Теплопроводность материалов

Из уравнения (7.7) следует, что теплопроводность равна отношению поверхностной плотности теплового потока к температурному градиенту:

Другими словами, теплопроводность представляет собой количество теплоты, которое проходит в единицу времени через единицу площади изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице.

Чем больше значение X, тем большей теплопроводностью обладает вещество. В общем случае теплопроводность для данного вещества не является величиной постоянной: для твердых тел X зависит от температуры, а для жидких и газообразных — еще и от давления.

Для металлов (кроме алюминия) теплопроводность с увеличением температуры несколько убывает. Это означает, что холодный металл проводит теплоту лучше, чем нагретый. Теплопроводность металлов X составляет 2,3-420 Вт/(м • К).

Для изоляционных и огнеупорных материалов X при повышении температуры возрастает. Последнее объясняется тем, что большинство изоляционных материалов являются не монолитными массами, а пористыми телами — конгломератом отдельных частиц с воздушными прослойками между ними. Эти воздушные прослойки уменьшают теплопроводность, но лучистый теплообмен, происходящий в этих прослойках, в итоге увеличивает суммарный теплоперенос при повышении температуры пористого тела. Для таких материалов X зависит не только от свойств собственно материала, но и от степени его уплотнения, т.е. от плотности.

Кроме того, на теплопроводность изоляционных и огнеупорных материалов большое влияние оказывает влажность. С увеличением влажности материалов их теплопроводность возрастает. Для влажного материала X выше, чем для сухого материала и воды, взятых в отдельности. Так, например, для сухого кирпича X = 0,35 Вт/(м • К), для воды X = 0,58 Вт/(м • К), а для влажного кирпича X = 1,05 ВтДм • К). Это объясняется тем, что адсорбированная в капиллярно-пористых телах вода отличается по физическим свойствам от свободной воды. Поэтому по отношению к такого рода веществам правильнее говорить о так называемой видимой теплопроводности. Теплопроводность теплоизоляционных материалов составляет 0,02—3 ВтДм • К).

Для газов с увеличением температуры теплопроводность также возрастает, но от давления X практически не зависит, кроме очень низких (менее 2,5 кПа) и очень высоких (более 200 МПа) давлений. Теплопроводность газов колеблется в диапазоне от 0,006 до 0,6 ВтДм • К).

Для большинства капельных жидкостей теплопроводность находится в пределах 0,09—0,7 ВтДм • К) и с повышением температуры уменьшается. Вода является исключением: с ростом температуры от 0 до 150°С теплопроводность возрастает, а при дальнейшем увеличении температуры уменьшается.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >