Przewodność cieplna. Prawie kompleks.

Przewodnictwo cieplne materiałów budowlanych, ich gęstość i pojemność cieplna

Podano obszerną tabelę przewodnictwa cieplnego materiałów budowlanych, a także gęstości i ciepła właściwego materiałów w stanie suchym przy ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze 20 ... 50 ° C (o ile nie wskazano innej temperatury). Wartości podane dla ponad 400 materiałów!

Należy zwrócić uwagę na wartość przewodnictwa cieplnego materiałów budowlanych w tabeli, gdyż ta cecha wraz z ich gęstością jest najważniejsza. Szczególnie przewodność cieplna jest ważna w przypadku materiałów budowlanych stosowanych jako izolacja termiczna do izolacji termicznej konstrukcji budowlanych.

Przewodność cieplna materiałów budowlanych w znacznym stopniu zależy od ich porowatości i gęstości. Im niższa gęstość, tym niższe przewodnictwo cieplne materiału.w związku z tym niskie przewodnictwo cieplne jest charakterystyczne dla materiałów porowatych i lekkich (w szczegółowej tabeli gęstości można również znaleźć wartości gęstości materiałów budowlanych, metali i stopów, produktów i innych substancji).

Na przykład w naszej tabeli przewodności cieplnej materiałów i grzejników można wyróżnić następujące materiały budowlane o niskim współczynniku przewodności cieplnej - jest to aerożel (z 0,014 W / (m · deg)), wełny szklanej, styropianu i gumy ekspandowanej (od 0,03 W / (m stopnie)), Izolacja MBOR (od 0,038 W / (m · deg)), gazobeton i pianobeton (od 0,08 W / (m · deg)).
Przewodność cieplna materiałów budowlanych - tabela

Źródła: 1. Wielkości fizyczne. Informator. A.P. Babichev, N.A. Babushkina, A.M. Bratkovsky i inni; Ed. JEST. Grigorieva, E.Z. Meilikhova. - M .: Energoatomizdat, 1991 - 1232 str. 2. Eremkin A.I., Queen T.I. Reżim termiczny budynków: samouczek. - M.: Wydawnictwo ACB, 2000-368 str. 3. Kirillov P.L., Bogoslovskaya G.P. Wymiana ciepła w elektrowniach jądrowych: Podręcznik dla uniwersytetów. - M.: Energoatomizdat, 2000. - 456 str.: Chory. 4. Mikheev M.A., Mikheeva I.M. Podstawy wymiany ciepła. 5. Franchuk A.U. Tabele właściwości cieplnych materiałów budowlanych, M .: Instytut Fizyki Budownictwa, 1969 - 142 str. 6. V. Blazi. Podręcznik projektanta. Fizyka budowli. M.: Tekhnosfera, 2004. 7. Ciepłownictwo konstrukcyjne SNiP II-3-79. Ministerstwo Budownictwa Rosji - Moskwa 1995. 8. Novichenok N.L., Shulman Z.P. Właściwości termofizyczne polimerów. Mińsk, „Nauka i technika” 1971. - 120 str. 9. Isachenko V.P., Osipova V.A., Sukomel A.S. Przenikanie ciepła. Podręcznik dla uniwersytetów, wyd. 3, wyd. i dodaj. - M .: „Energia”, 1975. - 488 str.

Podstawowe definicje

Zjawisko przewodnictwa cieplnego polega na przenoszeniu ciepła przez cząsteczki strukturalne substancji - cząsteczki, atomy, elektrony - w trakcie ich ruchu termicznego. W cieczach i ciałach stałych - dielektrykach - wymiana ciepła odbywa się poprzez bezpośrednie przeniesienie ruchu termicznego cząsteczek i atomów na sąsiednie cząsteczki materii. W ciałach gazowych propagacja ciepła przez przewodnictwo cieplne następuje z powodu wymiany energii podczas zderzenia cząsteczek o różnych prędkościach ruchu termicznego. W metalach przewodnictwo cieplne odbywa się głównie z powodu ruchu swobodnych elektronów.
Główny przewodnik przewodności cieplnej zek zawiera szereg pojęć matematycznych, których definicje warto przypomnieć i wyjaśnić.

Pole temperatury to zbiór wartości temperatury we wszystkich punktach ciała w danym czasie. Matematycznie jest opisany jako t = f (x, y, z, τ). Rozróżnia się stacjonarne pole temperatury, w którym temperatura we wszystkich punktach ciała nie zależy od czasu (nie zmienia się w czasie), oraz niestacjonarne pole temperatury. Ponadto, jeśli temperatura zmienia się tylko wzdłuż jednej lub dwóch współrzędnych przestrzennych, wówczas pole temperatury nazywa się odpowiednio jedno- lub dwuwymiarowe.

Powierzchnia izotermiczna to zbiór punktów o tej samej temperaturze.

Gradient temperatury - grad t jest wektorem skierowanym wzdłuż normalnej do powierzchni izotermicznej i liczbowo równym pochodnej temperatury w tym kierunku.

Zgodnie z podstawową zasadą przewodnictwa cieplnego - prawem Fouriera (1822), wektor gęstości strumienia ciepła przenoszonego przez przewodnictwo cieplne jest proporcjonalny do gradientu temperatury:

q = - λ grad t, (3)

gdzie λ jest współczynnikiem przewodności cieplnej substancji; jego jednostką miary jest W / (m · K).

Znak minus w równaniu (3) wskazuje, że wektor q jest skierowany przeciwnie do wektora grad t, tj. w kierunku największego spadku temperatury.

Strumień ciepła δQ przez dowolnie zorientowany elementarny obszar dF jest równy iloczynowi skalarnemu wektora q przez wektor elementarnego obszaru dF, a całkowity strumień ciepła Q przez całą powierzchnię F jest określany przez całkowanie tego iloczynu na powierzchni FA:

(4)

WSPÓŁCZYNNIK PRZEWODNOŚCI CIEPLNEJ

Współczynnik przewodzenia ciepła λ w prawie Fouriera (3) charakteryzuje zdolność danej substancji do przewodzenia ciepła. Wartości współczynników przewodzenia ciepła podano w podręcznikach dotyczących właściwości termofizycznych substancji. Numerycznie współczynnik przewodzenia ciepła λ = q / grad t jest równy gęstości strumienia ciepła q przy gradiencie temperatury grad t = 1 K / m. Lekki gaz, wodór, ma najwyższą przewodność cieplną. W warunkach pokojowych przewodność cieplna wodoru λ = 0,2 W / (m · K). Dla cięższych gazów przewodnictwo cieplne jest mniejsze - dla powietrza λ = 0,025 W / (m K), dla dwutlenku węgla λ = 0,02 W / (m K).

Czyste srebro i miedź mają najwyższą przewodność cieplną: λ = 400 W / (m · K). Dla stali węglowych λ = 50 W / (m · K). W cieczach współczynnik przewodności cieplnej jest zwykle mniejszy niż 1 W / (m · K). Woda jest jednym z najlepszych ciekłych przewodników ciepła, dla niej λ = 0,6 W / (m · K).

Przewodność cieplna niemetalicznych materiałów stałych jest zwykle poniżej 10 W / (m · K).

Materiały porowate - korek, różne wypełniacze włókniste, np. Wełna organiczna - mają najniższe współczynniki przewodzenia ciepła λ <0,25 W / (m · K), zbliżając się przy małej gęstości upakowania do współczynnika przewodzenia ciepła powietrza wypełniającego pory.

Temperatura, ciśnienie, aw przypadku materiałów porowatych również wilgotność mogą mieć znaczący wpływ na współczynnik przewodzenia ciepła. W informatorach zawsze podaje się warunki, w których wyznaczono współczynnik przewodnictwa cieplnego danej substancji, a dla innych warunków tych danych nie można wykorzystać. Zakresy wartości λ dla różnych materiałów przedstawiono na rys. jeden.

Ryc.1. Przedziały wartości współczynników przewodzenia ciepła różnych substancji.