Conductivitate termică. E doar complicat.

Conductivitatea termică a materialelor de construcție, densitatea și capacitatea lor termică

Se oferă un tabel extins de conductivitate termică a materialelor de construcție, precum și densitatea și capacitatea termică specifică a materialelor în stare uscată la presiune atmosferică și o temperatură de 20 ... 50 ° C (cu excepția cazului în care este indicată o altă temperatură). Valori date pentru peste 400 de materiale!

Ar trebui acordată atenție valorii conductivității termice a materialelor de construcție din tabel, deoarece această caracteristică, împreună cu densitatea lor, este cea mai importantă. Conductivitatea termică este importantă în special pentru materialele de construcție utilizate ca izolație termică pentru izolarea termică a structurilor de clădire.

Conductivitatea termică a materialelor de construcție depinde semnificativ de porozitatea și densitatea acestora. Cu cât densitatea este mai mică, cu atât conductivitatea termică a materialului este mai mică., prin urmare, conductivitatea termică scăzută este caracteristică materialelor poroase și ușoare (puteți găsi, de asemenea, valorile densității materialelor de construcție, metalelor și aliajelor, produselor și altor substanțe în tabelul detaliat al densității).

De exemplu, în tabelul nostru de conductivitate termică a materialelor și încălzitoarelor, se pot distinge următoarele materiale de construcție cu un coeficient scăzut de conductivitate termică - acesta este aerogelul (de la 0,014 W / (m deg)), vată de sticlă, spumă de polistiren expandat și cauciuc expandat (de la 0,03 W / (m · deg)), Izolație termică MBOR (de la 0,038 W / (m · deg)), beton celular și beton spumos (de la 0,08 W / (m · deg)).
Conductivitatea termică a materialelor de construcție - tabel

Surse: 1. Mărimi fizice. Director. A.P. Babichev, N.A. Babushkina, A.M. Bratkovsky și alții; Ed. ESTE. Grigorieva, E.Z. Meilikhova. - M .: Energoatomizdat, 1991. - 1232 p. 2. Eremkin A.I., Regina T.I. Regimul termic al clădirilor: Tutorial. - M.: Editura ACB, 2000 - 368 p. 3. Kirillov P.L., Bogoslovskaya G.P. Transferul de căldură în centralele nucleare: Manual pentru universități. - M.: Energoatomizdat, 2000 .-- 456 p.: Bolnav. 4. Mikheev M.A., Mikheeva I.M. Bazele transferului de căldură. 5. Franchuk A.U. Tabelele de performanță termică a materialelor de construcție, M.: Institutul de cercetare a fizicii construcțiilor, 1969 - 142 p. 6.V. Blazi. Manual de proiectare. Fizica construcțiilor. M.: Tekhnosfera, 2004. 7. Ingineria termică în construcții SNiP II-3-79. Ministerul Construcțiilor din Rusia - Moscova 1995. 8. Novichenok N.L., Shulman Z.P. Proprietățile termofizice ale polimerilor. Minsk, „Știință și tehnologie” 1971. - 120 p. 9. Isachenko V.P., Osipova V.A., Sukomel A.S. Transfer de căldură. Manual pentru universități, ed. 3, rev. si adauga. - M.: „Energie”, 1975. - 488 p.

Definiții de bază

Fenomenul conductivității termice constă în transferul căldurii de către particulele structurale ale unei substanțe - molecule, atomi, electroni - în cursul mișcării lor termice. În lichide și solide - dielectrice - transferul de căldură se realizează prin transferul direct al mișcării termice a moleculelor și a atomilor către particulele vecine de materie. În corpurile gazoase, propagarea căldurii prin conductivitatea termică are loc datorită schimbului de energie în timpul coliziunii moleculelor cu diferite viteze de mișcare termică. La metale, conductivitatea termică se datorează în principal mișcării electronilor liberi.
Principala conductivitate termică zek include o serie de concepte matematice, ale căror definiții, este recomandabil să le amintim și să le explicăm.

Câmpul de temperatură este un set de valori ale temperaturii în toate punctele corpului la un moment dat. Matematic, este descris ca t = f (x, y, z, τ). Se face distincția între un câmp de temperatură staționară, atunci când temperatura în toate punctele corpului nu depinde de timp (nu se schimbă în timp) și un câmp de temperatură ne staționar. În plus, dacă temperatura se schimbă numai de-a lungul uneia sau a două coordonate spațiale, atunci câmpul de temperatură este numit, respectiv, unidimensional sau bidimensional.

O suprafață izotermă este un locus al punctelor cu aceeași temperatură.

Gradientul de temperatură - grad t este un vector direcționat de-a lungul normalului către suprafața izotermă și numeric egal cu derivata temperaturii în această direcție.

Conform legii de bază a conductivității termice - legea lui Fourier (1822), vectorul densității fluxului de căldură transmis de conductivitatea termică este proporțional cu gradientul de temperatură:

q = - λ grad t, (3)

unde λ este coeficientul de conductivitate termică a substanței; unitatea sa de măsură este W / (m · K).

Semnul minus în ecuația (3) indică faptul că vectorul q este direcționat opus vectorului grad t, adică spre cea mai mare scădere a temperaturii.

Fluxul de căldură δQ printr-o zonă elementară dF orientată în mod arbitrar este egal cu produsul scalar al vectorului q de vectorul zonei elementare dF, iar fluxul total de căldură Q pe întreaga suprafață F este determinat prin integrarea acestui produs pe suprafață F:

(4)

COEFICIENTUL CONDUCTIVITĂȚII TERMICE

Coeficientul de conductivitate termică λ din legea lui Fourier (3) caracterizează capacitatea unei substanțe date de a conduce căldura. Valorile coeficienților de conductivitate termică sunt date în cărțile de referință privind proprietățile termofizice ale substanțelor. Numeric, coeficientul de conductivitate termică λ = q / grad t este egal cu densitatea fluxului de căldură q la un gradient de temperatură grad t = 1 K / m. Gazul ușor, hidrogenul, are cea mai mare conductivitate termică. În condiții de cameră, conductivitatea termică a hidrogenului λ = 0,2 W / (m · K). Pentru gazele mai grele, conductivitatea termică este mai mică - pentru aer λ = 0,025 W / (m K), pentru dioxidul de carbon λ = 0,02 W / (m K).

Argintul pur și cuprul au cea mai mare conductivitate termică: λ = 400 W / (m · K). Pentru oțelurile carbonice λ = 50 W / (m · K). În lichide, coeficientul de conductivitate termică este de obicei mai mic de 1 W / (m · K). Apa este unul dintre cei mai buni conductori de căldură lichizi, pentru ea λ = 0,6 W / (m · K).

Conductivitatea termică a materialelor solide nemetalice este de obicei sub 10 W / (m · K).

Materialele poroase - plută, diverse materiale de umplutură fibroase, cum ar fi lână organică - au cei mai mici coeficienți de conductivitate termică λ <0,25 W / (m · K), apropiindu-se la densitate mică de ambalare de coeficientul de conductivitate termică a aerului care umple porii.

Temperatura, presiunea și în materialele poroase, de asemenea, umiditatea pot avea un efect semnificativ asupra coeficientului de conductivitate termică. Cărțile de referință oferă întotdeauna condițiile în care a fost determinat coeficientul de conductivitate termică a unei substanțe date, iar pentru alte condiții aceste date nu pot fi utilizate. Intervalele valorilor λ pentru diverse materiale sunt prezentate în Fig. unu.

Fig. 1. Intervalele valorilor coeficienților de conductivitate termică ale diferitelor substanțe.