Лабораторна робота № 2

1. Тема роботи

Визначення коефіцієнту теплопровідності будівельних матеріалів відносним методом

2. Навчальна мета роботи

• Поглибити розуміння поняття «теплопровідність».

• Ознайомитися з теорією і практикою визначення теплопровідності відносним методом.

• Розвити навички проведення самостійних досліджень.

• Практично визначити теплопровідність зразка будівельної кераміки.

• Поглибити навички аналізу експериментальних результатів.

3. Теоретична частина

Теплопровідність є одним з шляхів передачі теплоти від більш нагрі­тої області до менш нагрітої. Тепло може передаватися теплопровідніс­тю в газах, рідинах і в твердих тілах. Передача теплоти теплопровідністю у рідинах і газах пов'язана з рухом молекул тіла на відстань їх вільного пробігу. Передача теплоти теплопровідністю у рідинах і газах не є єдиним механізмом. В цьому випадку провідним механізмом передачі те­плоти є конвекція, яка пов'язана з переносом молекул на значні відстані. Для твердих непрозорих матеріалів, на відміну від рідин і газів, передача тепла теплопровідністю є єдиним способом. В цьому випадку теплопрові­дність грунтується на двох механізмах: русі електронів і коливному русі атомів (молекул) навколо рівноважного стану. Перший обумовлює тепло­провідність металів (провідників), другий - теплопровідність неметалів (діелектриків).

Теплопровідність твердих тіл у стаціонарному режимі (див. рис. 2.1) описується законом Фур'є, який для одномірного поля має вигляд

, або (2.1)

, (2.2)

де dQ - кількість теплоти [Дж], перенесеної за час [с] через поверх­ню площею ∆S [м²] у напрямку x до цієї поверхні в бік зменшення тем­ператури; dt/dx - градієнт температури [°С/м]: q - поверхнева густина теплового потоку [Вт/м²]; - коефіцієнт теплопровідності [Вт/(м°С). Знак «мінус» у формулах 2.1. і 2.2. показує, що напрямок, теплопереносу і гра­дієнта температури протилежні.

Фізичний зміст коефіцієнта  випливає з рівняння 2.2. Коефіцієнт теплопровідності чисельно дорівнює такій густині теплового потоку q, яка встановлюється в тілі при градієнті температур dt/dx = 1 °С/м.

К оефіцієнт теплопровідності твердих тіл є функцією температури, а для рідин і газів залежить також і від тиску. Залежність коефіцієнту теп­лопровідності для певного інтервалу температур можна описати лінійною функцією:

(2.3)

де _о - коефіцієнт теплопровідності при температурі t= 0°С: t -температура тіла: - емпиричний коефіцієнт.

Для анізотропних речовин коефіцієнт теплопровідності залежить від напрямку передачі тепла. Наприклад, для деревини коефіцієнт тепло­провідності при передачі тепла вздовж волокон в три - чотири рази біль­ший, ніж при передачі тепла поперек волокон. Вологі матеріали ма­ють більший коефіцієнт теплопровідності, ніж сухі. Це пояснюється тим, що теплопровідність води, яка займає пори більша ніж теплопровідність повітря, яке було в порах перед тим.

В залежності від коефіцієнту теплопровідності будівельні матеріали поділяють:

• конструкційні (> 0.40 Вт/(м °С))

• конструкційно-теплоізоляційні (= 0.18...0.40 Вт/(м °С))

• теплоізоляційні ( < 0.18 Вт/(м °С)).

В залежності від коефіцієнту теплопровідності теплоізоляційні мате­ріали також поділяють на три класи

• малотеплопровідні - клас А ( < 0.058 Вт/(м °С))

• середньої теплопровідності - клас Б (= 0.058...0.116 Вт/(м°С))

• підвищеної теплопровідності - клас В (= 0.116...0.18 Вт/(м°С)).

Коефіцієнти теплопровідності деяких речовин і будівельних матеріа­лів наведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1. Теплопровідність деяких речовин і будівельних матеріалів при 20°С.

Речовина (матеріал)	, [Вт/(м°С)]	Речовина (матеріал)	, [Вт/(м °С)]
Сухе повітря	0.026	Червона цегла	0.45
Вода	0.59	Силікатна цегла	0.79
Алюміній	210	Азбест	0.16
Залізо	79	Деревина	0.16...0.40
Мідь	396	Текстоліт	0.25
Важкі бетони	1.0... 1.4	Пінопласти	0.03...0.06
Легкі бетони	0.1...0.4	Кераміка	0.40...0.50