Теплопроводность – это… Что такое Теплопроводность?
Теплопрово́дность — это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела (или тел) к менее нагретым частям (или телам), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела ( атомами, молекулами, электронами и т.п.). 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.
Численная характеристика теплопроводности материала равна количеству теплоты, проходящей через материал площадью 1 кв.м за единицу времени (секунду) при единичном температурном градиенте.
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 объектов занять состояние более близкое к термодинамическому равновесию, что выражается в выравнивании температуры.
Закон теплопроводности Фурье
В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:
где — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, — коэффициент теплопроводности (иногда называемый просто теплопроводностью), — температура.
Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad T (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.[1]
В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):
где — полная мощность тепловых потерь, — площадь сечения параллелепипеда, — перепад температур граней, — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.
Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м·K).
Коэффициент теплопроводности вакуума
Коэффициент теплопроводности вакуума почти ноль (чем глубже вакуум, тем ближе к нулю). Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тем не менее, тепло в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому, например, для уменьшения теплопотери стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность лучше отражает излучение), а воздух между ними откачивают.
Связь с электропроводностью
Связь коэффициента теплопроводности с удельной электрической проводимостью в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:
где — постоянная Больцмана, — заряд электрона.
Коэффициент теплопроводности газов
Коэффициент теплопроводности газов определяется формулой[2]
Где: i — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5, для одноатомного i=3), k — постоянная Больцмана, M — молярная масса, T — абсолютная температура, d — эффективный диаметр молекул, R — универсальная газовая постоянная. Из формулы видно, что наименьшей теплопроводностью обладают тяжелые одноатомные (инертные) газы, наибольшей — легкие многоатомные (что подтверждается практикой, максимальная теплопроводность из всех газов — у водорода, минимальная — у радона, из не радиоактивных газов – у ксенона).
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.п. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл[3], а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом:[4]
Если время релаксации пренебрежимо мало, то это уравнение переходит в закон Фурье.
Коэффициенты теплопроводности различных веществ
| Материал | Теплопроводность, Вт/(м·K) |
|---|---|
| Графен | (4840±440) — (5300±480) |
| Алмаз | 1001—2600 |
| Графит | 278,4—2435 |
| Карбид кремния | 490 |
| Серебро | 430 |
| Медь | 382—390 |
| Оксид бериллия | 370 |
| Золото | 320 |
| Алюминий | 202—236 |
| Нитрид алюминия | 200 |
| Нитрид бора | 180 |
| Кремний | 150 |
| Латунь | 97—111 |
| Хром | 93,7 |
| Железо | 92 |
| Платина | 70 |
| Олово | 67 |
| Оксид цинка | 54 |
| Сталь | 47 |
| Кварц | 8 |
| Стекло | 1-1,15 |
| КПТ-8 | 0,7 |
| Вода при нормальных условиях | 0,6 |
| Кирпич строительный | 0,2—0,7 |
| Силиконовое масло | 0,16 |
| Пенобетон | 0,14—0,3 |
| Древесина | 0,15 |
| Нефтяные масла | 0,12 |
| Свежий снег | 0,10—0,15 |
| Вата | 0,055 |
| Воздух (300 K, 100 кПа) | 0,026 |
| Вакуум (абсолютный) | 0 (строго) |
другие вещества
| Материал | Теплопроводность, Вт/(м·K) |
|---|---|
| Кальций | 201 |
| Бериллий | 201 |
| Вольфрам | 173 |
| Магний | 156 |
| Родий | 150 |
| Иридий | 147 |
| Молибден | 138 |
| Рутений | 117 |
| Хром | 93,9 |
| Осмий | 87,6 |
| Титан | 21,9 |
| Тефлон | 0,25 |
| Бумага | 0,14 |
| Полистирол | 0,082 |
| Шерсть | 0,05 |
| Минеральная вата | 0,045 |
| Пенополистирол | 0,04 |
| Стекловолокно | 0,036 |
| Пробковое дерево | 0,035 |
| Пеноизол | 0,035 |
| Каучук вспененный | 0,03 |
| Аргон | 0,0177 |
| Аэрогель | 0,017 |
| Ксенон | 0,0057 |
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). Так же в конденсированных средах возможно «перепрыгивание» фононов из одного твердого тела в другое через субмикронные зазоры, что способствует распространению звуковых волн и тепла, даже если зазоры представляют собой идеальный вакуум.
Примечания
См. также
Ссылки
Теплопроводность – это… Что такое Теплопроводность?
Теплопрово́дность — это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела (или тел) к менее нагретым частям (или телам), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела ( атомами, молекулами, электронами и т.п.). 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.
Численная характеристика теплопроводности материала равна количеству теплоты, проходящей через материал площадью 1 кв.м за единицу времени (секунду) при единичном температурном градиенте. Данная численная характеристика используется для расчета теплопроводности для калибрования и охлаждения профильных изделий.
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 объектов занять состояние более близкое к термодинамическому равновесию, что выражается в выравнивании температуры.
Закон теплопроводности Фурье
В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:
где — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, — коэффициент теплопроводности (иногда называемый просто теплопроводностью), — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad T (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.[1]
В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):
где — полная мощность тепловых потерь, — площадь сечения параллелепипеда, — перепад температур граней, — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.
Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м·K).
Коэффициент теплопроводности вакуума
Коэффициент теплопроводности вакуума почти ноль (чем глубже вакуум, тем ближе к нулю). Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тем не менее, тепло в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому, например, для уменьшения теплопотери стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность лучше отражает излучение), а воздух между ними откачивают.
Связь с электропроводностью
Связь коэффициента теплопроводности с удельной электрической проводимостью в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:
где — постоянная Больцмана, — заряд электрона.
Коэффициент теплопроводности газов
Коэффициент теплопроводности газов определяется формулой[2]
Где: i — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5, для одноатомного i=3), k — постоянная Больцмана, M — молярная масса, T — абсолютная температура, d — эффективный диаметр молекул, R — универсальная газовая постоянная.
Из формулы видно, что наименьшей теплопроводностью обладают тяжелые одноатомные (инертные) газы, наибольшей — легкие многоатомные (что подтверждается практикой, максимальная теплопроводность из всех газов — у водорода, минимальная — у радона, из не радиоактивных газов – у ксенона).
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.п. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл[3], а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом:[4]
Если время релаксации пренебрежимо мало, то это уравнение переходит в закон Фурье.
Коэффициенты теплопроводности различных веществ
| Материал | Теплопроводность, Вт/(м·K) |
|---|---|
| Графен | (4840±440) — (5300±480) |
| Алмаз | 1001—2600 |
| Графит | 278,4—2435 |
| Карбид кремния | 490 |
| Серебро | 430 |
| Медь | 382—390 |
| Оксид бериллия | 370 |
| Золото | 320 |
| Алюминий | 202—236 |
| Нитрид алюминия | 200 |
| Нитрид бора | 180 |
| Кремний | 150 |
| Латунь | 97—111 |
| Хром | 93,7 |
| Железо | 92 |
| Платина | 70 |
| Олово | 67 |
| Оксид цинка | 54 |
| Сталь | 47 |
| Кварц | 8 |
| Стекло | 1-1,15 |
| КПТ-8 | 0,7 |
| Вода при нормальных условиях | 0,6 |
| Кирпич строительный | 0,2—0,7 |
| Силиконовое масло | 0,16 |
| Пенобетон | 0,14—0,3 |
| Древесина | 0,15 |
| Нефтяные масла | 0,12 |
| Свежий снег | 0,10—0,15 |
| Вата | 0,055 |
| Воздух (300 K, 100 кПа) | 0,026 |
| Вакуум (абсолютный) | 0 (строго) |
другие вещества
| Материал | Теплопроводность, Вт/(м·K) |
|---|---|
| Кальций | 201 |
| Бериллий | 201 |
| Вольфрам | 173 |
| Магний | 156 |
| Родий | 150 |
| Иридий | 147 |
| Молибден | 138 |
| Рутений | 117 |
| Хром | 93,9 |
| Осмий | 87,6 |
| Титан | 21,9 |
| Тефлон | 0,25 |
| Бумага | 0,14 |
| Полистирол | 0,082 |
| Шерсть | 0,05 |
| Минеральная вата | 0,045 |
| Пенополистирол | 0,04 |
| Стекловолокно | 0,036 |
| Пробковое дерево | 0,035 |
| Пеноизол | 0,035 |
| Каучук вспененный | 0,03 |
| Аргон | 0,0177 |
| Аэрогель | 0,017 |
| Ксенон | 0,0057 |
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). Так же в конденсированных средах возможно «перепрыгивание» фононов из одного твердого тела в другое через субмикронные зазоры, что способствует распространению звуковых волн и тепла, даже если зазоры представляют собой идеальный вакуум.
Примечания
См. также
Ссылки
Теплопроводность – это… Что такое Теплопроводность?
Теплопрово́дность — это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела (или тел) к менее нагретым частям (или телам), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела ( атомами, молекулами, электронами и т.п.). 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.
Численная характеристика теплопроводности материала равна количеству теплоты, проходящей через материал площадью 1 кв.м за единицу времени (секунду) при единичном температурном градиенте. Данная численная характеристика используется для расчета теплопроводности для калибрования и охлаждения профильных изделий.
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 объектов занять состояние более близкое к термодинамическому равновесию, что выражается в выравнивании температуры.
Закон теплопроводности Фурье
В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:
где — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, — коэффициент теплопроводности (иногда называемый просто теплопроводностью), — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad T (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.[1]
В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):
где — полная мощность тепловых потерь, — площадь сечения параллелепипеда, — перепад температур граней, — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.
Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м·K).
Коэффициент теплопроводности вакуума
Коэффициент теплопроводности вакуума почти ноль (чем глубже вакуум, тем ближе к нулю). Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тем не менее, тепло в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому, например, для уменьшения теплопотери стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность лучше отражает излучение), а воздух между ними откачивают.
Связь с электропроводностью
Связь коэффициента теплопроводности с удельной электрической проводимостью в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:
где — постоянная Больцмана, — заряд электрона.
Коэффициент теплопроводности газов
Коэффициент теплопроводности газов определяется формулой[2]
Где: i — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5, для одноатомного i=3), k — постоянная Больцмана, M — молярная масса, T — абсолютная температура, d — эффективный диаметр молекул, R — универсальная газовая постоянная.
Из формулы видно, что наименьшей теплопроводностью обладают тяжелые одноатомные (инертные) газы, наибольшей — легкие многоатомные (что подтверждается практикой, максимальная теплопроводность из всех газов — у водорода, минимальная — у радона, из не радиоактивных газов – у ксенона).
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.п. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл[3], а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом:[4]
Если время релаксации пренебрежимо мало, то это уравнение переходит в закон Фурье.
Коэффициенты теплопроводности различных веществ
| Материал | Теплопроводность, Вт/(м·K) |
|---|---|
| Графен | (4840±440) — (5300±480) |
| Алмаз | 1001—2600 |
| Графит | 278,4—2435 |
| Карбид кремния | 490 |
| Серебро | 430 |
| Медь | 382—390 |
| Оксид бериллия | 370 |
| Золото | 320 |
| Алюминий | 202—236 |
| Нитрид алюминия | 200 |
| Нитрид бора | 180 |
| Кремний | 150 |
| Латунь | 97—111 |
| Хром | 93,7 |
| Железо | 92 |
| Платина | 70 |
| Олово | 67 |
| Оксид цинка | 54 |
| Сталь | 47 |
| Кварц | 8 |
| Стекло | 1-1,15 |
| КПТ-8 | 0,7 |
| Вода при нормальных условиях | 0,6 |
| Кирпич строительный | 0,2—0,7 |
| Силиконовое масло | 0,16 |
| Пенобетон | 0,14—0,3 |
| Древесина | 0,15 |
| Нефтяные масла | 0,12 |
| Свежий снег | 0,10—0,15 |
| Вата | 0,055 |
| Воздух (300 K, 100 кПа) | 0,026 |
| Вакуум (абсолютный) | 0 (строго) |
другие вещества
| Материал | Теплопроводность, Вт/(м·K) |
|---|---|
| Кальций | 201 |
| Бериллий | 201 |
| Вольфрам | 173 |
| Магний | 156 |
| Родий | 150 |
| Иридий | 147 |
| Молибден | 138 |
| Рутений | 117 |
| Хром | 93,9 |
| Осмий | 87,6 |
| Титан | 21,9 |
| Тефлон | 0,25 |
| Бумага | 0,14 |
| Полистирол | 0,082 |
| Шерсть | 0,05 |
| Минеральная вата | 0,045 |
| Пенополистирол | 0,04 |
| Стекловолокно | 0,036 |
| Пробковое дерево | 0,035 |
| Пеноизол | 0,035 |
| Каучук вспененный | 0,03 |
| Аргон | 0,0177 |
| Аэрогель | 0,017 |
| Ксенон | 0,0057 |
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). Так же в конденсированных средах возможно «перепрыгивание» фононов из одного твердого тела в другое через субмикронные зазоры, что способствует распространению звуковых волн и тепла, даже если зазоры представляют собой идеальный вакуум.
Примечания
См. также
Ссылки
Теплопроводность – это… Что такое Теплопроводность?
Теплопрово́дность — это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела (или тел) к менее нагретым частям (или телам), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела ( атомами, молекулами, электронами и т.п.). 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.
Численная характеристика теплопроводности материала равна количеству теплоты, проходящей через материал площадью 1 кв.м за единицу времени (секунду) при единичном температурном градиенте. Данная численная характеристика используется для расчета теплопроводности для калибрования и охлаждения профильных изделий.
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 объектов занять состояние более близкое к термодинамическому равновесию, что выражается в выравнивании температуры.
Закон теплопроводности Фурье
В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:
где — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, — коэффициент теплопроводности (иногда называемый просто теплопроводностью), — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad T (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.[1]
В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):
где — полная мощность тепловых потерь, — площадь сечения параллелепипеда, — перепад температур граней, — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.
Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м·K).
Коэффициент теплопроводности вакуума
Коэффициент теплопроводности вакуума почти ноль (чем глубже вакуум, тем ближе к нулю). Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тем не менее, тепло в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому, например, для уменьшения теплопотери стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность лучше отражает излучение), а воздух между ними откачивают.
Связь с электропроводностью
Связь коэффициента теплопроводности с удельной электрической проводимостью в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:
где — постоянная Больцмана, — заряд электрона.
Коэффициент теплопроводности газов
Коэффициент теплопроводности газов определяется формулой[2]
Где: i — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5, для одноатомного i=3), k — постоянная Больцмана, M — молярная масса, T — абсолютная температура, d — эффективный диаметр молекул, R — универсальная газовая постоянная.
Из формулы видно, что наименьшей теплопроводностью обладают тяжелые одноатомные (инертные) газы, наибольшей — легкие многоатомные (что подтверждается практикой, максимальная теплопроводность из всех газов — у водорода, минимальная — у радона, из не радиоактивных газов – у ксенона).
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.п. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл[3], а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом:[4]
Если время релаксации пренебрежимо мало, то это уравнение переходит в закон Фурье.
Коэффициенты теплопроводности различных веществ
| Материал | Теплопроводность, Вт/(м·K) |
|---|---|
| Графен | (4840±440) — (5300±480) |
| Алмаз | 1001—2600 |
| Графит | 278,4—2435 |
| Карбид кремния | 490 |
| Серебро | 430 |
| Медь | 382—390 |
| Оксид бериллия | 370 |
| Золото | 320 |
| Алюминий | 202—236 |
| Нитрид алюминия | 200 |
| Нитрид бора | 180 |
| Кремний | 150 |
| Латунь | 97—111 |
| Хром | 93,7 |
| Железо | 92 |
| Платина | 70 |
| Олово | 67 |
| Оксид цинка | 54 |
| Сталь | 47 |
| Кварц | 8 |
| Стекло | 1-1,15 |
| КПТ-8 | 0,7 |
| Вода при нормальных условиях | 0,6 |
| Кирпич строительный | 0,2—0,7 |
| Силиконовое масло | 0,16 |
| Пенобетон | 0,14—0,3 |
| Древесина | 0,15 |
| Нефтяные масла | 0,12 |
| Свежий снег | 0,10—0,15 |
| Вата | 0,055 |
| Воздух (300 K, 100 кПа) | 0,026 |
| Вакуум (абсолютный) | 0 (строго) |
другие вещества
| Материал | Теплопроводность, Вт/(м·K) |
|---|---|
| Кальций | 201 |
| Бериллий | 201 |
| Вольфрам | 173 |
| Магний | 156 |
| Родий | 150 |
| Иридий | 147 |
| Молибден | 138 |
| Рутений | 117 |
| Хром | 93,9 |
| Осмий | 87,6 |
| Титан | 21,9 |
| Тефлон | 0,25 |
| Бумага | 0,14 |
| Полистирол | 0,082 |
| Шерсть | 0,05 |
| Минеральная вата | 0,045 |
| Пенополистирол | 0,04 |
| Стекловолокно | 0,036 |
| Пробковое дерево | 0,035 |
| Пеноизол | 0,035 |
| Каучук вспененный | 0,03 |
| Аргон | 0,0177 |
| Аэрогель | 0,017 |
| Ксенон | 0,0057 |
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). Так же в конденсированных средах возможно «перепрыгивание» фононов из одного твердого тела в другое через субмикронные зазоры, что способствует распространению звуковых волн и тепла, даже если зазоры представляют собой идеальный вакуум.
Примечания
См. также
Ссылки
Значение теплопроводности в строительстве — Информио
В холодную, дождливую, ветреную погоду
мы всегда стремимся вернуться в теплый дом, где можно, сняв пальто,
почувствовать себя в тепле и уюте. Наружные стены, окна, крыша (т.е.
ограждающие конструкции) защищают наш дом от низких температур, сильного ветра,
осадков в виде дождя и снега и других атмосферных воздействий. При этом они
препятствуют прониканию тепла из внутреннего помещения наружу вследствие своего
сопротивления теплопередаче.
В зависимости от толщины материала конструкция
может иметь различное сопротивление теплопередаче: чем больше толщина
материала, тем лучшими теплозащитными свойствами обладает ограждение.
Тепло может передаваться разными способами: теплопроводностью, конвекцией, излучением.
В чистом виде теплопроводность наблюдается только в сплошных твердых телах. Тепло передается непосредственно через материал или от одного материала другому при их соприкосновении. Высокой теплопроводностью обладают плотные материалы – металл, железобетон, мрамор. Воздух имеет низкую теплопроводность. Поэтому через материалы с большим количеством замкнутых пор, заполненных воздухом, тепло передается плохо, и они могут использоваться как теплоизоляционные (семищелевой кирпич, пенобетон, вспененный полиуретан, пенопласт).
Конвекция характерна для жидких и газообразных
сред, где перенос тепла происходит в результате движения молекул. Конвективный
теплообмен наблюдается у поверхности стен при наличии температурного перепада
между конструкцией и соприкасающимся с ней воздухом.
В окнах жилых домов
конвективный теплообмен происходит между поверхностями остекления, обращенными
внутрь воздушной прослойки. Нагреваясь от внутреннего стекла, теплый воздух
поднимается вверх. При соприкосновении с холодным наружным стеклом воздух
отдает свое тепло и, охлаждаясь, опускается вниз. Такая циркуляция воздуха в
воздушной прослойке обусловливает конвективный теплообмен. Чем больше разность
температур поверхностей, тем интенсивнее теплообмен между ними.
Излучение происходит в газообразной среде путем передачи тепла с поверхности тела через пространство (в виде энергии электромагнитных волн). Благодаря лучистому теплообмену поверхность Земли обогревается Солнцем, находящимся от нее на расстоянии многих световых лет.
Аналогичным образом осуществляется
передача тепла излучением между двумя поверхностями, расположенными в стене и
разделенными воздушной прослойкой. Нагретая поверхность радиатора излучает
тепло и обогревает помещение. Чем выше температура поверхности отопительного
прибора, тем сильнее обогревается помещение.
Все тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля, излучают тепло, которое частично отражается, частично поглощается. Если вся падающая на тело лучистая энергия отражается, то такое тело называется абсолютно белым. Если вся падающая энергия поглощается, то тело называется абсолютно черным.
Строительные материалы также частично отражают и частично поглощают энергию, хотя и в меньшей степени, чем абсолютное белое и абсолютно черное тела. Они называются серыми телами.
Светлая и гладкая поверхность отражает
большую часть падающей энергии. Чем темнее и шершавее поверхность тела, тем
больше энергии она поглощает. Поглощенная телом лучистая энергия превращается в
тепловую и вызывает повышение температуры. Поэтому для уменьшения перегрева
помещений верхнего этажа в летнее время целесообразно покрытие крыши делать из
оцинкованной кровельной стали, а не из рубероида. Благодаря блестящей светлой
поверхности сталь отражает значительную часть излучения и нагревается меньше,
чем рубероид, имеющий темную поверхность и интенсивнее поглощающий лучистую
энергию.
Утеплять помещения идеальнее всего на стадии его строительства.
Рисунок 1 – Приведенное сопротивление теплопередачи для различных конструкций стен.
Теплопроводность строительных материалов – это возможность через свою толщу проводить тепловой поток от одной поверхности к другой.Но это свойство действует лишь в том случае, если в изделии есть градиент потенциала переноса. Если мы имеем дело с пористыми веществами, на теплопроводность влияет характер пор, показатель пористости, вид вещественного состава изделия, температура и влажность.
Стоит отметить что у плотных материалов теплопроводность выше, чем у пористых, дело в том, что у последних
тепловой поток может идти не только через поры, заполненные воздухом, но и
через вещество изделия. Тепловой поток получает сопротивление из-за низкой
теплопроводности воздуха. Но чем меньше размер пор, тем меньшую
теплопроводность можно отметить у пористых материалов.
А если присутствуют
сообщающиеся большие поры, можно говорить об увеличении переноса теплоты
движением воздуха. Таким образом, изделия, где есть сообщающиеся поры –
отличаются большей теплопроводностью.
Некоторые нюансы вносит структура материалов и условия их теплопроводности. В частности, если при строительстве замечено увлажнение, в таком случае резко увеличивается теплопроводность изделий. Дело в том, что тепловой поток проходит быстрее и лучше, если поры заполнены водой.
Кроме того, особое влияние на
теплопроводность оказывает структура материалов. Неодинаковые свойства у
изделий со слоистым и волокнистым строением. К примеру, теплопроводность пола
из деревянной торцовой шашки выше подобного образца из щитового и дощатого
паркетного пола. Это объясняется тем, что у древесных материалов термическое
сопротивление поперек вдвое больше, чем при направлении теплового потока вдоль
волокон. Такие особенности зафиксированы и при работе со слоистыми
искусственными изделиями.
Сейчас на рынке почти каждый день появляются все новые и новые виды утеплителей. Каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками. Но, из самых популярных очень сложно выбрать нужный, потому что при сравнении выясняется, что один лучше другого. На самом деле универсального утеплителя не существует, и для каждой утепляемой части дома – стены, крыша, пол и так далее – нужно подбирать свой тип.
Выбор теплоизоляционных материалов (ТИМ), хороших для каждой конструкции дома, задачка не из легких: за последнее десятилетие на рынке их появилось неописуемое огромное количество.
Хорошо утеплить собственный дом можно
только при всеохватывающем подходе к термоизоляции.Всеохватывающее утепление
дома позволяет: уменьшить толщину ограждающих конструкций, повысить их
теплоизоляционные свойства, понизить массу сооружений и расход стройматериалов,
а в эксплуатационный период существенно уменьшить издержки на энергию при
отоплении построек.
Строители подсчитали, что больше половины всего тепла из дома уходит через стенки и окна, при этом, чем больше площадь наружных поверхностей, тем выше будут теплоотдачи. Один из методов минимизировать их знаком всем дачникам: пристройка к дому веранды и других подсобных помещений. В прохладное время года они делают функцию буфера, защищающего внутренние комнаты от внешнего воздуха. Самое проблемное место в доме, исходя из убеждений теплопотерь это окна. Потому нужно верно избрать тип оконного блока и детали его установки, также направить внимание на сопряжение окон со стенками, толщину оконной коробки, размещение окна в плоскости стенки. Чтоб минимизировать утраты, можно установить окна с трехслойным остеклением в спаренных древесных рамах.
Фасад строения можно утеплить 3-мя
методами: изнутри, снаружи и утеплением внутри стенки. Предпочтение, обычно,
отдается системам внешнего утепления. Это, во-1-х, позволяет сохранить полезную
площадь помещений, а, во-2-х, не заниматься устройством пароизоляции и
воздушных зазоров, препятствующих конденсации пара.
В качестве ТИМ для
фасадного утепления можно с фурором использовать минеральную вату,
стекловолокно, изделия из полистирола и др.
Такой метод утепления не только защитит дом от воздействий наружной среды и уменьшит эксплуатационные издержки на отопление, но и сделает лучше звукоизоляционные характеристики дома, также облагородит его внешний облик.
Не забывайте, что показатели теплопроводности очень важны при строительстве зданий. Ведь от грамотного изучения технических характеристик материалов зависят будущие расходы на отопление дома.
Библиографический список
- Физика: Учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования / В.Ф. Дмитриева.- 6-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2005.
- Строительные материалы и изделия: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования /Ю.Г. Барабанщиков. – 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2010.
- Технология
и организация строительства: Г.
К. Соколов. – 7-е изд., стер. – М.: Издательский
центр «Академия», 2010.
К. Соколов. – 7-е изд., стер. – М.: Издательский
центр «Академия», 2010.Что такое теплопроводность и теплопередача. Теплопроводность металлов и других материалов.
• написать лс• профиль
5.0
Оценка статьи
Всего голосов: 1
Репутация автора
• повысить репутацию
• история репутации
Как и все другие виды энергии, теплота может передаваться от тела к телу. Происходит это всегда, когда есть тела разной температуры. При этом им необязательно даже находиться в соприкосновении, так существует несколько способов передачи тепла. А именно:
Теплопроводность. Это передача тепла при непосредственном контакте двух тел. (Тело может быть и одно, если его части разной температуры.) При этом чем больше разность температур тел и чем больше площадь их контакта – тем больше тепла передаётся каждую секунду.
Помимо этого, количество передаваемого тепла зависит от материала – например, большинство металлов хорошо проводят тепло, а дерево и пластик – гораздо хуже. Величину, характеризующую эту способность передавать тепло, тоже называют теплопроводностью (более корректно – коэффициент теплопроводности), что может приводить к некоторой путанице.Если необходимо измерить теплопроводность какого-либо материала, то обычно это проводят в следующем эксперименте: изготовляется стержень из интересующего материала и один его конец поддерживается при одной температуре, а другой – при отличной, например более низкой, температуре. Пусть, например, холодный конец будет помещён в воду со льдом – таким образом будет поддерживаться постоянная температура, а измеряя скорость таяния льда можно судить о количестве полученного тепла. Деля количество тепла (а вернее – мощность) на разность температур и поперечное сечение стержня и умножая на его длину, получаем коэффициент теплопроводности, измеряющийся, как следует из вышенаписанного, в Дж*м/К*м2*с, то есть в Вт/К*м.
Ниже вы видите таблицу теплопроводности некоторых материалов.| Материал | Теплопроводность, Вт/(м·K) |
| Алмаз | 1001—2600 |
| Серебро | 430 |
| Медь | 401 |
| Оксид бериллия | 370 |
| Золото | 320 |
| Алюминий | 202—236 |
| Кремний | 150 |
| Латунь | 97—111 |
| Хром | 107 |
| Железо | 92 |
| Платина | 70 |
| Олово | 67 |
| Оксид цинка | 54 |
| Сталь | 47 |
| Оксид алюминия | 40 |
| Кварц | 8 |
| Гранит | 2,4 |
| Бетон сплошной | 1,75 |
| Базальт | 1,3 |
| Стекло | 1-1,15 |
| Термопаста КПТ-8 | 0,7 |
| Вода при нормальных условиях | 0,6 |
| Кирпич строительный | 0,2—0,7 |
| Древесина | 0,15 |
| Нефтяные масла | 0,12 |
| Свежий снег | 0,10—0,15 |
| Стекловата | 0,032-0,041 |
| Каменная вата | 0,034-0,039 |
| Воздух (300 K, 100 кПа) | 0,022 |
Как видно, теплопроводность различается на много порядков.
Удивительно хорошо проводят тепло алмаз и оксиды некоторых металлов (по сравнению с другими диэлектриками), плохо проводят тепло воздух, снег и термопаста КПТ-8.Но мы привыкли считать, что воздух хорошо проводит тепло, а вата – нет, хотя она может на 99% состоять из воздуха. Дело в конвекции. Горячий воздух легче холодного, и “всплывает” наверх, порождая постоянную циркуляцию воздуха вокруг нагретого или сильно охлаждённого тела. Конвекция на порядок улучшает теплопередачу: при её отсутствии было бы очень затруднительно вскипятить кастрюлю воды, не перемешивая её постоянно. А в диапазоне от 0°С до 4°С вода при нагревании сжимается, что приводит к конвекции в противоположном от привычного направлении. Это приводит к тому, что независимо от температуры воздуха, на дне глубоких озёр температура всегда устанавливается равной 4°C
Для уменьшения теплоотдачи из пространства между стенками термосов откачивают воздух. Но надо отметить, что теплопроводность воздуха мало зависит от давления вплоть до 0,01мм рт.
ст, то есть границы глубокого вакуума. Этот феномен объясняется теорией газов.Ещё один способ теплопередачи – это излучение. Все тела излучают энергию в виде электромагнитных волн, но только достаточно сильно нагретые (~600°С) излучают в видимом нами диапазоне. Мощность излучения даже при комнатной температуре достаточно большая – порядка 40мВт с 1см2. В пересчёте на площадь поверхности человеческого тела (~1м2) это составит 400Вт. Спасает лишь то, что в привычном нам окружении все тела вокруг также излучают с примерно той же мощностью. Мощность излучения, кстати, сильно зависит от температуры (как T4) , согласно закону Стефана-Больцмана. Расчёты показывают, что, например, при 0°С мощность теплового излучения примерно в полтора раза слабее, чем при 27°С.
В отличие от теплопроводности, излучение может распространяться в полном вакууме – именно благодаря нему живые организмы на Земле получают энергию Солнца. Если теплопередача излучением нежелательна, то её минимизируют, ставя непрозрачные перегородки между холодным и горячим объектами, либо уменьшают поглощение излучения (и испускание, кстати, в ровно той же степени), покрывая поверхность тонким зеркальным слоем металла, например, серебра.
- Данные по теплопроводности взяты из Wikipedia, а туда они попали из справочников, таких, как:
- «Физические величины» под ред. И. С. Григорьева
- CRC Handbook of Chemistry and Physics
- Более строгое описание теплопроводности можно найти в учебнике по физике, например в «Общей физике» Д.В.Сивухина (Том 2). В 4 томе есть глава, посвящённая тепловому излучению (в т.ч. закону Стефана-Больцмана)
Теплопроводность – что это? | hidroizol.ru
Многие знают о пользе теплоизоляционных материалов. Но не все владеют информацией относительно характеристик, которыми они обладают. Такие свойства, как теплопроводность, паропроницаемость, воздухопроницаемость, для некоторых потребителей так и остаются тайной за семью печатями. В данной информационной статье мы раскроем значения этих понятий.
Теплоизоляция – это стройматериалы с пористой или волокнистой структурой, имеющие большой объем при легком весе.
Воздух, присутствующий в порах или среди волокон, не проводит тепло, тем самым обеспечивая теплозащитные характеристики стройматериалов.
При правильном утеплении в помещении хорошо задерживается тепло, выводится лишняя влага и проникает свежий воздух. Все свойства утеплителя, например, теплопроводность, паропроницаемость, воздухопроницаемость, связаны друг с другом.
Теплопроводность – это способность стройматериалов переносить тепловую энергию от более нагретых участков к менее нагретым частям, что приводит к выравниванию температуры. При тепловодности частицы с большей энергией делятся с частицам с меньшим количеством энергии.
Основное назначение теплоизоляции – это снижение потери тепла. Чем ниже показатель теплопроводности, тем меньшее количество тепла покидает помещения. Теплопроводность теплоизоляционных стройматериалов должна быть не выше 0.1 Вт/(м ? ?С). Материалы с теплопроводностью 0.03 – 0.05 Вт/(м ? ?С) признаются хорошими утеплителями, а теплопроводностью до 0.
03 Вт/(м ? ?С) – самыми лучшими утеплителями.
С двумя другими параметрами дело обстоит не так просто. Они влияют на одно важное качество конструкции, которое в просторечии называют «стена дышит». В воздухе эксплуатируемых строений находится достаточное количество водяных паров. И вся влага в воздухе находится в виде водяных паров. Только воздух может насыщаться влагой до определенных показателей. Когда эта величина превысит предел при той же температуре, то излишняя влага конденсируется на поверхностях в виде небольших капелек росы.
Например, утеплитель Изовент Изорок имеет теплопроводность при 10 ? С – 0.038 Вт/(м.К), при 25 ?С – 0.043 Вт/(м.К). А стройматериал Rockwool Руф Баттс наделен теплоизоляционными показателями в ?10 = 0,038 Вт/(м·К), ?25 = 0,040 Вт/(м·К).
Теплопроводность | TORELINA ™ | ТОРЕЙ ПЛАСТИК
Техническая информация ｜ Тепловые свойства ｜ Теплопроводность
Явления теплопередачи, которые заставляют объекты, подверженные разнице температур, принимать однородную температуру, в основном подразделяются на теплопроводность, конвекцию и излучение, в зависимости от состояния пути потока, по которому течет тепло, и других факторов.
Теплопроводность – это явление, при котором тепло перемещается через твердый или неподвижный газ (или жидкость).Теплопроводность – это свойство, указывающее на легкость, с которой тепло может проходить через твердое тело, такое как формованное изделие. Носители (среды) для переноса тепла включают свободные электроны, колебания решетки и колебания молекул. Эффект теплопередачи свободных электронов очень высок, поэтому такие металлы, как алюминий и медь, обладают высокой теплопроводностью. С другой стороны, пластмассовые материалы, такие как TORELINA, являются изоляционными материалами, которые не имеют свободных электронов, поэтому имеют более низкую теплопроводность, чем металлы, и превосходят их по своим теплоизоляционным свойствам.
Ⅰ. Измерение теплопроводности
Существуют различные методы измерения теплопроводности твердого тела. Их можно разделить на стационарные методы, при которых температура образца является постоянной, а теплопроводность определяется количеством (тепловой поток, Вт / м 2 ), которое проходит через единицу поперечного сечения.
площадь в единицу времени и нестационарные методы, в которых теплопроводность определяется по скорости распространения тепла через образец (коэффициент температуропроводности, м 2 S -1 ).В последнее время чаще всего используются нестационарные методы, с помощью которых можно быстро получить измерения. Эти методы включают метод лазерной вспышки и метод горячего диска. Теплопроводность можно определить, используя плотность образца и удельную теплоемкость при температуре измерения в дополнение к температуропроводности, определенной нестационарным методом, в соответствии с формулой 6.1. Обычно для измерения теплопроводности используется плоская пластина, поэтому с помощью стационарного метода и метода лазерной вспышки можно определить теплопроводность в направлении толщины, а с помощью метода горячего диска можно определить теплопроводность в плоском направлении. в дополнение к этому по толщине.Существует еще один метод, с помощью которого теплопередачу фактического формованного изделия проверяют визуально с помощью термографии, которая анализирует инфракрасные лучи, испускаемые формованным изделием, и затем выражает это на диаграмме распределения температуры.
Ⅱ. Теплопроводность TORELINA
Коэффициент теплопроводности TORELINA в направлении толщины, определенный стационарным методом, приведен в таблице. 6.3. Армированный ППС имеет более высокую теплопроводность, чем неармированный ППС.Армирование из стекловолокна и минерального наполнителя имеет более высокую теплопроводность, чем полимер PPS, поэтому теплопроводность различается в зависимости от типа и содержания добавленного армирования.
Таблица. 6.3 Теплопроводность TORELINA (устойчивый метод, 80 ℃)
| Арт. | Квартир | Армированный стекловолокном | Стекло + наполнитель армированное | Улучшение эластомера | Неармированный | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A504X90 | A604 | A310MX04 | A610MX03 | A673M | A575W20 | A495MA1 | A900 | A670T05 | ||
| Теплопроводность (направление толщины) | Вт / м ・ K | 0. 3 | 0,3 | 0,5 | 0,5 | 0,3 | 0,3 | 0,4 | 0,2 | 0,2 |
Ⅲ. PPS
с высокой теплопроводностьюPPS с высокой теплопроводностью подходит для продления срока службы электрических и электронных компонентов, таких как системы светодиодного освещения, а также для проектирования теплового излучения в таких целях, как снижение потерь энергии в обмотках, используемых в автомобильных двигателях.TORELINA предлагает линейку TORELINA H501B, электропроводящего типа, теплопроводность которого значительно улучшена по сравнению с обычным PPS, и H718LB, который сохраняет свои изоляционные свойства. (Таблица 6.4)
Таблица. 6.4 PPS с высокой теплопроводностью (23 ℃)
| Арт. | Направление измерения | Квартир | Армированный стекловолокном | Высоконаполненная | PPS с высокой теплопроводностью | Метод измерения | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Тип изоляции | Электропроводящий тип | ||||||
| A504X90 | A310MX04 | H718LB | H501B | ||||
| Теплопроводность | Плоское направление | Вт / м ・ K | 0. 4 | 0,7 | 1,0 | 10,0 | Метод горячего диска |
| Объемное сопротивление | – | Ом ・ м | 2 × 10 14 | 1 × 10 14 | 5 × 10 13 | 5 × 10 0 | – |
Рис. 6.7 Термографический анализ
При термическом анализе с использованием термографии (рис.6.7) источник тепла (3,4 Вт) размещается в центре плоской пластины (80 × 80 × 3 мм t), а наблюдение ведется с противоположной стороны. На рис. 6.8 сравниваются графики распределения температуры, полученные при нагревании обычных марок PPS, армированных стекловолокном (A504X90), и марок PPS с высокой теплопроводностью (H501B и H718LB) в течение пяти минут. Можно видеть, что для марки PPS, армированной стекловолокном, которая имеет низкую теплопроводность, трудно рассеивать тепло от источника тепла, образуя тем самым горячую точку, тогда как для марок PPS с высокой теплопроводностью тепло распространяется в окружающую среду, тем самым ограничивая размер горячей точки.
Рис. 6.8 Распределение температуры высокотеплопроводных марок PPS (термография)
Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
Теплопроводность и закон Видемана-Франца
Теплопередача за счет теплопроводности включает передачу энергии внутри материала без какого-либо движения материала в целом. Скорость теплопередачи зависит от температурного градиента и теплопроводности материала. Теплопроводность – это довольно простое понятие, когда вы обсуждаете потери тепла через стены вашего дома, и вы можете найти таблицы, которые характеризуют строительные материалы и позволяют делать разумные расчеты.
Более фундаментальные вопросы возникают, когда вы исследуете причины значительных колебаний теплопроводности.
Газы передают тепло путем прямых столкновений между молекулами, и, как и следовало ожидать, их теплопроводность низкая по сравнению с большинством твердых тел, поскольку они являются разбавленными средами. Неметаллические твердые тела передают тепло посредством колебаний решетки, так что нет чистого движения среды при прохождении энергии. Такой перенос тепла часто описывают в терминах «фононов», квантов колебаний решетки.Металлы являются гораздо лучшими проводниками тепла, чем неметаллы, потому что те же самые подвижные электроны, которые участвуют в электропроводности, также участвуют в передаче тепла.
Концептуально теплопроводность можно рассматривать как контейнер для зависящих от среды свойств, которые связывают скорость потери тепла на единицу площади со скоростью изменения температуры.
Для идеального газа скорость теплопередачи пропорциональна средней молекулярной скорости, длине свободного пробега и молярной теплоемкости газа.
Для неметаллических твердых тел теплопередача рассматривается как передача посредством колебаний решетки, поскольку атомы, колеблющиеся более энергично в одной части твердого тела, передают эту энергию менее энергичным соседним атомам. Это может быть усилено совместным движением в форме распространяющихся решеточных волн, которые в квантовом пределе квантуются как фононы. На практике неметаллические твердые тела настолько изменчивы, что мы обычно просто характеризуем вещество с помощью измеренной теплопроводности при выполнении обычных расчетов.
У металлов достаточно высокая теплопроводность, и те металлы, которые являются лучшими электрическими проводниками, также являются лучшими проводниками тепла. При заданной температуре теплопроводность и электрическая проводимость металлов пропорциональны, но повышение температуры увеличивает теплопроводность при одновременном уменьшении электропроводности. Это поведение количественно выражено в законе Видеманна-Франца:
.
, где коэффициент пропорциональности L называется числом Лоренца.Качественно это соотношение основано на том факте, что и тепло, и электрический перенос связаны со свободными электронами в металле. Теплопроводность увеличивается со средней скоростью частиц, поскольку это увеличивает прямой перенос энергии. Однако электропроводность уменьшается с увеличением скорости частиц, потому что столкновения отвлекают электроны от прямого переноса заряда. Это означает, что отношение теплопроводности к электрической проводимости зависит от квадрата средней скорости, который пропорционален кинетической температуре.
Недавно обнаруженный неорганический материал имеет самую низкую теплопроводность на сегодняшний день
Мы все знаем, что мир отчаянно нуждается в переходе на возобновляемые источники энергии, но многие из нас забывают, что нам также необходимо сделать наши энергетические системы более эффективными.
В настоящее время, по оценкам, 70 процентов всей энергии, которую мы производим в мире, теряется в виде тепла – часто на самих электростанциях.
Это серьезная проблема, которую можно хотя бы частично решить за счет улучшения термоэлектрических материалов, которые могут уменьшить потери тепла, а также улавливать потерянную тепловую энергию.
Теперь исследователи под руководством Ливерпульского университета в Великобритании сделали важный шаг к этой цели, открыв новый неорганический материал с самой низкой теплопроводностью, о которой когда-либо сообщалось.
Фактически, при комнатной температуре материал замедляет передачу тепла почти так же, как и воздух.
Новый материал имеет формулу Bi 4 O 4 SeCl 2 (название не броское, мы знаем), и его создание является «прорывом в управлении тепловым потоком в атомном масштабе», пресс релиз объясняет.
«Обнаруженный нами материал имеет самую низкую теплопроводность среди всех неорганических твердых тел и почти так же плохо проводит тепло, как и сам воздух», – говорит химик и руководитель группы Мэтт Россейнски из Ливерпульского университета.
«Значение этого открытия имеет большое значение как для фундаментального научного понимания, так и для практического применения в термоэлектрических устройствах, которые собирают отходящее тепло, и в качестве тепловых барьерных покрытий для более эффективных газовых турбин.”
Если принять теплопроводность стали за 1, то вода и строительный кирпич будут иметь теплопроводность 0,01. Воздух будет около 0,0005, а новый материал – всего 0,001.
Что особенно интересно, так это что этот материал был создан с помощью хитроумного расположения слоев атомов, и команда говорит, что они могут использовать ту же технику для добавления дополнительных свойств.
В будущем это может означать создание материалов, которые не только невероятно устойчивы к нагреву, но и также являются сверхпроводниками электричества – два свойства, которые были бы чрезвычайно полезны для энергосистемы.
«Помимо переноса тепла, эта стратегия может быть применена к другим важным фундаментальным физическим свойствам, таким как магнетизм и сверхпроводимость, что приведет к снижению энергопотребления и более эффективной транспортировке электричества», – поясняет физик Джон Алария.
Неорганические материалы – это материалы, которые не содержат углерода, а этот был сделан из BiOCl и Bi 2 O 2 Se. Как следует из названия, это соединение висмута, кислорода, селена и хлора.
Чтобы создать новый проводящий материал, команда обнаружила два разных расположения атомов в этих материалах, что привело к плохой теплопроводности.
Затем они изучили механизмы, ответственные за замедление нагрева в каждой из этих схем, и нашли способ объединить их таким образом, чтобы они могли комбинировать эффекты замедления нагрева вместо простого усреднения разницы.
На изображении ниже вы можете увидеть визуальное представление двух различных атомных расположений, представленных желтым и синим цветом, которые в сочетании наиболее эффективно замедляют движение тепла через материал.
Два атомных расположения (желтый и синий) объединились, чтобы создать материал. (Ливерпульский университет)
В результате Bi 4 O 4 SeCl 2 является гораздо более слабым проводником тепла, чем любой из двух устройств отдельно, обеспечивая теплопроводность при комнатной температуре всего 0,1 WK.
−1 м −1 . Другими словами, материал – это сумма больше, чем его части.
Важно отметить, что это исследование рассматривало только теплопроводность нового материала и не рассматривало другие эффекты, такие как электропроводность или магнетизм.Поэтому пока не ясно, можно ли использовать этот материал в реальных приложениях, таких как вычисления или в электросети.
Но теперь, когда мы знаем, как наслоить атомы таким сложным способом, это открывает большой потенциал для новых материалов, которые берут эти свойства теплопроводности и сочетают их с другими желательными характеристиками для улучшения термоэлектрических характеристик или открытия сверхпроводимости.
«Этот потенциал для оптимизации множества свойств иллюстрирует, как синергия между модульными блоками с совместимым соединением может обеспечить химическое генерирование и управление функцией», – пишут исследователи.
Исследование опубликовано в журнале Science.
Теплопроводность и коэффициент диффузии | от Lucid Learning
Что такое теплопроводность?
Когда система нагревается, она накапливает часть своей тепловой энергии и передает оставшуюся тепловую энергию какой-либо другой системе. Способность системы передавать тепловую энергию называется теплопроводностью системы. По сути, это свойство транспорта системы.
Теплопроводность обозначается k.Единицей теплопроводности, как мы видели ранее, является Вт / м * К.
Что регулирует проводимость в твердых телах, жидкостях и газах?
Прежде чем анализировать теплопроводность различных фаз, давайте рассмотрим явления, которые определяют теплопроводность через твердые тела, жидкости и газы.
В твердых телах тепло может передаваться через два механизма. Первый – это колебания решетки, а второй – поток свободных электронов. Повышенные колебания решетки способствуют передаче тепловой энергии через среду.Поток свободных электронов увеличивает электропроводность.
Это также помогает в процессе распространения тепловой энергии через среду.
В жидкостях и газах теплопроводность происходит в основном за счет двух механизмов. Во-первых, это столкновение между атомами, молекулами или ионами, а во-вторых, молекулярная диффузия. По мере увеличения числа столкновений увеличивается обмен энергией между молекулами. Это помогает в транспортировке тепловой энергии через среду. Молекулярная диффузия – это случайное движение молекул в среде.По мере того, как беспорядочное движение молекул увеличивается, оно препятствует передаче тепловой энергии в определенном направлении.
От каких факторов зависит теплопроводность металлов, неметаллов и сплавов?
Как мы видели выше, теплопроводность через твердые тела зависит от двух эффектов, а именно колебаний решетки и потока свободных электронов. Теплопроводность достигается за счет добавления решетчатых и электронных компонентов.
где,
= теплопроводность из-за колебаний решетки
= теплопроводность из-за электронного эффекта
В чистых металлах электронный эффект играет доминирующую роль.
Таким образом, они имеют относительно более высокие значения теплопроводности. Для чистых металлов k ~ ke.
В неметаллах влияние колебаний решетки играет доминирующую роль. Неметаллы обычно имеют высокое электрическое сопротивление, которое препятствует прохождению электронов. Следовательно, для неметаллов k ~ kl.
Решеточная составляющая теплопроводности сильно зависит от того, как расположены молекулы. Например, древесина, которая представляет собой аморфное твердое тело (молекулы расположены очень беспорядочно), имеет относительно более низкие значения теплопроводности и действует как теплоизолятор.Теперь рассмотрим алмаз. Это высокоупорядоченное кристаллическое твердое вещество. Таким образом, он имеет самую высокую теплопроводность при комнатной температуре. Оксид бериллия (BeO), также не являющийся металлом, имеет относительно более высокую теплопроводность из-за своей кристалличности.
Металлы являются хорошими проводниками электричества и тепла, поскольку они имеют свободные электроны, а также колебания решетки.
С другой стороны, неметаллы не имеют свободных электронов, что означает, что они являются электрически непроводящими материалами. И вообще неметаллы, такие как дерево, не являются теплопроводными материалами.Однако неметаллы, такие как алмаз и оксид бериллия, являются хорошими проводниками тепла. В результате такие материалы находят широкое применение в электронной промышленности. Например. алмазные радиаторы, используемые для охлаждения электронных компонентов.
Чистые сплавы обладают высокой теплопроводностью. Можно было бы ожидать, что сплав из двух металлов с теплопроводностью k1 и k2 будет иметь проводимость k между k1 и k2. Удивительно, но это не так. Теплопроводность сплава двух металлов обычно намного ниже.Например, теплопроводность меди и алюминия составляет 401 Вт / м ° C и 237 Вт / м ° C соответственно.
От каких факторов зависит теплопроводность жидкостей и газов?
В газах преобладающую роль играет эффект столкновения молекул. Молекулярная диффузия, которая представляет случайность в среде, играет второстепенную роль.
Увеличение числа столкновений молекул увеличивает обмен энергией между молекулами. Это увеличивает теплопроводность газов.
В жидкостях молекулы относительно более плотно упакованы, чем в газах.Следовательно, теплопроводность жидкостей в основном зависит от эффекта молекулярной диффузии, то есть от беспорядочного движения молекул. Как мы видели ранее, усиленное беспорядочное движение молекул препятствует прохождению тепла через жидкости.
Сравнение теплопроводности твердых тел, жидкостей и газов
Как теплопроводность зависит от температуры?
В случае чистых металлов и сплавов теплопроводность в основном зависит от электронного эффекта.С повышением температуры увеличивается как количество свободных электронов, так и колебания решетки. Таким образом, ожидается, что теплопроводность металла увеличится. Однако повышенные колебания решетки препятствуют потоку свободных электронов через среду. Комбинированный эффект этого явления в большинстве случаев приводит к снижению теплопроводности металлов и сплавов с повышением температуры.
Из этого правила есть исключения. Для железа теплопроводность сначала уменьшается, а затем немного увеличивается с повышением температуры.Для платины теплопроводность увеличивается с повышением температуры.
В газах столкновения молекул усиливаются с повышением температуры. Таким образом, теплопроводность газа увеличивается с повышением температуры.
В жидкостях, как мы видели ранее, теплопроводность в основном зависит от эффекта молекулярной диффузии. С повышением температуры увеличивается хаотичность молекулярных движений. Это препятствует передаче тепла через жидкости. Таким образом, теплопроводность жидкостей уменьшается с повышением температуры.Однако есть одно исключение – чистая вода. В случае чистой воды теплопроводность сначала увеличивается с повышением температуры, а затем начинает уменьшаться.
(Источник: http://www1.lsbu.ac.uk/water/thermodynamic_anomalies.html)
Как теплопроводность зависит от давления?
Поскольку большинство твердых тел и жидкостей по своей природе несжимаемы, теплопроводность не зависит от давления.
В случае газов кинетическая теория газов предсказывает, а эксперименты подтверждают, что теплопроводность газов пропорциональна квадратному корню из температуры T и обратно пропорциональна квадратному корню из молярной массы M.Однако теплопроводность газов не зависит от давления в широком диапазоне давлений, встречающихся на практике.
Что такое температуропроводность?
Когда система нагревается, она накапливает часть тепловой энергии и передает оставшуюся тепловую энергию какой-либо другой системе. Как мы видели, способность материала передавать тепловую энергию называется теплопроводностью. Способность материала аккумулировать тепло называется теплоемкостью материала.Теплоемкость материала представлена Cp.
Температуропроводность показывает, насколько быстро тепло распространяется через материал. Он определяется как
. Обратите внимание, что теплопроводность показывает, насколько хорошо материал проводит тепло, а теплоемкость Cp представляет, сколько энергии материал хранит на единицу объема.
Следовательно, коэффициент температуропроводности материала можно рассматривать как отношение тепла, проводимого через материал, к теплу, накопленному на единицу объема.
Как это связано с теплопроводностью?
Материал с более высокой теплопроводностью или более низкой теплоемкостью будет иметь большой коэффициент температуропроводности.Чем больше коэффициент температуропроводности, тем быстрее распространяется тепло в среду. Небольшое значение коэффициента температуропроводности означает, что тепло в основном поглощается материалом, а небольшое количество тепла отводится дальше.
Что такое теплопроводность? – Определение из Corrosionpedia
Что означает теплопроводность?
Теплопроводность – это свойство материала, определяющее скорость, с которой он может передавать тепло.Теплопроводность каждого материала определяется константой λ, рассчитываемой по формуле:
λ = (Q x L) / (A xtx ΔT)
где Q – тепло, L – толщина поверхности, A – площадь поверхности.
, t – время, ΔT – разность температур.
Теплопроводность материала является фундаментальным свойством. Эти материалы с высокой теплопроводностью будут быстро передавать тепло, либо получая тепло от более горячего материала, либо отдавая тепло более холодному материалу.Напротив, материалы с низкой теплопроводностью действуют как теплоизоляторы, препятствуя передаче тепла.
Поскольку коррозия – это процесс, зависящий от температуры, регулирование теплопередачи является важным фактором проектирования установок. Выбор металла, сплава и соответствующих материалов покрытия влияет на способность передавать тепло в зависимости от теплопроводности каждого материала.
Corrosionpedia объясняет теплопроводность
Отвод тепловой энергии работает на границе раздела между двумя поверхностями, где сторона с более высокой температурой передает энергию и нагревает сторону с более низкой температурой.
На молекулярном уровне молекулы передают эту энергию посредством столкновений на границе раздела. Теплопроводность материала определяется тем, насколько легко и какие механизмы доступны для передачи энергии через материал.
Один из механизмов передачи тепла через материал – это колебания. Атомы твердого материала образуют решетку, и колебания, известные как фононы, распространяются через материал, передавая колебательную энергию соседним атомам. Этот механизм является основным механизмом теплопроводности неметаллических материалов.
Для большинства металлических материалов доступен дополнительный механизм теплопередачи за счет свободных электронов материала. Этот механизм связан с электронной проводимостью этих материалов и легкостью, с которой электроны могут проходить через зону проводимости материала. Таким образом, материалы с высокой электропроводностью также обладают высокой теплопроводностью.
На двух концах шкалы теплопроводности находятся теплоизоляторы и радиаторы с низкой и высокой теплопроводностью соответственно.
Изоляторы используются для защиты от теплопередачи, например, для покрытия изоляторов материалов, подвергающихся экстремально высоким температурам, или просто для предотвращения замерзания воды внутри труб в холодных условиях. С другой стороны, радиаторы полезны для контроля температуры и предотвращения перегрева или слишком холода оборудования.
С точки зрения контроля температуры свойство теплопроводности является важным фактором для металлических частей оборудования. Поскольку предотвращение коррозии также является важным фактором, необходимо оценить теплопроводность защитных барьеров и покрытий.Некоторые варианты предотвращения коррозии, в свою очередь, могут повлиять на регулирование температуры и наоборот.
Разница между теплопроводностью и тепловым сопротивлением
Материалы Thermal Interface Materials (TIM) полезны для управления температурой в электронных компонентах, поскольку они улучшают передачу тепла от компонента, выделяющего тепло, к рассеивателю тепла или радиатору.
Одним из важных аспектов при выборе TIM для вашего приложения является знание способности материала передавать тепло, которое часто определяется теплопроводностью и / или тепловым сопротивлением.
По всей отрасли производители часто указывают теплопроводность в единицах Вт / метр-Кельвин, а также тепловое сопротивление в градусах Цельсия – дюймы 2 / Ватт в своих технических паспортах. Итак, в чем разница между этими двумя и как их следует учитывать при выборе TIM?
Теплопроводность – это свойство материала, которое описывает способность данного материала проводить тепло. Следовательно, когда теплопроводность материала высока, материал является лучшим проводником тепла.Это свойство не зависит от размера, формы или ориентации материала в однородном материале, и поэтому теплопроводность является идеализированной величиной.
Чтобы понять термическое сопротивление , мы должны сначала понять термическое сопротивление и сопротивление теплового контакта.
- Термическое сопротивление – это еще одно неотъемлемое тепловое свойство материала, которое является мерой того, насколько материал определенной толщины сопротивляется потоку тепла. Поскольку толщина TIM напрямую связана с сопротивлением, более тонкие TIM передают тепло более эффективно, чем более толстые.
- Сопротивление контактов является специфическим для интерфейсов, где TIM встречается с тепловыделяющим компонентом и радиатором. На самом деле ни один из этих компонентов не является идеально плоским или гладким, поэтому эти неровности поверхности создают микропустоты для воздуха при контакте с материалом границы раздела, снижая эффективность передачи тепла (воздух является очень плохим проводником тепла).
Следовательно, термическое сопротивление материала является суммой его теплового сопротивления и всех контактных сопротивлений.Когда термический импеданс материала ниже, материал является лучшим проводником тепла в этом приложении.