Содержание
Примечания
- ↑Естествознание. Энциклопедический словарь. Закон Фурье.
- ↑Исследование теплопроводности газов. // Методические указания.
- ↑J. C. Maxwell, Philos. Trans. Roy. Soc. London 157 (1867) 49.
- ↑C. Cattaneo, Atti Seminario Univ. Modena 3 (1948) 33.
Коэффициент теплопроводности газовой среды
В газовой среде коэффициент теплопроводности воздуха может рассчитываться по приблизительной формуле:
ϰ ~ 1/3 х p х cv х Λλ х v–, где:
- pv – плотность газовой среды;
- cv – удельная емкость тепловой энергии при одном и том же объеме тела;
- Λλ – расстояние свободного перемещения молекул в газовой среде;
- v– – скорость передачи тепла.
Или:
ϰ = I x К / 3 x π3/3 x d2 √ RT / μ, где:
- i – результат суммирования уровней свободы прямого движения и вращения молекул в газовой среде (для 2-атомных газов i=5, для 1-атомных i=3;
- К – коэффициент Больцмана;
- μ – отношение массы газа к количеству молей газа;
- T – термодинамическая температура;
- d – ⌀ молекул газа;
- R – универсальный коэффициент для газовой среды.
Согласно формуле минимальная теплопроводность материалов существует у тяжелых инертных газов, максимально эффективная теплопроводность строительных материалов – у легких.
” alt=””>
Характеристика теплопроводности материалов
Понятие теплопроводности материалов характеризуется способностью переносить тепловую энергию в пределах определенного объекта от нагретых частей к холодным. Процесс осуществляется атомами, молекулами, электронами и происходит в любых телах с неравномерным распределением температуры.
С позиций кинетической физики этот процесс происходит в результате взаимодействия частиц молекул более нагретых участков в пределах образца с другими элементами, отличающимися низшей температурой. Механизм и скорость переноса теплоты зависит от агрегатного состояния вещества.
https://youtube.com/watch?v=z8JhdvjYrl8
Категория теплопроводности предусматривает определение скорости нагревания образца материала и перемещение температурной волны в определенном направлении. Показатель зависит от физических параметров:
- плотности;
- температуры фазового перехода в жидкое состояние
- скорости распространения звука (для диэлектриков).
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 | 382—390 |
Оксид бериллия | 370 |
Золото | 320 |
Алюминий | 202—236 |
Нитрид алюминия | 200 |
Нитрид бора | 180 |
Кремний | 150 |
Латунь | 97—111 |
Хром | 93,7 |
Железо | 92 |
Платина | 70 |
Олово | 67 |
Оксид цинка | 54 |
Сталь | 47 |
Кварц | 8 |
Стекло | 1-1,15 |
КПТ-8 | 0,7 |
Водапри нормальных условиях | 0,6 |
Кирпич строительный | 0,2—0,7 |
Силиконовое масло | 0,16 |
Пенобетон | 0,14—0,3 |
Древесина | 0,15 |
Нефтяные масла | 0,12 |
Свежий снег | 0,10—0,15 |
Вата | 0,055 |
Воздух (300 K, 100 кПа) | 0,026 |
Вакуум (абсолютный) | 0 (строго) |
другие вещества
Материал | Теплопроводность, Вт/(м·K) |
---|---|
Кальций | 201 |
Бериллий | 201 |
Вольфрам | 173 |
Магний | 156 |
Родий | 150 |
Иридий | 147 |
Молибден | 138 |
Рутений | 117 |
Хром | 93,9 |
Осмий | 87,6 |
Титан | 21,9 |
Тефлон | 0,25 |
Бумага | 0,14 |
Полистирол | 0,082 |
Шерсть | 0,05 |
Минеральная вата | 0,045 |
Пенополистирол | 0,04 |
Стекловолокно | 0,036 |
Пробковое дерево | 0,035 |
Пеноизол | 0,035 |
Каучуквспененный | 0,03 |
Аргон | 0,0177 |
Аэрогель | 0,017 |
Ксенон | 0,0057 |
На практике нужно также учитывать проводимость тепла за счет конвекции молекул и проникаемости излучений. Например, при полной нетеплопроводности вакуума, тепло может передаваться за счет излучения (пример — Солнце, установки инфракрасного излучения). А газ или жидкость могут обмениваться нагретыми или охлажденными слоями самостоятельно или искусственно (пример — фен, греющие вентиляторы). Так же в конденсированных средах возможно «перепрыгивание» фононов из одного твердого тела в другое через субмикронные зазоры, что способствует распространению звуковых волн и тепла, даже если зазоры представляют собой идеальный вакуум.