ЛЕКЦИЯ 12

КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

Коэффициент теплопроводности λв законе Фурье [79] характеризует спо­собность данного вещества проводить теплоту путем теплопроводности, зависит от природы вещества, его структуры, температуры и других факторов.

Коэффициент теплопроводности показывает, какое количество тепла проходит в следствии теплопроводности в единицу времени через единицу поверхности теплообмена при падении температуры на 1 градус на единицу длины нормали к изотермической поверхности.

Значения коэффициентов тепло­проводности приводятся в справочниках по теплофизическим свойствам веществ. Численно коэффициент теплопроводно­сти λ=q/ grad tравен плотности тепло­вого потока при градиенте температуры 1 К/м. Понять влияние различных пара­метров, а иногда и оценить значение λможно на основе рассмотрения механиз­ма переноса теплоты в веществе. Соглас­но молекулярно-кинетической теории ко­эффициент теплопроводности в газах за­висит в основном от скорости движения молекул, которая в свою очередь воз­растает с увеличением температуры и уменьшением массы молекул. Наиболь­шей теплопроводностью обладает легкий газ — водород. При комнатных условиях коэффициент теплопроводности водоро­да λ ≈ 0,2 Вт/(м^.К). У более тяжелых газов теплопроводность меньше — у воз­духа λ ≈ 0,025 Вт/ (м^.К), у диоксида уг­лерода λ ≈ 0,02 Вт/(м^.K).

В металлах теплопроводность обес­печивается главным образом за счет теп­лового движения электронов («электрон­ного газа»), которые более чем в 3000 раз легче молекул самого легкого газа — водорода. Соответственно и теп­лопроводность металлов много выше, чем газов. Наибольшим коэффициентом теплопро­водности обладают чистые серебро и медь: λ ≈ 400 Вт/(м^.К). Для углеродистых сталей λ ≈ 50 Вт/ (м^.К). У жидкостей (неметаллов) коэффициент теплопроводности, как правило, меньше 1 Вт/(м^.К). Вода является одним из лучших жидких проводников теплоты, для нее/ Коэффициент теплопроводности неметал­лических твердых материалов обычно ниже 10Вт/(м^.К).

Пористые материалы — пробка, различ­ные волокнистые наполнители типа ваты — обладают наименьшими коэффициентами теп­лопроводности λ<0,25 Вт/(м^.К), приближа­ющимися при малой плотности набивки к ко­эффициенту теплопроводности воздуха, запол­няющего поры. Значительное влияние на коэффициент теплопроводности могут оказывать температу­ра, давление, а у пористых материалов еще и влажность. В справочниках всегда приводят условия, при которых определялся коэффициент теплопроводности данного вещества, и для других условий эти данные использовать нельзя.