מוליכות תרמית. זה פשוט מסובך.

מוליכות תרמית של חומרי בניין, צפיפותם וקיבולת החום שלהם

טבלה מקיפה של מוליכות תרמית של חומרי בניין, כמו גם צפיפות וקיבולת חום ספציפית של חומרים במצב יבש בלחץ אטמוספרי וטמפרטורה של 20 ... 50 ° C (אלא אם כן מצויין טמפרטורה אחרת). ערכים הניתנים עבור למעלה מ -400 חומרים!

יש לשים לב לערך המוליכות התרמית של חומרי בניין בטבלה, מאחר ומאפיין זה, יחד עם צפיפותם, הוא החשוב ביותר. במיוחד מוליכות תרמית חשובה לחומרי בניין המשמשים כבידוד תרמי לבידוד תרמי של מבני בניין.

מוליכות תרמית של חומרי בניין תלויה משמעותית בנקבוביותם ובצפיפותם. ככל שצפיפות נמוכה יותר, כך מוליכות החום נמוכה יותר.לכן מוליכות תרמית נמוכה אופיינית לחומרים נקבוביים וקלילים (ניתן למצוא את ערכי הצפיפות של חומרי בניין, מתכות וסגסוגות, מוצרים וחומרים אחרים בטבלת הצפיפות המפורטת).

לדוגמא, בטבלת המוליכות התרמית של חומרים ומחממים ניתן להבחין בחומרי הבניין הבאים עם מקדם מוליכות תרמית נמוך - זהו אווירגל (מ 0.014 W / (מ 'מעלות)), צמר זכוכית, קצף פוליסטירן מורחב וגומי מורחב (מ 0.03 W / (m · deg)), בידוד תרמי MBOR (מ- 0.038 W / (m · deg)), בטון סודה ובטון קצף (מ 0.08 W / (m · deg)).
מוליכות תרמית של חומרי בניין - שולחן

מקורות: 1. כמויות פיזיות. מַדרִיך. א.פ. באביצ'ב, נ.א. באבושקינה, א.מ. ברטקובסקי ואחרים; אד. I.S. Grigorieva, E.Z. מייליכובה. - M .: Energoatomizdat, 1991. - 1232 עמ '. 2. ארמקין A.I., המלכה T.I. משטר תרמי של מבנים: הדרכה. - מ ': הוצאת הספרים ACB, 2000 - 368 עמ'. 3. Kirillov P.L., Bogoslovskaya G.P. העברת חום בתחנות כוח גרעיניות: ספר לימוד לאוניברסיטאות. - מ ': Energoatomizdat, 2000. - 456 עמ': חולה. 4. מיכייב M.A., Mikheeva I.M. יסודות העברת חום. 5. פרנצ'וק A.U. לוחות ביצועים תרמיים של חומרי בניין, מ ': מכון המחקר לפיסיקה בבנייה, 1969 - 142 עמ'. 6. V. Blazi. מדריך למעצבים. פיזיקת בניין. מ ': Tekhnosfera, 2004. 7. הנדסת חום בנייה SNiP II-3-79. משרד הבינוי של רוסיה - מוסקבה 1995. 8. נוביצ'ניק נ.ל., שולמן צ.פ. תכונות תרמופיזיות של פולימרים. מינסק, "מדע וטכנולוגיה" 1971. - 120 עמ '. 9. Isachenko V.P., Osipova V.A., Sukomel A.S. העברת חום. ספר לימוד לאוניברסיטאות, עורך. שלישי, מהפך ותוסיף. - מ ': "אנרגיה", 1975. - 488 עמ'.

הגדרות בסיסיות

תופעת המוליכות התרמית מורכבת מהעברת חום על ידי חלקיקים מבניים של חומר - מולקולות, אטומים, אלקטרונים - במהלך תנועתם התרמית. בנוזלים ומוצקים - דיאלקטריה - העברת חום מתבצעת על ידי העברה ישירה של התנועה התרמית של מולקולות ואטומים לחלקיקי חומר סמוכים. בגופים גזיים התפשטות החום על ידי מוליכות תרמית מתרחשת עקב חילופי אנרגיה במהלך התנגשות מולקולות במהירויות שונות של תנועה תרמית. במתכות, מוליכות תרמית נובעת בעיקר מתנועה של אלקטרונים חופשיים.
מוליכות החום העיקרית כוללת מספר מושגים מתמטיים, אשר הגדרותיהם רצוי להיזכר ולהסביר.

שדה הטמפרטורה הוא קבוצה של ערכי טמפרטורה בכל נקודות הגוף בזמן נתון. מתמטית, הוא מתואר כ- t = f (x, y, z, τ). מבדילים בין שדה טמפרטורה נייח, כאשר הטמפרטורה בכל נקודות הגוף אינה תלויה בזמן (אינה משתנה לאורך זמן), לבין שדה טמפרטורה שאינו נייח. בנוסף, אם הטמפרטורה משתנה רק לאורך קואורדינטות מרחביות אחד או שניים, אז שדה הטמפרטורה נקרא בהתאמה חד או ממדי.

משטח איזותרמי הוא מוקד של נקודות עם אותה טמפרטורה.

שיפוע הטמפרטורה - דרגה t הוא וקטור המופנה לאורך המשטח הנורמלי לאיזותרמי ושווה מבחינה מספרית לנגזרת הטמפרטורה בכיוון זה.

על פי החוק הבסיסי של מוליכות תרמית - חוק פורייה (1822), וקטור הצפיפות של שטף החום המועבר על ידי מוליכות תרמית הוא פרופורציונלי לשיפוע הטמפרטורה:

q = - λ grad t, (3)

כאשר λ הוא מקדם המוליכות התרמית של החומר; יחידת המידה שלה היא W / (m · K).

סימן המינוס במשוואה (3) מציין שהווקטור q מופנה מול הווקטור grad t, כלומר. לקראת הירידה הגדולה ביותר בטמפרטורה.

שטף החום δQ דרך שטח אלמנטרי בכיוון שרירותי dF שווה לתוצר הסקלרי של הווקטור q על ידי הווקטור של השטח האלמנטרי dF, ושטף החום הכולל Q על פני השטח כולו F נקבע על ידי שילוב מוצר זה על פני השטח. F:

(4)

מקדם מוליכות תרמית

מקדם המוליכות החום λ בחוק פורייה (3) מאפיין את יכולתו של חומר נתון להוביל חום. ערכי מקדמי המוליכות החום ניתנים בספרי עיון על התכונות התרמופיזיות של חומרים. מבחינה מספרית, מקדם המוליכות החום λ = q / grad t שווה לצפיפות שטף החום q ב- gradient gradient t = 1 K / m. הגז הקל, המימן, הוא בעל המוליכות התרמית הגבוהה ביותר. בתנאי חדר, המוליכות התרמית של מימן λ = 0.2 W / (m · K). עבור גזים כבדים, מוליכות תרמית נמוכה יותר - לאוויר λ = 0.025 W / (m K), לפחמן דו חמצני λ = 0.02 W / (m K).

כסף טהור ונחושת הם בעלי המוליכות התרמית הגבוהה ביותר: λ = 400 W / (m · K). לפלדות פחמן λ = 50 W / (m · K). בנוזלים, מקדם המוליכות התרמית הוא בדרך כלל פחות מ- 1 W / (m · K). מים הם אחד ממוליכי החום הנוזליים הטובים ביותר, עבורם λ = 0.6 W / (m · K).

המוליכות התרמית של חומרים מוצקים שאינם מתכתיים בדרך כלל נמוכה מ- 10 W / (m · K).

לחומרים נקבוביים - פקק, חומרי מילוי סיביים שונים כגון צמר אורגני - מקדמי המוליכות החום הנמוכה ביותר λ <0.25 W / (m · K), המתקרבים בצפיפות אריזה נמוכה למקדם המוליכות החום של האוויר הממלא את הנקבוביות.

לטמפרטורה, לחץ ובחומרים נקבוביים גם לחות יכולה להשפיע משמעותית על מקדם המוליכות התרמית. ספרי העיון תמיד נותנים את התנאים שבהם נקבע מקדם המוליכות התרמית של חומר נתון, ובתנאים אחרים לא ניתן להשתמש בנתונים אלה. טווחי הערכים λ עבור חומרים שונים מוצגים באיור. אחד.

איור 1. ערכים של מקדמי מוליכות תרמית של חומרים שונים.