2 Коэффициент теплопроводности

Согласно формуле (1.6) коэффициент теплопроводности λ численно равен плотности теплового потока при градиенте температуры равном единице. Это количество теплоты, проходящее в единицу времени через единицу площади изотермической поверхности при .

. (1.7)

Он характеризует способность тел проводить теплоту. Чем больше коэффициент теплопроводности, тем больше материал проводит теплоту, и наоборот. Коэффициент теплопроводности зависит от физических свойств материала, температуры, влажности, для газов и паров – и от давления. Для многих материалов коэффициент теплопроводности имеет линейную зависимость от температуры (строительных и изоляционных)

, (1.8)

где – коэффициент теплопроводности λ при температуре ;

β – постоянная, определяемая опытным путём, как правило .

Для газов , .

Согласно кинетической теории перенос теплоты теплопроводностью газов определяется переносом кинетической энергии в результате хаотического движения и столкновения молекул. Тогда

, (1.9)

где – среднеквадратичная скорость молекул;

– средняя длина свободного пробега молекул;

ρ – плотность газа;

– изохорная теплоёмкость газа.

С ростом давления возрастает плотность, а средняя длина свободного пробега молекул уменьшается и произведение . Поэтому для идеального газа . С ростом температуры возрастает среднеквадратичная скорость молекул и увеличивается теплоёмкость изохорного процесса, поэтому возрастает коэффициент теплопроводности. Гелий (Не) и водород (Н) имеют коэффициент теплопроводности в 5 – 10 раз больше чем у других газов. Их молекулы имеют очень маленькую массу, следовательно, большую скорость, поэтому коэффициент теплопроводности велик. Коэффициент теплопроводности реальных газов сильно зависит от давления. Для большинства капельных жидкостей теория Предводителева А.С. о том, что перенос теплоты в жидкостях происходит путём нестройных упругих колебаний (атомов, молекул) нашла хорошее подтвер­ждение. На основании этого получена формула для жидкостей:

, (1.10)

где А – коэффициент, пропорциональный скорости распространения упругих волн, он не зависит от жидкости, а зависит от температуры, ; μ – молекулярная масса жидкости.

Для большинства жидкостей с ростом температуры коэффициент теплопроводности уменьшается. Исключение – вода и глицерин. Коэффициент теплопроводности для капельной жидкости лежит в пределах: . С повышением давления коэффициент теплопроводности возрастает.

В металлах основной передатчик теплоты – свободные электроны, которые можно уподобить идеальному одноатомному газу. Из-за их движения происходит выравнивание температуры. Т.к. в металлах носителем тепла являются свободные электроны, то коэффициент теплопроводности металлов прямо пропорционален коэффициенту электропроводности. С ростом температуры эти коэффициенты у чистых металлов уменьшаются, а у сплавов – наоборот возрастают.

Для чистых металлов .

Для сплавов .

В диэлектриках (керамика, стройматериалы) с ростом температуры коэффициент теплопроводности возрастает. С увеличением плотности и влажности материала коэффициент теплопроводности возрастает. Для этих материалов .Если то материал называется теплоизоляционным.