические параметры
Значение расчетной температуры внутреннего воздуха tint для жилых помещений определено в соответствии с ГОСТ 30494–2011:

tint=210С

Значение расчетной температуры наружного воздуха text принято по СП 131-13330-2012 (Таблица 3. 1), равной значению средней температуры наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92:

text= -370С

Продолжительность отопительного периода Zht определена по СП 131-13330-2012 (Таблица 2):

Zht=2210сут

Средняя температура наружного воздуха за отопительный период textav принята по СП 131-13330-2012 (Таблица 3.1):

textav = -8,10С

Градусо–сутки отопительного периода Dd определены по СНиП 23-02-2003 (Формула 2):

Dd = (tint- textav) х Zht = (21+8,1) х 221= 6431 0С сут

 

 

3. Нормируемые теплоэнергетические параметры
Согласно п.5.3 СНиП 23-02-2003 нормируемое сопротивление теплопередаче определяется по формуле R=a•Dd+b (Таблица 4. (1)) и равно при расчетных условиях:

Rwreg = 0,00035 х 6431 + 1,4 = 3,65 м20С/Вт

где коэффициенты a и b для наружных стен жилых зданий принимаются из Таблицы 4 СНиП 23-02-2003

 

4. Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции
Приведенное сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций рассчитывается по формуле:

Rwr = (1/8,7 + δ1/ λa1 + δ2/ λa2 + δ3/ λa3 + … + 1/23) x r,

где
δ1… - толщина ограждающего слоя №1… в метрах;
λa1 – расчетный коэффициент теплопроводности материала №1… в условиях эксплуатации А;
r – коэффициент теплотехнической однородности в растворных швах. Определяется по таблице… или рассчитывается на основе данных толщины растворного шва, применяемого раствора, используемой арматуры;

Для сравнения свойств теплопроводности самого материала условимся, что растворного шва не существует и поэтому коэффициент теплотехнической однородности будет равен:

r = 1

 

Важно! В расчетах необходимо использовать расчетный коэф. теплопроводности в условиях "А". Эти условия учитывают тепло-влажностные процессы во время проживания. Некоторые производители лукавят, когда производят подобные расчеты с применением λсух . Для высушенного материала λсух меньше чем λa, следовательно, толщина стены будет подсчитана неверно, так как в естественных условиях стена ни когда не будет сухой и будет обладать своей естественной влажностью.

 

Пример расчета приведенного сопротивления теплопередачи для наружной стены, выполненной из автоклавного газобетона:

Автоклавный газобетон (p=600кг/м3) ГОСТ 31359-2007 приложение А, коэффициент теплопроводности λа=0,160Вт/(м°С), толщина δ=560мм

Rwr = (1/8,7 + 0,560/0,160 + 1/23) x 1= 3,66 м20С/Вт

Сравниваем с нормируемым значением:

Rwr = 3,66 м20С/Вт  >  Rwreg =3,65 м20С/Вт

Таким образом, минимальная толщина стены для автоклавного газобетона марки по плотности D600 должна быть не меньше 581мм. При этом мы помним, что блоки укладываются на клей с использованием армирующей сетки и следовательно толщина стены будет немного больше, так как в этом случае коэф. теплотехнической однородности r будет меньше 1.

На данном примере определены толщины наружных стен для поризованного блока, неавтоклавного газобетона, пенобетона, арболита и полистиролбетона.

 

Таблица №1. Толщина наружной стены, рассчитанной по нормам СНиП применительно к Новосибирской области.

 

Наименование

Газобетон
автоклав.

Поризованный блок

Газобетон
неавтоклав.

Пенобетон

Арболит

Полистирол
бетон

ГОСТ

31359-2007

530-2012

25485-89

25485-89

19222-84

33929-2016

Марка по плотности

D600

-

D600

D600

D600

D450

Марка по прочности

B2,5

М100

B2,0

В2,0

В1,5

В1,5

Морозостойоксть

F100

F50

F50

F75

F50

F200

Плотность, кг/м3

600

800

600

600

600

450

Коэф. теплопроводности:

 

λ сух., Вт/(м°С)

0,122

0,180

0,140

0,140

0,120

0,105

λa (Нов-кая обл.),
Вт/(м°С)

0,160

0,210

0,160

0,160

0,180

0,118

Нормируемое сопротивление теплопередаче для Новосибирской обл., м2  0С/Вт

3,65

Толщина стены, удовлетворяющий требованиям СНиП, мм

560 740 560 560 630 413

 

Среди представленных образцов, самым теплым материалом для наружной стены оказался полистиролбетон. Если вы решили строить здание 2 - 3 этажа, то блоки из полистиролбетона - разумный выбор с точки зрения сохранения тепла, прочности, водопоглощения, и других характеристик.

 

Что такое коэффициент проникновения тепла U, тепловое сопротивление R и коэффициент теплопроводности λ? - Technical Advices

Коэффициент U это основной параметр позволяющий определить тепловую изоляцию здания. Определяет сколько тепла может проникнуть через перегородку. Данным коэффициентом пользуются Технические Условия, которые нам изменили требования с 1 января этого года, U для стен не может быть выше 0,25 Вт/м2K а для крыш 0,20 Вт/м2K.
Чем ниже коэффициент U тем стена теплее.
Коэффициент U зависит от теплового сопротивления и рассчитывается в зависимости:
U = 1/R
R – тепловое сопротивление

Тепловое сопротивление R зависит от вида материала и его толщины. Чем больше сопротивление тем стена теплее (является лучшим изолятором). Тепловое сопротивление рассчитываем с уравнения d/λ.
d – толщина стены (указываем в метрах)
λ – коэффициент теплопроводности

Коэффициент теплопроводности λ это физическое свойство каждого материала и оно не зависит от его толщины. Чем меньше λ тем материал будет лучшим изолятором.
λd – коэффициент теплопроводности декларированный. Это значение после проведения лабораторных исследований с учетом процесса старения.
Для строительства новых объектов, EuroPanels имеет в своем предложении энергосберегающее панели с основой PUR и EPS. Правильно запроектированное и установленное здание из сэндвич-панелей EuroPanels, значительно могут снизить затраты по его содержанию в дальнейшей эксплуатации. Чем ниже коэффициент U, тем пропорционально снижаются затраты на обогрев.

Для существующих объектов компания EuroPanels разработала специальные продукты для тепло модернизации. Рассчитывая коэффициент U для существующего здания можно рассчитать, на сколько возможно снизить затраты тепла используя дополнительную изоляцию наружных стен и кровли. Дополнительным преимуществом является увеличение акустической изоляции здания.

Необходимо помнить, что потери тепла через наружные стены к примеру жилого дома могут достигнуть даже 35%, а через крышу потери тепла оцениваются даже на 25%. Потому так важно использовать современные и энергосберегающие строительные материалы, среди которых одно из самых интересных предложений являются сэндвич-панели для стеновых и кровельных конструкций, а также изоляционные продукты из коллекции EuroPanels.

Коэффициенты теплопроводности основных строительных материалов в размерности Вт/(м*К)=Вт/(м*С) и плотность.

Коэффициенты теплопроводности основных строительных материалов в размерности Вт/(м*К)=Вт/(м*С) и плотность. Коэффициент теплопроводности строительных материалов - таблица. Вариант для печати.

Коэффициенты теплопроводности основных строительных материалов в размерности Вт/(м*К)=Вт/(м*С) и плотность.

Материал

Плотность (для сыпучих – насыпная плотность), кг/м3

Коэффициент теплопроводности, Вт/ (м*К)

Алюминий 2600-2700 203,5-221 растет с ростом плотности
Асбест 600 0,151
Асфальтобетон 2100 1,05
АЦП асбесто-цементные плиты 1800 0,35
Бетон см.также Железобетон 2300-2400 1,28-1,51 растет с ростом плотности
Битум 1400 0,27
Бронза 8000 64
Винипласт 1380 0,163
Вода при температурах выше 0 градусов С ~1000 ~0,6
Войлок шерстяной 300 0,047
Гипсокартон 800 0,15
Гранит 2800 3,49
Дерево, дуб - вдоль волокон 700 0,23
Дерево, дуб - поперек волокон 700 0,1
Дерево, сосна или ель - вдоль волокон 500 0,18
Дерево, сосна или ель - поперек волокон 500 0,10—0,15 растет с ростом плотности и влажности
ДСП, ОСП; древесно- или ориентированно-стружечная плита 1000 0,15
Железобетон 2500 1,69

Материал

Плотность (для сыпучих – насыпная плотность), кг/м3

Коэффициент теплопроводности, Вт/ (м*К)

Картон облицовочный 1000 0,18
Керамзит 200 0,1
Керамзит 800 0,18
Керамзитобетон 1800 0,66
Керамзитобетон 500 0,14
Кирпич керамический пустотелый (брутто1000) 1200 0,35
Кирпич керамический пустотелый (брутто1400) 1600 0,41
Кирпич красный глиняный 1800 0,56
Кирпич, силикатный 1800 0,7
Кладка из изоляционного кирпича 600 0,116—0,209 растет с ростом плотности
Кладка из обыкновенного кирпича 600–1700 0,384—0,698—0,814 растет с ростом плотности
Кладка из огнеупорного кирпича 1840 1,05 (при 800—1100°С)
Краска масляная 0,233
Латунь 8500 93
Лед при температурах ниже 0 градусов С 920 2,33
Линолеум 1600 0,33
Литье каменное 3000 0,698

Материал

Плотность (для сыпучих – насыпная плотность), кг/м3

Коэффициент теплопроводности, Вт/ (м*К)

Магнезия 85% в порошке 216 0,07
Медь 8500-8800 384-407 растет с ростом плотности
Минвата 100 0,056
Минвата 50 0,048
Минвата 200 0,07
Мрамор 2800 2,91
Накипь, водяной камень 1,163—3,49 растет с ростом плотности
Опилки древесные 230 0,070—0,093 растет с ростом плотности и влажности
Пакля сухая 150 0,05
Пенобетон 1000 0,29
Пенобетон 300 0,08
Пенопласт 30 0,047
Пенопласт ПВХ 125 0,052
Пенополистирол 100 0,041
Пенополистирол 150 0,05
Пенополистирол 40 0,038
Пенополистирол экструдированый 33 0,031
Пенополиуретан 32 0,023
Пенополиуретан 40 0,029
Пенополиуретан 60 0,035
Пенополиуретан 80 0,041
Пеностекло 400 0,11
Пеностекло 200 0,07
Песок сухой 1600 0,35
Песок влажный 1900 0,814
Полимочевина 1100 0,21
Полиуретановая мастика 1400 0,25
Полиэтилен 1500 0,3
Пробковая мелочь 160 0,047

Материал

Плотность (для сыпучих – насыпная плотность), кг/м3

Коэффициент теплопроводности, Вт/ (м*К)

Ржавчина (окалина) 1,16
Рубероид, пергамин 600 0,17
Свинец 11400 34,9
Совелит 450 0,098
Сталь 7850 58
Сталь нержавеющая 7900 17,5
Стекло оконное 2500 0,698—0,814
Стеклянная вата (стекловата) 200 0,035—0,070 растет с ростом плотности
Текстолит 1380 0,244
Торфоплиты 220 0,064
Фанера клееная 600 0,12
Фаолит 1730 0,419
Чугун 7500 46,5—93,0
Шлаковая вата 250 0,076
Эмаль 2350

0,872—1,163

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.

Удельное сопротивление, термическое сопротивление и температурный коэффициент - Европейский институт пассивных компонентов

R1.1 СОПРОТИВЛЕНИЕ (ρ)

Удельное сопротивление, ρ, - постоянная материала. Чем выше удельное сопротивление материала резистора, тем выше его сопротивление. Подключение можно описать как

………………………… [С1-1]

Здесь
R = сопротивление
l = длина проводника
A = площадь проводника.

В зависимости от того, в каких единицах выражаются l и A, мы получаем разные единицы ρ. Обычный способ - выразить l в м (eter) и A в мм. 2 ρ, а затем получить единицу Ωmm 2 / м. Если вместо этого мы выберем l в м и A в м 2 , единицей измерения ρ будет Ом x мм 2 / м, что обычно преобразуется в Ом · м. Это устройство часто используется для неметаллических материалов. Если нам известно значение ρ, выраженное в Ом · мм 2 / м, это значение необходимо умножить на коэффициент 10 -6 , чтобы получить значение в Ом · м.Таким образом, 10 -6 x Ом × мм 2 / м = 1 Ом · м.

R1.2 СОПРОТИВЛЕНИЕ ЛИСТА (Ом / квадрат)

Рисунок R1-1. Удельное поверхностное сопротивление r (кв.) [Ом / квадрат].

Удельное сопротивление листа - это мера сопротивления на единицу поверхности резистивных пленок. Элемент с квадратной поверхностью, показанный на рисунке R1-1, получает в соответствии с формулой [R1-1] сопротивление:

………………… [С1-2]

Таким образом, сопротивление на квадратную единицу, r (sq) , не зависит от размера поверхности.Именно толщина пленки и ее собственное удельное сопротивление определяют r (sq) (выраженное в Ом / квадрат).

R1.3 ТЕМПЕРАТУРА ПОВЕРХНОСТИ и ГОРЯЧЕЕ пятно

Рисунок R1-2. Повышение температуры в зависимости от нагрузки. Ta = температура окружающей среды.

Повышение температуры поверхности корпуса резистора зависит от нагрузки, как в принципе показано на Рисунке R1-2. При повышении температуры увеличивается проводимость, излучение и конвекция (охлаждение воздуха) от корпуса резистора, что приводит к выравниванию температурной кривой.

На рисунке R1-3 показано распределение температуры по корпусу резистора. Рассеяние тепла на выводах или выводах SMD снижает температуру на концах. В середине тела мы регистрируем температурный максимум, так называемую температуру Hot Spot . Эта температура определяет как стабильность резистора, так и срок его службы.

Важно, чтобы спиральная или проволочная обмотка была равномерно распределена по всей свободной длине резистора. В противном случае мы получим усиленный эффект горячих точек, угрожающий жизни и стабильности.

Горячие точки имеют жизненно важное значение не только для самого резистора. Тепловое излучение может повлиять на соседние компоненты и печатные платы. Таким образом, убедитесь, что существует удовлетворительное расстояние от корпуса резистора до соседних термочувствительных компонентов.

Рисунок R1-3. Температуры:
Thsp = Температура горячей точки.
Ta = температура окружающей среды.

R1.4 ТЕПЛОВАЯ ВРЕМЯ ПОСТОЯННАЯ, τ Вт

Рисунок R1-4.Тепловая постоянная времени, τw.

Тепловая постоянная времени, τw , определяется как время прогрева поверхности резистора до достижения 63% или теоретически (1-1 / е) конечной температуры после ступенчатого увеличения приложенной нагрузки, обычно P R (Рисунок R1-4). Конечно, постоянная времени сильно зависит от размера корпуса резистора. Маленькое тело быстрее нагреется, чем большое. В таблице R1-1 указаны стандартные значения для некоторых размеров, классифицированных по DIN.

Таблица R1- 1 .Примеры тепловых постоянных времени и тепловых сопротивлений.

Размер DIN [1] 0204 0207 0414
Тепловая постоянная времени, τw (с) 2 5 20
Тепловое сопротивление, R th (К / Вт) 400 250 170

[1] Цилиндрические детали с выводами.

R1.5 ТЕПЛОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ, R th

Тепловое сопротивление, R th , выражается в К / Вт. Он описывает повышение температуры тела резистора под приложенной нагрузкой. Поскольку излучение вызывает поворот температурной кривой вниз при увеличении нагрузки, данные о R th относятся к нормализованному монтажу и нагрузке P R . (См. DIN 44 050). Как показано на Рисунке R3-5, перегрузка по мощности снижает R th .

Рисунок R1-5.Тепловое сопротивление при перегрузке P с и номинальной мощности P R .

В уравнении R1-3 описана связь между R th и текущими температурами. R th выражается в K / W, но из-за того, что уравнение имеет дело с разницей между двумя температурами, не имеет значения, используем ли мы ° C или K для обоих значений. Различия будут одинаково большими. K 2 -K 1 = [(° C 2 +273) - (° C 1 +273)] = ° C 2 - ° C 1 .

………… [С1-3]

T hsp = Температура горячей точки. в К или ° C
T a = темп. в К или ° C.
P = приложенная нагрузка, Вт.

В Таблице R1-1 приведены некоторые примеры термического сопротивления для стандартных размеров DIN.

R1.6 ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ, TCR

Температурный коэффициент сопротивления TCR выражается в ppm / ° C.

……….[R1-4]

Для пояснения TC часто обозначается как TCR, то есть температурный коэффициент сопротивления.

Пределы спецификаций и фактические изменения могут выглядеть так, как показано на следующем рисунке, где показано семейство компонентов.

Рисунок R1-6. Пример указанных лимитов TC и фактических записей.


ABC CLR: Глава R Резисторы

Удельное сопротивление, термическое сопротивление и температурный коэффициент

Лицензионный контент EPCI:

[1] EPCI Эксперты Европейского института пассивных компонентов оригинальные статьи
[2] Справочник по пассивным компонентам CLR от P-O.Fagerholt *

* используется под авторским правом EPCI от CTI Corporation, США


Содержание этой страницы находится под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International License.

Сопротивление и удельное сопротивление | Физика II

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните понятие удельного сопротивления.
  • Используйте удельное сопротивление для расчета сопротивления материала указанной конфигурации.
  • Используйте термический коэффициент удельного сопротивления, чтобы рассчитать изменение сопротивления в зависимости от температуры.

Зависимость сопротивления от материала и формы

Сопротивление объекта зависит от его формы и материала, из которого он сделан. Цилиндрический резистор на Рисунке 1 легко анализировать, и таким образом мы можем получить представление о сопротивлении более сложных форм. Как и следовало ожидать, электрическое сопротивление цилиндра R прямо пропорционально его длине L , подобно сопротивлению трубы потоку жидкости.Чем длиннее цилиндр, тем больше зарядов соударяется с его атомами. Чем больше диаметр цилиндра, тем больше тока он может пропускать (опять же, как поток жидкости по трубе). Фактически, R обратно пропорционален площади поперечного сечения цилиндра A .

Рис. 1. Однородный цилиндр длиной L и площадью поперечного сечения A. Его сопротивление потоку тока аналогично сопротивлению, которое труба оказывает потоку жидкости. Чем длиннее цилиндр, тем больше его сопротивление.Чем больше площадь его поперечного сечения A, тем меньше его сопротивление.

Для данной формы сопротивление зависит от материала, из которого состоит объект. Различные материалы обладают разным сопротивлением потоку заряда. Мы определяем удельное сопротивление ρ вещества так, чтобы сопротивление R объекта было прямо пропорционально ρ . Удельное сопротивление ρ - это внутреннее свойство материала, независимо от его формы или размера.Сопротивление R однородного цилиндра длиной L , площадью поперечного сечения A и изготовленного из материала с удельным сопротивлением ρ составляет

[латекс] R = \ frac {\ rho L} {A} \\ [/ латекс].

В таблице 1 приведены репрезентативные значения ρ . Материалы, перечисленные в таблице, разделены на категории проводников, полупроводников и изоляторов на основе широких групп удельных сопротивлений. У проводников наименьшее удельное сопротивление, а у изоляторов наибольшее; полупроводники имеют промежуточное удельное сопротивление.Проводники имеют различную, но большую плотность свободных зарядов, тогда как большинство зарядов в изоляторах связаны с атомами и не могут двигаться. Полупроводники являются промежуточными, имеют гораздо меньше свободных зарядов, чем проводники, но обладают свойствами, из-за которых количество свободных зарядов сильно зависит от типа и количества примесей в полупроводнике. Эти уникальные свойства полупроводников находят применение в современной электронике, о чем мы поговорим в следующих главах.

Таблица 1.Удельное сопротивление ρ различных материалов при 20º C
Материал Удельное сопротивление ρ ( Ом м )
Проводники
Серебро 1. 59 × 10 −8
Медь 1. 72 × 10 −8
Золото 2. 44 × 10 −8
Алюминий 2.65 × 10 −8
Вольфрам 5. 6 × 10 −8
Утюг 9. 71 × 10 −8
Платина 10. 6 × 10 −8
Сталь 20 × 10 −8
Свинец 22 × 10 −8
Манганин (сплав Cu, Mn, Ni) 44 × 10 −8
Константан (сплав Cu, Ni) 49 × 10 −8
Меркурий 96 × 10 −8
Нихром (сплав Ni, Fe, Cr) 100 × 10 −8
Полупроводники
Углерод (чистый) 3.5 × 10 5
Углерод (3,5 - 60) × 10 5
Германий (чистый) 600 × 10 −3
Германий (1−600) × 10 −3
Кремний (чистый) 2300
Кремний 0,1–2300
Изоляторы
Янтарь 5 × 10 14
Стекло 10 9 - 10 14
Люцит > 10 13
Слюда 10 11 - 10 15
Кварц (плавленый) 75 × 10 16
Резина (твердая) 10 13 -10 16
Сера 10 15
Тефлон > 10 13
Дерево 10 8 -10 11

Пример 1.Расчет диаметра резистора: нить накала фары

Нить накала автомобильной фары изготовлена ​​из вольфрама и имеет сопротивление холоду 0,350 Ом. Если нить представляет собой цилиндр длиной 4,00 см (ее можно свернуть в бухту для экономии места), каков ее диаметр?

Стратегия

Мы можем переписать уравнение [латекс] R = \ frac {\ rho L} {A} \\ [/ latex], чтобы найти площадь поперечного сечения A нити на основе данной информации. Тогда его диаметр можно определить, предположив, что он имеет круглое поперечное сечение.{-5} \ text {m} \ end {array} \\ [/ latex].

Обсуждение

Диаметр чуть меньше десятой миллиметра. Он состоит только из двух цифр, потому что ρ известно только из двух цифр.

Температурное изменение сопротивления

Удельное сопротивление всех материалов зависит от температуры. Некоторые даже становятся сверхпроводниками (нулевое сопротивление) при очень низких температурах. (См. Рисунок 2.)

Рис. 2. Сопротивление образца ртути равно нулю при очень низких температурах - это сверхпроводник примерно до 4.2 К. Выше этой критической температуры его сопротивление делает резкий скачок, а затем почти линейно увеличивается с температурой.

И наоборот, удельное сопротивление проводников увеличивается с увеличением температуры. Поскольку атомы колеблются быстрее и на больших расстояниях при более высоких температурах, электроны, движущиеся через металл, совершают больше столкновений, эффективно увеличивая удельное сопротивление. При относительно небольших изменениях температуры (около 100 ° C или менее) удельное сопротивление ρ изменяется с изменением температуры Δ T , как выражается в следующем уравнении

ρ = ρ 0 (1 + α Δ T ),

, где ρ 0 - исходное удельное сопротивление, а α - температурный коэффициент удельного сопротивления .(См. Значения α в Таблице 2 ниже.) Для более значительных изменений температуры α может изменяться или может потребоваться нелинейное уравнение, чтобы найти ρ . Обратите внимание, что α положительно для металлов, что означает, что их удельное сопротивление увеличивается с температурой. Некоторые сплавы были разработаны специально, чтобы иметь небольшую температурную зависимость. Например, у манганина (который состоит из меди, марганца и никеля) α близко к нулю (к трем цифрам на шкале в Таблице 2), и поэтому его удельное сопротивление незначительно изменяется с температурой.Это полезно, например, для создания не зависящего от температуры эталона сопротивления.

Таблица 2. Температурные коэффициенты удельного сопротивления α
Материал Коэффициент (1 / ° C)
Проводники
Серебро 3,8 × 10 −3
Медь 3,9 × 10 −3
Золото 3.4 × 10 −3
Алюминий 3,9 × 10 −3
Вольфрам 4,5 × 10 −3
Утюг 5,0 × 10 −3
Платина 3,93 × 10 −3
Свинец 3,9 × 10 −3
Манганин (сплав Cu, Mn, Ni) 0,000 × 10 −3
Константан (сплав Cu, Ni) 0.002 × 10 −3
Меркурий 0,89 × 10 −3
Нихром (сплав Ni, Fe, Cr) 0,4 × 10 −3
Полупроводники
Углерод (чистый) −0,5 × 10 −3
Германий (чистый) −50 × 10 −3
Кремний (чистый) −70 × 10 −3

Также обратите внимание, что α отрицательно для полупроводников, перечисленных в таблице 2, что означает, что их удельное сопротивление уменьшается с увеличением температуры.Они становятся лучшими проводниками при более высоких температурах, потому что повышенное тепловое перемешивание увеличивает количество свободных зарядов, доступных для переноса тока. Это свойство уменьшения ρ с температурой также связано с типом и количеством примесей, присутствующих в полупроводниках. Сопротивление объекта также зависит от температуры, поскольку R 0 прямо пропорционально ρ . Для цилиндра мы знаем, что R = ρL / A , и поэтому, если L и A не сильно изменяются с температурой, R будет иметь такую ​​же температурную зависимость, как ρ .(Исследование коэффициентов линейного расширения показывает, что они примерно на два порядка меньше, чем типичные температурные коэффициенты удельного сопротивления, поэтому влияние температуры на L и A примерно на два порядка меньше, чем на ρ .) Таким образом,

R = R 0 (1 + α Δ T )

- это температурная зависимость сопротивления объекта, где R 0 - исходное сопротивление, а R - сопротивление после изменения температуры Δ T .Многие термометры основаны на влиянии температуры на сопротивление. (См. Рис. 3.) Одним из наиболее распространенных является термистор, полупроводниковый кристалл с сильной температурной зависимостью, сопротивление которого измеряется для определения его температуры. Устройство небольшое, поэтому быстро приходит в тепловое равновесие с той частью человека, к которой прикасается.

Рис. 3. Эти знакомые термометры основаны на автоматическом измерении сопротивления термистора в зависимости от температуры.(Источник: Biol, Wikimedia Commons)

Пример 2. Расчет сопротивления: сопротивление горячей нити

Хотя следует соблюдать осторожность при применении ρ = ρ 0 (1 + α Δ T ) и R = R 0 (1 + α Δ T ) для изменений температуры более 100 ° C, для вольфрама уравнения достаточно хорошо работают при очень больших изменениях температуры. Каково же тогда сопротивление вольфрамовой нити в предыдущем примере, если ее температура повышается с комнатной температуры (20ºC) до типичной рабочей температуры 2850ºC?

Стратегия

Это прямое применение R = R 0 (1 + α Δ T ), поскольку исходное сопротивление нити было задано равным R 0 = 0.{-3} / º \ text {C} \ right) \ left (2830º \ text {C} \ right) \ right] \\ & = & {4.8 \ Omega} \ end {array} \\ [/ latex] .

Обсуждение

Это значение согласуется с примером сопротивления фары в Законе Ома: сопротивление и простые цепи.

Исследования PhET: сопротивление в проводе

Узнайте о физике сопротивления в проводе. Измените его удельное сопротивление, длину и площадь, чтобы увидеть, как они влияют на сопротивление провода. Размеры символов в уравнении меняются вместе со схемой провода.

Щелкните, чтобы запустить моделирование.

Сводка раздела

  • Сопротивление R цилиндра длиной L и площадью поперечного сечения A составляет [латекс] R = \ frac {\ rho L} {A} \ [/ латекс], где ρ - удельное сопротивление материала.
  • Значения ρ в таблице 1 показывают, что материалы делятся на три группы - проводников, полупроводников и изоляторов .
  • Температура влияет на удельное сопротивление; для относительно небольших изменений температуры Δ T , удельное сопротивление равно [латекс] \ rho = {\ rho} _ {0} \ left (\ text {1} + \ alpha \ Delta T \ right) \\ [/ latex], где ρ 0 - исходное удельное сопротивление, а [латекс] \ text {\ alpha} [/ latex] - температурный коэффициент удельного сопротивления.
  • В таблице 2 приведены значения для α , температурного коэффициента удельного сопротивления.
  • Сопротивление R объекта также зависит от температуры: [латекс] R = {R} _ {0} \ left (\ text {1} + \ alpha \ Delta T \ right) \\ [/ latex], где R 0 - исходное сопротивление, а R - сопротивление после изменения температуры.

Концептуальные вопросы

1. В каком из трех полупроводниковых материалов, перечисленных в Таблице 1, примеси дают свободные заряды? (Подсказка: изучите диапазон удельного сопротивления для каждого из них и определите, имеет ли чистый полупроводник большую или меньшую проводимость.)

2. Зависит ли сопротивление объекта от пути тока, проходящего через него? Рассмотрим, например, прямоугольный стержень - одинаково ли его сопротивление по длине и по ширине? (См. Рисунок 5.)

Рис. 5. Встречается ли ток, проходящий двумя разными путями через один и тот же объект, с разным сопротивлением?

3. Если алюминиевый и медный провода одинаковой длины имеют одинаковое сопротивление, какой из них имеет больший диаметр? Почему?

4. Объясните, почему [латекс] R = {R} _ {0} \ left (1+ \ alpha \ Delta T \ right) \\ [/ latex] для температурного изменения сопротивления R объекта равен не так точен, как [латекс] \ rho = {\ rho} _ {0} \ left ({1} + \ alpha \ Delta T \ right) \\ [/ latex], что дает температурное изменение удельного сопротивления ρ .

Задачи и упражнения

1. Каково сопротивление отрезка медного провода 12-го калибра длиной 20,0 м и диаметром 2,053 мм?

2. Диаметр медного провода нулевого сечения - 8,252 мм. Найдите сопротивление такого провода длиной 1,00 км, используемого для передачи энергии.

3. Если вольфрамовая нить диаметром 0,100 мм в лампочке должна иметь сопротивление 0,200 Ом при 20 ° C, какой длины она должна быть?

4. Найдите отношение диаметра алюминиевого провода к медному, если они имеют одинаковое сопротивление на единицу длины (как в бытовой электропроводке).

5. Какой ток протекает через стержень из чистого кремния диаметром 2,54 см и длиной 20,0 см при приложении к нему 1,00 × 10 3 В? (Такой стержень может быть использован, например, для изготовления детекторов ядерных частиц.)

6. (a) До какой температуры нужно нагреть медный провод, изначально равный 20,0 ° C, чтобы удвоить его сопротивление, не обращая внимания на любые изменения в размерах? (б) Происходит ли это в бытовой электропроводке при обычных обстоятельствах?

7. Резистор из нихромовой проволоки используется там, где его сопротивление не может изменяться более чем на 1.00% от его значения при 20,0ºC. В каком температурном диапазоне его можно использовать?

8. Из какого материала изготовлен резистор, если его сопротивление на 40,0% больше при 100 ° C, чем при 20,0 ° C?

9. Электронное устройство, предназначенное для работы при любой температуре в диапазоне от –10,0 ° C до 55,0 ° C, содержит резисторы из чистого углерода. В какой степени их сопротивление увеличивается в этом диапазоне?

10. (a) Из какого материала сделана проволока, если она имеет длину 25,0 м, диаметр 0,100 мм и сопротивление 77.7 Ом при 20,0 ° C? (б) Каково его сопротивление при 150 ° C?

11. Предполагая постоянный температурный коэффициент удельного сопротивления, каков максимальный процент уменьшения сопротивления константановой проволоки, начиная с 20,0 ° C?

12. Через матрицу протягивают проволоку, растягивая ее в четыре раза по сравнению с исходной длиной. По какому фактору увеличивается его сопротивляемость?

13. Медный провод имеет сопротивление 0,500 Ом при 20,0 ° C, а железный провод имеет сопротивление 0,525 Ом при той же температуре.При какой температуре их сопротивления равны?

14. (a) Цифровые медицинские термометры определяют температуру путем измерения сопротивления полупроводникового устройства, называемого термистором (который имеет α, = –0,0600 / ºC), когда он находится при той же температуре, что и пациент. Какова температура пациента, если сопротивление термистора при этой температуре составляет 82,0% от его значения при 37,0 ° C (нормальная температура тела)? (b) Отрицательное значение для α может не поддерживаться при очень низких температурах.Обсудите, почему и так ли здесь. (Подсказка: сопротивление не может стать отрицательным.)

15. Integrated Concepts (a) Повторите упражнение 2 с учетом теплового расширения вольфрамовой нити. Вы можете принять коэффициент теплового расширения 12 × 10 −6 / ºC. б) На какой процент ваш ответ отличается от приведенного в примере?

16. Необоснованные результаты (a) До какой температуры необходимо нагреть резистор из константана, чтобы удвоить его сопротивление, при условии постоянного температурного коэффициента удельного сопротивления? б) разрезать пополам? (c) Что необоснованного в этих результатах? (d) Какие предположения необоснованны или какие посылки несовместимы?

Сноски

  1. 1 Значения сильно зависят от количества и типа примесей
  2. 2 значения при 20 ° C.

Глоссарий

удельное сопротивление:
внутреннее свойство материала, независимо от его формы или размера, прямо пропорциональное сопротивлению, обозначенное как ρ
температурный коэффициент удельного сопротивления:
эмпирическая величина, обозначенная как α , которая описывает изменение сопротивления или удельного сопротивления материала при температуре

Избранные решения проблем и упражнения

1.0,104 Ом

3. 2,8 × 10 −2 м

5. 1,10 × 10 −3 A

7. от −5ºC до 45ºC

9. 1.03

11. 0,06%

13. −17ºC

15. (а) 4,7 Ом (всего) (б) уменьшение на 3,0%


Удельное сопротивление и проводимость - температурные коэффициенты для обычных материалов

Удельное сопротивление - это

  • электрическое сопротивление единичного куба материала, измеренное между противоположными гранями куба

Калькулятор сопротивления электропроводника

Этот калькулятор можно использовать для рассчитать электрическое сопротивление проводника.

Коэффициент удельного сопротивления (Ом · м) (значение по умолчанию для меди)

Площадь поперечного сечения проводника (мм 2 ) - Калибр провода AWG

животный жир132 901 В) x 10 -8 43 x 10 -8 3.35K)

33 Марганец

33 1.0 x 10 -5 и 10 -4 3 -70 x 10 95 9013 9013 x 10 -8 Тулий 3 5,65 x 900
Алюминий 2,65 x 10 -8 3,8 x 10 -3 3,77 x 10 7
Алюминиевый сплав 3003, прокат 3,7 x 10 -8
Алюминиевый сплав 2014 , отожженная 3.4 x 10 -8
Алюминиевый сплав 360 7,5 x 10 -8
Алюминиевая бронза 12 x 10 -8
14 x 10 -2
Мышцы животных 0,35
Сурьма 41,8 x 10 -8 30.2 x 10 -8
Бериллий 4,0 x 10 -8
Бериллий медь 25 7 x 10 -8 5 115 x 10 -8
Латунь - 58% Cu 5,9 x 10 -8 1,5 x 10 -3
Латунь - 63% Cu 7.1 x 10 -8 1,5 x 10 -3
Кадмий 7,4 x 10 -8
Цезий (0 o C) 18,84
Кальций (0 o C) 3,11 x 10 -8
Углерод (графит) 1) 3-60 x 10 -5 -4.8 x 10 -4
Чугун 100 x 10 -8
Церий (0 o C) 73 x 10 -8 9014
Хромель (сплав хрома и алюминия) 0,58 x 10 -3
Хром 13 x 10 -8
Кобальт -8
Константан 49 x 10 -8 3 x 10 -5 0.20 x 10 7
Медь 1,724 x 10 -8 4,29 x 10 -3 5,95 x 10 7
Мельхиор 55-45 (константан)
Диспрозий (0 o C) 89 x 10 -8
Эрбий (0 o C) 81 x 10 -8
Эврика 0.1 x 10 -3
Европий (0 o C) 89 x 10 -8
Гадолий 126 x 10 -8 4 5
Галлий (1,1K) 13,6 x 10 -8
Германий 1) 1 - 500 x 10 -3 -50 x 10 -3
Стекло 1 - 10000 x 10 9 10 -12
Золото 2.24 x 10 -8
Графит 800 x 10 -8 -2,0 x 10 -4
Гафний (0,35K) 30,4 x 10 8
Hastelloy C 125 x 10 -8
Гольмий (0 o C) 90 x 10 -8

95

8 x 10 -8
Инконель 103 x 10 -8
Иридий 5,3 x 10 -8 Железо 9,71 x 10 -8 6,41 x 10 -3 1,03 x 10 7
Лантан (4,71 K) 54 x 10 -8
911
Свинец 20.6 x 10 -8 0,45 x 10 7
Литий 9,28 x 10 -8
Лютеций 54 x 10 4 26 5
Магний 4,45 x 10 -8
Магниевый сплав AZ31B 9 x 10 -8
Марганец
Mercury 98,4 x 10 -8 8,9 x 10 -3 0,10 x 10 7
Mica (Glimmer) 1 x 10 13
Низкоуглеродистая сталь 15 x 10 -8 6,6 x 10 -3
Молибден 5,2 x 10 4 -8 5,2 x 10 4-8
Монель 58 x 10 -8
Неодим 61 x 10 -8
Нихром (сплав) 100, никель, х 10 -8 0.40 x 10 -3
Никель 6,85 x 10 -8 6,41 x 10 -3
Никелин 50 x 10 -8
Ниобий (Columbium) 13 x 10 -8
Осмий 9 x 10 -8 10.5 x 10 -8
Фосфор 1 x 10 12
Платина 10,5 x 10 -8 3,93 x 10

25

3,93 x 10

25 -3 900 x 10 7

Плутоний 141,4 x 10 -8
Полоний 40 x 10 -8 9013 9013 901 901 Калий.01 x 10 -8
Празеодим 65 x 10 -8
Прометий 50 x 10 -8 K) 17,7 x 10 -8
Кварц (плавленый) 7,5 x 10 17
Рений (1,7 K) 17.2 x 10 -8
Родий 4,6 x 10 -8
Твердая резина 1 - 100 x 10 13 Рубидий 11,5 x 10 -8
Рутений (0,49 K) 11,5 x 10 -8
Самарий 9114,4 x 10

4

910 -9
Скандий 50.5 x 10 -8
Селен 12,0 x 10 -8
Кремний 1) 0,1-60
Серебро 1,59 x 10 -8 6,1 x 10 -3 6,29 x 10 7
Натрий 4,2 x 10 -8
Грунт, типичный грунт 10 -2 -10 -4
Припой 15 x 10 -8
Нержавеющая сталь
Нержавеющая сталь 10 6
Стронций 12.3 x 10 -8
Сера 1 x 10 17
Тантал 12,4 x 10 -8
Таллий (2,37K) 15 x 10 -8
Торий 18 x 10 -8 67 x 10 -8
Олово 11.0 x 10 -8 4,2 x 10 -3
Титан 43 x 10 -8
Вольфрам 4,5 x 10 -3 1,79 x 10 7
Уран 30 x 10 -8
Ванадий 25 x 10 10 900
Вода дистиллированная 10 -4
Вода пресная 10 -2
Иттербий 27.7 x 10 -8
Иттрий 55 x 10 -8
Цинк 5,92 x 10 -8 3,726 x 10

25 -3 900

Цирконий (0,55K) 38,8 x 10 -8

1) Примечание! - удельное сопротивление сильно зависит от наличия примесей в материале.

2 ) Примечание! - удельное сопротивление сильно зависит от температуры материала.Приведенная выше таблица основана на эталоне 20 o C.

Электрическое сопротивление в проводе

Электрическое сопротивление провода больше для более длинного провода и меньше для провода с большей площадью поперечного сечения. Сопротивление зависит от материала, из которого оно изготовлено, и может быть выражено как:

R = ρ L / A (1)

, где

R = сопротивление (Ом, Ом )

ρ = коэффициент удельного сопротивления (Ом · м, Ом · м)

L = длина провода (м)

A = площадь поперечного сечения провода (м 2 )

Фактором сопротивления, учитывающим природу материала, является удельное сопротивление.Поскольку он зависит от температуры, его можно использовать для расчета сопротивления проволоки заданной геометрии при различных температурах.

Обратное сопротивление называется проводимостью и может быть выражено как:

σ = 1 / ρ (2)

, где

σ = проводимость (1 / Ом м)

Пример - сопротивление алюминиевого провода

Сопротивление алюминиевого кабеля длиной 10 м и площадью поперечного сечения 3 мм 2 можно рассчитать как

R = (2.65 10 -8 Ом м) (10 м) / ((3 мм 2 ) (10 -6 м 2 / мм 2 ))

= 0,09 Ом

Сопротивление

Электрическое сопротивление компонента схемы или устройства определяется как отношение приложенного напряжения к протекающему через него электрическому току:

R = U / I (3)

, где

R = сопротивление (Ом)

U = напряжение (В)

I = ток (A)

Закон Ома

Если сопротивление постоянно в течение значительного диапазон напряжения, затем закон Ома,

I = U / R (4)

можно использовать для прогнозирования поведения материала.

Зависимость удельного сопротивления от температуры

Изменение удельного сопротивления от температуры можно рассчитать как

= ρ α dt (5)

где

dρ = изменение удельного сопротивления ( Ом м 2 / м)

α = температурный коэффициент (1/ o C)

dt = изменение температуры ( o C)

Пример - изменение удельного сопротивления

Алюминий с удельным сопротивлением 2.65 x 10 -8 Ом · м 2 / м нагревается от 20 o C до 100 o C . Температурный коэффициент для алюминия составляет 3,8 x 10 -3 1/ o C . Изменение удельного сопротивления можно рассчитать как

dρ = (2,65 10 -8 Ом · м 2 / м) (3,8 10 -3 1/ o C) ((100 o C) - (20 o C))

= 0.8 10 -8 Ом м 2 / м

Окончательное удельное сопротивление может быть рассчитано как

ρ = (2,65 10 -8 Ом м 2 / м) + (0,8 10 -8 Ом · м 2 / м)

= 3,45 10 -8 Ом · м 2 / м

Калькулятор коэффициента удельного сопротивления в зависимости от температуры

использоваться для расчета удельного сопротивления материала проводника в зависимости оттемпература.

ρ - Коэффициент удельного сопротивления (10 -8 Ом м 2 / м)

α - температурный коэффициент (10 -3 1/ o C)

dt - изменение температуры ( o C)

Сопротивление и температура

Для большинства материалов электрическое сопротивление увеличивается с температурой.Изменение сопротивления может быть выражено как

dR / R s = α dT (6)

, где

dR = изменение сопротивления (Ом)

R с = стандартное сопротивление согласно справочным таблицам (Ом)

α = температурный коэффициент сопротивления ( o C -1 )

dT = изменение температура от эталонной температуры ( o C, K)

(5) может быть изменена на:

dR = α dT R s (6b)

«Температурный коэффициент сопротивления» - α - материала - это увеличение сопротивления резистора 1 Ом из этого материала при повышении температуры 9 0049 1 o С .

Пример - сопротивление медного провода в жаркую погоду

Медный провод с сопротивлением 0,5 кОм при нормальной рабочей температуре 20 o C в жаркую солнечную погоду нагревается до 80 o C . Температурный коэффициент для меди составляет 4,29 x 10 -3 (1/ o C) , а изменение сопротивления можно рассчитать как

dR = ( 4,29 x 10 -3 1/ o C) ((80 o C) - (20 o C) ) (0.5 кОм)

= 0,13 (кОм)

Результирующее сопротивление медного провода в жаркую погоду будет

R = (0,5 кОм) + (0,13 кОм)

= 0,63 ( кОм)

= 630 (Ом)

Пример - сопротивление углеродного резистора при изменении температуры

Угольный резистор с сопротивлением 1 кОм при температуре 20 o C нагревается до 120 o С .Температурный коэффициент для углерода отрицательный. -4,8 x 10 -4 (1/ o C) - сопротивление уменьшается с повышением температуры.

Изменение сопротивления можно рассчитать как

dR = ( -4,8 x 10 -4 1/ o C) ((120 o C) - (20 o C) ) (1 кОм)

= - 0,048 (кОм)

Результирующее сопротивление резистора будет

R = (1 кОм) - (0.048 кОм)

= 0,952 (кОм)

= 952 (Ом)

Калькулятор зависимости сопротивления от температуры

Этот счетчик можно использовать для расчета сопротивления проводника в зависимости от температуры.

R с - сопротивление (10 3 (Ом)

α - температурный коэффициент (10 -3 1/ o C)

dt - Изменение температуры ( o C)

Температурные поправочные коэффициенты для сопротивления проводника

9013 9013 9013 9013 9013 9013 9013 9013 9013 9013 9014 9013 9013 9013 9013 9013 901 9013 9013 9013 9013 9013 9013 9013 9013 9013 9013 9013 9013 9013 9013 9013 9013 9013 9014
Температура проводника
(° C)
Фактор Преобразовать в 20 ° C Обратно преобразовать в 20 ° C
5 1.064 0,940
6 1,059 0,944
7 1,055 0,948
8 1,0143
10 1,042 0,960
11 1,037 0,964
12 1,033 0.968
13 1,029 0,972
14 1,025 0,976
15 1,020 0,980 1,012 0,988
18 1,008 0,992
19 1,004 0,996
20 1.000 1.000
21 0.996 1.004
22 0,992 1.008
23 0,98812
25 0,980 1,020
26 0,977 1,024
27 0,973 1.028
28 0,969 1,032
29 0,965 1,036
30 0,962 1,040 0,954 1,048
33 0,951 1,052

Температурный коэффициент сопротивления | Примечания по электронике

Подробная информация о температурном коэффициенте сопротивления вместе с формулой и расчетами, а также таблица распространенных материалов.


Resistance Tutorial:
Что такое сопротивление Закон Ома Омические и неомические проводники Сопротивление лампы накаливания Удельное сопротивление Таблица удельного сопротивления для распространенных материалов Температурный коэффициент сопротивления Электрическая проводимость Последовательные и параллельные резисторы Таблица параллельных резисторов


Сопротивление и удельное электрическое сопротивление всех материалов зависит от температуры.

Изменение электрического сопротивления влияет на электрические и электронные цепи.В некоторых это может привести к значительным изменениям. В результате температурный коэффициент сопротивления является важным параметром для многих приложений.

Вследствие его важности температурный коэффициент сопротивления указан для материалов, широко распространенные материалы широко доступны.

Внизу страницы находится таблица температурных коэффициентов сопротивления для многих распространенных материалов, используемых в электротехнической и электронной промышленности.

Температурный коэффициент сопротивления: основы

Есть две основные причины, по которым сопротивление материалов зависит от температуры.

Один эффект возникает из-за количества столкновений, которые происходят между носителями заряда и атомами в материале. По мере увеличения температуры увеличивается количество столкновений, и поэтому можно представить себе, что будет незначительное увеличение сопротивления с температурой.

Это может быть не всегда, потому что некоторые материалы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Это может быть вызвано тем фактом, что с повышением температуры высвобождаются дополнительные носители заряда, что приводит к уменьшению сопротивления с температурой.Как и следовало ожидать, этот эффект часто наблюдается в полупроводниковых материалах.

При рассмотрении температурной зависимости сопротивления обычно предполагается, что температурный коэффициент сопротивления подчиняется линейному закону. Это имеет место при комнатной температуре, а также для металлов и многих других материалов. Однако было обнаружено, что эффекты сопротивления, возникающие в результате количества столкновений, не всегда постоянны, особенно при очень низких температурах для этих материалов.

Было показано, что удельное сопротивление обратно пропорционально длине свободного пробега между столкновениями, то есть это приводит к увеличению удельного сопротивления / сопротивления с увеличением температуры. Для температур выше примерно 15 ° К (то есть выше абсолютного нуля) это ограничено тепловыми колебаниями атомов, и это дает линейную область, которая нам знакома. Ниже этой температуры сопротивление ограничено примесями и доступными носителями.

График температуры сопротивления

Формула температурного коэффициента сопротивления

Сопротивление проводника при любой заданной температуре можно рассчитать, зная температуру, температурный коэффициент сопротивления, сопротивление при стандартной температуре и рабочую температуру.Формулу этой температурной зависимости сопротивления можно в общих чертах выразить как:

Где
R = сопротивление при температуре, T
R ref = сопротивление при температуре Tref
α = температурный коэффициент сопротивления материала
T = температура материала в ° C
T ref = - эталонная температура, для которой указан температурный коэффициент.

Температурный коэффициент сопротивления обычно стандартизирован относительно температуры 20 ° C.Эта температура обычно считается нормальной «комнатной температурой». В результате это обычно учитывается в формуле для температурного коэффициента сопротивления:

Где
R 20 = сопротивление при 20 ° C
α 20 - температурный коэффициент сопротивления при 20 ° C


Таблица температурных коэффициентов сопротивления

В таблице ниже приведены температурные коэффициенты сопротивления для различных веществ, включая температурный коэффициент сопротивления меди, а также температурный коэффициент сопротивления алюминия и многих других материалов.

Таблица температурных коэффициентов сопротивления для различных веществ
Вещество Температурный коэффициент
° C -1
Алюминий

43 x 10 -4
(18 ° C - 100 ° C)

Сурьма

40 x 10 -4

Висмут

42 x 10 -4

Латунь

~ 10 x 10 -4

Кадмий

40 x 10 -4

Кобальт

7 x 10 -5

константан (сплав)

33 x 10 -4

Медь

40 x 10 -4

Золото

34 x 10 -4

Углерод (графит)

-5.6 х 10 -4

Германий

-4,8 х 10 -2

Утюг

56 x 10 -4

Свинец

39 x 10 -4

Манганин

~ 2 x 10 -5

молибден

46 x 10 -4

Нихром

1.7 х 10 -4

Никель

59 x 10 -4

Платина

38 x 10 -4

Кремний

-7,5 x 10 24

Серебро

40 x 10 -4

Тантал

33 x 10 -4

Олово

45 x 10 -4

Вольфрам

45 x 10 -4

цинк

36 x 10 -4

Видно, что большинство материалов, но не широко используемых в электротехнической и электронной промышленности, имеют температурный коэффициент сопротивления примерно от 30 до 50 x 10 -4 , за исключением полупроводников, которые сильно различаются.

Дополнительные концепции и руководства по основам электроники:
Voltage Текущий Мощность Сопротивление Емкость Индуктивность Трансформеры Децибел, дБ Законы Кирхгофа Q, добротность РЧ шум
Вернуться в меню «Основные понятия электроники». . .

Определение коэффициента теплового сопротивления светодиодов | Завершенное исследование

Характеристика коэффициента теплового сопротивления светодиодов

Примеры светодиодных ламп MR16.

Анализ температуры перехода светодиода и температуры платы показал линейную зависимость между ними.

Тепло является важным фактором в работе светодиодного освещения и может отрицательно сказаться на светоотдаче, цвете и сроке службы. Количество тепла на p-n переходе светодиода, где создается свет, может варьироваться в зависимости от области применения. Например, лампа MR16 на основе светодиода в хорошо вентилируемом светильнике будет иметь меньше тепла, чем такая же лампа в изолированном приспособлении, таком как встраиваемая банка.

Точное измерение температуры перехода светодиода (Tj) имеет решающее значение для прогнозирования характеристик светодиода. Однако сложно измерить светодиоды, которые упакованы в систему, такую ​​как лампа MR16 или PAR, без разборки системы. Вместо этого исследователи используют косвенные методы измерения.

Самый распространенный косвенный метод требует знания коэффициента теплового сопротивления светодиода, показателя сопротивления тепловому потоку между переходом и платой электроники, к которой прикреплен светодиод.

Точность оценки Tj зависит от значения коэффициента термического сопротивления. Большинство производителей светодиодов характеризуют тепловое сопротивление продукта только для одного тока возбуждения, температуры окружающей среды и температуры перехода. Однако эти параметры могут измениться, когда светодиоды объединены в систему, что, в свою очередь, может изменить коэффициент теплового сопротивления.

ЭКСПЕРИМЕНТ

LRC провел эксперимент, чтобы понять зависимость коэффициента теплового сопротивления светодиода от изменений мощности, температуры окружающей среды, размера радиатора и ориентации для мощных светодиодов мощностью 1 и 3 Вт.Температура платы (Tb) также была измерена и проанализирована.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Исследователи LRC обнаружили:

  • Тепловое сопротивление увеличивается при увеличении мощности или температуры окружающей среды.
  • Тепловое сопротивление уменьшается при увеличении размера радиатора.
  • Ориентация светодиода, прикрепленного к радиатору, влияет на рассеивание тепла светодиодами. Как следствие, изменяется тепловое сопротивление.

Это исследование также показало линейную корреляцию между Tj и Tb светодиода, подключенного к радиатору и работающего при постоянной мощности.Эта линейная зависимость может использоваться для оценки температуры перехода для любой температуры платы.

БУДУЩАЯ РАБОТА

Следующий шаг - найти взаимосвязь между температурой внешней поверхности светодиодной лампы и температурой перехода светодиода. Это обеспечило бы простой косвенный метод оценки производительности всей светодиодной системы.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Джаясингхе, Л., Т. Донг и Н. Нарендран. 2007 г.Постоянен ли коэффициент теплового сопротивления мощных светодиодов? Седьмая международная конференция по твердотельному освещению, Труды SPIE 6669: 666911.
Полный текст PDF

Jayasinghe, L., Y. Gu, and N. Narendran. 2006. Характеристика коэффициента термического сопротивления мощных светодиодов. Шестая международная конференция по твердотельному освещению, Труды SPIE 6337, 63370V.
Полнотекстовый PDF

СВЯЗАННЫЕ НОВОСТИ

Краткое описание проекта LRC

Углубляясь в твердотельное освещение - Информационный бюллетень LRC, октябрь 2006 г.

СПОНСОР

ПОМОЩЬ

Теплопроводность и коэффициент расширения

Теплопроводность составляет склонность любого материала передавать тепло из одной точки в другую.Конечно, чтобы тепло "текло", необходимо необходимо для существования разницы температур в непрерывном участке материала. Тепловой проводимость аналогична электропроводности. Точно так же тепловое сопротивление является обратной величиной теплового сопротивления. проводимость как электрическое сопротивление является обратной величиной электропроводности.

Коэффициент расширения скорость, с которой материал будет расти в длину с повышением температуры. Большинство материалов растет в довольно линейно, особенно в определенном диапазоне температур.Положительный коэффициент расширения указывает на то, что материал становится длиннее при повышении температуры. Таковы большинство металлов. Лед - это хорошо известный пример отрицательного коэффициента расширения, так как он сжимается по длине с увеличением температура (другими словами, лед расширяется по мере того, как становится холоднее).

Воздух (неподвижный) 0,0003
Глинозем 0.276
Глинозем (85%) 0,118
Алюминий 2,165 0,23 2,7 0,81
Бериллия (99,5%) 1.969
Бериллия (97%) 1,575
Бериллия (95%) 1,161
Бериллий 1.772
Бериллий-медь 1,063
Нитрид бора 0,394
Латунь (70/30) 1.220
Медь 3,937 0,17 8,9 0,45
Медь / Inv c / Медь 1,64 0,084 8,4 0,020
Медь / Mo d / Медь 1.82 0,060 9,9 0,18
Медь / Mo d -Cu / Медь 2,45–2,80 0.60-0.10 9,4 0,26-0,30
Diamond (комнатная температура) 6,299
Эпоксидное 0.002
Эпоксидная смола (теплопроводящая) 0,008
FR-4 (G-10) 0,003
GaAs 0.591
Стекло 0,008
Золото 2,913
Компаунд радиатора 0.004
Гелий (жидкий) 0,000307
Инвар 0,11 0,013 8,1 0,014
Утюг 0.669
Ковар 0,17 0,59 8,3 0,020
Свинец 0,343
Магний 1.575
Слюда 0,007
молибден 1,299
Монель 0,197
Майлар 0.002
Никель 0,906
Азот (жидкий) 0,001411
Фенольный 0.002
Платина 0,734
Сапфир (ось а) 0,32
Сапфир (ось c) 0.35
Кремний (чистый) 1.457
Кремний (0,0025 Ом-см) 1.457
Карбид кремния 0.90
Диоксид кремния (аморфный) 0,014
Диоксид кремния (кварц, ось а) 0,059
Диоксид кремния (кварц, ось c) 0.11
Силиконовая смазка 0,002
Силиконовая резина 0,002
Нитрид кремния 0.16 - 0,33
Серебро 4,173
Нержавеющая сталь (321) 0,146
Нержавеющая сталь (410) 0.240
Сталь (низкоуглеродистая) 0,669
Тефлон 0,002
Олово 0.630
Титан 0,219 0,086 4,4 0,016
Вольфрам 1,969
Вода 0.0055
цинк 1.024

a: Приблизительные значения от 0 ° C до 100 ° C
b: Отношение теплопроводности к удельному весу
(введено доктором Карлом Цвебеном и К.А. Schmidt)
c: инвар
d: молибден


HTflux - Программное обеспечение для моделирования

(кратко) Теория

Сопротивление теплопередаче или поверхностное сопротивление является обратной величиной коэффициента теплопередачи (R = 1 / h).Его единица СИ - (м²К) / Вт. Обычно это постоянное значение, описывающее теплопередачу от окружающей среды к поверхности строительного компонента или от нее. Он представляет собой упрощенную модель, поскольку реальный теплообмен происходит за счет комбинации трех различных физических процессов:
  • излучение
  • конвекция
  • проводимость

Хотя каждый из этих процессов изменяется в большей или меньшей степени в зависимости от температуры и обычно зависит от других параметров, описание теплопередачи с помощью одного постоянного значения оказалось полезным подходом для приложений в строительной науке.При описании теплопередачи с помощью единственного значения сопротивления (или коэффициента передачи) скорость потери / получения тепла пропорциональна разнице температур между поверхностью и окружающей средой.

Базовая упрощенная модель состоит из двух коэффициентов теплопередачи, описывающих теплопередачу за счет излучения ( h r ) и конвекции и теплопроводности ( h c ):

Обычно для внутренних поверхностей излучение играет преобладающую роль.Для внешних поверхностей теплопередача посредством конвекции становится преобладающим процессом, поскольку предполагается более высокая средняя скорость воздуха.

Практика

При выполнении моделирования строительных наук обычно необходимо использовать значения поверхностного сопротивления, определенные в конкретных национальных и международных стандартах, таких как ISO 6946. Принимая во внимание различную конвективную ситуацию («теплый воздух поднимается, холодный воздух остается внизу» ”) И различные уровни скорости воздуха, необходимо выбрать соответствующее значение для каждой поверхности.Используя HTflux, вы можете либо напрямую ввести желаемое значение, либо открыть удобный диалог инструмента, который поможет вам найти правильное значение.

В следующих разделах дается краткий обзор значений поверхностного сопротивления, обычно используемых в строительной науке:

Сопротивление внутренней поверхности

значение стандартный заявка
0,13 м²K / Вт ISO 6946 горизонтальное, неопределенное или изменяющееся направление теплового потока
e.г. между двумя полами с подогревом или внутренней поверхностью наружной стены
0,10 м²K / Вт ISO 6946 восходящий тепловой поток, повышенная теплопередача
например внутренний потолок под неотапливаемым помещением или плоской крышей
0,17 м²K / Вт ISO 6946 нисходящий тепловой поток, снижение теплопередачи
например внутренний этаж над неотапливаемым помещением
0,25 м²K / Вт ISO 13788 сопротивление поверхности наихудшего случая для гигротермических расчетов
e.г. для определения минимальной температуры поверхности (опасность конденсации)
0,20 м²K / Вт ISO 10077-2 снижение излучения / конвекции на краях или стыках

Сопротивление внешней поверхности

значение стандартный заявка
0,04 м²K / Вт ISO 6946 Большинство внешних поверхностей
e.г. внешняя сторона наружной стены
0,13 м²K / Вт ISO 6946 горизонтальное или изменяющееся направление теплового потока на вентилируемый слой или неотапливаемое помещение
например внешняя сторона вентилируемой наружной стены
0,10 м²K / Вт ISO 6946 направленный вниз тепловой поток в вентилируемое пространство крыши или неотапливаемое помещение
например пол неотапливаемого помещения поверх отапливаемого
0,17 м²K / Вт ISO 6946 восходящий тепловой поток в вентилируемое пространство пола или неотапливаемое помещение
e.г. потолок неотапливаемого помещения ниже отапливаемого

Графический обзор

На следующем изображении представлен графический обзор обычно используемых поверхностных сопротивлений:
(вы также найдете это изображение на третьей странице диалогового окна инструмента теплопередачи).

Обзор стандартных поверхностных сопротивлений Rsi, Rse (c) HTflux

Индивидуальное удельное поверхностное сопротивление

Для специальных целей (например, высокая температура излучения, поверхности с низким коэффициентом излучения, высокая скорость ветра…) можно использовать различные поверхностные сопротивления.Их можно рассчитать с помощью методов, описанных в приложении А к ISO 6946. HTflux предлагает очень удобный инструмент для этой цели. Вы найдете эту функцию на второй странице диалогового окна инструмента сопротивления теплопередаче.

Поверхностные сопротивления для моделирования поверхностных систем отопления или охлаждения

Значения, представленные в этом разделе, следует применять для теплового моделирования встроенных панельных нагревательных или охлаждающих элементов (например, стандартных обогревателей пола). Примечание: значения следует применять только для моделирования АКТИВНЫХ нагревательных или охлаждающих элементов. Все стандартные расчеты теплопередачи (значения U, значения PSI и т.п.) должны выполняться БЕЗ таких активных элементов. Для этого вам нужно будет использовать значения, описанные в верхней части этой страницы.

Приведенные ниже значения основаны на стандарте EN 1264-5 - Водные поверхностные системы отопления и охлаждения - Часть 5: Нагревательные и охлаждающие поверхности, встроенные в полы, потолки и стены - Определение тепловой мощности.

значение стандартный заявка
0,0926 м²K / Вт EN 1264-5 Накладное отопление - ПОЛ
(температура поверхности пола выше комнатной)
0,125 м²K / Вт EN 1264-5 Встраиваемое отопление - WALL
(температура поверхности стены выше комнатной)
0,1538 м²K / Вт EN 1264-5 Накладное отопление - ПОТОЛОК
(температура поверхности потолка выше комнатной)
0,1538 м²K / Вт EN 1264-5 Встраиваемое поверхностное охлаждение - ПОЛ
(температура поверхности пола ниже комнатной)
0,125 м²K / Вт EN 1264-5 Встраиваемое поверхностное охлаждение - WALL
(температура поверхности стены ниже комнатной)
0,0926 м²K / Вт EN 1264-5 Встраиваемое поверхностное охлаждение - ПОТОЛОК
(температура поверхности потолка ниже комнатной)

Примечание: поскольку HTflux требует ввода сопротивлений теплопередаче, значения, представленные в таблице, являются обратными коэффициентами теплопередачи, как определено в стандарте (10,8 м²K / Вт, 8 м²K / Вт, 6 , 5 м²К / Вт).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *