Література
1. Берг Л.Г. Введение в термографию. -М. :Наука, 1969.-395 с.
2. Уэндландт У. Термические методы анализа. -М.: Мир, 1978.-527 с.
3. Горшков Б.Б., Тимашев В.Е., Савельев Б.Г. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. -М.:Высш.шк.,1981.-335 с.
4. Хмельницкий Р.А. Современные методы исследования агрономических объектов. -К. Высш. шк., 1981.-256 с.
5. Мчедлов-Петросян О.П. Химия неорганических строительных материалов, -М. :Стройиздат, 1988.-304 с.
6. Павлова С.А., Журавлева И.Б., Толчинский Ю.И. Теоретический анализ органических и высокомолекулярных соединений. -М. Химия, 1983. -120 с.
6. Методи дослідження теплофізичних властивостей матеріалів
6.1. Теплопровідність як явище переносу енергії
Якщо в середовищі існує просторова неоднорідність температури, то на тепловий рух молекул накладається впорядкований рух, який веде до вирівнювання такої неоднорідності. При цьому відбувається перенос енергії із однієї частини простору в іншу до тих пір, доки не встановиться рівномірний розподіл у всьому об'ємі. Під теплопровідністю розуміють здатність матеріалу передавати тепло через товщу від однієї своєї поверхні до іншої . При різниці температур у матеріалі відбувається передача теплоти в напрямку менш нагрітих поверхонь. Теплопровідність зумовлена коливальним рухом частинок (кераміка, природні кам'яні матеріали, скло) або рухом вільних електронів (метали, сплави). Для мінеральних кристалічних матеріалів теплопровідність зменшується при підвищенні температури, а для аморфних - характерна обернена залежність. Теплопровідність зменшується в міру ускладнення хімічного складу матеріалів і будови їх просторової ґратки, переходу від кристалічної структури до аморфної. Однак найчутливіша вона до зміни пористості або середньої густини матеріалу, на що вказують експериментальні результати різних легковісних вогнетривів (рис. 6.1 і 6.2).
В
міру зростання пористості матеріалів
відбувається насичення повітрям
відкритих пор, яке має найменшу
теплопровідність серед відомих речовин
=
0,023 Вт/мК.
Для матеріалів з низькою теплопровідністю
бажана дрібнопориста будова, оскільки
в цьому випадку перенесення теплоти за
рахунок конвекції, тобто переміщення
нагрітого повітря відносно холодного,
практично незначне.
Запропоновано багато формул для визначення теплопровідності залежно від пористості. Найпростіша з них, рекомендована для використання до температури 500°С має вигляд:
λ
=
λ
(1
– kП) (6.1)
де λ - теплопровідність пористого матеріалу; λ - те саме, з нульовою пористістю; П - загальна пористість в частках одиниці.
Залежність λ від температури для більшості матеріалів носить лінійний характер:
λ = λ0 ( 1+βt ) (6.2)
де λ0 - значення теплопровідності при 0С; β - стала, що залежить від властивостей матеріалу.
Рис. 6.1. Залежність теплопровідності від пористості |
Рис. 6.2. Залежність теплопровідності від сер. густини |
У технічних розрахунках значення коефіцієнта теплопровідності в багатьох випадках приймають сталим і таким, що дорівнює середньоарифметичному значенню в даних межах вимірювання температур.
При зростанні вологості теплопровідність матеріалів збільшується. В порах матеріалів діаметром 0,027...0,1 мм теплопровідність повітря при 0°С становить 0,024...0,031 , для води - 0,58 і для льоду - 2,326 Вт/мК. Теплопровідність - один з визначальних показників якості теплоізоляційних матеріалів, які застосовуються для захисту від теплообміну із оточуючим середовищем, наприклад, теплові установки, трубопроводи, камери холодильників, різні конструкції будівель (зовнішні стіни та покриття будівель) повинні мати по можливості низьку теплопровідність.
Існуючі експериментальні методи вимірювання теплопровідності поділяються на стаціонарні та нестаціонарні. При стаціонарних методах через досліджуваний зразок встановлюється постійний тепловий потік. Градієнт температури зразка незмінний у часі. Стаціонарні методи поділяються на абсолютні та відносні. Нижче розглянемо один із поширених серед відносних методів визначення коефіцієнта теплопровідності метод циліндрів або як його ще називають метод відносного горизонтального шару.