Теплопроводность некристаллических тел
Тела с сильно разупорядоченной кристаллической решеткой, а также с полностью некристаллическим строением имеют очень низкую среднюю длину свободного пробега фононов, которая находится в пределах межатомного расстояния (порядка 3.. .5 Ǻ). Этим в основном объясняется низкая теплопроводность стекол и других аморфных тел и ее слабая зависимость от температуры.
Данные по теплопроводности стекол, приведенные в табл. 4.3., являются типичными для некристаллических твердых тел. Как видно из таблицы, их теплопроводности очень близки, хотя состав стекла все же оказывает некоторое влияние. Например, стекла с высоким содержанием бария или свинца имеют теплопроводность ниже, чем натрий, калий, силикатные стекла.
Таблица 4.3. Теплопроводность различных твердых тел
Тип мате- | Вещество | Теплопроводность, |
риала | Вт/м°С | |
Минералы | Корунд (А12О3) | -30 |
Периклаз (MgO) | -36 | |
Шпинель (MgOAl2O3) | -15 | |
Кварц (SiO2) | 0,63 | |
Муллит (3Al2O3-2SiO2) | 5,8 | |
Графит (С) | ||
Стекла | Кварцевое стекло | 1,72 |
Натрий-кальций-силикатное стек- | ||
ло | 1,44 | |
Металлы | Медь (Си) | |
Алюминий (А1) | ||
Железо (Fe) | 73,2 | |
Титан (Ti) | 4,1 | |
Полимеры | Полиэтилен | 0,34 |
Полистирол | 0,084 | |
Поливинилхлорид | 0,15 | |
Полиметилметакрилат | 0,16 |
Стекловидная фаза, которая обычно выполняет роль связки в традиционной керамике, имеет теплопроводность, близкую к теплопроводности натрий, калий, силикатного стекла.
Природные и синтетические полимеры ввиду особого строения макромолекул обладают самой низкой теплопроводностью из твердых веществ и соединений (см. табл. 4.3), потому что такие легкие элементы, как С, О, Н и др., образуют ковалентную связь, и можно предположить высокую теплопроводность их молекул. Однако из-за слабости и неоднородности молекулярных связей рассеяние фононов оказывается значительным, а теплопроводность низкой.
В зависимости от агрегатного состояния веществ и особенностей переноса ими тепловой энергии условный ряд тел по величине их теплопроводности (по мере возрастания) может иметь следующий вид:
газы <<полимеры<<жидкости<<стекла<<кристаллы<<металлы,
Существенное изменение теплопроводности тел при изменении их состава и температуры и проявление в различных интервалах температур разных механизмов переноса тепла усложняет анализ этого явления ввиду значимости каждого фактора и их взаимосвязей.
Следует заметить, что для каждого агрегатного состояния тела имеется параметр (критерий), определяющий интервал состояния тела, за пределами которого его свойства резко изменяются. Такими параметрами (критериями) являются:
- для газа — соотношение между суммарным объемом частиц и общим объемом, занимаемым газом, т.е. величина, которая определяет его плотность и, следовательно, теплопроводность;
- жидкости — температура кипения, определяющая скорость изменения теплопроводности при изменении температуры;
- кристаллических тел — температура Дебая, которая определяет эффективные параметры упругих колебаний кристаллической решетки, обеспечивающих перенос тепловой энергии.
Дата добавления: 2015-11-06; просмотров: 1403;