Теплопроводность и коэффициент теплопроводности. Что это такое. Что называется теплопроводностью

Что называют теплопроводностью?

ТОП 10:

температурное поле -область пространства заполненная некоторой средой, в каждой точке которой определено значение температуры средызависящее от координат и времени. Оно нестационарно, если температура зависит от времени, и стационарно, если температура зависит только от координат: Т=Т(х,у,z)., Температурное поле однородно, если температура одинакова во всех точках области. В неоднородном температурном поле тепловая энергия всегда передается от участков с большей температурой к меньшей. Различают три механизма передачи тепла. 1. Конвекция - перенос тепла движущейся средой. Конвекция возможна в жидких и газообразных средах.2. Лучеиспускание - перенос тепла электромагнитными волнами. 3. Теплопроводность -непосредственная передача кинетической энергии молекулярного движения микрочастиц соседним микрочастицам того же тела или другого тела, находящегося в тепловом контакте с первым. Если мы знаем массу m и удельную теплоемкость с cреды за перегородкой, ее начальную температуру T1 и конечную температуру T2, время t, за которое произошло это изменение температуры в среде, толщину перегородки x, площадь теплопроводящей поверхности S и температуру ТH,, то не представляет никакого труда определить значение теплопроводности вещества, из которого эта перегородка изготовлена. Что называют плотностью теплового потока? При наличии разности температуры в двух соседних точках температурного поля будет происходить процесс выравнивания температур за счет теплопроводности. Плотности теплового потока q-. количество тепла, проходящее из одного участка тела в другой через единичную площадку раздела в единицу времени.Фурье опытным путем установил: , где - теплопроводность вещества; - градиент температуры - вектор, направленный в сторону наибольшего увеличения температуры, т.е. по нормали к изотермической поверхности и численно равный производной от температуры по этому направлению: = ¶T/¶n. В случае одномерного поля температуры Т=Т(х): . Для небольших интервалов температур не зависит от температуры. В общем случае - это функция температуры, давления и т.п. Если процесс переноса тепла стационарный и температура меняется от слоя к слою равномерно, то: , где Т1-Т2 - разность температур между двумя сечениями вещества‚ х - расстояние между ними. Как связаны между собой плотность теплового потока и температура среды? При наличии разности температуры в двух соседних точках температурного поля будет происходить процесс выравнивания температур за счет теплопроводности. Плотности теплового потока q-. количество тепла, проходящее из одного участка тела в другой через единичную площадку раздела в единицу времени.Фурье опытным путем установил: , где - теплопроводность вещества; - градиент температуры - вектор, направленный в сторону наибольшего увеличения температуры, т.е. по нормали к изотермической поверхности и численно равный производной от температуры по этому направлению: ; = ¶T/¶n. В случае одномерного поля температуры Т=Т(х): . Для небольших интервалов температур не зависит от температуры. В общем случае - это функция температуры, давления и т.п. Если процесс переноса тепла стационарный и температура меняется от слоя к слою равномерно, то: , где Т1-Т2 - разность температур между двумя сечениями вещества‚ х - расстояние между ними. Какой физический смысл теплопроводности вещества? Теплопроводность -непосредственная передача кинетической энергии молекулярного движения микрочастиц соседним микрочастицам того же тела или другого тела, находящегося в тепловом контакте с первым. Если мы знаем массу m и удельную теплоемкость с cреды за перегородкой, ее начальную температуру T1 и конечную температуру T2, время t, за которое произошло это изменение температуры в среде, толщину перегородки x, площадь теплопроводящей поверхности S и температуру ТH,, то не представляет никакого труда определить значение теплопроводности вещества, из которого эта перегородка изготовлена. 

infopedia.su

Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности. |

Теплопроводность.

Так что же такое теплопроводность? С точки зрения физики теплопроводность – это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).

Можно сказать проще, теплопроводность – это  способность материала проводить тепло. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Передача тепла происходит за счет передачи энергии при столкновении молекул вещества. Происходит это до тех пор, пока температура внутри тела не станет одинаковой. Такой процесс может происходить в твердых, жидких и газообразных веществах.

На практике, например в строительстве при теплоизоляции зданий, рассматривается другой аспект теплопроводности, связанный с передачей тепловой энергии. В качестве примера возьмем “абстрактный дом”. В “абстрактном доме” стоит нагреватель, который поддерживает внутри дома постоянную температуру, скажем, 25 °С. На улице температура тоже постоянная, например, 0 °С. Вполне понятно, что если выключить обогреватель, то через некоторое время в доме тоже будет 0 °С. Все тепло (тепловая энергия) через стены уйдет на улицу.

Чтобы поддерживать температуру в доме 25 °С, нагреватель должен  постоянно работать. Нагреватель постоянно создает тепло, которое постоянно уходит через стены на улицу.

 

Коэффициент теплопроводности.

Количество тепла, которое проходит через стены (а по научному – интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности) зависит от разности температур (в доме и на улице), от площади стен и теплопроводности материала, из которого сделаны эти стены.

Для количественной оценки теплопроводности существует коэффициент теплопроводности материалов. Этот коэффициент отражает свойство вещества проводить тепловую энергию. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лучше он проводит тепло. Если мы собираемся утеплять дом, то надо выбирать материалы с небольшим значением этого коэффициента. Чем он меньше, тем лучше. Сейчас  в качестве материалов для утепления зданий  наибольшее распространение получили утеплители из минеральной ваты, и различных пенопластов. Набирает популярность новый материал с улучшенными теплоизоляционными качествами – Неопор.

Коэффициент теплопроводности материалов обозначается буквой ? (греческая строчная буква лямбда)  и выражается в Вт/(м2*К). Это означает, что если взять стену из кирпича, с коэффициентом теплопроводности 0,67 Вт/(м2*К), толщиной 1 метр и площадью 1 м2., то при разнице температур в 1 градус, через стену будет проходить 0,67 ватта тепловой энергии. Если разница температур будет 10 градусов, то будет проходить уже 6,7 ватта. А если при такой разнице температур  стену сделать 10 см, то потери тепла будут уже 67 ватт. Подробней о методике расчета теплопотерь зданий можно посмотреть здесь.

Следует отметить, что значения коэффициента теплопроводности материалов указываются для толщины материала в 1 метр. Чтобы определить теплопроводность материала для любой другой толщины, надо коэффициент теплопроводности разделить на нужную толщину, выраженную в метрах.

В строительных нормах и расчетах часто используется понятие “тепловое сопротивление материала”. Это величина обратная теплопроводности.  Если, на пример, теплопроводность пенопласта толщиной 10 см – 0,37 Вт/(м2*К), то его тепловое сопротивление будет равно 1 / 0,37 Вт/(м2*К) = 2,7 (м2*К)/Вт.

 

 

Коэффициент теплопроводности материалов.

Ниже в таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов применяемых в строительстве.

Материал	Коэфф. тепл. Вт/(м2*К)
Алебастровые плиты	0,470
Алюминий	230,0
Асбест (шифер)	0,350
Асбест волокнистый	0,150
Асбестоцемент	1,760
Асбоцементные плиты	0,350
Асфальт	0,720
Асфальт в полах	0,800
Бакелит	0,230
Бетон на каменном щебне	1,300
Бетон на песке	0,700
Бетон пористый	1,400
Бетон сплошной	1,750
Бетон термоизоляционный	0,180
Битум	0,470
Бумага	0,140
Вата минеральная легкая	0,045
Вата минеральная тяжелая	0,055
Вата хлопковая	0,055
Вермикулитовые листы	0,100
Войлок шерстяной	0,045
Гипс строительный	0,350
Глинозем	2,330
Гравий (наполнитель)	0,930
Гранит, базальт	3,500
Грунт 10% воды	1,750
Грунт 20% воды	2,100
Грунт песчаный	1,160
Грунт сухой	0,400
Грунт утрамбованный	1,050
Гудрон	0,300
Древесина – доски	0,150
Древесина – фанера	0,150
Древесина твердых пород	0,200
Древесно-стружечная плита ДСП	0,200
Дюралюминий	160,0
Железобетон	1,700
Зола древесная	0,150
Известняк	1,700
Известь-песок раствор	0,870
Ипорка (вспененная смола)	0,038
Камень	1,400
Картон строительный многослойный	0,130
Каучук вспененный	0,030
Каучук натуральный	0,042
Каучук фторированный	0,055
Керамзитобетон	0,200
Кирпич кремнеземный	0,150
Кирпич пустотелый	0,440
Кирпич силикатный	0,810
Кирпич сплошной	0,670
Кирпич шлаковый	0,580
Кремнезистые плиты	0,070
Латунь	110,0
Лед 0°С	2,210
Лед -20°С	2,440
Липа, береза, клен, дуб (15% влажности)	0,150
Медь	380,0
Мипора	0,085
Опилки – засыпка	0,095
Опилки древесные сухие	0,065
ПВХ	0,190
Пенобетон	0,300
Пенопласт ПС-1	0,037
Пенопласт ПС-4	0,040
Пенопласт ПХВ-1	0,050
Пенопласт резопен ФРП	0,045
Пенополистирол ПС-Б	0,040
Пенополистирол ПС-БС	0,040
Пенополиуретановые листы	0,035
Пенополиуретановые панели	0,025
Пеностекло легкое	0,060
Пеностекло тяжелое	0,080
Пергамин	0,170
Перлит	0,050
Перлито-цементные плиты	0,080
Песок 0% влажности	0,330
Песок 10% влажности	0,970
Песок 20% влажности	1,330
Песчаник обожженный	1,500
Плитка облицовочная	1,050
Плитка термоизоляционная ПМТБ-2	0,036
Полистирол	0,082
Поролон	0,040
Портландцемент раствор	0,470
Пробковая плита	0,043
Пробковые листы легкие	0,035
Пробковые листы тяжелые	0,050
Резина	0,150
Рубероид	0,170
Сланец	2,100
Снег	1,500
Сосна обыкновенная, ель, пихта (450…550 кг/куб.м, 15% влажности)	0,150
Сосна смолистая (600…750 кг/куб.м, 15% влажности)	0,230
Сталь	52,0
Стекло	1,150
Стекловата	0,050
Стекловолокно	0,036
Стеклотекстолит	0,300
Стружки – набивка	0,120
Тефлон	0,250
Толь бумажный	0,230
Цементные плиты	1,920
Цемент-песок раствор	1,200
Чугун	56,0
Шлак гранулированный	0,150
Шлак котельный	0,290
Шлакобетон	0,600
Штукатурка сухая	0,210
Штукатурка цементная	0,900
Эбонит	0,160

www.econel.ru

Коэффициент теплопроводности - это... Что такое Коэффициент теплопроводности?

Теплопрово́дность — это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.

Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием теплорода от одного тела к другому. Однако более поздние опыты, в частности, нагрев пушечных стволов при сверлении, опровергли реальность существования теплорода как самостоятельного вида материи. Соответственно, в настоящее время считается, что явление теплопроводности обусловлено стремлением занять состояние более близкое к термодинамическому равновесию, что выражается в выравнивании температуры.

В установившемся режиме поток энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорционален градиенту температуры:

где  — вектор потока тепла — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси,  — коэффициент теплопроводности (иногда называемый просто теплопроводностью), T — температура.

Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.

В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):

где P — полная мощность тепловых потерь, S — площадь сечения параллелепипеда, ΔT — перепад температур граней, h — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.

Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м·K).

Коэффициенты теплопроводности различных веществ

Материал Теплопроводность, Вт/(м·K)

Алмаз	1001—2600
Серебро	430
Медь	382—390
Золото	320
Алюминий	202—236
Латунь	97—111
Железо	92
Платина	70
Олово	67
Сталь	47
Кварц	8
Стекло	1
Вода	0,6
Кирпич строительный	0,2—0,7
Пенобетон	0,14—0,3
Газобетон	0,1—0,3
Дерево	0,15
Шерсть	0,05
Минеральная вата	0,045
Пенополистирол	0,04
Пеноизол	0,035
Воздух (300 K, 100 кПа)	0,026
Воздух (сухой неподвижный)	0,024—0,031
Аргон	0,0177
Ксенон	0,0057
Аэрогель	0,003
Вакуум (абсолютный)	0 (строго)

На практике нужно также учитывать проводимость тепла за счет конвекции молекул и проникаемости излучений. Например, при полной нетеплопроводности вакуума, тепло может передаваться за счет излучения (пример — Солнце, установки инфракрасного излучения). А газ или жидкость могут обмениваться нагретыми или охлажденными слоями самостоятельно или искусственно (пример — фен, греющие вентиляторы).

Коэффициент теплопроводности вакуума

Коэффициент теплопроводности вакуума стремится к нулю. Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тепло в вакууме передаётся только излучением. Поэтому для уменьшения теплопотери стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность хуже излучает и лучше отражает), а воздух между ними откачивают.

Связь с электропроводностью

Связь коэффициента теплопроводности K с удельной электрической проводимостью σ в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:

где k — постоянная Больцмана, e — заряд электрона.

Обобщения закона Фурье

Следует отметить, что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности, то есть в данной модели изменение температуры в какой-то точке мгновенно распространяется на всё тело. Закон Фурье не применим для описания высокочастотных процессов (и, соответственно, процессов, чьё разложение в ряд Фурье имеет значительные высокочастотные гармоники). Примерами таких процессов являются распространение ультразвука, ударные волны и т. д. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл[1], а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом:[2]

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

Примечания

1. ↑ J. C. Maxwell, Philos. Trans. Roy. Soc. London 157 (1867) 49.
2. ↑ C. Cattaneo, Atti Seminario Univ. Modena 3 (1948) 33.

См. также

Другие способы теплопередачи

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Теплопроводность

Теплопрово́дность — способность материальных тел к переносу энергии (теплообмену) от более нагретых частей тела к менее нагретым, осуществляемому хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т. п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.

Теплопроводностью называется также количественная характеристика способности тела проводить тепло. В сравнении тепловых цепей с электрическими это аналог проводимости.

Количественно способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Эта характеристика равна количеству теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К). В системе СИ единицей измерения коэффициента теплопроводности является Вт/(м·K).

Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием гипотетического теплорода от одного тела к другому. Однако с развитием молекулярно-кинетической теории явление теплопроводности получило своё объяснение на основе взаимодействия частиц вещества. Молекулы в более нагретых частях тела движутся быстрее и передают энергию посредством столкновений медленным частицам в более холодных частях тела.

Содержание

• 1 Закон теплопроводности Фурье
  • 1.1 Связь с электропроводностью
  • 1.2 Коэффициент теплопроводности газов
  • 1.3 Теплопроводность в сильно разреженных газах
• 2 Обобщения закона Фурье
• 3 Коэффициенты теплопроводности различных веществ
• 4 Примечания
• 5 См. также
• 6 Ссылки

Закон теплопроводности Фурье

В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:

где  — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси,  — коэффициент теплопроводности (удельная теплопроводность),  — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad T (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.

В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):

где  — полная мощность тепловых потерь,  — площадь сечения параллелепипеда,  — перепад температур граней,  — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.

Связь с электропроводностью

Связь коэффициента теплопроводности с удельной электрической проводимостью в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:

где  — постоянная Больцмана,  — заряд электрона.

Коэффициент теплопроводности газов

В газах коэффициент теплопроводности может быть найден по приближённой формуле

где — плотность газа, — удельная теплоёмкость при постоянном объёме, — средняя длина свободного пробега молекул газа, — средняя тепловая скорость. Эта же формула может быть записана как

где — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5, для одноатомного i=3), — постоянная Больцмана, — молярная масса, — абсолютная температура, — эффективный (газокинетический) диаметр молекул, — универсальная газовая постоянная. Из формулы видно, что наименьшей теплопроводностью обладают тяжелые одноатомные (инертные) газы, наибольшей — легкие многоатомные (что подтверждается практикой, максимальная теплопроводность из всех газов — у водорода, минимальная — у радона, из нерадиоактивных газов — у ксенона).

Теплопроводность в сильно разреженных газах

Приведённое выше выражение для коэффициента теплопроводности в газах не зависит от давления. Однако если газ сильно разрежен, то длина свободного пробега определяется не столкновениями молекул друг с другом, а их столкновениями со стенками сосуда. Состояние газа, при котором длина свободного пробега молекул ограничивается размерами сосуда называют высоким вакуумом. При высоком вакууме теплопроводность убывает пропорционально плотности вещества (то есть обратно пропорционально давлению в системе): , где — размер сосуда, — давление.

Таким образом коэффициент теплопроводности вакуума тем ближе к нулю, чем глубже вакуум. Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тем не менее, энергия в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому, например, для уменьшения теплопотерь стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность лучше отражает излучение), а воздух между ними откачивают.

Обобщения закона Фурье

Следует отметить, что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности, то есть в данной модели изменение температуры в какой-то точке мгновенно распространяется на всё тело. Закон Фурье неприменим для описания высокочастотных процессов (и, соответственно, процессов, чьё разложение в ряд Фурье имеет значительные высокочастотные гармоники). Примерами таких процессов являются распространение ультразвука, ударные волны и т. п. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл, а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом:

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

Коэффициенты теплопроводности различных веществ

Цветок на куске аэрогеля над горелкой Бунзена Материал Теплопроводность, Вт/(м·K)

Графен	4840±440 — 5300±480
Алмаз	1001—2600
Графит	278,4—2435
Карбид кремния	490
Серебро	430
Медь	401
Оксид бериллия	370
Золото	320
Алюминий	202—236
Нитрид алюминия	200
Нитрид бора	180
Кремний	150
Латунь	97—111
Хром	93,7
Железо	92
Платина	70
Олово	67
Оксид цинка	54
Сталь	47
Свинец	35,3
Кварц	8
Гранит	2,4
Базальт	1,3
Стекло	1-1,15
Термопаста КПТ-8	0,7
Вода при нормальных условиях	0,6
Кирпич строительный	0,2—0,7
Силиконовое масло	0,16
Пенобетон	0,05—0,3
Древесина	0,15
Нефтяные масла	0,12
Свежий снег	0,10—0,15
Пенополистирол (горючесть Г1)	0,038-0,052
Экструдированный пенополистирол (горючесть Г1 и Г4	0,032-0,034
Стекловата	0,032-0,041
Каменная вата	0,034-0,039
Воздух (300 K, 100 кПа)	0,022
Вакуум (абсолютный)	0 (строго)

Также нужно учитывать передачу тепла из-за конвекции молекул и излучения. Например, при полной нетеплопроводности вакуума, тепловая энергия передаётся излучением (Солнце, инфракрасные теплогенераторы). В газах и жидкостях происходит перемешивание разнотемпературных слоёв естественным путём или искусственно (примеры принудительного перемешивания - фены, электрочайники). Также в конденсированных средах возможно «перепрыгивание» фононов из одного твердого тела в другое через субмикронные зазоры, что способствует распространению звуковых волн и тепловой энергии, даже если зазоры представляют собой идеальный вакуум.

Примечания

1. ↑ Естествознание. Энциклопедический словарь. Закон Фурье.
2. ↑ Д.В. Сивухин. Общий курс физики: термодинамика и молекулярная физика. — М.: Физматлит, 2006. — С. 345.
3. ↑ Исследование теплопроводности газов. // Методические указания.
4. ↑ J. C. Maxwell, Philos. Trans. Roy. Soc. London 157 (1867) 49.
5. ↑ C. Cattaneo, Atti Seminario Univ. Modena 3 (1948) 33.

См. также

• Теплопередача
• Конвекция
• Тепловое излучение
• Закон Ньютона — Рихмана
• Уравнение диффузии

Ссылки

• Теплопроводность воды и водяного пара
• Коэффициенты теплопроводности элементов
• Таблица теплопроводности веществ и материалов

Теплопроводность Информация о

ТеплопроводностьТеплопроводность

Теплопроводность Информация Видео

Теплопроводность Просмотр темы.

Теплопроводность что, Теплопроводность кто, Теплопроводность объяснение

There are excerpts from wikipedia on this article and video

www.turkaramamotoru.com

Что значит теплопроводность - Значения слов

где l ≈ коэффициент Т., или просто Т., не зависит от grad T [l зависит от агрегатного состояния вещества (см. табл.), его атомно-молекулярного строения, температуры и давления, состава (в случае смеси или раствора) и т. д.].

Значения коэффициента теплопроводности l для некоторых газов, жидкостей и твёрдых тел при атмосферном давлении

Вещество

t, ╟ C

l, вт/(м×К) Газы

Водород

Гелий

Кислород

Азот

Воздух Металлы

Серебро

Медь

Железо

Олово

Свинец Жидкости

Ртуть

Вода

Ацетон

Этиловый спирт

Бензол Минералы и материалы

Хлорид натрия

Турмалин

Стекло

Дерево

Асбест

0

0

0

-3

4

0

0

0

0

0

0

20

16

20

22,5

0

0

18

18

18

0,1655 0,1411 0,0239 0,0237 0,0226

429

403

86,5

68,2

35,6

7,82

0,599

0,190

0,167

0,158

6,9

4,6

0,4≈1 0,16≈0,25 0,12

══Отклонения от закона Фурье могут появиться при очень больших значениях grad T (например, в сильных ударных волнах ), при низких температурах (для жидкого гелия Не II) и при высоких температурах порядка десятков и сотен тысяч градусов, когда в газах перенос энергии осуществляется не только в результате межатомных столкновений, но в основном за счёт излучения (лучистая Т.). В разреженных газах, когда l сравнимо с расстоянием L между стенками, ограничивающими объём газа, молекулы чаще сталкиваются со стенками, чем между собой. При этом нарушается условие применимости закона Фурье и само понятие локальной температуры газа теряет смысл. В этом случае рассматривают не процесс Т. в газе, а теплообмен между телами, находящимися в газовой среде. Процесс переноса теплоты ≈Т. ≈ в сплошной среде описывается теплопроводности уравнением .

Для идеального газа , состоящего из твёрдых сферических молекул диаметром d, согласно кинетической теории газов , справедливо следующее выражение для \ (при ):

, (

где r ≈ плотность газа, cv ≈ теплоёмкость единицы массы газа при постоянном объёме V, ═≈ средняя скорость движения молекул. Поскольку J пропорциональна 1/р, а r ~ р (р ≈ давление газа), то Т. такого газа не зависит от давления. Кроме того, коэффициент Т. l и вязкости m связаны соотношением: . В случае газа, состоящего из многоатомных молекул, существенный вклад в l дают внутренние степени свободы молекул, что учитывает соотношение:

,

где g = ср/cv, ср ≈ теплоёмкость при постоянном давлении. В реальных газах коэффициент Т. ≈ довольно сложная функция температуры и давления, причём с

xn--b1algemdcsb.xn--p1ai

Теплопроводность жидкостей и газов

Московский Государственный Строительный Университет

Кафедра Физики

КУРСОВАЯ РАБОТА

по физике на тему

Теплопроводность. Теплопроводность жидкостей и газов

Москва 2008 г.

Содержание

Введение

1. Основной закон теплопроводности

2. Физический смысл коэффициента теплопроводности

3. Теплопроводность жидкостей и газов

4. Теплопроводность газов

5. Теплопроводность жидкости

Заключение

Список используемых источников

Введение

В учении о теплообмене рассматриваются процессы распространения теплоты в твердых, жидких и газообразных телах. Эти процессы по своей физико-механической природе весьма многообразны, отличаются большой сложностью и обычно развиваются в виде целого комплекса разнородных явлений.

Перенос теплоты может осуществляться тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением, или радиацией. Эти формы глубоко различны по своей природе и характеризуются различными законами.

Процесс переноса теплоты теплопроводностью происходит между непосредственно соприкасающимися телами или частицами тел с различной температурой. Учение о теплопроводности однородных и изотропных тел опирается на весьма прочный теоретический фундамент. Оно основано на простых количественных законах и располагает хорошо разработанным математическим аппаратом. Теплопроводность представляет собой, согласно взглядам современной физики, молекулярный процесс передачи теплоты.

Известно, что при нагревании тела кинетическая энергия его молекул возрастает. Частицы более нагретой части тела, сталкиваясь при своем беспорядочном движении с соседними частицами, сообщают им часть своей кинетической энергии. Этот процесс постепенно распространяется по всему телу. Перенос теплоты теплопроводностью зависит от физических свойств тела, от его геометрических размерах, а также от разности температур между различными частями тела. При определении переноса теплоты теплопроводностью в реальных телах встречаются известные трудности, которые на практике до сих пор удовлетворительно не решены. Эти трудности состоят в том, что тепловые процессы развиваются в неоднородной среде, свойства которой зависят от температуры и изменяются по объему.

1. Основной закон теплопроводности

Для распространения теплоты в любом теле или пространстве необходимо наличие разности температур в различных точках тела. Это условие относится и к передаче теплоты теплопроводностью, при которой градиент температуры в различных точках тела не должен быть равен нулю.

Связь между количеством теплоты

, проходящим за промежуток времени через элементарную площадку dS, расположенную на изотермической поверхности, и градиентом температуры устанавливается гипотезой Фурье, согласно которой .(2.1)

Минус в правой части показывает, что в направлении теплового потока температура убывает и gradT является величиной отрицательной. Коэффициент пропорциональности

называется коэффициентом теплопроводности или более кратко теплопроводностью. Справедливость гипотезы Фурье подтверждено многочисленными опытными данными, поэтому эта гипотеза в настоящее время носит название основного уравнения теплопроводности или закона Фурье.

Отношение количества теплоты, проходящего через заданную поверхность, ко времени называют тепловым потоком. Тепловой поток обозначают q и выражают в ваттах (Вт):

. (2.2)

Если относительное изменение температуры Т на расстоянии средней длины свободного пробега частиц l мало, то выполняется основной закон теплопроводности (закон Фурье): плотность теплового потока q пропорциональна градиенту температуры grad T, то есть

(2.3)

(где

— коэффициент теплопроводности или просто теплопроводности) Отношение теплового потока dq через малый элемент поверхности к площади dS этой поверхности называют поверхностной плотностью теплового потока (или вектором плотности теплового потока), обозначают j и выражают в ваттах на квадратный метр (Вт/м2 ): .(2.4)

Вектор плотности теплового потока направлен по нормали к поверхности в сторону убывания температуры. Векторы j и gradT лежат на одной прямой, но направлены в противоположные стороны.

Тепловой поток q, прошедший сквозь произвольную поверхность S, находят из выражения

.(2.5)

Количество теплоты, прошедшее через эту поверхность в течение времени t, определяется интегралом

.(2.6)

Таким образом, для определения количества теплоты, проходящего через какую-либо произвольную поверхность твердого тела, необходимо знать температурное поле внутри рассматриваемого тела. Нахождение температурного поля и составляет основную задачу аналитической теории теплопроводности.

2. Физический смысл коэффициента теплопроводности

Вспомним ещё раз, что основным законом передачи тепла теплопроводностью является закон Фурье. Согласно этому закону количество тепла dQ, передаваемое посредством теплопроводности через элемент поверхности dF, перпендикулярный тепловому потоку, за время dt прямопропорционально температурному градиенту ¶t/¶n, поверхности dF и времени dt:

(3.1)

Коэффициент пропорциональности l называется коэффициентом теплопроводности, при выражении Q в ккал/ч:

Таким образом, коэффициент теплопроводности l показывает, какое количество тепла проходит вследствие теплопроводности в единицу времени

через единицу поверхности теплообмена при падении температуры на 1 град на единицу длины нормали к изотермической поверхности.

Коэффициенты теплопроводности l сплошных однородных сред зависят от физико-химических свойств вещества (структура вещества, его природа). Значения теплопроводности для многих веществ табулированы и могут быть легко найдены в справочной литературе.

Значения коэффициента теплопроводности

для некоторых газов, жидкостей и твёрдых тел при атмосферном давлении, зависит от агрегатного состояния вещества (см. табл. ), его атомно-молекулярного строения, температуры и давления, состава (в случае смеси или раствора) и т. д.].

3. Теплопроводность жидкостей и газов

Теплопроводность , один из видов переноса теплоты (энергии теплового движения микрочастиц) от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температуры. При теплопроводности перенос энергии в теле осуществляется в результате непосредственной передачи энергии от частиц (молекул, атомов, электронов), обладающих большей энергией, частицам с меньшей энергией.

Отклонения от закона Фурье могут появиться при очень больших значениях grad T (например, в сильных ударных волнах), при низких температурах (для жидкого гелия Не) и при высоких температурах порядка десятков и сотен тысяч градусов, когда в газах перенос энергии осуществляется не только в результате межатомных столкновений, но в основном за счёт излучения (лучистая теплопроводность). В разреженных газах, когда l сравнимо с расстоянием L между стенками, ограничивающими объём газа, молекулы чаще сталкиваются со стенками, чем между собой. При этом нарушается условие применимости закона Фурье, и само понятие локальной температуры газа теряет смысл. В этом случае рассматривают не процесс теплопроводности в газе, а теплообмен между телами, находящимися в газовой среде.

4. Теплопроводность газов

Для идеального газа, состоящего из твёрдых сферических молекул диаметром d, согласно кинетической теории газов, справедливо следующее выражение

(3.4)

где

— плотность газа, cv — теплоёмкость единицы массы газа при постоянном объёме, V — средняя скорость движения молекул. Поскольку J пропорциональна 1/р, а ~ р (р — давление газа), то Т. такого газа не зависит от давления. Кроме того, коэффициент теплопроводности и вязкости связаны соотношением: . В случае газа, состоящего из многоатомных молекул, существенный вклад в дают внутренние степени свободы молекул, что учитывает соотношение:

mirznanii.com

Теплопроводность строительных материалов

Разные материалы имеют различную теплопроводность, и чем она ниже, тем меньше теплообмен внутренней среды обитания с внешней. Это значит, что зимой в таком доме сохраняется тепло, а летом – прохлада

Теплопроводность — количественная характеристика способности тел к проведению тепла. Для того чтобы иметь возможность сравнения, а также точных расчетов при строительстве, представляем цифры в таблице теплопроводности, а также прочности, паропроницаемости большинства строительных материалов.

Выделяют следующие виды теплообменных процессов:

1. теплопроводность;
2. конвекция;
3. тепловое излучение.

Теплопроводность — это перенос на молекулярном уровне тепла между телами либо частицами одного и того же тела, имеющими разные температуры, когда происходит достаточно активный обмен двигательной энергией молекул, атомов и свободных электронов, т. е. мельчайших частиц тела.

Данный процесс осуществляется передвигающимися в хаотическом порядке структурными частицами тел (подразумеваются молекулы, атомы и т.п.). Подобный обмен тепла происходит в любом физическом теле, имеющем неоднородное распределение температур. Сам же механизм теплопередачи так или иначе зависит от того, в каком агрегатном состоянии вещество находится в текущий момент.

Тепловое излучение — перенос энергии от одного тела к иному телу, происходящий при посредстве электромагнитных волн.

Все способы передачи тепла зачастую реализуются совместно. Так, конвекцию сопровождает теплопроводность, ведь при этом неизбежно происходит соприкосновение частиц с различной температурой.Процесс конвекции  осуществляется при перемещении в пространстве неравномерно нагретых участков  среды. При этом перенос тепла не­разрывным образом связан с переносом этой самой среды.

Чтобы достичь такого же тепла в доме из кирпича, какое дает деревянный сруб, толщина кирпичных стен должна превышать в три раза толщину стен постройки из дерева

Процесс совместного переноса тепла способом конвекции и теплопроводности именуют конвективным теплообменом. Теплоотдача — по своей сути конвективный теплообмен между перемещающейся средой и неподвижной (твердой) стеной.  Теплоотдача нередко сопровождается тепловым излучением. Перенос тепла в таком случае осуществляется совместно посредством таких процессов, как теплопроводность, конвекция и тепловое излучение.

Происходит перенос вещества, так называемый массообмен, проявляющийся в равновесной  концентрации вещества.

Совместное одновременное течение процессов теплообмена и массообмена называют тепломассообменом.

Теплопроводность выражается в тепловом перемещении мельчайших частиц тел. Явление теплопроводности можно наблюдать как в твердых телах, так и в неподвижных газах, и в жидкостях при условии, что в них не возникают конвективные токи. При возведении разного рода конструкций, включая жилые дома, необходимы знания о теплопроводности строительных материалов, в том числе таких, как минеральная вата, пенополистирол, пенополиуретан и др.

Показателем теплопроводности материалов служит коэффициент теплопроводности

Говоря о теплопроводности, также имеют в виду количественные  характеристики способности тел к проведению тепла. Способность того или иного вещества проводить тепло различна. Ее измеряют такой единицей, как коэффициент теплопроводности, означающем удельную теплопроводность.  В численном выражении данная характеристика равняется количеству тепла, проходящего сквозь тот или материал толщиною в 1 м и площадью 1 кв.м/сек при единичном температурном диапазоне.

Прежде предполагалось, что тепловая энергия передается в зависимости от перетекания  теплорода тел от одного к другому. Впрочем, впоследствии опыты опровергли само понятие теплорода в качестве самостоятельного вида материи. В наше время считается, что явление теплопроводности обусловлено естественным  стремлением объектов к состоянию, максимально близкому к термодинамическому равновесию, что и проявляется выравниванием их температур.

Интересно рассмотреть с этой точки зрения коэффициент теплопроводности вакуума. Он близок нулю — причем, чем вакуум глубже вакуум, тем его теплопроводность ближе к нулевой. Почему? Дело в том, что в вакууме крайне низкая концентрация материальных частиц, которые способны переносить тепло. Но тепло в вакууме всё же передаётся — при помощи излучения. Так, например, чтобы довести до минимума теплопотери, термос делают с двойными стенками, откачивая между ними воздух. А также делают «серебрение». На том же качестве, что зеркальная поверхность отражает излучение лучше, основаны свойства таких материалов, как фольгированный пенофол и другие подобные изоляционные материалы.Ниже смотрим познавательные видеоматериалы для более полного представления такого физического понятия, как теплопроводность, на конкретных примерах.

Материал	Плотность, кг/м3	Теплопроводность, Вт/(м*С)	Паропроницаемость,Мг/(м*ч*Па)	Эквивалентная1(при сопротивлении теплопередаче = 4,2м2*С/Вт)   толщина, м	Эквивалентная2(при сопротивление паропроницанию =1,6м2*ч*Па/мг) толщина, м
Железобетон	2500	1.69	0.03	7.10	0.048
Бетон	2400	1.51	0.03	6.34	0.048
Керамзитобетон	1800	0.66	0.09	2.77	0.144
Керамзитобетон	500	0.14	0.30	0.59	0.48
Кирпич красный глиняный	1800	0.56	0.11	2.35	0.176
Кирпич, силикатный	1800	0.70	0.11	2.94	0.176
Кирпич керамический пустотелый (брутто1400)	1600	0.41	0.14	1.72	0.224
Кирпич керамический пустотелый (брутто 1000)	1200	0.35	0.17	1.47	0.272
Пенобетон	1000	0.29	0.11	1.22	0.176
Пенобетон	300	0.08	0.26	0.34	0.416
Гранит	2800	3.49	0.008	14.6	0.013
Мрамор	2800	2.91	0.008	12.2	0.013
Сосна, ель поперек волокна	500	0.09	0.06	0.38	0.096
Дуб поперек волокна	700	0.10	0.05	0.42	0.08
Сосна, ель вдоль волокна	500	0.18	0.32	0.75	0.512
Дуб вдоль волокна	700	0.23	0.30	0.96	0.48
Фанера	600	0.12	0.02	0.50	0.032
ДСП	1000	0.15	0.12	0.63	0.192
Пакля	150	0.05	0.49	0.21	0.784
Гипсокартон	800	0.15	0.075	0.63	0.12
Картон облицовочный	1000	0.18	0.06	0.75	0.096
Минвата	200	0.070	0.49	0.30	0.784
Минвата	100	0.056	0.56	0.23	0.896
Минвата	50	0.048	0.60	0.20	0.96
Пенополистирол экструдированный	33	0.031	0.013	0.13	0.021
Пенополистирол экструдированный	45	0.036	0.013	0.13	0.021
Пенополистирол	150	0.05	0.05	0.21	0.08
Пенополистирол	100	0.041	0.05	0.17	0.08
Пенополистирол	40	0.038	0.05	0.16	0.08
Пенопласт ПВХ	125	0.052	0.23	0.22	0.368
Пенополиуретан	80	0.041	0.05	0.17	0.08
Пенополиуретан	60	0.035	0.0	0.15	0.08
Пенополиуретан	40	0.029	0.05	0.12	0.08
Пенополиуретан	30	0.020	0.05	0.09	0.08
Керамзит	800	0.18	0.21	0.75	0.336
Керамзит	200	0.10	0.26	0.42	0.416
Песок	1600	0.35	0.17	1.47	0.272
Пеностекло	400	0.11	0.02	0.46	0.032
Пеностекло	200	0.07	0.03	0.30	0.048
АЦП	1800	0.35	0.03	1.47	0.048
Битум	1400	0.27	0.008	1.13	0.013
Полиуретановая мастика	1400	0.25	0.00023	1.05	0.00036
Полимочевина	1100	0.21	0.00023	0.88	0.00054
Рубероид, пергамин	600	0.17	0.001	0.71	0.0016
Полиэтилен	1500	0.30	0.00002	1.26	0.000032
Асфальтобетон	2100	1.05	0.008	4.41	0.0128
Линолеум	1600	0.33	0.002	1.38	0.0032
Сталь	7850	58	0	243	0
Алюминий	2600	221	0	928	0
Медь	8500	407	0	1709	0
Стекло	2500	0.76	0	3.19	0

teplolivam.ru

---

• 
  Применение ингибиторов коррозии
• 
  Общие сведения о сплавах и металлах
• 
  Трактора машины
• 
  Горные дороги
• 
  Коробка передач пятиступенчатая
• 
  Как запрессовать подшипник
• 
  Эо 4121
• 
  Синхронизатор коробки передач
• 
  Шабровка это
• 
  То и ремонт автомобилей
• 
  Карбюратор для чего нужен