Коэффициент теплопроводности

Как было сказано, коэффициент теплопроводности является физическим параметром вещества, характеризующим его способность проводить теплоту. Значения коэффициента теплопроводности обычно определяется опытным путем и приводится в теплофизических справочниках.

Из закона Фурье:

.

Анализируя это выражение, можно установить физический смысл коэффициента теплопроводности: коэффициент теплопроводности – это количество теплоты, которое проходит в единицу времени через единицу изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице.

Понять влияние различных параметров, а иногда и оценить значение можно 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 лёгкий газ — водород. При комнатных условиях коэффициент теплопроводности водорода . У более тяжелых газов теплопроводность меньше — у воздуха , У диоксида углерода .

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: . Для углеродистых сталей . 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 10 Вт/(м*К).

Пористые материалы — пробка, различные волокнистые наполнители типа ваты — обладают наименьшими коэффициентами теплопроводности , приближающимися при малой плотности набивка к коэффициенту теплопроводности воздуха, наполняющего поры.

Значительное влияние на коэффициент теплопроводности могут оказывать температура, давление, а у пористых материале в еще и влажность. В справочниках всегда приводят условия, при которых определялся коэффициент теплопроводности данного вещества, и для других условий эти данные использовать нельзя.