Читайте также:
|
Коэффициент теплопроводности l (удельная теплопроводность) служит сравнительной характеристикой при оценке теплозащитных свойств различных материалов и зависит от структуры, плотности материала, его влажности, температуры и других факторов. Для твердых тел значение l лежит в пределах от 0,02 Вт/мК до 400 Вт/мК. К теплоизоляционным материалам относят материалы со значениями l менее 0,2 Вт/мК.
Наименьшим коэффициентом теплопроводности обладает воздух: при комнатной температуре lв» 0,026 Вт/мК. В диапазоне температур до 100 -150 оС значение lв может быть рассчитано по соотношению:
lв = (243 + 0,775 t г)·10-4 , Вт/мК, (6.27)
где t г - температура газа, °С.
Коэффициент теплопроводности l существенно зависит от пористости материалов, т.к. воздух, содержащийся в порах, является теплоизоляционной средой. Именно поэтому пенопласты (вспененные материалы: пенополистирол, пенополиуретан и другие) широко используются в качестве теплоизоляционных материалов.
Металлы, в особенности, медь, золото, алюминий и т.п., характеризуются самыми высокими значениями коэффициента теплопроводности. В частности, для меди значение lпри нормальных условиях равно 390 Вт/мК.
В металлах коэффициент теплопроводности l связан с электропроводностью g, которая, в свою очередь, зависит от температуры Т.
Согласно закону Видемана-Франца для металлов справедливо соотношение
l(T)/g(T) = L 0 T, (6.28)
где g(T) - удельная электрическая проводимость; L 0 - число Лоренца, равное 2,45·10-8 В2·К-2; T - абсолютная температура, К.
Поскольку перенос теплового потока в металлах осуществляется путем взаимодействия электронного газа с узлами кристаллической решетки, то увеличение температуры приводит к уменьшению проводимости g(T) и возрастанию электрического сопротивления r(T). Следовательно, c учетом соотношения (6.28) при увеличении температуры металлов значение коэффициента теплопроводности уменьшается l(T).
При увеличении температуры жидкостей (например, трансформаторное масло), теплопроводность уменьшается, за исключением воды и глицерина.
В диэлектриках, имеющих, как правило, аморфное строение, с увеличение температуры коэффициент теплопроводности увеличивается согласно соотношению:
l = l20[1 + b(t – 20)], (6.29)
где b- температурный коэффициент теплопроводности; l20 – коэффициент теплопроводности материала, приводимый в соответствующих таблицах для температуры 20 оС.
Возрастание коэффициента l(Т) диэлектриков с ростом температуры объясняется особенностями переноса тепла в твердых диэлектриках: в отсутствие значительного количества свободных носителей заряда перенос энергии теплового движения осуществляется фононами - квантовыми частицами, связанных с колебаниями узлов кристаллической решетки, различных структур, молекулярных цепей и т.п. В частности, колебания элементов структур возрастают за счет ослабления сил межмолекулярного взаимодействия. Фононы, энергия которых возрастает при увеличении температуры, передают часть своей энергии другим структурным образованиям материала, перенося энергию от одной точки к другой. При увеличении температуры повышается кинетической энергии молекул вещества и облегчается передача энергии от одной поверхности образца к другой.
Если коэффициент теплопроводности изменяется от температуры, то этом случае плотность теплового потока q следует рассчитывать с учетом соотношения (6.12)
q = l20(1 + b t ср)(t г - t х)/d, (6.30)
где t ср = (t г + t х)/2 – средняя температура образца.
Дата добавления: 2015-07-17; просмотров: 174 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Теплопроводность плоской стенки | | | Понятие о нагревостойкости материалов |