1.7. Теплофізичні властивості матеріалів

У цю групу входять властивості матеріалів, що характеризують їхнє відношення до зміни температури.

1) Теплопровідність – здатність матеріалу пропускати тепло крізь свою товщу від однієї стінки до іншої у разі, якщо їх температура різна. Теплопровідність характеризується коефіцієнтом теплопровідності λ, що показує яку кількість тепла у джоулях здатний пропускати матеріал через 1м² поверхні при товщині 1м та різниці температур на поверхнях 1^оК протягом 1с.

(1.8)

де δ – товщина матеріалу, м., Q – загальна кількість тепла, що проходить через стінку, Дж.,  – час теплопередачі, с., t – різниця температур гарячої та холодної стінок, к, F – площа теплопередачі, м².

Теплопровідність залежить від хімічного складу речовини та її молекулярної будови, але у всіх випадках вища ніж у повітря.

Граніт λ = 3 Вт/м·к

Повітря λ = 0.024 Вт/м·к;

Кварц λ = 5.5 Вт/м·к.

Найбільше на теплопровідність впливає пористість. Чим більша пористість, тим менша теплопровідність. Найкраще це ілюструє пінопласт: П = 95 – 98 % => λ = 0.03 Вт/м·К. Теплопровідність матеріалів залежить також від температури, тому при розрахунках вогнестійкості будівельних конструкцій враховують зміну коефіцієнту теплопровідності при наростанні температури. З теплопровідністю тісно пов’язана така важлива характеристика матеріалів, застосовуваних для зовнішніх огороджувальних конструкцій, як термічний опір R_δ, або опір теплопередач, що є величиною оберненою до λ:

, (1.9)

2) Теплоємність – здатність матеріалу вбирати тепло під час нагрівання. Показник – питома теплоємність, яка дорівнює кількості тепла, необхідного для нагрівання одиниці маси матеріалу на 1К.

Питома теплоємність залежить від походження й особливостей структури матеріалів, їхньої вологості і температури. Так, для природних і штучних кам’яних матеріалів с = 0,754…0,921, для скла с = 0,335…1,047, для лісових матеріалів с = 2,394…2,73 кДж/(кг·°С). Теплоємність, як і теплопровідність, не є фізичною константою матеріалу. Вона змінюється в залежності від температури. Поряд з теплопровідністю теплоємність використовується при розрахунках вогнестійкості будівельних конструкцій

3) Теплове розширення – властивість матеріалу розширятися під час нагрівання та скорочуватися під час охолодження.

Ця властивість характеризується коефіцієнтом лінійного розширення, що показує на яку частку початкової довжини розширяється матеріал при підвищенні температури на 1 К.

, (1.10)

де l та l₁ – довжина зразка до і після розширення, t₂, t₁ – кінцева та початкова температури нагрівання.

Коефіцієнт лінійного розширення пластмас у 5 – 10 більший ніж у бетону. Коефіцієнт лінійного розширення потрібно враховувати у конструкціях з різних матеріалів. В разі жорсткого з’єднання елементів з різними коефіцієнтами лінійного розширення у конструкціях можуть виникнути великі напруження, внаслідок чого вони розтріскуються. Так при зміні температури від 20 до 30⁰С, залізобетонна панель довжиною 6м збільшується на 3мм.