1. Загальні відомості.

Теплопровідність – це процес передачі тепла, обумовлений тепловим рухом мікрочастинок (молекул, атомів, електронів) і силами взаємодії між ними. Процес теплопровідності описується законом Фур’є, згідно якого густина теплового потоку, що передається теплопровідністю, прямо пропорційна градієнту температури:

, (9.1)

де - градієнт температури, К/м; - густина теплового потоку, Вт/м²; - коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м·К). знак (-) показує, що вектор теплового потоку направлений назустріч вектору градієнта температури. Температурний градієнт є мірою інтенсивності зміни температури в напрямку по нормалі до ізотермічної поверхні.

Температурне поле – сукупність миттєвих значень температури в точках тіла. В загальному рівняння температур має вигляд:

(9.2)

де t – температура тіла, х, у, z – координати точки тіла;  - час.

Якщо в рівнянні (9.2) не фігурує час, то це означає що в кожній точці тіла температура є сталою – таке температурне поле називається стаціонарним. В протилежному випадку це поле нестаціонарне. Температура може змінюватись вздовж однієї, двох, трьох координат – відповідно поле є одно-, дво-, тривимірне

В умовах однозначності задач теплопровідності входить коефіцієнт теплопровідності, що характеризує здатність речовини проводити теплоту. Коефіцієнт теплопровідності чисельно рівний кількості теплоти, що проходить за одиницю часу через одиницю ізотермічної поверхні при градієнті температури 1 К/м.

Для більшості матеріалів залежність коефіцієнта теплопровідності від температури приблизно виражається лінійною функцією

, (9.3)

де - коефіцієнт теплопровідності речовини при температурі ; - постійна, що визначається експериментально.

Кращими провідниками теплоти є метали, у яких змінюється від 3 до 458 Вт/(м·К). У теплоізоляційних і будівельних матеріалах знаходиться в межах 0,08 -0,65 Вт/(м·К), а для газів 0,005 – 0,6 Вт/(м·К).

У випадку граничних умов 1-го роду для плоскої одношарової стінки рівняння теплопровідності запишеться:

, Вт/м² (9.4)

, Вт (9.5)

де - товщина стінки, м; t_ст1, t_ст2 - температура поверхонь стінки, ⁰С; F - площа поверхні стінки, м².

Рівняння теплопровідності для плоскої багатошарової стінки має вигляд:

, (9.6)

де n – кількість стінок.

Рівняння теплопровідності для одношарової циліндричної стінки при граничних умовах 1-го роду

, Вт/м² (9.7)

, Вт (9.8)

де l - довжина циліндричної стінки, м; d_зов, d_вн - зовнішній і внутрішній діаметр циліндричної стінки, м.

Рівняння теплопровідності для циліндричної багатошарової стінки має вигляд:

, (9.9)

де n – кількість стінок.

2. Схема і опис лабораторної установки.

На рис. 9.5. зображена схема дослідної установки, призначеної для експериментального визначення коефіцієнту теплопровідності будівельної ізоляційної цегли. Пристрій складається з стальної трубки 6, довжиною 1000 мм з зовнішнім діаметром 50 мм, покритої шаром цегли 10, товщиною50 мм. В середині трубки розміщений електричний нагрівач 9, напруга на якому регулюється автотрансформатором 1, і вимірюється вольтметром 5. Сила струму, що протікає через нагрівач, визначається за показами амперметра 3. Температура на внутрішній поверхні цегли вимірюється термопарами 8, а на зовнішній поверхні термопарами 7, що підключається за допомогою пакету перемикачів 4 до потенціометра 2.