Теплопроводность низкая это: 500 Internal Server Error

Содержание

Теплопроводность алюминиевых сплавов

01.10.2019

Теплопроводностью называется свойство передавать энергию от нагреваемого участка материала к более холодному участку. Показатель учитывается при расчетах в изготовлении различных сплавов.

Сведения о показателе теплопроводности

Процесс передачи тепла в теле любого вещества происходит между атомными и молекулярными связями материала, в которых температурный режим неравномерный.
Любое вещество нагревается постепенно, передавая энергию тепла от участка к участку. Это теплоотдача зависит от состояния вещества.
Проводимость тепла зависит от:
1. Агрегатного состояния вещества,
2. Скорости нагрева.
3. Показателя плотности.
4. Температуры плавления.
Коэффициентом проводимости тепла называется – количество теплоты, проходящей через единицу площади материала за определённый промежуток времени при изменении температур.

От чего зависит проводимость тепла
Алюминий имеет структуру кристалла – куб.

При температуре 200С удельный вес = 2,7 г/см3.
Температурный показатель плавления равен от +657 до +660,2 0С.
Если алюминий повышенной чистоты, то металл начинает плавиться при +1800 до 2060 0С. Удельная теплоемкость в период нагревания повышается, так же повышается коэффициенты расширения и теплопроводности
Теплопроводность алюминия, по сравнению с другими металлами считается высокой.

Алюминий вступая в реакцию с кислородом, образовывает оксидную плёнку на поверхности. Последняя предохраняет металл от дальнейшего окисления.
Алюминиевые сплавы обладают уникальными свойствами:
1. При плавлении алюминия, находящийся в ней водород растворяется, что приводит к образованию пор в металле. При наличии в составе примесей кальция, калия или натрия, так же приводит к пористости.
2. Структура материала становиться однородной при остывании, если в сплаве присутствуют добавки железа, ванадия, никеля или циркония.

3. К некоторым химическим элементам алюминий сплавы остаются инертны. Наличия таких веществ, как сера и её производные выпадают в осадок, образовывая шлак, на изменении структуры и на свойства сплавов не влияют.
4. Под воздействием азота, фосфора или углерода свойства материала не изменяются.

Прочность алюминия в чистом виде невысокая, поэтому для производства готовых изделий, технология литья используется крайне редко. Как правило это разливного вида чушки, изготавливаемы е для дальнейшего проката и ковки.

Теплопроводность алюминиевых сплавов

Продукция из алюминиевых сплавов делится по видам технологического цикла:
1. Литейные. Выполнять литых изделий.
2. Деформируемые. Под давлением придается форма (прессовка, ковка, штамповка).
Алюминиевые изделия, используемые в строительстве, изготавливается из сплава повышенной прочности.
Перечень нормативных показателей, с учетом которых характеризуются сплавы:

1. Теплопроводность.
2. Переход от одного агрегатного состояния к другому.
3. Наличие легирующих присадок, влияющих на качество продукции и показатель долговечности (прочности).

Сведения о теплопроводности указаны в справочной литературе, но основными критериями оценки будут:
1. Плотность.
2. Теплопроводность.
3. Линейное расширение (коэффициент).
4. Температура, при которой изменяется прочность.
5. Устойчивость к коррозии.
6. Удельное электросопротивление.

После проведения анализа, несложно установить коэффициент зависимости теплопроводности от температуры металла.

Какие алюминиевые сплавы обладают большей теплопроводностью
Если алюминиевые изделия в состав которого включается медью, цинк, магний или кремний, то процент теплопроводности в них заметно увеличивается, по отношению к алюминию в чистом виде.

Таблица по теплопроводности:


Проводимость тепла увеличивается с ростом температуры. Сплав АД1 отличается большей теплопроводностью. Используется для производства профилей, штамповок, слитков и другой аналогичной продукции.

Наивысшая теплопроводность алюминиевых сплавов в обычных условиях отмечается у алюминиевого сплава АД1 – теплопроводность при 20 0С – равняется 210 Вт/(м•град).

Самая низкая теплопроводность алюминиевых сплавов зафиксирована у литейных сплавов АК4, АЛ1, АЛ8.

Теплопроводность стеновых материалов | Хаус Маркет

При строительстве индивидуальных коттеджей и домов важно учитывать теплопроводность стен постройки. Теплопроводность – это способность материала изменять свою температуру под воздействием окружающей среды, пропускать через себя тепловую энергию. Количественная оценка подобной способности называется коэффициент теплопроводности. Иными словами, коэффициент теплопроводности представляет собой характеристику, которая равняется количеству теплоты (численность измеряется в килокалориях), способной пройти через материал стены толщиной 1 метр и площадью 1 кв. м. за час времени. При этом разница температуры с противоположных сторон поверхности должна составлять 1 градус по Цельсию. Единица измерения коэффициента теплопроводности – Вт/метр*град. При домостроении этот показатель крайне важен, ведь, чем ниже теплопроводность стен коттеджа, тем выше уровень теплоизоляции, и, следовательно, больше экономия. В доме, стены которого имеют низкую теплопроводность, будет прохладно летом, тепло и уютно в холодное время года. Иными словами, перед выбором строительных материалов необходимо рассчитать коэффициент теплопроводности в стенах, оценить, насколько эффективным будет утепление, а также есть ли в нём необходимость. Проведём сравнительный анализ теплопроводности стен, построенных из различных материалов, которые на сегодняшний день наиболее распространены в строительстве домов.

На сегодняшний день одним из популярных материалов, используемым в малоэтажном коттеджном строительстве, является кирпич. Коэффициент теплопроводности силикатного кирпича составляет 0,90 Вт/метр*град на 1 метр. Коэффициент теплопроводности керамического кирпича несколько ниже. Он составляет 0,81 на 1 метр. Расчёты показывают, что теплопроводность кирпича практически в 4 раза выше, чем у древесины. Следовательно, и стена из данного материала для обеспечения в доме максимального комфорта должна быть в несколько раз шире. Так, например, коэффициент стены из силикатного кирпича шириной 12 см. составит 7,50 Вт/метр*град, а шириной 48 см – 1,68 Вт/метр*град. Вывод напрашивается довольно простой – строительство стен из кирпича и их утепление обойдётся довольно дорого, как и последующий обогрев коттеджа в зимнее время.

Сегодня в строительстве коттеджей довольно часто используют ячеистый бетон. Выделяют три разновидности данного материала: газобетон, пенобетон и газосиликат. Ячеистый бетон в 3-4 раза легче обычного. И при этом теплопроводность стены ниже в 2-3 раза, чем из простого бетона, а звукоизоляция гораздо лучше. Так, например, коэффициент газобетона составляет от 0,10 Вт/метр*град до 0,14 Вт/метр*град на 1 метр. Однако основным недостатком ячеистого бетона является то, что он с годами впитывает в свои поры влагу. В климатических условиях нашей страны, где обильные осадки не являются редкостью, использование данного материала при строительстве жилых домов не всегда целесообразно.

Основным достоинством деревянных стен является именно низкая теплопроводность. Таким образом, в деревянном доме комфортно находиться в любую погоду. Так, коэффициент теплопроводности древесины (поперек волокон) составляет 0,09 Вт/м °С в сухом состоянии.

Особое внимание хотелось бы уделить каркасным стенам. Расчёты показывают, что именно данные конструкции имеют самый низкий показатель теплопроводности, и, следовательно, обладают великолепными изоляционными свойствами. Каркасные стены представляют собой стоечно-балочные конструкции, которые изготовлены из лёгких стальных профилей или деревянных балок. Затем между стойками укладывают утеплитель (например, базальтовую вату), снаружи стены зашиваются листовым материалом. Теплопроводность каркасных стен в два раза ниже стен домов из бруса. Это действительно революционный показатель, который не позволяет усомниться в том, что каркасные стены – действительно лучшее решение для строительства коттеджей в условиях климата России. Каркасные дома прекрасно подходят для зимнего проживания. При небольшой толщине каркасные стены обладают прекрасными энергосберегающими характеристиками, а это значит, что Вы сможете сэкономить не только при строительстве, но и при обогреве дома в зимний период. Так, толщина каркасных стен, как правило, не превышает 15 см. Даже если в холодное время дом не отапливался, прогреть его до комфортной температуры можно за несколько часов.

Что это – теплопроводность в физике?

Явление теплопроводности заключается в передаче энергии в виде тепла при непосредственном контакте двух тел без какого-либо обмена материей или с ее обменом. При этом энергия переходит из одного тела или области тела, имеющего более высокую температуру, в тело или область с более низкой температурой. Физической характеристикой, которая определяет параметры передачи тепла, является теплопроводность. Что такое теплопроводность, и как ее описывают в физике? На эти вопросы ответит данная статья.

Общее понятие о теплопроводности и ее природа

Если отвечать простыми словами на вопрос о том, что такое теплопроводность в физике, то следует сказать, что передача тепла между двумя телами или различными областями одного и того же тела является процессом обмена внутренней энергией между частицами, составляющими тело (молекулы, атомы, электроны и ионы). Сама внутренняя энергия состоит из двух важных частей: из кинетической и из потенциальной энергии.

Что такое теплопроводность в физике с точки зрения природы этой величины? На микроскопическом уровне способность материалов проводить тепло зависит от их микроструктуры. Например, для жидкостей и газов указанный физический процесс происходит за счет хаотичных столкновений между молекулами, в твердых телах основная доля переносимого тепла приходится на обмен энергией между свободными электронами (в металлических системах) или фононами (неметаллические вещества), которые представляют собой механические колебания кристаллической решетки.

Математическое представление теплопроводности

Ответим на вопрос о том, что такое теплопроводность, с математической точки зрения. Если взять однородное тело, тогда количество тепла, переданного через него в данном направлении, будет пропорционально площади поверхности, перпендикулярной направлению теплопередачи, теплопроводности самого материала и разнице температур на концах тела, а также будет обратно пропорционально толщине тела.

В итоге получается формула: Q/t = kA(T2-T1)/x, здесь Q/t – теплота (энергия), переданная через тело за время t, k – коэффициент теплопроводности материала, из которого изготовлено рассматриваемое тело, A – площадь поперечного сечения тела, T2-T1 – разница температур на концах тела, причем T2>T1, x – толщина тела, через которую передается тепло Q.

Способы передачи тепловой энергии

Рассматривая вопрос о том, что такое теплопроводность материалов, следует упомянуть о возможных способах передачи тепла. Тепловая энергия может передаваться между различными телами с помощью следующих процессов:

  • проводимость – этот процесс идет без переноса материи;
  • конвекция – перенос тепла непосредственно связан и с движением самой материи;
  • излучение – передача тепла осуществляется за счет электромагнитного излучения, то есть с помощью фотонов.

Чтобы тепло было передано с помощью процессов проводимости или конвекции, необходим непосредственный контакт между различными телами с тем отличием, что в процессе проводимости не существует макроскопического движения материи, а в процессе конвекции это движение присутствует. Отметим, что микроскопическое движение имеет место во всех процессах теплопередачи.

Для обычных температур в несколько десятков градусов Цельсия можно сказать, что на долю конвекции и проводимости приходится основная часть передаваемого тепла, а количество энергии, переданной в процессе излучения, является незначительным. Однако излучение начинает играть главную роль в процессе теплопередачи при температурах в несколько сотен и тысяч Кельвин, поскольку количество энергии Q, передаваемой этим способом, растет пропорционально 4-й степени абсолютной температуры, то есть ∼ T4. Например, наше солнце теряет большую часть энергии именно за счет излучения.

Теплопроводность твердых тел

Так как в твердых телах каждая молекула или атом находятся в определенном положении и не могут его покинуть, то передача тепла с помощью конвекции оказывается невозможной, и единственным возможным процессом является проводимость. При увеличении температуры тела кинетическая энергия составляющих его частиц увеличивается, и каждая молекула или атом начинают интенсивнее колебаться. Этот процесс приводит к их столкновению с соседними молекулами или атомами, в результате таких столкновений передается кинетическая энергия от частицы к частице до тех пор, пока все частицы тела не будут охвачены этим процессом.

В результате описанного микроскопического механизма при нагреве одного конца металлического стержня температура через некоторое время выравнивается по всему стержню.

Тепло не передается одинаково в различных твердых материалах. Так, существуют материалы, которые обладают хорошей теплопроводностью. Они легко и быстро проводят тепло через себя. Но также существуют плохие теплопроводники или изоляторы, через которые тепло практически не проходит.

Коэффициент теплопроводности для твердых тел

Коэффициент термической проводимости для твердых тел k имеет следующий физический смыл: он указывает на количество теплоты, которое проходит за единицу времени через единицу площади поверхности в каком-либо теле единичной толщины и бесконечной длины и ширины при разнице температур на его концах, равной одному градусу. В международной системе единиц СИ коэффициент k измеряется в Дж/(с*м*К).

Данный коэффициент в твердых веществах зависит от температуры, поэтому его принято определять при температуре 300 K с целью сравнения способности проводить тепло различными материалами.

Коэффициент теплопроводности для металлов и неметаллических твердых материалов

Все металлы без исключения являются хорошими проводниками тепла, за перенос которого в них отвечает электронный газ. В свою очередь ионные и ковалентные материалы, а также материалы, имеющие волокнистую структуру, являются хорошими теплоизоляторами, то есть плохо проводят тепло. Для полноты раскрытия вопроса о том, что такое теплопроводность, следует заметить, что этот процесс требует обязательного наличия вещества, если он осуществляется за счет конвекции или проводимости, поэтому в вакууме тепло может передаваться только за счет электромагнитного излучения.

В списке ниже приведены значения коэффициентов теплопроводности для некоторых металлов и неметаллов в Дж/(с*м*К):

  • сталь – 47-58 в зависимости от марки стали;
  • алюминий – 209,3;
  • бронза – 116-186;
  • цинк – 106-140 в зависимости от чистоты;
  • медь – 372,1-385,2;
  • латунь – 81-116;
  • золото – 308,2;
  • серебро – 406,1-418,7;
  • каучук – 0,04-0,30;
  • стекловолокно – 0,03-0,07;
  • кирпич – 0,80;
  • дерево – 0,13;
  • стекло – 0,6-1,0.

Таким образом, теплопроводность металлов на 2-3 порядка превышает значения теплопроводности для изоляторов, которые являются ярким примером ответа на вопрос о том, что такое низкая теплопроводность.

Значение теплопроводности играет важную роль во многих индустриальных процессах. В одних процессах стремятся увеличить ее, используя хорошие теплопроводники и увеличивая площадь контакта, в других же стараются уменьшить теплопроводность, уменьшая площадь контакта и применяя теплоизолирующие материалы.

Конвекция в жидкостях и газах

Передача тепла в текучих средах осуществляется за счет процесса конвекции. Этот процесс предполагает перемещение молекул вещества между зонами с различной температурой, то есть при конвекции происходит перемешивание жидкости или газа. Когда текучая материя отдает тепло, ее молекулы теряют часть кинетической энергии, и материя становится более плотной. Наоборот, когда текучая материя нагревается, ее молекулы увеличивают свою кинетическую энергию, их движение становится более интенсивным, соответственно, объем материи увеличивается, а плотность уменьшается. Именно поэтому холодные слои материи стремятся опуститься вниз под действием силы тяжести, а горячие слои пытаются подняться вверх. Этот процесс приводит к перемешиванию материи, способствуя передачи тепла между ее слоями.

Коэффициент теплопроводности некоторых жидкостей

Если отвечать на вопрос о том, что такое теплопроводность воды, то следует понимать, что она обусловлена конвекционным процессом. Коэффициент теплопроводности для нее равен 0,58 Дж/(с*м*К).

Для других жидкостей эта величина приведена в списке ниже:

  • этиловый спирт – 0,17;
  • ацетон – 0,16;
  • глицерол – 0,28.

То есть значения теплопроводности для жидкостей сравнимы с таковыми для твердых теплоизоляторов.

Конвекция в атмосфере

Важность атмосферной конвекции велика, поскольку благодаря ней существуют такие явления, как ветры, циклоны, образование облаков, дожди и другие. Все эти процессы подчиняются физическим законам термодинамики.

Среди процессов конвекции в атмосфере самым важным является круговорот воды. Здесь следует рассмотреть вопросы о том, что такое теплопроводность и теплоемкость воды. Под теплоемкостью воды понимается физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо передать 1 кг воды, чтобы ее температура увеличилась на один градус. Оно равно 4220 Дж.

Круговорот воды осуществляется следующим образом: солнце нагревает воды Мирового океана, и часть воды испаряется в атмосферу. За счет процесса конвекции водяной пар поднимается на большую высоту, охлаждается, образуются облака и тучи, которые приводят к возникновению осадков в виде града или дождя.

Что такое теплопроводность и теплопередача.

Теплопроводность это перенос энергии из более тёплого к менее нагретому участку. 8 класс

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com


Подписи к слайдам:

Что такое теплопередача и теплопроводность?

Теплопередача Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом Теплопроводность Излучение Теплопроводность Излучение

Процесс передачи теплоты от более нагретых тел менее нагретым называется теплопередачей.

Опусти холодную металлическую ложку в горячую воду. Через некоторое время ложка нагреется. При этом можно убедиться, что передача теплоты происходит не сразу всем частям ложки одновременно, а постепенно. Сначала нагревается та часть ложки, которая находится непосредственно в горячей воде, а затем постепенно и вся ложка. Процесс передачи теплоты от более нагретых участков тела менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело, называется теплопроводностью.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, ионов и т.п.). Приводит к выравниванию температуры тела. Не сопровождается переносом вещества! Этот вид передачи внутренней энергии характерен как для твердых веществ, так и для жидкостей, газов. Теплопроводность различных веществ разная. Существует зависимость теплопроводности от плотности вещества.

Попробуй опустить в горячую воду, налитую в небольшой сосуд, кусочек льда. Через некоторое время температура льда начнет повышаться и он растает, а температура окружающей воды понизится. Если опустить горячую ложку в холодную воду, то окажется, что температура ложки начнет понижаться, температура воды повышаться и через некоторое время температура воды и ложки станет одинаковой А теперь опусти в горячую воду деревянную палочку. Можно сразу заметить, что деревянная палочка нагревается значительно медленнее металлической ложки (рис. 134). Отсюда можно сделать вывод, что тела, сделанные из разных веществ, обладают разной теплопроводностью.

Теплопроводность различных веществ разная. Металлы обладают самой высокой теплопроводностью, причем у разных металлов теплопроводность отличается. Жидкости обладают меньшей теплопроводностью, чем твердые тела, а газы меньшей, чем жидкости. При нагревании верхнего конца закрытой пальцем пробирки с воздухом внутри можно не бояться обжечь палец, т.к. теплопроводность газов очень низкая.

Наблюдай и объясняй. Определи вид теплопередачи, с помощью которой передается теплота при нагревании металлического прута на костре

Вещества с низкой теплопроводностью используют в качестве теплоизоляторов. Теплоизоляторы – это вещества, плохо проводящие тепло. Воздух является хорошим теплоизолятором, поэтому оконные рамы делают с двойными стеклами, для того чтобы между ними был слой воздуха. Хорошими теплоизолирующими свойствами обладают дерево и различные пластмассы. Можно обратить внимание на то, что ручки чайников делают именно из этих материалов (рис. 136), для того чтобы не обжечь руки, когда чайник горячий.

Для создания теплой одежды широко используют вещества, плохо проводящие тепло, такие как войлок, мех, вата, перья и пух различных птиц. Такая одежда помогает сохранять тепло тела. Войлочные и ватные рукавицы используют при работе с горячими предметами, например для того, чтобы снимать с плиты горячие кастрюли. Все металлы, стекло, вода хорошо проводят тепло и являются плохими теплоизоляторами. Тряпкой, смоченной в воде, ни в коем случае нельзя снимать горячие предметы. Вода, содержащаяся в тряпке, мгновенно нагреется и обожжет руку. Знания о способности разных материалов по-разному передавать тепло помогут в походе. Например, чтобы не обжечься о горячую металлическую кружку, ее ручку можно обмотать изоляционной лентой, которая является хорошим теплоизолятором. Для того чтобы снять с костра горячий котелок, можно воспользоваться войлочными, ватными или брезентовыми рукавицами.

Над костром висит горячий котелок Рядом с костром лежат: войлочная рукавица, лист фольги и мокрая тряпка. Каким из этих предметов можно снять котелок с костра. Объясни свой ответ.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ 1. Оберните толстый гвоздь или металлический стержень полоской бумаги в один слой. Подержите над пламенем свечи до момента возгорания, засеките время. Почему бумага загорелась не сразу? 2. … на кухне, поднимая горячую посуду, чтобы не обжечься, можно использовать только сухую тряпку. Теплопроводность воздуха намного меньше, чем у воды! А ткань структура очень рыхлая, и все промежутки между волокнами заполнены у сухой тряпки воздухом, а у влажной – водой. Смотри, не обожгись!

ЗАДАЧИ ДЛЯ УМЕЮЩИХ ДУМАТЬ! Приготовьте три одинаковых кусочка льда, один из них заверните в фольгу, второй – в бумагу, третий – в вату и оставьте на блюдцах в комнате. Определите время полного таяния. Объясните разницу. Если зимой к замерзшему стеклу(покрытому инеем) трамвая или автобуса приложить на одинаковое время палец, а другим пальцем прижать монету, то площадь оттаивания под монетой окажется больше. Почему?

Куропатки, утки и другие птицы зимой не мерзнут потому, что температура лап у них может отличаться от температуры тела более чем на 30 градусов. Низкая температура лап сильно понижает теплоотдачу. Таковы защитные силы организма! ЕСЛИ… … положить на лежащие рядом на столе кусок пенопласта (или дерева) и зеркало ладони, то ощущения от этих предметов будут разными: пенопласт покажется теплее, а зеркало – холоднее. Почему? Ведь температура окружающего воздуха одинаковая! Стекло – хороший проводник тепла (обладает высокой теплопроводностью), и сразу начнет “отбирать” от руки тепло. Рука будет ощущать холод! Пенопласт хуже проводит тепло. Он тоже будет, нагреваясь, “отбирать” тепло у руки, но медленнее, поэтому и покажется теплее.

Основные способы теплообмена и их характеристика

Понятие о теплообмене и его вид

Тема: Основы теплотехники и теории теплопередач.

План:

1) Понятие о теплообмене и его виды;

2) Основные способы теплообмена и их характеристика;

3) Сложный теплообмен;

4) Общие сведения о теплообменных аппаратах;

5) Тепловая изоляция, её назначения и виды;

Для получения тепла, необходимого для работы тепловых аппаратов, используют органическое топливо (твердое, жидкое, газообразное), электроэнергию и теплоносители.

При сжигании химическая энергия органического топлива за счет окисления превращается в тепловую. Преобразование электрической энергии в тепловую в электронагревательных элементах электротепловых аппаратов.

Переход тепла от более нагретого тела к менее нагретому происходи самопроизвольно, без затрат механической энергии. Такой переход тепла назевается теплообменом. Существует два вида теплообмена: теплообмен соприкосновением и излучением. Теплообмен соприкосновением осуществляется за счёт непосредственного соприкосновения тел с различной температурой. Наиболее часто встречается теплообмен соприкосновением между твёрдыми телами и жидкостью (газом). При этом наблюдается передача тепла теплопроводностью и конвекцией.

Теплообмен излучением происходит при отсутствии контакта между телами.

Распространение тепла осуществляется тремя способами: теплопроводность, конвекция и излучением. В твёрдом теле распространение тепла осуществляется только теплопроводностью.

Практически один вид теплообмена сопровождается другим, при этом один из них имеет преобладающее значение. Например, в газовых плитах тепло от продуктов сгорания газа передаётся одновременно конвекцией и излучением.

Теплопроводность как физическое явление представляет собой перенос тепла беспорядочно движущимися микрочастицами, непосредственно соприкасающимися друг с другом. Перенос тепла осуществляется вследствие теплового движения и взаимодействия молекул и атомов. Из которых состоит данное тело. Сущность теплопроводности заключается в том, что молекулы и атомы более нагретой части тела, обладающей большей кинематической энергией, при соприкосновении с молекулами менее нагретой части тела передают последним часть своей энергии.

Процесс может проходить при условии, что в различных частях тела температура не одинакова, и наблюдается в любых телах – твёрдых, жидких и газообразных, только в чистом виде этот процесс возможен только в твёрдых телах. Наибольшей теплопроводностью обладают металлы. Например, передача тепла теплопроводностью происходит через стенку пищеварочного котла. Через толщу чугунного настила плиты.

Рассмотрим передачу тепла через плоскую стенку. Количество тепла, переходящие от одной поверхности стенки к другой, прямо пропорционально площади поверхности стенки, разности температур и времени, обратно пропорционально толщине стенки и зависит от свойства материала. Из которого изготовлена стенка.

Коэффициент теплопроводности для различных веществ различен и зависит от структуры, плотности, влажности и температуры. Пористые материалы имеют низкий коэффициент теплопроводности, так как поры заполнены воздухом, который в неподвижном состоянии плохо проводит тепло. При увлажнении пористых материалов теплопроводность их увеличивается в связи с тем, что вода проводит тепло лучше, чем воздух.

Материалы с низким коэффициентом теплопроводности называют теплоизоляционными и используют в качестве теплоизоляции. Для изготовления поверхности нагрева тепловых аппаратов применяют металлы и их сплавы, обладающие высоким коэффициентом теплопроводности.

Теплообмен между двумя средами происходит через разделяющую их твердую стенку или через поверхность раздела между ними.

Теплота способна переходить только от тела с более высокой температурой к телу менее нагретому.

Теплообмен всегда протекает так, что убыль внутренней энергии одних тел всегда сопровождается таким же приращением внутренней энергии других тел, участвующих в теплообмене.

Теплопроводность


Теплопроводность – это вид теплопередачи, при котором происходит непосредственная пе¬редача энергии от частиц (молекул, атомов) более нагретой части тела к частицам его менее нагретой части.

Теплопроводность не сопровождается переносом вещества! Следует помнить, что при теплопроводности само вещество не перемещается вдоль тела, пере¬носится лишь энергия.

Теплопроводность различных веществ разная.

Можно провести следующий опыт – взят стакан с горячей водой и положить туда ложки из различных матераиалов (алюминиевую, мельхиоровую, стальную, деревянную и пластмассовую) Через 3 минуты посмотреть, одинаково ли нагрелись ложки?? Проанализируйте результат

Из таблицы видно, что металлы обладают самой высокой теплопроводностью, причем у разных металлов теплопроводность отличается.

Жидкости обладают меньшей теплопроводностью, чем твердые тела, а газы меньшей, чем жидкости.

Рассмотрим опыт с теплопроводностью жидкостей. Если в бочку с водой опустить на дно лед, а верхний слой воды нагревать кипятильником. То вода у поверхности скоро закипит, а лед внизу не растает. Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых телах.

Плохой теплопроводностью обладают также воло¬сы, перья, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство). Объясняется это тем, что теплопроводность – это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Металлы – твердые тела – жидкости – газы

Ослабление теплопроводности

Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применя¬ют вещества с малой теплопроводностью. Так, ручки у кранов на батарее делают из пластмассы, также из аналогичного сплава делают ручки для кастрюль. Дома строят из бревен или пористого кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а зна¬чит, предохраняют помещения от охлаждения.

В настоящее время во многих регионах здания начали строить на сваях. В этом случае тепло передается только теплопроводностью от фундамента свае и далее от сваи грунту Сваи делают из прочного твердого материала, а внутри они заполнены керосином. Летом свая проводит тепло сверху вниз плохо, т.к. жидкость обладает низкой теплопроводностью. Зимой свая за счет конвекции жидкости внутри неё, наоборот, будет способствовать дополнительному охлаждению грунта.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, ионов и т.п.). Приводит к выравниванию температуры тела. Не сопровождается переносом вещества! Этот вид передачи внутренней энергии характерен как для твердых веществ, так и для жидкостей, газов. Теплопроводность различных веществ разная. Существует зависимость теплопроводности от плотности вещества.


Попробуем опустить в горячую воду, налитую в небольшой сосуд, кусочек льда. Через некоторое время температура льда начнет повышаться и он растает, а температура окружающей воды понизится. Если опустить горячую ложку в холодную воду, то окажется, что температура ложки начнет понижаться, температура воды повышаться и через некоторое время температура воды и ложки станет одинаковой А теперь опустим в горячую воду деревянную палочку. Можно сразу заметить, что деревянная палочка нагревается значительно медленнее металлической ложки.Отсюда можно сделать вывод, что тела, сделанные из разных веществ, обладают разной теплопроводностью.

Теплопроводность различных веществ разная. Металлы обладают самой высокой теплопроводностью, причем у разных металлов теплопроводность отличается. Жидкости обладают меньшей теплопроводностью, чем твердые тела, а газы меньшей, чем жидкости. При нагревании верхнего конца закрытой пальцем пробирки с воздухом внутри можно не бояться обжечь палец, т.к. теплопроводность газов очень низкая.

Вещества с низкой теплопроводностью используют в качестве теплоизоляторов. Теплоизоляторы это вещества, плохо проводящие тепло. Воздух является хорошим теплоизолятором, поэтому оконные рамы делают с двойными стеклами, для того чтобы между ними был слой воздуха. Хорошими теплоизолирующими свойствами обладают дерево и различные пластмассы. Можно обратить внимание на то, что ручки чайников делают именно из этих материалов, для того чтобы не обжечь руки, когда чайник горячий.

Для создания теплой одежды широко используют вещества, плохо проводящие тепло, такие как войлок, мех, вата, перья и пух различных птиц. Такая одежда помогает сохранять тепло тела. Войлочные и ватные рукавицы используют при работе с горячими предметами, например для того, чтобы снимать с плиты горячие кастрюли. Все металлы, стекло, вода хорошо проводят тепло и являются плохими теплоизоляторами. Тряпкой, смоченной в воде, ни в коем случае нельзя снимать горячие предметы. Вода, содержащаяся в тряпке, мгновенно нагреется и обожжет руку. Знания о способности разных материалов по- разному передавать тепло помогут в походе. Например, чтобы не обжечься о горячую металлическую кружку, ее ручку можно обмотать изоляционной лентой, которая является хорошим теплоизолятором. Для того чтобы снять с костра горячий котелок, можно воспользоваться войлочными, ватными или брезентовыми рукавицами.

На кухне, поднимая горячую посуду, чтобы не обжечься, можно использовать только сухую тряпку. Теплопроводность воздуха намного меньше, чем у воды! А ткань структура очень рыхлая, и все промежутки между волокнами заполнены у сухой тряпки воздухом, а у влажной – водой

Куропатки, утки и другие птицы зимой не мерзнут потому, что температура лап у них может отличаться от температуры тела более чем на 30 градусов. Низкая температура лап сильно понижает теплоотдачу. Таковы защитные силы организма! ЕСЛИ положить на лежащие рядом на столе кусок пенопласта (или дерева) и зеркало ладони, то ощущения от этих предметов будут разными: пенопласт покажется теплее, а зеркало – холоднее. Почему? Ведь температура окружающего воздуха одинаковая! Стекло – хороший проводник тепла (обладает высокой теплопроводностью), и сразу начнет “отбирать” от руки тепло. Рука будет ощущать холод! Пенопласт хуже проводит тепло. Он тоже будет, нагреваясь, “отбирать” тепло у руки, но медленнее, поэтому и покажется теплее.

какой материал самый энергоэффективный. Коэффициент теплопроводности материалов

Содержание   

1 Коэффициент теплопроводности Лямбда. Что это такое?

Коэффициент λ (лямбда) — это, пожалуй, наиболее важный параметр всех теплоизоляционных материалов. Его значение указывает на то, сколько тепла материал может пропускать через себя. То есть его показатель теплопроводности.

Чем ниже значение коэффициента λ (лямбда), тем меньше проводимость материала и, следовательно, он лучше изолирован от тепловых потерь. Это означает, что при одинаковых условиях больше тепла будет проходить через вещество с большей теплопроводностью.

Как же высчитывается этот коэффициент? Согласно второму закону термодинамики, тепло всегда уходит в область более низкой температуры. Для тела в форме теплопроводного кубоида в стационарных условиях количество передаваемого тепла зависит от вещества, пропорционально поперечному сечению тела, разности температур и времени теплопередачи.

Таким образом формула расчет будет выглядеть так:

Q = λ (S ΔTt / d)

отсюда лямбда:

λ = (Q / t) · (d / S ΔT)

где:

  • λ (лямбда) — коэффициент теплопроводности;
  • ΔQ — количество тепла, протекающего через тело;
  • t — время;
  • L — длина тела;
  • S — площадь поперечного сечения корпуса;
  • ΔT — разность температур в направлении теплопроводности;
  • d — толщина перегородки.

За единицу измерения теплопроводности принимается система СИ — [Вт / (м · К)]. Она выражает количество теплового потока через единицу поверхности материала заданной толщины, если разница температур между двумя его сторонами составляет 1 Кельвин. Измеряют все эти показатели в специальных строительных лабораториях.

к меню ↑

2 Зачем нужна теплоизоляция?

Актуальность теплоизоляции заключается в следующем:

  • Сохранение тепла в зимний период и прохлады в летний период.

Потери тепла сквозь стены обычного многоэтажного жилого дома составляют 30-40%. Для снижения теплопотерь нужны специальные теплоизоляционные материалы. Применение в зимний период электрических обогревателей способствует дополнительному расходу на электроэнергию. Эти расходы выгодней компенсировать использованием качественного теплоизоляционного материала, обеспечивающего сохранение тепла в зимний период и прохладу в летнюю жару. При этом затраты на охлаждение помещения кондиционером также будут сведены к минимуму.

  • Увеличение долговечности конструкций здания.

В случае промышленных зданий с использованием металлического каркаса, утеплитель позволяет защитить поверхность металла от коррозии, являющейся самым пагубным дефектом для данного вида конструкций. А срок службы для здания из кирпича определяется количеством циклов замораживания/оттаивания. Воздействие этих циклов воспринимает утеплитель, ведь точка росы при этом находится в теплоизоляционном материале, а не материале стены.
Такое утепление позволяет увеличить срок службы здания во много раз.

  • Шумоизоляция.

Защита от возрастающего уровня шума достигается при использовании таких шумопоглощающих материалов (толстые матрасы, звукоотражающие стеновые панели).

  • Увеличение полезной площади зданий.

Использование системы теплоизоляции позволяет уменьшить толщину наружных стен, при этом увеличивая внутреннюю площадь здания.

к меню ↑

3 Как правильно выбрать утеплитель?

При выборе утеплителя нужно обращать внимание на: ценовую доступность, сферу применения, мнение экспертов и технические характеристики, являющиеся самым важным критерием

к меню ↑

4 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

к меню ↑

5 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.

к меню ↑

6 Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов

Чтобы в доме было проще сохранять тепло зимой и прохладу летом, теплопроводность стен, пола и кровли должна быть не менее определенной цифры, которая рассчитывается для каждого региона. Состав «пирога» стен, пола и потолка, толщина материалов берутся с таким учетом чтобы суммарная цифра была не меньше  (а лучше — хоть немного больше) рекомендованной для вашего региона.

Коэффициент теплопередачи материалов современных строительных материалов для ограждающих конструкций

При выборе материалов надо учесть, что некоторые из них (не все) в условиях повышенной влажности проводят тепло гораздо лучше. Если при эксплуатации возможно возникновение такой ситуации на продолжительный срок, в расчетах используют теплопроводность для этого состояния. Коэффициенты теплопроводности основных материалов, которые используются для утепления, приведены в таблице.

Наименование материалаКоэффициент теплопроводности Вт/(м·°C)
В сухом состоянии При нормальной влажности При повышенной влажности
Войлок шерстяной 0,036-0,041 0,038-0,044 0,044-0,050
Каменная минеральная вата 25-50 кг/м3 0,036 0,042 0,,045
Каменная минеральная вата 40-60 кг/м3 0,035 0,041 0,044
Каменная минеральная вата 80-125 кг/м3 0,036 0,042 0,045
Каменная минеральная вата 140-175 кг/м3 0,037 0,043 0,0456
Каменная минеральная вата 180 кг/м3 0,038 0,045 0,048
Стекловата 15 кг/м3 0,046 0,049 0,055
Стекловата 17 кг/м3 0,044 0,047 0,053
Стекловата 20 кг/м3 0,04 0,043 0,048
Стекловата 30 кг/м3 0,04 0,042 0,046
Стекловата 35 кг/м3 0,039 0,041 0,046
Стекловата 45 кг/м3 0,039 0,041 0,045
Стекловата 60 кг/м3 0,038 0,040 0,045
Стекловата 75 кг/м3 0,04 0,042 0,047
Стекловата 85 кг/м3 0,044 0,046 0,050
Пенополистирол (пенопласт, ППС) 0,036-0,041 0,038-0,044 0,044-0,050
Экструдированный пенополистирол (ЭППС, XPS) 0,029 0,030 0,031
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 600 кг/м3 0,14 0,22 0,26
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 400 кг/м3 0,11 0,14 0,15
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 600 кг/м3 0,15 0,28 0,34
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 400 кг/м3 0,13 0,22 0,28
Пеностекло, крошка, 100 — 150 кг/м3 0,043-0,06
Пеностекло, крошка, 151 — 200 кг/м3 0,06-0,063
Пеностекло, крошка, 201 — 250 кг/м3 0,066-0,073
Пеностекло, крошка, 251 — 400 кг/м3 0,085-0,1
Пеноблок 100 — 120 кг/м3 0,043-0,045
Пеноблок 121- 170 кг/м3 0,05-0,062
Пеноблок 171 — 220 кг/м3 0,057-0,063
Пеноблок 221 — 270 кг/м3 0,073
Эковата 0,037-0,042
Пенополиуретан (ППУ) 40 кг/м3 0,029 0,031 0,05
Пенополиуретан (ППУ) 60 кг/м3 0,035 0,036 0,041
Пенополиуретан (ППУ) 80 кг/м3 0,041 0,042 0,04
Пенополиэтилен сшитый 0,031-0,038
Вакуум 0
Воздух +27°C. 1 атм 0,026
Ксенон 0,0057
Аргон 0,0177
Аэрогель (Aspen aerogels) 0,014-0,021
Шлаковата 0,05
Вермикулит 0,064-0,074
Вспененный каучук 0,033
Пробка листы 220 кг/м3 0,035
Пробка листы 260 кг/м3 0,05
Базальтовые маты, холсты 0,03-0,04
Пакля 0,05
Перлит, 200 кг/м3 0,05
Перлит вспученный, 100 кг/м3 0,06
Плиты льняные изоляционные, 250 кг/м3 0,054
Полистиролбетон, 150-500 кг/м3 0,052-0,145
Пробка гранулированная, 45 кг/м3 0,038
Пробка минеральная на битумной основе, 270-350 кг/м3 0,076-0,096
Пробковое покрытие для пола, 540 кг/м3 0,078
Пробка техническая, 50 кг/м3 0,037

Часть информации взята нормативов, которые прописывают характеристики определенных материалов (СНиП 23-02-2003, СП 50.13330.2012, СНиП II-3-79* (приложение 2)). Те материал, которые не прописаны в стандартах, найдены на сайтах производителей. Так как стандартов нет, у разных производителей они могут значительно отличаться, потому при покупке обращайте внимание на характеристики каждого покупаемого материала.

к меню ↑

7 Таблица теплопроводности строительных материалов

Стены, перекрытия, пол, делать можно из разных материалов, но так повелось, что теплопроводность строительных материалов обычно сравнивают с кирпичной кладкой. Этот материал знаю все, с ним проще проводить ассоциации. Наиболее популярны диаграммы, на которых наглядно продемонстрирована разница между различными материалами. Одна такая картинка есть в предыдущем пункте, вторая — сравнение кирпичной стены и стены из бревен — приведена ниже. Именно потому для стен из кирпича и другого материала с высокой теплопроводностью выбирают теплоизоляционные материалы. Чтобы было проще подбирать, теплопроводность основных строительных материалов сведена в таблицу.

Сравнивают самые разные материалы

Название материала, плотность Коэффициент теплопроводности
в сухом состоянии при нормальной влажности при повышенной влажности
ЦПР (цементно-песчаный раствор) 0,58 0,76 0,93
Известково-песчаный раствор 0,47 0,7 0,81
Гипсовая штукатурка 0,25
Пенобетон, газобетон на цементе, 600 кг/м3 0,14 0,22 0,26
Пенобетон, газобетон на цементе, 800 кг/м3 0,21 0,33 0,37
Пенобетон, газобетон на цементе, 1000 кг/м3 0,29 0,38 0,43
Пенобетон, газобетон на извести, 600 кг/м3 0,15 0,28 0,34
Пенобетон, газобетон на извести, 800 кг/м3 0,23 0,39 0,45
Пенобетон, газобетон на извести, 1000 кг/м3 0,31 0,48 0,55
Оконное стекло 0,76
Арболит 0,07-0,17
Бетон с природным щебнем, 2400 кг/м3 1,51
Легкий бетон с природной пемзой, 500-1200 кг/м3 0,15-0,44
Бетон на гранулированных шлаках, 1200—1800 кг/м3 0,35-0,58
Бетон на котельном шлаке, 1400 кг/м3 0,56
Бетон на каменном щебне, 2200—2500 кг/м3 0,9-1,5
Бетон на топливном шлаке, 1000—1800 кг/м3 0,3-0,7
Керамическийй блок поризованный 0,2
Вермикулитобетон, 300-800 кг/м3 0,08-0,21
Керамзитобетон, 500 кг/м3 0,14
Керамзитобетон, 600 кг/м3 0,16
Керамзитобетон, 800 кг/м3 0,21
Керамзитобетон, 1000 кг/м3 0,27
Керамзитобетон, 1200 кг/м3 0,36
Керамзитобетон, 1400 кг/м3 0,47
Керамзитобетон, 1600 кг/м3 0,58
Керамзитобетон, 1800 кг/м3 0,66
ладка из керамического полнотелого кирпича на ЦПР 0,56 0,7 0,81
Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1000 кг/м3) 0,35 0,47 0,52
Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1300 кг/м3) 0,41 0,52 0,58
Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1400 кг/м3) 0,47 0,58 0,64
Кладка из полнотелого силикатного кирпича на ЦПР, 1000 кг/м3) 0,7 0,76 0,87
Кладка из пустотелого силикатного кирпича на ЦПР, 11 пустот 0,64 0,7 0,81
Кладка из пустотелого силикатного кирпича на ЦПР, 14 пустот 0,52 0,64 0,76
Известняк 1400 кг/м3 0,49 0,56 0,58
Известняк 1+600 кг/м3 0,58 0,73 0,81
Известняк 1800 кг/м3 0,7 0,93 1,05
Известняк 2000 кг/м3 0,93 1,16 1,28
Песок строительный, 1600 кг/м3 0,35
Гранит 3,49
Мрамор 2,91
Керамзит, гравий, 250 кг/м3 0,1 0,11 0,12
Керамзит, гравий, 300 кг/м3 0,108 0,12 0,13
Керамзит, гравий, 350 кг/м3 0,115-0,12 0,125 0,14
Керамзит, гравий, 400 кг/м3 0,12 0,13 0,145
Керамзит, гравий, 450 кг/м3 0,13 0,14 0,155
Керамзит, гравий, 500 кг/м3 0,14 0,15 0,165
Керамзит, гравий, 600 кг/м3 0,14 0,17 0,19
Керамзит, гравий, 800 кг/м3 0,18
Гипсовые плиты, 1100 кг/м3 0,35 0,50 0,56
Гипсовые плиты, 1350 кг/м3 0,23 0,35 0,41
Глина, 1600—2900 кг/м3 0,7-0,9
Глина огнеупорная, 1800 кг/м3 1,4
Керамзит, 200-800 кг/м3 0,1-0,18
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией, 800-1200 кг/м3 0,23-0,41
Керамзитобетон, 500-1800 кг/м3 0,16-0,66
Керамзитобетон на перлитовом песке, 800-1000 кг/м3 0,22-0,28
Кирпич клинкерный, 1800 — 2000 кг/м3 0,8-0,16
Кирпич облицовочный керамический, 1800 кг/м3 0,93
Бутовая кладка средней плотности, 2000 кг/м3 1,35
Листы гипсокартона, 800 кг/м3 0,15 0,19 0,21
Листы гипсокартона, 1050 кг/м3 0,15 0,34 0,36
Фанера клеенная 0,12 0,15 0,18
ДВП, ДСП, 200 кг/м3 0,06 0,07 0,08
ДВП, ДСП, 400 кг/м3 0,08 0,11 0,13
ДВП, ДСП, 600 кг/м3 0,11 0,13 0,16
ДВП, ДСП, 800 кг/м3 0,13 0,19 0,23
ДВП, ДСП, 1000 кг/м3 0,15 0,23 0,29
Линолеум ПВХ на теплоизолирующей основе, 1600 кг/м3 0,33
Линолеум ПВХ на теплоизолирующей основе, 1800 кг/м3 0,38
Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1400 кг/м3 0,2 0,29 0,29
Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1600 кг/м3 0,29 0,35 0,35
Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1800 кг/м3 0,35
Листы асбоцементные плоские, 1600—1800 кг/м3 0,23-0,35
Ковровое покрытие, 630 кг/м3 0,2
Поликарбонат (листы), 1200 кг/м3 0,16
Полистиролбетон, 200-500 кг/м3 0,075-0,085
Ракушечник, 1000—1800 кг/м3 0,27-0,63
Стеклопластик, 1800 кг/м3 0,23
Черепица бетонная, 2100 кг/м3 1,1
Черепица керамическая, 1900 кг/м3 0,85
Черепица ПВХ, 2000 кг/м3 0,85
Известковая штукатурка, 1600 кг/м3 0,7
Штукатурка цементно-песчаная, 1800 кг/м3 1,2

Древесина — один из строительных материалов с относительно невысокой теплопроводностью. В таблице даны ориентировочные данные по разным породам. При покупке обязательно смотрите плотность и коэффициент теплопроводности. Далеко не у всех они такие, как прописаны в нормативных документах.

НаименованиеКоэффициент теплопроводности
В сухом состоянии При нормальной влажности При повышенной влажности
Сосна, ель поперек волокон 0,09 0,14 0,18
Сосна, ель вдоль волокон 0,18 0,29 0,35
Дуб вдоль волокон 0,23 0,35 0,41
Дуб поперек волокон 0,10 0,18 0,23
Пробковое дерево 0,035
Береза 0,15
Кедр 0,095
Каучук натуральный 0,18
Клен 0,19
Липа (15% влажности) 0,15
Лиственница 0,13
Опилки 0,07-0,093
Пакля 0,05
Паркет дубовый 0,42
Паркет штучный 0,23
Паркет щитовой 0,17
Пихта 0,1-0,26
Тополь 0,17

Металлы очень хорошо проводят тепло. Именно они часто являются мостиком холода в конструкции. И это тоже надо учитывать, исключать прямой контакт используя теплоизолирующие прослойки и прокладки, которые называются термическим разрывом. Теплопроводность металлов сведена в другую таблицу.

НазваниеКоэффициент теплопроводности НазваниеКоэффициент теплопроводности
Бронза 22-105 Алюминий 202-236
Медь 282-390 Латунь 97-111
Серебро 429 Железо 92
Олово 67 Сталь 47
Золото 318

к меню ↑

8 Понятие теплопроводности

Теплопроводность – это такое физическое свойство материала, при которой тепловая энергия внутри тела переходит от самой горячей его части к более холодной. Значение показателя теплопроводности показывает степень потери тепла жилыми помещениями. Зависит от следующих факторов:

  • плотности предмета: возрастает с её увеличением;
  • структуры: к примеру, дерево с поперечными волокнами отличается большим термическим сопротивлением, чем с продольными;
  • пористости: чем выше значение, тем меньше средняя плотность;
  • характера пустот и пор: материалы с сообщающимися порами имеют большую теплопроводность, с закрытыми мелкозернистыми порами – меньшую;
  • влажности: сухие предметы менее теплопроводны;
  • температуры – теплообмен уменьшается с её увеличением;
  • давления – показатель увеличивается с ростом давления.

Количественно оценить свойство предметов пропускать тепловую энергию можно посредством коэффициента теплопроводности

Очень важно сделать грамотный выбор строительных материалов, утеплителя для достижения наибольшего сопротивления теплопередачи. Просчёты или неразумная экономия в будущем могут привести к ухудшению микроклимата в помещении, сырости в здании, мокрым стенам, душным комнатам

А главное – к большим расходам на отопление.

Для сравнения ниже представлена и веществ.

Таблица 1

Материалы и вещества алюминий сталь сталь нержавеющая бетон воздух вода ДСП рубероид картон резина полиэтилен стекло
Коэффициент теплопроводности 221 58 17,5 1,5 0,02 0,6 0,15 0,17 0,18 0,04 0,3 0,7

Самые высокие значения имеют металлы, низкие – теплоизоляционные предметы.

к меню ↑

9 Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание Каким будет коэффициент теплопроводности воздуха, если его давление равно , температура ? Диаметр молекулы считать равным . Постройте график зависимости коэффициента теплопроводности от температуры газа.
Решение За основу решения задачи примем формулу расчета теплопроводности газа:

Средняя длина свободного пробега молекулы может быть найдена при и известных макропараметрах, характеризующих газ (p, V, T) как:

Среднюю скорость теплового движения молекул примем равной:

Плотность газа найдем, используя уравнение Менделеева — Клайперона:

зная, что

Используя формулы (1.4) и (1.5), получим:

Теплоемкость газа () при постоянном объеме равна:

где число степеней свободы молекулы воздуха будем считать равным 5. Используя выражения (1.2), (1.3), (1.6) и (1.7) подставляя в формулу (1.1) получаем:

Мы получили функцию зависимости коэффициента теплопроводности для газа вида:

Изобразим ее на графике (рис.1).

Рис. 1

Ответ

ПРИМЕР 2

Задание Каким будет коэффициент диффузии двухатомного газа (D), если известны для него: коэффициент теплопроводности (), его объем V, N — количество молекул данного газа?
Решение Используем выражение коэффициента теплопроводности из кинетической теории:

Коэффициент диффузии имеет выражение:

Из формул (2.1) и (2.2) видно, что:

Теплоемкость газа в изохорном процессе равна

Найдем плотность газа, зная, что

Учитывая формулы (2.4) и (2.5) окончательно получаем для коэффициента диффузии:

где — постоянная Больцмана ().

Ответ

к меню ↑

10 Основные характеристики утеплителей

Предоставим для начала характеристики наиболее популярных теплоизоляционных материалов, на которые в первую очередь стоит обратить свое внимание при выборе. Сравнение утеплителей по теплопроводности следует производить только на основе назначения материалов и условий в помещении (влажность, наличие открытого огня и т.д.). Мы расположили далее в порядке значимости основные характеристики утеплителей

Мы расположили далее в порядке значимости основные характеристики утеплителей.

Сравнение строительных материалов

Теплопроводность. Чем ниже данный показатель, тем меньше требуется слой теплоизоляции, а значит, сократятся и расходы на утепление.

Влагопроницаемость. Меньшая проницаемость материала парами влаги снижает при эксплуатации негативное воздействие на утеплитель.

Пожаробезопасность. Теплоизоляция не должна гореть и выделять ядовитые газы, особенно при утеплении котельной или печной трубы.

Долговечность. Чем больше срок эксплуатации, тем дешевле он вам обойдется при эксплуатации, так как не потребует частой замены.

Экологичность. Материал должен быть безопасным для человека и окружающей природы.

к меню ↑

11 Необходимость расчетов

Для чего же необходимо проводить эти вычисления, есть ли от них хоть какая-то польза на практике? Разберемся подробнее

к меню ↑

11.1 Оценка эффективности термоизоляции

В разных климатических регионах России разный температурный режим, поэтому для каждого из них рассчитаны свои нормативные показатели сопротивления теплопередаче. Проводятся эти расчеты для всех элементов строения, контактирующих с внешней средой. Если сопротивление конструкции находится в пределах нормы, то за утепление можно не беспокоиться.

В случае, если термоизоляция конструкции не предусмотрена, то нужно сделать правильный выбор утеплительного материала с подходящими теплотехническими характеристиками.

к меню ↑

11.2 Тепловые потери

Тепловые потери дома

Не менее важная задача – прогнозирование тепловых потерь, без которого невозможно правильно спланировать систему отопления и создать идеальную термоизоляцию. Такие вычисления могут понадобиться при выборе оптимальной модели котла, количества необходимых радиаторов и правильной их расстановки.

Для определения тепловых потерь через любую конструкцию нужно знать сопротивление, которое вычисляется с помощью разницы температур и количества теряемого тепла, уходящего с одного квадратного метра ограждающей конструкции. И так, если мы знаем площадь конструкции и ее термическое сопротивление, а также знаем для каких климатических условий производится расчет, то можем точно определить тепловые потери. Есть хороший калькулятор расчета теплопотерь дома ( он может даже посчитать сколько будет уходить денег на отопление, примерно конечно).

Такие расчеты в здании проводятся для всех ограждающих конструкций, взаимодействующих с холодными потоками воздуха, а затем суммируются для определения общей потери тепла. На основании полученной величины проектируется система отопления, которая должна полностью компенсировать эти потери. Если же потери тепла получаются слишком большими, они влекут за собой дополнительные финансовые затраты, а это не всем «по карману». При таком раскладе нужно задуматься об улучшении системы термоизоляции.

Отдельно нужно поговорить про окна, для них сопротивление теплопередаче определяются нормативными документами. Самостоятельно проводить расчеты не нужно. Существуют уже готовые таблицы, в которых внесены значения сопротивления для всех типов конструкций окон и балконных дверей.
Тепловые потери окон рассчитываются исходя из площади, а также разницы температур по разные стороны конструкции.

Расчеты, приведенные выше, подходят для новичков, которые делают первые шаги в проектировании энергоэффективных домов. Если же за дело берется профессионал, то его расчеты более сложные, так как дополнительно учитывается множество поправочных коэффициентов – на инсоляцию, светопоглощение, отражение солнечного света, неоднородность конструкций и другие

к меню ↑

12 Что такое КТП строительного материала?

Теоретически, да и практически тоже, строительными материалами, как правило, создаются две поверхности – наружная и внутренняя. С точки зрения физики, теплая область всегда стремится к холодной области.

Применительно к стройматериалу, тепло будет стремиться от одной поверхности (более теплой) к другой поверхности (менее теплой). Вот, собственно, способность материала относительно такого перехода и называется – коэффициентом теплопроводности или в аббревиатуре – КТП.
Схема, поясняющая эффект теплопроводности: 1 – тепловая энергия; 2 – коэффициент теплопроводности; 3 – температура первой поверхности; 4 – температура второй поверхности; 5 – толщина стройматериала

Характеристика КТП обычно строится на основе испытаний, когда берётся экспериментальный экземпляр размерами 100×100 см и к нему применяется тепловое воздействие с учётом разницы температур двух поверхностей в 1 градус. Время воздействия 1 час.

Соответственно, измеряется теплопроводность в Ваттах на метр на градус (Вт/м°C). Коэффициент обозначается греческим символом λ.

По умолчанию, теплопроводность различных материалов для строительства со значением меньше 0,175 Вт/м°C, приравнивает эти материалы к разряду изоляционных.

Современным производством освоены технологии изготовления стройматериалов, уровень КТП которых составляет меньше 0,05 Вт/м°C. Благодаря таким изделиям, удается достичь выраженного экономического эффекта в плане потребления энергетических ресурсов.

к меню ↑

12.1 Влияние факторов на уровень теплопроводности

Каждый отдельно взятый стройматериал имеет определенное строение и обладает своеобразным физическим состоянием.

Основой этого являются:

  • размерность кристаллов структуры;
  • фазовое состояние вещества;
  • степень кристаллизации;
  • анизотропия теплопроводности кристаллов;
  • объем пористости и структуры;
  • направление теплового потока.

Все это – факторы влияния. Определенное влияние на уровень КТП также оказывает химический состав и примеси. Количество примесей, как показала практика, оказывает особенно выразительное влияние на уровень теплопроводности кристаллических компонентов.
Изоляционные стройматериалы – класс продуктов под строительство, созданных с учётом свойств КТП, приближенных к оптимальным свойствам. Однако достичь идеальной теплопроводности при сохранении других качеств, крайне сложно

В свою очередь влияние на КТП оказывают условия эксплуатации стройматериала – температура, давление, уровень влажности и др.

к меню ↑

12.2 Стройматериалы с минимальным КТП

Согласно исследованиям, минимальным значением теплопроводности (около 0,023 Вт/м°C) обладает сухой воздух.

С точки зрения применения сухого воздуха в структуре строительного материала, необходима конструкция, где сухой воздух пребывает внутри замкнутых многочисленных пространств небольшого объёма. Конструктивно такая конфигурация представлена в образе многочисленных пор внутри структуры.

Отсюда логичный вывод: малым уровнем КТП должен обладать стройматериал, внутренняя структура которого представляет собой пористое образование.

Причём, в зависимости от максимально допустимой пористости материала, значение теплопроводности приближается к значению КТП сухого воздуха.
Созданию строительного материала с минимальной теплопроводностью способствует пористая структура. Чем больше содержится пор разного объема в структуре материала, тем лучший КТП допустимо получить

В современном производстве применяются несколько технологий для получения пористости строительного материала.

В частности, используются технологии:

  • пенообразования;
  • газообразования;
  • водозатворения;
  • вспучивания;
  • внедрения добавок;
  • создания волоконных каркасов.

Следует отметить: коэффициент теплопроводности напрямую связан с такими свойствами, как плотность, теплоемкость, температурная проводимость.

Значение теплопроводности может быть рассчитано по формуле:

λ = Q / S *(T1-T2)*t,

Где:

  • Q – количество тепла;
  • S – толщина материала;
  • T1, T2 – температура с двух сторон материала;
  • t – время.

Средняя величина плотности и теплопроводности обратно пропорциональна величине пористости. Поэтому, исходя из плотности структуры стройматериала, зависимость от нее теплопроводности можно рассчитать так:

λ = 1,16 √ 0,0196+0,22d2 – 0,16,

Где: d – значение плотности. Это формула В.П. Некрасова, демонстрирующая влияние плотности конкретного материала на значение его КТП.

к меню ↑

12.3 Влияние влаги на теплопроводность стройматериала

Опять же судя по примерам использования стройматериалов на практике, выясняется негативное влияние влаги на КТП стройматериала. Замечено – чем большему увлажнению подвергается стройматериал, тем более высоким становится значение КТП.
Различными способами стремятся защитить от воздействия влаги материал, используемый в строительстве. Эта мера вполне оправдана, учитывая повышение коэффициента для мокрого стройматериала

Обосновать такой момент несложно. Воздействие влаги на структуру строительного материала сопровождается увлажнением воздуха в порах и частичным замещением воздушной среды.

Учитывая, что параметр коэффициента теплопроводности для воды составляет 0,58 Вт/м°C, становится понятным существенное повышение КТП материала.

Следует также отметить более негативный эффект, когда вода, попадающая в пористую структуру, дополнительно замораживается – превращается в лёд.

Соответственно, несложно просчитать ещё большее увеличение теплопроводности, принимая во внимание параметры КТП льда, равного значению 2,3 Вт/м°C. Прирост примерно в четыре раза к параметру теплопроводности воды.
Одной из причин отказа от зимнего строительства в пользу стройки летом следует считать именно фактор возможного подмораживания некоторых видов стройматериалов и как следствие – повышения теплопроводности

Отсюда становятся очевидными строительные требования относительно защиты изоляционных стройматериалов от попадания влаги. Ведь уровень теплопроводности растёт в прямой пропорциональности от количественной влажности.

Не менее значимым видится и другой момент – обратный, когда структура строительного материала подвергается существенному нагреву. Чрезмерно высокая температура также провоцирует рост теплопроводности.

Происходит такое по причине повышения кинематической энергии молекул, составляющих структурную основу стройматериала.

Правда, существует класс материалов, структура которых, напротив, приобретает лучшие свойства теплопроводности в режиме сильного нагрева. Одним из таких материалов является металл.
Если под сильным нагревом большая часть широко распространенных стройматериалов изменяет теплопроводность в сторону увеличения, сильный нагрев металла приводит к обратному эффекту – КТП металла понижается.

к меню ↑

12.4 Методы определения коэффициента

Используются разные методики в этом направлении, но по факту все технологии измерения объединены двумя группами методов:

  1. Режим стационарных измерений.
  2. Режим нестационарных измерений.

Стационарная методика подразумевает работу с параметрами, неизменными с течением времени или изменяющимися в незначительной степени. Эта технология, судя по практическим применениям, позволяет рассчитывать на более точные результаты КТП.

Действия, направленные на измерения теплопроводности, стационарный способ допускает проводить в широком температурном диапазоне – 20 – 700 °C. Но вместе с тем, стационарная технология считается трудоёмкой и сложной методикой, требующей большого количества времени на исполнение.
Пример аппарата, предназначенного под выполнение измерений коэффициента теплопроводности. Это одна из современных цифровых конструкций, обеспечивающая получение быстрого и точного результата

Другая технология измерений – нестационарная, видится более упрощенной, требующей для исполнения работ от 10 до 30 минут. Однако в этом случае существенно ограничен диапазон температур. Тем не менее, методика нашла широкое применение в условиях производственного сектора.

к меню ↑

13 Сравнение утеплителей по теплопроводности

Какие характеристики важны при выборе утеплителя? На что обратить внимание и спросить у продавца? Только ли теплопроводность имеет решающее значение при покупке утеплителя, или есть другие параметры, которые стоит учесть? И еще куча подобных вопросов приходит на ум застройщику, когда приходит время выбирать утеплитель. Обратим внимание в обзоре на наиболее популярные виды теплоизоляции.

к меню ↑

13.1 Пенопласт (пенополистирол)

Пенопласт – самый популярный сегодня утеплитель, благодаря легкости монтажа и низкой стоимости. Изготавливается он методом вспенивания полистирола, имеет низкую теплопроводность, легко режется и удобен при монтаже. Однако материал хрупкий и пожароопасен, при горении пенопласт выделяет вредные, токсичные вещества. Пенополистирол предпочтительно использовать в нежилых помещениях.

к меню ↑

13.2 Экструдированный пенополистирол

Экструзия не подвержена влаге и гниению, это очень прочный и удобный в монтаже утеплитель. Плиты Техноплекса имеют высокую прочность и сопротивление сжатию, не подвергаются разложению. Благодаря своим техническим характеристикам техноплекс используют для утепления отмостки и фундамента зданий. Экструдированный пенополистирол долговечен и прост в применении

к меню ↑

13.3 Базальтовая (минеральная) вата

Производится утеплитель из горных пород, путем их плавления и раздува для получения волокнистой структуры. Базальтовая вата Роклайт выдерживает высокие температуры, не горит и не слеживается со временем. Материал экологичен, имеет хорошую звукоизоляцию и теплоизоляцию. Производители рекомендуют использовать минеральную вату для утепления мансарды и других жилых помещений.

к меню ↑

13.4 Стекловолокно (стекловата)

При слове стекловата у многих появляется ассоциация с советским материалом, однако современные материалы на основе стекловолокна не вызывают раздражения на коже. Общим недостатком минеральной ваты и стекловолокна является низкая влагостойкость, что требует устройства надежной влаго- и пароизоляции при монтаже утеплителя. Материал не рекомендуется использовать во влажных помещениях.

к меню ↑

13.5 Вспененный полиэтилен

Этот рулонный утеплитель имеет пористую структуру, различную толщину часто производится с нанесением дополнительного слоя фольги для отражающего эффекта. Изолон и пенофол имеет толщину в 10 раз тоньше традиционных утеплителей, но сохраняет до 97% тепла. Материал не пропускает влагу, имеет низкую теплопроводность благодаря своей пористой структуре и не выделяет вредных веществ.

к меню ↑

13.6 Напыляемая теплоизоляция

К напыляемой теплоизоляции относится ППУ (пенополиуретан) и Экотермикс. К главным недостаткам данных утеплителей относится необходимость наличия специального оборудования, для их нанесения. При этом напыляемая теплоизоляция создает на конструкции прочное, сплошное покрытие без мостиков холода, при этом конструкция будет защищена от влаги, так как ППУ влагонепроницаемый материал.

к меню ↑

14 Теплотехнический расчет стен из различных материалов

Среди многообразия материалов для строительства несущих стен порой стоит тяжелый выбор.

Сравнивая между собой различные варианты, одним из немаловажных критериев на который нужно обратить внимание является «теплота» материала. Способность материала не выпускать тепло наружу повлияет на комфорт в помещениях дома и на затраты на отопление. Второе становится особенно актуальным при отсутствии подведенного к дому газа

Второе становится особенно актуальным при отсутствии подведенного к дому газа

Способность материала не выпускать тепло наружу повлияет на комфорт в помещениях дома и на затраты на отопление. Второе становится особенно актуальным при отсутствии подведенного к дому газа.

Теплозащитные свойства строительных конструкций характеризует такой параметр, как сопротивление теплопередаче (Ro, м²·°C/Вт).

По существующим нормам (СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий.

Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003), при строительстве в Самарской области, нормируемое значение сопротивления теплопередачи для наружных стен составляет Ro.норм = 3,19 м²·°C/Вт. Однако, при условии, что проектный удельный расход тепловой энергии на отопление здания ниже нормативного, допускается снижение величины сопротивления теплопередачи, но не менее допустимого значения Ro.тр =0,63·Ro.норм = 2,01 м²·°C/Вт.

В зависимости от используемого материала, для достижения нормативных значений, необходимо выбирать определенную толщину однослойной или конструкцию многослойной стены. Ниже представлены расчеты сопротивления теплопередаче наиболее популярных вариантов конструкций наружных стен.

к меню ↑

14.1 Расчет необходимой толщины однослойной стены

В таблице ниже определена толщина однослойной наружной стены дома, удовлетворяющая требованиям норм по теплозащите.

к меню ↑

14.2 Расчет сопротивления теплопередачи стены

Ниже представлены значения сопротивления теплопередаче наиболее популярных вариантов конструкций наружных стен из газобетона, керамзитобетона, керамических блоков, кирпича, с отделкой штукатуркой и облицовочным кирпичом, утеплением и без. По цветной полосе можно сравнить между собой эти варианты. Полоса зеленого цвета означает, что стена соответствует нормативным требованиям по теплозащите, желтого — стена соответствует допустимым требованиям, красного — стена не соответствует требованиям

к меню ↑

14.3 Стена из газобетонного блока

1 Газобетонный блок D600 (400 мм) 2,89 Вт/м·°C
2 Газобетонный блок D600 (300 мм) + утеплитель (100 мм) 4,59 Вт/м·°C
3 Газобетонный блок D600 (400 мм) + утеплитель (100 мм) 5,26 Вт/м·°C
4 Газобетонный блок D600 (300 мм) + вентилируемый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм) 2,20 Вт/м·°C
5 Газобетонный блок D600 (400 мм) + вентилируемый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм) 2,88 Вт/м·°C

к меню ↑

14.4 Стена из керамзитобетонного блока

1 Керамзитобетонный блок (400 мм) + утеплитель (100 мм) 3,24 Вт/м·°C
2 Керамзитобетонный блок (400 мм) + замкнутый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм) 1,38 Вт/м·°C
3 Керамзитобетонный блок (400 мм) + утеплитель (100 мм) + вентилируемый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм) 3,21 Вт/м·°C

к меню ↑

14.5 Стена из керамического блока

1 Керамический блок (510 мм) 3,20 Вт/м·°C
2 Керамический блок тёплый (380 мм) 3,18 Вт/м·°C
3 Керамический блок (510 мм) + утеплитель (100 мм) 4,81 Вт/м·°C
4 Керамический блок (380 мм) + замкнутый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм) 2,62 Вт/м·°C

к меню ↑

14.6 Стена из силикатного кирпича

1 Кирпич (380 мм) + утеплитель (100 мм) 3,07 Вт/м·°C
2 Кирпич (510 мм) + замкнутый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм) 1,38 Вт/м·°C
3 Кирпич (380 мм) + утеплитель (100 мм) + вентилируемый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм) 3,05 Вт/м·°C

к меню ↑

14.7 Таблица теплопроводности металлов

Теплопроводность металлов не менее важна в строительстве, например, при выборе радиаторов отопления. Также без подобных значений не обойтись при сварке ответственных конструкций, производстве полупроводников и различных изоляторов. Ниже приведены сравнительные таблицы проводимости тепла различных металлов.

к меню ↑

14.8 Таблица теплопроводности дерева

Древесина в строительстве негласно относится к элитным материалам для возведения домов. И это не только из-за экологичности и высокой стоимости. Самые низкие коэффициенты теплопроводности у дерева. При этом подобные значения напрямую зависят от породы. Самый низкий коэффициент среди строительных пород имеет кедр (всего 0,095 Вт/(м∙С)) и пробка. Из последней строить дома очень дорого и проблемно. Но зато пробка для покрытия пола ценится из-за своей невысокой проводимости тепла и хороших звукоизоляционных качеств. Ниже представлены таблицы теплопроводности и прочности различных пород.

к меню ↑

14.9 Таблица проводимости тепла бетонов

Бетон в различных его вариациях является самым распространённым строительным материалом на сегодня, хотя и не является самым «тёплым». В строительстве различают конструкционные и теплоизоляционные бетоны. Из первых возводят фундаменты и ответственные узлы зданий с последующим утеплением, из вторых строят стены. В зависимости от региона к таковым либо применяется дополнительное утепление, либо нет.

Сравнительная таблица теплоизоляционных бетонов и теплопроводности различных стеновых материалов

Наиболее «тёплым» и прочным считает газобетон. Хотя это не совсем так. Если сравнивать структуру пеноблоков и газобетона, можно увидеть существенные различия. У первых поры замкнутые, когда же у газосиликатов большинство их открытые, как бы «рваные». Именно поэтому в ветреную погоду неутеплённый дом из газоблоков очень холодный. Эта же причина делает подобный лёгкий бетон более подверженным к воздействиям влаги.

к меню ↑

14.10 Какой коэффициент теплопроводности у воздушной прослойки

В строительстве зачастую используют воздушные ветронепродуваемые прослойки, которые только увеличивают проводимость тепла всего здания. Также подобные продухи необходимы для вывода влаги наружу

Особое внимание проектированию подобных прослоек уделяется в пенобетонных зданиях различного назначения. У подобных прослоек также есть свой коэффициент теплопроводности в зависимости от их толщины

Таблица проводимости тепла воздушных прослоек

Источники

  • https://Nedvio.com/teploprovodnost-materialov-kak-shitayut/
  • https://balkon4life.ru/uteplenie/materialy/sravnenie-uteplitelej-tablica-teploprovodnosti/.html
  • http://jsnip.ru/stroitelnye-materialy/teploprovodnost-materialov.html
  • https://stroychik.ru/strojmaterialy-i-tehnologii/teploprovodnost-stroitelnyh-materialov
  • https://saucyintruder.org/koefficient-teploprovodnosti-materialov/
  • https://1-teplodom.ru/sravnitelnaa-tablica-teploprovodnosti-sovremennyh-stroitelnyh-materialov/
  • https://svoydom.info/%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C-%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B0%D0%BB%D0%BE%D0%B2-%D1%82%D0%B0%D0%B1%D0%BB%D0%B8%D1%86%D0%B0/
  • https://akak7.ru/koefficient-teploprovodnosti-stroitelnyx-materialov-chto-eto-takoe-tablica-znachenij.html
  • https://politoff.ru/tablitsa-sravneniya-kharakteristik-utepliteley/
  • https://stroy-t74.ru/oformlenie-i-dekor/koefficient-teploprovodnosti-materialov.html

[свернуть]

Теплопроводность – какое дерево самое теплое

Как и обещал ранее, выкладываю подробную таблицу по теплопроводности древесины различных пород. Чем хорошо дерево? Тем, что его легко обрабатывать, из него легко строить дом, дерево пока еще можно легко получить в России в виде строительного материала.

Одним из плюсов дерева является то, что оно не меняет показателей теплопроводности при широком диапазоне температур. Показатели для пиломатериалов стабильны от -40С до +40С. Наибольшее же влияние на теплопроводность оказывает влажность дерева.

Рассмотрим Таблицу 5 – теплопроводность древесины различных пород:

Оставим пока в стороне пробку – кору пробкового дуба, поговорим о ней позже.

Из всех пород дерева самым теплым является кедр. Его показатели теплопроводности поперек волокон являются самыми низкими – 0,095 Вт/(м*С). Дом из кедра будет самым теплым – чтобы получить показатель теплосопротивления R = 3, вам понадобится стена из кедра толщиной 30 сантиметров.

Следующим по теплоизолирующим свойствам идет древесина ели — 0,110 Вт/(м*С). Для того, чтобы достичь R = 3, вам понадобится стена потолще – в 33-35 сантиметров.

Далее, с большим отрывом, следуют сосна, липа, пихта и береза. Их показатель теплосопротивления равен 0,150 Вт/(м*С). Для того, чтобы получить дом с теплосопротивлением R = 3, вам понадобятся сосновые или липовые стены толщиной в 45 сантиметров.

И наконец, самые «холодные» деревья – это тополь, дуб и клен. При их теплосопротивлении в 0,170-0,200 Вт/(м*С) вам понадобится строить дом со стенами в 50-60 сантиметров. Давно ли вы видели в продаже кругляк с минимальным диаметром стволов в полметра?

Стандартные деревянные дома собирают из бруса в 100-150 миллиметров, изготовленного из древесины хвойных пород. Это значит, что и брусовые и рубленые стены нуждаются в утеплении в тех регионах, где столбик термометра опускается ниже -20С в зимний период.

Что касается показателей теплосопротивления для древесины вдоль волокон. Почти для всех пиломатериалов он равен 0,4 Вт/(м*С). Что это значит? Это значит, что древесина вдоль волокон промерзает в зимний период почти в 4 раза сильнее, чем поперек. Видели промерзшие углы в деревянных домах?

А еще это значит, что любые торцы брусьев или стропил будут промерзать вдоль волокон и нести холод в дом. То есть, торцы пиломатериалов должны быть укрыты от внешней температуры. Либо они должны быть утеплены в том случае, если далее брус или балка проходит сквозь ограждающие конструкции и попадает внутрь дома.

Что же касается пробки, то ее нельзя будет использовать как строительный материал для ограждающих конструкций в силу малой прочности. Однако, ее можно использовать как превосходный экологически чистый утеплитель для деревянного дома.

Что такое теплопроводность и теплопередача

Слайд 1

Что такое теплопередача и теплопроводность?

Слайд 2

Теплопередача Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом Теплопроводность Излучение Теплопроводность Излучение

Слайд 3

Процесс передачи теплоты от более нагретых тел менее нагретым называется теплопередачей.

Слайд 4

Опусти холодную металлическую ложку в горячую воду. Через некоторое время ложка нагреется. При этом можно убедиться, что передача теплоты происходит не сразу всем частям ложки одновременно, а постепенно. Сначала нагревается та часть ложки, которая находится непосредственно в горячей воде, а затем постепенно и вся ложка. Процесс передачи теплоты от более нагретых участков тела менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело, называется теплопроводностью.

Слайд 5

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, ионов и т.п.). Приводит к выравниванию температуры тела. Не сопровождается переносом вещества! Этот вид передачи внутренней энергии характерен как для твердых веществ, так и для жидкостей, газов. Теплопроводность различных веществ разная. Существует зависимость теплопроводности от плотности вещества.

Слайд 6

Попробуй опустить в горячую воду, налитую в небольшой сосуд, кусочек льда. Через некоторое время температура льда начнет повышаться и он растает, а температура окружающей воды понизится. Если опустить горячую ложку в холодную воду, то окажется, что температура ложки начнет понижаться, температура воды повышаться и через некоторое время температура воды и ложки станет одинаковой А теперь опусти в горячую воду деревянную палочку. Можно сразу заметить, что деревянная палочка нагревается значительно медленнее металлической ложки (рис. 134). Отсюда можно сделать вывод, что тела, сделанные из разных веществ, обладают разной теплопроводностью.

Слайд 7

Теплопроводность различных веществ разная. Металлы обладают самой высокой теплопроводностью, причем у разных металлов теплопроводность отличается. Жидкости обладают меньшей теплопроводностью, чем твердые тела, а газы меньшей, чем жидкости. При нагревании верхнего конца закрытой пальцем пробирки с воздухом внутри можно не бояться обжечь палец, т.к. теплопроводность газов очень низкая .

Слайд 8

Наблюдай и объясняй. Определи вид теплопередачи, с помощью которой передается теплота при нагревании металлического прута на костре

Слайд 9

Вещества с низкой теплопроводностью используют в качестве теплоизоляторов. Теплоизоляторы — это вещества, плохо проводящие тепло. Воздух является хорошим теплоизолятором, поэтому оконные рамы делают с двойными стеклами, для того чтобы между ними был слой воздуха. Хорошими теплоизолирующими свойствами обладают дерево и различные пластмассы. Можно обратить внимание на то, что ручки чайников делают именно из этих материалов (рис. 136), для того чтобы не обжечь руки, когда чайник горячий.

Слайд 10

Для создания теплой одежды широко используют вещества, плохо проводящие тепло, такие как войлок, мех, вата, перья и пух различных птиц. Такая одежда помогает сохранять тепло тела. Войлочные и ватные рукавицы используют при работе с горячими предметами, например для того, чтобы снимать с плиты горячие кастрюли. Все металлы, стекло, вода хорошо проводят тепло и являются плохими теплоизоляторами. Тряпкой, смоченной в воде, ни в коем случае нельзя снимать горячие предметы. Вода, содержащаяся в тряпке, мгновенно нагреется и обожжет руку. Знания о способности разных материалов по-разному передавать тепло помогут в походе. Например, чтобы не обжечься о горячую металлическую кружку, ее ручку можно обмотать изоляционной лентой, которая является хорошим теплоизолятором. Для того чтобы снять с костра горячий котелок, можно воспользоваться войлочными, ватными или брезентовыми рукавицами.

Слайд 11

Над костром висит горячий котелок Рядом с костром лежат: войлочная рукавица, лист фольги и мокрая тряпка. Каким из этих предметов можно снять котелок с костра. Объясни свой ответ.

Слайд 12

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ 1. Оберните толстый гвоздь или металлический стержень полоской бумаги в один слой. Подержите над пламенем свечи до момента возгорания, засеките время. Почему бумага загорелась не сразу? 2. … на кухне, поднимая горячую посуду, чтобы не обжечься, можно использовать только сухую тряпку. Теплопроводность воздуха намного меньше, чем у воды! А ткань структура очень рыхлая, и все промежутки между волокнами заполнены у сухой тряпки воздухом, а у влажной – водой. Смотри, не обожгись!

Слайд 13

ЗАДАЧИ ДЛЯ УМЕЮЩИХ ДУМАТЬ ! Приготовьте три одинаковых кусочка льда, один из них заверните в фольгу, второй – в бумагу, третий – в вату и оставьте на блюдцах в комнате. Определите время полного таяния. Объясните разницу. Если зимой к замерзшему стеклу( покрытому инеем) трамвая или автобуса приложить на одинаковое время палец, а другим пальцем прижать монету, то площадь оттаивания под монетой окажется больше. Почему?

Слайд 14

Куропатки, утки и другие птицы зимой не мерзнут потому, что температура лап у них может отличаться от температуры тела более чем на 30 градусов. Низкая температура лап сильно понижает теплоотдачу. Таковы защитные силы организма! ЕСЛИ… … положить на лежащие рядом на столе кусок пенопласта (или дерева) и зеркало ладони, то ощущения от этих предметов будут разными: пенопласт покажется теплее, а зеркало – холоднее. Почему? Ведь температура окружающего воздуха одинаковая! Стекло – хороший проводник тепла (обладает высокой теплопроводностью), и сразу начнет “отбирать” от руки тепло. Рука будет ощущать холод! Пенопласт хуже проводит тепло. Он тоже будет , нагреваясь, “отбирать” тепло у руки, но медленнее, поэтому и покажется теплее.

Оптимизация материала с очень низкой теплопроводностью

Ведущий исполнитель: Национальная лаборатория Оук -Ридж, Ок -Ридж, Теннесси
Общее финансирование DO Фонд коммерциализации технологий

Цель проекта

Окриджская национальная лаборатория направлена ​​на разработку экономичного изоляционного материала с коэффициентом термостойкости R выше, чем у современного изоляционного материала, аэрогеля, и в два-три раза выше чем обычные утеплители, такие как пенополиуретан.В рамках проекта будет разработан и испытан новый материал с низкой теплопроводностью (целевая теплопроводность 0,01453 Вт/мК), а также проведен анализ затрат на производство в промышленных масштабах. Для разработки изоляционного материала команда проекта объединит принципы нанотехнологий с «эффектом Кнудсена». Основные цели проекта:

  • Получить материал со значением R более 10 на дюйм — лучше, чем современный изоляционный материал, аэрогель
  • Снизить стоимость до 3 долларов за 1- квадратный фут на 0.Образец толщиной 5 дюймов
  • Механические свойства в два раза лучше, чем у аэрогеля. системы.

    Влияние проекта

    Этот проект откроет новую область материалов с очень низкой теплопроводностью при снижении затрат. Теплоизоляционные материалы со значением R-10 могут превышать 1 Quad потенциала энергосбережения.

    В дополнение к изоляции стен материал также может использоваться в стенах холодильников, в качестве изоляционного покрытия на алюминиевых оконных рамах, в качестве наполнителя в герметиках и в других случаях ограждающих конструкций, где требуется теплоизоляция. Как материал с высоким значением R, он откроет новый рынок модернизации существующей оболочки здания; например, тонкий слой может быть нанесен на внутреннюю сторону стены для повышения ее изоляции, или включение материала той же толщины в существующую полость стены может повысить эффективность ее изоляции.Высокая R-ценность и низкая стоимость материала понравятся строителям по сравнению с существующими изоляционными материалами.

    Контакты

    Технический менеджер Министерства энергетики: Свен Мумме
    Ведущий исполнитель: Джасвиндер Шарма, Окриджская национальная лаборатория

    Теплопроводность и удельная теплоемкость жидкостей для ванн и чиллеров | Блог

    Теплопроводность означает, насколько легко тепло передается между молекулами. Высокая теплопроводность означает высокую теплопередачу, то есть жидкость будет нагреваться или охлаждаться быстрее, чем жидкость с низкой теплопроводностью.

    Удельная теплоемкость относится к количеству тепловой энергии, необходимой для повышения температуры единицы данного вещества на 1°C. Чем выше теплоемкость вещества, тем менее эффективным будет нагрев или охлаждение.

    Теплопроводность и удельная теплоемкость особенно важны для жидкостей для ванн и охладителей. Лучшая теплопроводность обеспечивает более равномерную температуру по всей ванне. Кроме того, улучшенная теплопроводность наряду с низкой удельной теплоемкостью ускорит нагрев или охлаждение.

    Теплопроводность и удельная теплоемкость обычных жидкостей для ванн

    Теплопроводность измеряется в ваттах на метр-кельвин (W.m -1 .K -1 ).

    Удельная теплоемкость может быть выражена в килоджоулях на килограмм, на градус Кельвина (кДж/(кг·К)), британских тепловых единицах на фунт, на градус Фаренгейта (БТЕ/(фунт °F)) или в калориях на грамм, на градус Цельсия (ккал/кг °С).

    Ниже приведен список распространенных жидкостей для ванн и охладителей, а также их теплопроводность и удельная теплоемкость.


    Жидкость

    Теплопроводность

    (Вм -1 -1 )

    Удельная теплоемкость

    (кДж/(кг·°K))

    Вода

    0,607 при 25°C

    4,19 при 25°C

    Этанол

    0.169 при 25°C

    2,44 при 25°C

    Этиленгликоль

    0,256 при 25°C

    2,36 при 25°C

    Пропиленгликоль

    0,200 при 25°C

    2,5 при 25°C

    Глицерин

    0,292 при 25°C

    2,43 при 25°C

    Минеральное масло

    0.133 при 25°C

    1,67 при 25°C

    Силиконовое масло

    0,157 при 20°C

    1,51 при 20°C


    Теплопроводность и удельная теплоемкость шариков

    Если вас интересуют ванночки с шариками, многие шарики обладают высокой теплопроводностью. Однако бисерная ванна будет нагреваться гораздо медленнее, чем водяная баня. Например, Lab Armor Beads нагревается примерно в три раза медленнее, чем вода.Это в первую очередь потому, что они не текут, а также потому, что шарики не полностью контактируют друг с другом, что уменьшает площадь поверхности, через которую передается тепловая энергия.

    Аналогичным образом, в случае с шариками площадь контакта с сосудом меньше, поэтому нагревание образца может быть намного медленнее, чем в водяной бане. Тем не менее, бусины имеют более низкую удельную теплоемкость, чем вода. Таким образом, они требуют меньше энергии для нагрева. Кроме того, шарики не испаряются, что является источником потерь тепла в стандартных банях.

     

    Lab Armor Beads обладают высокой теплопроводностью.

    Об авторе

    Эйми разбирает сложные темы науки и техники, чтобы помочь читателям усвоить концепции и устранить проблемы. Она имеет более чем десятилетний опыт работы в лаборатории, получила степень в области медицинской химии и работала химиком в многонациональной косметической компании, прежде чем заняться писательством.

    Как повысить текучесть и теплопроводность вашего герметика

    Теплопроводные силиконовые изделия широко используются в электронной промышленности для отвода тепла от мест установки для обеспечения живучести компонентов при сохранении оптимальных рабочих температур. Для герметизации и герметизации инженеры по печатным платам обычно выбирают текучие продукты, которые быстро окружают компоненты после дозирования и затвердевают при комнатной температуре в течение часа или меньше.

    Тепловые присадки с более высокими характеристиками выше 3,0 Вт/мК идеально подходят для этих приложений, но подвержены следующим потенциальным проблемам:

    • Высокая теплопроводность обычно означает высокое содержание наполнителя, который препятствует текучести, вызывая попадание воздуха и плохую теплопроводность
    • Оседание наполнителя также может быть затруднено для повторного смешивания с непостоянными свойствами отверждения.

    Поскольку воздух плохо проводит тепловую энергию, он действует как барьер и препятствует передаче тепла в соседние радиаторы, металлические корпуса и охлаждающие пластины.Силиконы по своей природе имеют низкую поверхностную энергию, около 25 дин/см, что способствует «смачиванию» краев и вытеснению воздуха между компонентами печатной платы.

    Еще одним важным показателем является теплопроводность, и в данном случае чем она выше, тем лучше. Однако более высокая теплопроводность обычно соответствует более высокой вязкости из-за повышенного уровня термического наполнителя, который может препятствовать потоку после дозирования, а также создавать высокое давление в головке дозатора и медленную производительность. Поскольку термонаполнители довольно плотные и тяжелые по сравнению с ненаполненными силиконовыми системами, они, скорее всего, осядут во время хранения или транспортировки.Многие из этих исторических продуктов могут образовывать твердую массу на дне, что затрудняет их повторное смешивание перед использованием и обычно увеличивает вязкость.

    ThermoSink 35-3 обладает всеми этими свойствами.

    Почему вы должны рассмотреть ThermoSink 35-3 

    • Состав продукта обеспечивает превосходную текучесть и устойчивость к оседанию.
    • Легко затекает в электрические устройства и вокруг них, а также в глубокие полости.
    • ThermoSink 35-3 на силиконовой основе с низкой поверхностной энергией для «смачивания» электрических компонентов.

     

    Видео с дозированием демонстрирует низкую вязкость и степень текучести этого материала даже при теплопроводности >3,4 Вт/мК.

    Статья по теме: Как правильно выбрать материал термоинтерфейса

    На приведенной ниже диаграмме показано общее снижение как вязкости, так и тиксотропии по сравнению с более ранним составом, использовавшимся в качестве контроля. Эти комбинированные усовершенствования не только вытесняют воздух, оставшийся в элементах схемы, но и значительно увеличивают производительность производства благодаря автоматизированным операциям дозирования смеси счетчиков.

     

    Изображение вверху: испытание вискозиметром Брукфилда, часть B со шпинделем № 6

    ThermoSink 35-3 быстро редиспергируется в жидкость с низкой вязкостью и готов к этапу вакуумной дегазации перед использованием для удаления воздуха на этапе смешивания.

       

    Верхние изображения – ThermoSink 35-3 Сторона вакуумной камеры / при полном вакууме / вакуумная камера открыта и укомплектована

    Дозирующее оборудование с перекачивающими шлангами и угловыми фитингами с меньшей вероятностью засорится из-за того, что ThermoSink 35-3 не оседает, особенно с программируемыми опциями перемешивания и рециркуляции.

    Для небольших объемов двухкомпонентные картриджи идеально подходят для экспериментов с различными уровнями наполнения или подготовки сборок к термоциклическим испытаниям. На видео 2 показана подготовка картриджа 400CC. Таким образом, основная часть материала может быть перенесена в меньшие контейнеры вместо того, чтобы работать с большими ведрами.

    Видео ниже представляет собой краткий обзор всего процесса подготовки ThermoSink к дозированию.

    Для получения дополнительной информации о ThermoSink 35-3, пожалуйста, заполните контактную форму, и мы свяжемся с вами в ближайшее время.

    Какой материал имеет меньшую теплопроводность? – Heyiamindians.com

    Содержание

    Какой материал имеет меньшую теплопроводность?

    Как видите, из наиболее распространенных металлов медь и алюминий имеют самую высокую теплопроводность, а самая низкая – сталь и бронза. Теплопроводность является очень важным свойством при принятии решения о том, какой металл использовать для конкретного применения.

    Какая из основных групп материалов имеет самую низкую теплопроводность?

    Температура плавления, теплопроводность и тепловое расширение.Какая из четырех основных групп материалов имеет наименьшую теплопроводность? Органические материалы.

    Более низкая теплопроводность лучше?

    Как правило, чем ниже коэффициент теплопроводности, тем лучше, поскольку материал проводит меньше тепловой энергии. Теплопроводность является свойством материала и не учитывает толщину.

    Как можно уменьшить теплопроводность материала?

    Какой из двух механизмов более эффективен для снижения теплопроводности? Увеличить диффузию фононов, что означает внутреннее свойство материала расщеплять высокоэнергетические фононы на низкоэнергетические и, что более важно, изменять их направление.

    Что обладает высокой теплопроводностью?

    Теплопроводящие материалы

    • Алмаз – 2000 – 2200 Вт/м•К.
    • Серебро – 429 Вт/м•К.
    • Медь – 398 Вт/м•К.
    • Золото – 315 Вт/м•К.
    • Нитрид алюминия – 310 Вт/м•К.
    • Карбид кремния – 270 Вт/м•К.
    • Алюминий – 247 Вт/м•К.
    • Вольфрам – 173 Вт/м•К.

    Какой материал обладает наилучшей теплопроводностью?

    Наряду со своими углеродными родственниками графитом и графеном алмаз является лучшим проводником тепла при комнатной температуре, имея теплопроводность более 2000 ватт на метр на кельвин, что в пять раз выше, чем у лучших металлов, таких как медь.

    Обладает ли нержавеющая сталь высокой теплопроводностью?

    Низкая теплопроводность нержавеющей стали

    делает ее хорошим материалом для фасадов зданий, стеклянных изделий и систем навесных стен. Нержавеющая сталь также остается стабильной при контакте с теплом, например, во время производственного процесса или в оборудовании для обработки пищевых продуктов, таком как печи и конвейеры.

    Что такое низкая теплопроводность?

    Тепло — это форма энергии, всегда движущаяся от более высокой температуры к более низкой.Низкий показатель теплопроводности жесткого пенополиуретана, один из самых низких показателей среди широко используемых изоляционных материалов, позволяет эффективно удерживать тепловой поток.

    Почему теплопроводность уменьшается с температурой?

    Теплопроводность жидкостей уменьшается с повышением температуры, так как жидкость расширяется и молекулы расходятся. В случае твердых тел из-за искажений решетки более высокие температуры затрудняют движение электронов, поэтому теплопроводность металлов уменьшается.

    Какой металл является менее проводником электричества?

    Висмут и вольфрам — два металла, плохо проводящие электричество. Дорогой друг, вольфрам и висмут — это металлы, плохо проводящие электричество. Нержавеющая сталь является плохим проводником, поскольку имеет легированную структуру.

    Видео с вопросами: понимание теплопроводности

    Стенограмма видео

    Какой из следующих материалов, вероятно, будет иметь самую низкую теплопроводность? а) железо, б) медь, в) золото, г) дерево, д) олово.

    Просматривая этот список возможных вариантов, мы замечаем, что четыре из этих пяти вариантов являются металлами. Это железо, медь, золото и олово. Это все металлические материалы. Когда дело доходит до их свойств проводимости, как с точки зрения проводимости электричества, так и с точки зрения теплопроводности, металлы выделяются тем, что они имеют избыточные свободно удерживаемые электроны.

    Например, рассмотрим атом меди. Если мы посмотрим на медь в периодической таблице элементов, то увидим, что ее атомный номер равен 29.Это означает, что нейтральный атом меди имеет 29 электронов. В его самой внутренней оболочке их два, а в следующей — восемь. Тогда в оболочке снаружи, что есть 18 электронов. И если мы подсчитаем все те электроны, которые мы добавили до сих пор, они в сумме дадут 28, а это означает, что у нас есть только один-единственный электрон здесь, в этой самой внешней оболочке.

    Этот электрон из-за того, что на этом энергетическом уровне всего один электрон и так далеко от ядра, склонен делиться с другими атомами.Его легко оторвать от этого конкретного. Таким образом, когда мы собираем целую группу атомов меди вместе, чтобы сформировать объемный материал, например проволоку, каждый атом вносит свой вклад в один электрон, который может свободно перемещаться по этой объемной структуре.

    Эти электроны отлично проводят электричество. И они также эффективно проводят тепло, тепловую энергию. Поскольку эти электроны настолько подвижны, они могут собирать энергию из одной части структуры и перемещать ее в другую часть.Делая это, они значительно увеличивают проводимость материала, как тепловую, так и электрическую.

    Аналогичным образом действуют и другие металлы из этого списка, а именно железо, золото и олово. Их молекулярная структура включает в себя свободно удерживаемые электроны, которые могут способствовать проводимости тепловой энергии. Другими словами, эти металлы обладают очень высокой теплопроводностью. Но в этом вопросе нас спрашивают, какой материал, вероятно, имеет самую низкую теплопроводность.

    С этой точки зрения мы будем искать один материал, который не является металлом. Это тот, который не имеет преимущества множества свободно движущихся электронов, которые помогают его проводимости. И мы видим, что этот материал — отборная древесина. Проводимости через древесину не способствуют свободно удерживаемые электроны, как в металлах. Поэтому мы ожидаем, что он будет иметь самую низкую теплопроводность из этого набора материалов.

    Изучение влияния архитектуры блок-сополимера и концентрации на микроструктуру, электропроводность и реологические свойства нанокомпозитов из смеси полипропилена и полистирола | Функциональные композитные материалы

    Локализация и морфология МУНТ

    Микрофотографии ПЭМ, представленные на рис.2 показана локализация МУНТ в несмешивающихся смесях ПП/ПС 80:20 с 5 об.% сополимера и без сополимеров. Мы наблюдали значительное количество МУНТ в капельной фазе (ПК) в отсутствие сополимеров (см. рис. 2а 1 ). Введение триблок-сополимера СЭБС не повлияло на локализацию нанонаполнителей в системе, как это видно на рис. 2б, но для диблока (СЭП) мы наблюдали часть наполнителей на границе раздела фаз и в матрице (ПП) на рис. 2в. Это могло быть результатом того, что некоторые сополимеры образовывали мицеллы в процессе смешивания расплава, и эти мицеллы имели тенденцию мигрировать к границе раздела фаз.Впоследствии миграция нанонаполнителя, обусловленная столкновением, вызванным сдвигом [32], за счет сдвига, возникающего во время обработки, может привести к его локализации в матрице. Кроме того, для композита с диблок-сополимером мы также видим локализацию нанонаполнителей в второстепенной фазе и некоторых на границе раздела двух второстепенных фаз, как показано на рис. 2в 1 . Пётчке и др. [33] и Nuzzo et al. [34] связывают мостик с малым фазовым размером инкапсулирующего домена по сравнению с длиной МУНТ, но в нашей системе это не так.Поскольку МУНТ находятся в предпочтительной фазе, образование мостиков является не столько результатом миграции, сколько большим размером дисперсной фазы, что приводит к скоплению дисперсных доменов и впоследствии к межфазной деформации и образованию мостиков МУНТ [35]. Можно сказать, что локализация МУНТ на границе раздела фаз связана со сборкой сополимерных цепей, которая включает движение сополимерных цепей, что может повлиять на миграцию МУНТ между фазами.

    Рис. 2

    ПЭМ изображения 2 об.% МУНТ и 5 об.% сополимера а-а ) PP/PS 80:20/SEPs-G1730VO

    Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), были получены для изучения различных морфологических структур, возникающих при использовании различных составов смесей, и показаны на рис.3 и рис. 4. СЭМ подтверждает, что блок-сополимеры значительно влияют на размеры доменов. Видно, что капли большого размера, образующиеся в системе без какого-либо сополимера, деформируются при добавлении МУНТ. Межфазная деформация морфологии капель может быть связана с миграцией нанонаполнителя, вызывающей коалесценцию и удлинение домена капли [26]. Примечательно, что добавление триблок-сополимеров (рис. 3) приводило к значительной взаимосвязи домена капли при низкой концентрации сополимера 1  об.%.При увеличении концентрации сополимера до 3 об.% для состава смеси ПП/ПС 80:20 размер домена ПС уменьшается. Увеличивая количество триблок-сополимера в составе смеси 50:50, мы добились ко-непрерывной морфологии. Триблок имеет более высокое содержание стирола 60% масс. в сополимере и, таким образом, сополимер и МУНТ селективно локализуются в фазах ПС. Для смеси ПП/ПС 20:80 второстепенная фаза ПП образует сферические капли для всех концентраций блок-сополимера, и наблюдается очень значительное влияние на морфологию при более высоких концентрациях сополимера.Эти результаты показывают, что блок-сополимер контролирует развитие морфологии нанокомпозита, останавливая процессы коалесценции, особенно в составе смеси 80:20. Сополимеры могут подавлять коалесценцию за счет стерической стабилизации межфазных [6, 28] и/или напряжений Марангони [26, 28, 36, 37, 38, 39].

    Рис. 3

    СЭМ-микрофотографии трехблочного сополимера ПП/ПС/2 об.% МУНТ/СЭБС. Слева направо увеличивается концентрация триблок-сополимера, а сверху вниз увеличивается количество ПС в составе смеси.Фазу ПС экстрагировали из всех композитов с использованием ТГФ

    . При движении слева направо концентрация диблоксополимера увеличивается, а при движении сверху вниз увеличивается количество ПС в составе смеси. Фаза ПС экстрагировалась во всех композитах с использованием ТГФ

    . Следует отметить, что при более высоких концентрациях блок-сополимера может действовать не как компатибилизатор между двумя основными фазами (PP и PS), а скорее как третья фаза.В этой работе нашей основной целью было использование блок-сополимера в качестве компатибилизатора, но мы использовали сополимер до 10% по объему, чтобы увидеть эффект концентрации. Мы видим из СЭМ-изображений на рис. 3 и 4, совместимость границы раздела достигает насыщения при концентрации сополимера 1–3 %.

    Конфигурация блока (т.е. диблок или триблок) и содержание полистирола в каждом сополимере влияли на эволюцию морфологии в каждой системе смесей. Для системы ПП/ПС 80:20 без сополимера, показанной на рис.3а мы наблюдаем деформацию доменов ПС из-за коалесценции капель. Однако при добавлении триблок-сополимера коалесценция уменьшается для композиции смеси 80:20, хотя морфология слегка конепрерывна. Поскольку значительное количество нанонаполнителей находится в домене ПС, а блок-сополимер располагается на границе раздела стирольных сегментов триблок-сополимера внутри капли ПС и этилен/бутадиенового сегмента в матрице ПП, коалесценция капель подавляется по мере содержания сополимера. увеличивается.То есть сополимер образует барьерный слой на границе раздела фаз и не позволяет молекулам ПС в соседних каплях взаимодействовать, а МУНТ в каплях увеличивает вязкость капельной фазы, не позволяя ПС течь так же легко.

    При более высоком содержании ПС в смеси 50:50 площадь межфазной поверхности больше, а содержание МУНТ в фазе ПС ниже (хотя в общем составе смеси оно такое же), а с триблок-сополимером капли имеют тенденцию к слабому соединению показано на рис.3(г-к). Однако это не тот случай, когда мы добавляем диблок-сополимер (рис. 4 (g-j)), и мы наблюдаем уменьшенный размер домена капли. Это может быть связано с более низким содержанием ПС в сополимере внутри капли ПС, удерживающим сополимер на границе раздела фаз. Домен ПС/МУНТ также значительно уменьшился, а форма капель стала более неправильной и не образовывала сплошной фазы, как в случае смеси с триблок-сополимером. Увеличение концентрации полистирола до 80% в смеси 20:80 полипропилена и полистирола показывает эволюцию морфологии диблок-сополимера, аналогичную наблюдаемой для триблока.

    Реология

    Некоторые предыдущие исследования показали, что добавление компатибилизаторов в смесь сильно влияет на морфологию смеси во время смешивания [6, 29, 31], а морфология, в свою очередь, влияет на реологию смеси. Мы изучили реологию компонентов смеси и коэффициент вязкости (η d / η м ) в условиях обработки и рассчитали как 3,28, как показано на рис. S1, этот высокий коэффициент вязкости способствовал межфазной деформации, наблюдаемой на рис. 3а и 4а.Кроме того, были проведены линейные реологические испытания нанокомпозита из смесей полимеров для изучения влияния сополимеров на морфологию несмешивающихся смесевых систем. На рис. 5 показаны развертки частоты и амплитуды деформации для различных композиций смеси ПП/ПС/СЭБС с 2 объемных % МУНТ. В нанокомпозитах из смеси полимеров ПП/ПС 80:20 (рис. 5а, б) при концентрации 1 объемных %. сополимера SEBS мы добились увеличения примерно на два порядка по сравнению с несовместимым смешанным нанокомпозитом и соответствующего платоподобного поведения в низкочастотной области.Это можно объяснить взаимосвязью капельных доменов, показанных на рис. 3б, и формированием трехмерной сетчатой ​​структуры МУНТ [40]. Введение блок-сополимера СЭБС привело к значительному увеличению модуля упругости для композиций смесей ПП/ПС 50:50 и 20:80, показанных на рис. 5c-f, и, как правило, наблюдается увеличение модуля упругости с увеличением содержания сополимера; следовательно, имеет место связанное с этим увеличение жесткости нанокомпозитов. Это может быть связано с формированием трехмерной сетчатой ​​структуры МУНТ при добавлении СЭБС и высокой эластичностью сополимера СЭБС, как показано на рис.С2. Кроме того, это увеличение также может быть частично связано с преобразованием морфологии из диспергированной в ко-непрерывную морфологию, вызванную МУНТ, локализованными в фазе PS [41], как видно из микрофотографий SEM, рис. 3 (g-j). Это также может объяснить уменьшение размера капель и соответствующее увеличение межфазной поверхности в нанокомпозите из смеси ПП/ПС 80:20. Эти изменения связаны с увеличением межфазной эластичности [32, 33] за счет МУНТ и, следовательно, мы наблюдаем стабилизацию морфологии.Для нанокомпозита из смеси ПП/ПС 80:20 мы видим самый высокий модуль упругости при 1 об.% СЭБС (рис. 5а), а затем снижение модуля упругости при 3 об.% СЭБС, мы видим самую мелкую морфологию капель для этого нанокомпозита (рис. 3с). Кроме того, для нанокомпозитов из смесей ПП/ПС 50:50 и 20:80 наблюдаемая непрерывная морфология с дополнительным сополимером СЭБС способствовала увеличению модуля накопления и поведения модуля потерь, показанному на рис. S3 смешанной системы. Хотя диблок-сополимер SEP дает более равномерный и уменьшенный размер капель, а также более высокую межфазную поверхность, триблок SEBS приводит к самым высоким модулям и больше влияет на линейные вязкоупругие свойства из-за более связанной сети из-за более высокого содержания PS из-за SEBS.

    Рис. 5

    Развертка по частоте и деформации триблока ПП/ПС/МУНТ/СЭБС при различных концентрациях

    На рисунке 6 показаны частота и амплитуда деформации модуля упругости для различных составов смесей и концентраций сополимера для смесевых нанокомпозитов, изготовленных из диблок-сополимера SEP. В целом, мы наблюдали, что более высокая концентрация диблок-сополимера, составляющая 10% по объему, дает более высокий модуль при низкой деформации, и то же самое относится к модулю потерь на рис.S4 и более низкая критическая амплитуда деформации по сравнению с другими концентрациями диблока. Это можно объяснить взаимосвязанными доменами ПС-УНТ, поскольку при высокой концентрации сополимера на границе раздела образуется больше взаимосвязей, поскольку сополимер связывает две фазы [42, 43]. Комбинированный эффект МУНТ и сополимера в ПС заключается в растяжении ПС.

    Рис. 6

    Развертка по частоте и деформации диблока ПП/ПС/МУНТ/СЭП(ов) при различных концентрациях смешивать композиции

    Домены, пока они не свяжутся друг с другом.Следовательно, мы добились более связанной сетевой структуры. Чтобы понять индивидуальное влияние сополимера на систему смесей без УНТ, мы провели анализ деформации смесевых систем с 5  об.% сополимеров, как показано на рис. S5. В обоих случаях увеличение модулей меньше без МУНТ. Однако очень значительное увеличение модуля и низкая критическая амплитуда деформации наблюдались для триблока СЭБС (60  вес.% ПС), и это соответствовало повышенным модулям, наблюдаемым для нанокомпозитных систем из смеси ПП/ПС/СЭБС/МУНТ по сравнению с системами, изготовленными с СЭП.

    Электропроводность

    Проводимость по постоянному току для различных смесевых нанокомпозитных систем с различными блок-сополимерами при различных составах смесей ПП/ПС была измерена и построена в зависимости от концентрации сополимера, и графики показаны на рис. 7. /CNT монополимерный нанокомпозит демонстрирует очень высокую проводимость (чуть более 10 − 2  См/см) по сравнению с очень низкой проводимостью ПП/УНТ (чуть ниже 10 − 6  См/см) в отсутствие какого-либо компатибилизатора. .Этот результат указывает на то, что CNT имеет лучшее сродство к PS, и согласуется с молекулярным моделированием, проведенным Sundararaj и его коллегами [26], которое показало, что PS имеет более высокую энергию связи с CNT и, следовательно, будет иметь гораздо лучшее взаимодействие. Эта более высокая энергия связи между УНТ и ПС может быть связана с лучшей дисперсией и распределением УНТ в матрице ПС, что приводит к высокой проводимости, и к селективной локализации УНТ в фазе ПС для смесей ПП/ПС, хотя последующее увеличение концентрации сополимера в однополимерный нанокомпозит увеличивает проводимость, как показано на рис.С6.

    Рис. 7

    Электропроводность, a ) ПП/ПС 80:20 b ) ПП/ПС 50:50 c ) ПП/ПС 20:80, с 2 об.% МУНТ при различных концентрациях сополимера . Добавление сополимера в систему смешанных нанокомпозитов имеет очень разные тенденции электропроводности в зависимости от типа и концентрации сополимера.При этой концентрации взаимосвязь доменов PS/MWCNT усиливается, как показано на микрофотографиях СЭМ на рис. 3b и рис. 4b, и как показано повышенной реологией при 1  об.% сополимера на рис. 5a и рис. 6a. Эта лучшая взаимосвязь доменов ПС/МУНТ в системе смеси ПП/ПС 80:20 привела к значительному увеличению проводимости (увеличение на четыре порядка) по сравнению с нанокомпозитом ПП/МУНТ, как видно на рис. 7а. Увеличение концентрации сополимера при том же составе смеси приводит к существенному снижению взаимосвязанности полистирольных доменов за счет стабилизации сополимером морфологии капель, т.е.е. высокая концентрация сополимера подавляет коалесценцию капель и связанность доменов, наблюдаемую для 1 об.%. Поскольку МУНТ избирательно располагаются в ПС, снижение взаимосвязанности ПС приводит к разрушению сетки УНТ, и, следовательно, мы наблюдаем очень большое падение проводимости смешанной системы по мере того, как концентрация сополимера превышает 1  об.%, а проводимость аналогична к несовместимой системе PP/PS 80:20.

    Для нанокомпозита смеси ПП/ПС 50:50 мы наблюдали противоположный результат при добавлении сополимеров, с резким увеличением проводимости при концентрации сополимера 3 об.% для системы с триблок-сополимером.При более высоких концентрациях (10 об.% сополимера) как триблочные, так и диблочные системы демонстрируют более высокую проводимость (увеличение на три порядка). Это согласуется с ко-непрерывной морфологией, наблюдаемой в микроструктуре, показанной на рис. 3j и рис. 4j, а также с результатами развертки по частоте и деформации на рис. 5c-d и 6c-d соответственно, где мы получили высокое модуль упругости при более высокой концентрации сополимера, что указывает на то, что мы установили трехмерную сетчатую структуру. Эта тенденция к увеличению проводимости для системы триблок-сополимера SEBS не наблюдается в системе с диблок-сополимером SEP(s), за исключением 10 об.% SEP, где наблюдалось значительное увеличение проводимости примерно на 3 порядка в соответствии с высоким модуль в реологическом результате.Полученная со-непрерывная морфология (рис. 4j) может быть связана со сборкой цепи сополимера при высокой концентрации.

    В составе смеси ПП/ПС 20:80 наблюдается падение проводимости при низких концентрациях сополимера. Для системы ПП/ПС 20:80 при переходе сополимера в полимерную смесь и на интерфазу он может разрушать структуру МУНТ, построенную внутри фазы матричного ПС. По мере снижения качества соединения доменов УНТ мы получаем более низкую проводимость, но при более высокой концентрации сополимера может образовываться более связанная структура и создаваться более непрерывная структура в смеси.В системе с триблок-сополимером при 1 об.% СЭБС нарушается сетка МУНТ, и мы видим огромное падение электропроводности (с 6,17*10 -4 См/см до 3,07*10 -6 См/см). см). При более высоких концентрациях СЭБС проводимость увеличивается со значением 1,05*10 -1 См/см при 10 объемных % СЭБС. Принимая во внимание высокую концентрацию ПС в сополимерах СЭБС, может существовать значительная совместно непрерывная блочная фаза ПС и сеть МУНТ, что приводит к увеличению проводимости по сравнению с несовместимой смесью.Кроме того, наблюдается значительное падение проводимости при 3  об.% для диблок-сополимера SEP, также как показано на рис. 7c, и это падение проводимости соответствует уменьшенному модулю, как показано на рис. 6e, что указывает на плохое соединение сети MWCNT.

    Силикагель Аэрогель 2022 Отчет о размере мирового рынка, спросе, росте и основных ключевых игроках

    Обзор рынка

    Объем рынка аэрогеля оценивается в 638 миллионов долларов США в 2020 году и, по прогнозам, достигнет 1 045 миллионов долларов США к 227 году при среднегодовом темпе роста 10.4% в период с 2020 по 2027 год. Рынок в основном обусловлен растущим спросом на аэрогель в нефтегазовой, строительной, транспортной, эксплуатационной сфере, дневном освещении, LVHS и других областях. Такие факторы, как сверхтермостойкость и более тонкие и легкие альтернативы, будут стимулировать рынок аэрогеля. Северная Америка является важнейшим рынком для аэрогеля в мире, за ней следуют Европа и Азиатско-Тихоокеанский регион по объему и стоимости.

    Падение цен на нефть и задержка строительства нового трубопровода, снижение спроса со стороны автомобильного сектора и временная остановка строительных работ по всему миру на несколько месяцев в 2020 году повлияли на рынок.Ожидается, что в 2020 году быстрорастущий рынок аэрогеля будет расти относительно медленнее из-за низкого спроса со стороны отраслей конечного потребления. Тем не менее, мировой рынок восстанавливается, поскольку отрасли начали работу с уменьшенной мощностью и в соответствии с указаниями правительства.

    Благодаря низкой теплопроводности и меньшей толщине аэрогелевые материалы могут значительно экономить энергию, которая в противном случае использовалась бы для нагрева и охлаждения. Аэрогели используются для одежды в холодных регионах благодаря своим свойствам, таким как малый вес и низкая теплопроводность.

    Получите образец отчета по адресу: https://www.marketresearchfuture.com/sample_request/884

    Сегментация рынка

    Сегментация рынка кремнеземного аэрогеля выглядит следующим образом:

    Сегментация по типам

    • Силикагель
    • Полимер
    • Углерод
    • Другие
      • Металлы
      • Оксид металла
      • Халькогениды металлов

    Сегментация на основе форм

    • Одеяло
    • Панель
    • Частица
    • Монолит

    Сегментация на основе процессов

    • В состоянии изготовления (первичный)
    • Композиты
    • Добавки

    Обратитесь к аналитику: https://www.marketresearchfuture.com/ask_for_schedule_call/884

    Сегментация на основе приложений

    • Нефть и газ
    • Строительство
    • Транспорт
      • Автомобильная промышленность
      • Морской
      • Аэрокосмическая промышленность
    • Покрытие с высокими эксплуатационными характеристиками
    • Дневное освещение и LVHS
    • Другие
      • Фармацевтика
      • Промышленность и криогеника

    Региональный анализ

    Северная Америка является крупнейшим регионом по производству и потреблению аэрогелевых материалов.Во всем мире это ведущий рынок аэрогеля по инновациям, качеству и разработке приложений. Рынок аэрогеля в Северной Америке в основном ориентирован на применение в нефтегазовой отрасли, где спрос на передовые решения исключительно высок из-за их малой толщины, превосходных изоляционных свойств и низкой теплопроводности. Ожидается, что растущее использование аэрогелевых материалов во многих отраслях, таких как автомобильная, морская и аэрокосмическая промышленность в Северной Америке, будет стимулировать рынок силикагелевых аэрогелей.

    Ключевые игроки на рынке кремнеземного аэрогеля:

    • Аэрогели Aspen (США)
    • Гуандун Элисон Хай-Тек (Китай)
    • Nanotech Co. Ltd. (Китай)
    • Корпорация Кэбот (США)
    • Armacell (Германия)
    • Airgel Technologies (США)

    Новости отрасли

    Airgel Technologies (США) также является одним из ведущих поставщиков аэрогеля. Он удовлетворяет спрос на продукты из аэрогеля в Северной Америке, Европе и Азиатско-Тихоокеанском регионе.Он прочно закрепился на рынках Азиатско-Тихоокеанского региона, Северной Америки и Европы. Компания, работающая по всему миру, разработала новую производственную технологию, которая позволяет производить аэрогели с прочностью пластика в теоретически неограниченных размерах. Эта технология может позволить использовать аэрогели в качестве легкого конструкционного материала для различных применений. Компания Armacell (Германия) запустила промышленную линию аэрогеля на своем новом заводе в Чхонане, Южная Корея. Развитие рынка может увеличить годовой объем производства изоляционных материалов на основе аэрогеля с 250 000 м2 до 750 000 м2.

     

    Просмотреть полный отчет: https://www.marketresearchfuture.com/reports/silica-aerogel-market-884

    О будущем маркетинговых исследований:

    В Market Research Future (MRFR) мы даем нашим клиентам возможность разобраться в сложности различных отраслей с помощью нашего подготовленного отчета об исследовании (CRR), недоработанного отчета об исследовании (HCRR), необработанного отчета об исследовании (3R), непрерывного исследования ( CFR) и консультационные услуги по исследованию рынка. Команда MRFR ставит перед собой высшую цель – предоставлять нашим клиентам качественные исследования рынка и аналитические услуги.Наши исследования рынка компонентов, приложений, логистики и участников рынка для глобальных, региональных и национальных сегментов рынка позволяют нашим клиентам видеть больше, знать больше и делать больше, что помогает ответить на все их самые важные вопросы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.