Зависимость коэффициента теплопроводности в разных средах от температуры

Множитель пропорциональности , входящий в это уравнение, характеризует способность вещества, из которого состоит рассматриваемое тело, проводить теплоту и называется коэффициентом теплопроводности, или просто теплопроводностью. Из уравнения (11), которое является математическим выражением основного закона распространения теплоты путем теплопроводности (закон Фурье), следует, что теплопроводность определяет мощность теплового потока, проходящего через 1 м² поверхности при градиенте температуры 1 ^оС/м.

Опытным путем установлено, что коэффициент теплопроводности зависит от свойств вещества (его плотности, структуры, влажности и т. п.) и параметров состояния (давления, температуры). Зависимость от температуры для большинства материалов имеет линейный характер.

Тепловой поток , , через произвольно ориентированную элементарную площадку равен скалярному произведению вектора на вектор элементарной площадки , а полный тепловой поток через всю поверхность определяется интегрированием этого произведения по поверхности :

(12)

Количество теплоты , , прошедшее за время через произвольную поверхность конечных размеров, определяют из уравнения:

(13)

Теплопроводность есть способность материала в той или иной степени проводить теплоту через свою массу. Степень теплопроводности материала характеризуется величиной его коэффициента теплопроводности .

Величина коэффициента теплопроводности для одного и того же материала не является величиной постоянной, она может изменяться в зависимости от его плотности, влажности (рис. 4), температуры (рис. 5, 6) и направления теплового потока, структуры.

Рис. 4. Зависимость коэффициента теплопроводности кирпичной кладки от влажности кирпича

Рис. 5. Зависимость теплопроводности газозолобетона и пенобетона от температуры при различной их влажности:

; ; ; ; ; ;

Рис. 6. Зависимость коэффициента теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов от температуры: 1 – воздух; 2 – минеральная шерсть;

3 – шлаковая вата; 4 – ньювель; 5 – совелит; 6 – диатомитовый кирпич;

7 – красный кирпич; 8 – шлакобетонный кирпич; 9 – обыкновенный кирпич

В литературе говорится о том, что коэффициенты теплопроводности строительных материалов изменяются в пределах от (мипора, пенополистирол) до (гранит). Металлы имеют еще большие величины коэффициента теплопроводности: для стали , для алюминия . Для многих металлов он уменьшается с повышением температуры по линейному закону:

, (1.11)

где – значение коэффициента теплопроводности материала при , ; – постоянная величина, зависящая от свойств вещества, ; – температура тела, .

На рис. 7 представлены интервалы значений коэффициентов теплопроводности различных веществ.

Рис. 7. Интервалы значений коэффициентов теплопроводности различных веществ

В работе в отношении коэффициента теплопроводности говорится о необходимости помнить следующее:

1. Для кристаллов неодинаково в направлении различных осей кристалла. Для дерева различно вдоль и поперек волокон.

2. Для одних и тех же материалов сухих или влажных неодинаково: большей частью выше, чем сухого материала и воды в отдельности. Появляется градиент давления в сторону распространения тепла и влага с теплом как бы проталкивается.

3. Коэффициент теплопроводности не является аддитивной величиной. Поэтому смеси не может быть рассчитано путем суммирования коэффициентов теплопроводности отдельных компонентов, из которых состоит смесь.

4. Коэффициент теплопроводности сплава чистых металлов в общем случае не может быть средней величиной между коэффициентами теплопроводности чистых металлов, взятых в отдельности.

5. При наличии разного рода примесей чистых металлов резко убывает.

6. Для большинства газов, строительных и изоляционных материалов возрастает с возрастанием температуры.

7. Строительные материалы с относят к теплоизоляционным материалам. Для большинства строительных и изоляционных материалов зависит от плотности, пористости, влажности и других факторов.

8. Для большинства капельных жидкостей убывает с повышением температуры. Исключение составляют глицерин, вода и некоторые другие.

9. Для одних металлов и сплавов (железо, углеродистая сталь и др.) убывает с увеличением температуры, для других (алюминий, нихром и др.) – увеличивается.

10. Для большинства веществ зависимость коэффициента теплопроводности от температуры достаточно слабая, что позволяет его усреднять в заданном интервале температур и оперировать им как постоянной величиной.

Теплоемкость - это свойство материалов поглощать теплоту при повышении температуры. Показателем теплоемкости является удельная теплоемкость материала . Удельная теплоемкость показывает количество теплоты в , которое необходимо сообщить 1 данного материала, чтобы повысить температуру всей его массы на 1 . Удельная теплоемкость имеет размерность .

Для строительных материалов удельная теплоемкость изменяется в пределах от (для минеральной ваты) до (для дерева). Наибольшей удельной теплоемкостью обладает вода (). Сталь имеет удельную теплоемкость .

Дата добавления: 2014-01-05