1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

В каких единицах измеряется коэффициент теплопроводности материалов

Коэффициент теплопроводности

Мы уже знаем, что тепло передается от более теплого тела к менее теплому. Мы знаем, сколько нужно энергии, чтобы нагреть тело на определенное количество градусов. Но нам так же важно знать с какой скоростью проходит нагревание или остывание тела. Зная скорость остывания дома, мы можем определить с какой скоростью мы должны отапливать дом.

Скорость изменения температуры у всех тел разная. Все знают из личного опыта, что металл быстрее изменяет свою температуру, а вата медленнее, поэтому горячий поддон с пирожками из духовки мы достаем прихватками, а не руками. Рассмотрим теоретическую часть этого явления.

Опыт показывает, что передача тепла теплопроводностью происходит по нормали к изотермической поверхности от мест с большей температурой к местам с меньшей температурой.

Плотность теплового потока (q) — количество тепла, проходящее в единицу времени через единицу площади изотермической поверхности (вектор).

где dQ/dt — скорость теплового потока или количество тепла, проходящее в единицу времени, S — площадь изотермической поверхности, In — единичный вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону уменьшения температуры.

В то же время Фурье вывел закон, что плотность теплового потока пропорциональна градиенту температуры и направлена в противоположную сторону:

q = -λ·grad(T) = -λ·dT/dn

Где λ − коэффициент теплопроводности и определяется для каждого тела экспериментальным путем, n — нормаль к изотермической поверхности.

Тепловой поток направлен от тепла к холоду, а температурный градиент в противоположную сторону, поэтому между ними знак минус.

Рассмотрим пример одномерной стационарной теплопроводности, возьмем стенку толщиной δ, которая намного меньше её ширины и длины.

Используя определение плотности теплового потока и закон Фурье получим тождество:

Где λ − коэффициент теплопроводности.

Физический смысл коэффициента теплопроводности — это количество тепла, протекающего в единицу времени через единицу площади изотермической поверхности при перепаде температуры в 1 Кельвин на единицу длины.

Для большинства материалов λ зависит от температуры тела и его зависимость определяется формулой:

Где λо — значение коэффициента теплопроводности при температуре To, b — постоянная, определяющаяся опытным путем.

Необходимо помнить следующее:

  • Для кристаллов λ неодинаково в направлении различных осей кристалла. Для дерева λ различно вдоль и поперек волокон.
  • Одни и тех же материалы с разной влажностью имеют разные λ.
  • Коэффициент теплопроводности не является аддитивной величиной. Поэтому λ смеси не может быть рассчитано путем суммирования коэффициентов теплопроводности отдельных компонентов, из которых состоит смесь.
  • Коэффициент теплопроводности сплава чистых металлов в общем случае не может быть средней величиной между коэффициентами теплопроводности чистых металлов, взятых в отдельности.
  • При наличии разного рода примесей λ чистых металлов резко убывает.
  • Для большинства газов, строительных и изоляционных материалов λ возрастает с возрастанием температуры.
  • Строительные материалы с λ ≤ 0,23 Вт/(м⋅К) относят к теплоизоляционным материалам. Для большинства строительных и изоляционных материалов λ зависит от плотности, пористости, влажности и других факторов.
  • Для большинства капельных жидкостей λ убывает с повышением температуры. Исключение составляют глицерин, вода и некоторые другие.
  • Для одних металлов и сплавов (железо, углеродистая сталь и др.) λ убывает с увеличением температуры, для других (алюминий, нихром и др.) — увеличивается.
  • Для большинства веществ зависимость коэффициента теплопроводности от температуры достаточно слабая, что позволяет его усреднять в заданном интервале температур и оперировать им как постоянной величиной.

Все материалы, представленные на сайте, носят исключительно справочный и ознакомительный характер и не могут считаться прямой инструкцией к применению. Каждая ситуация является индивидуальной и требует своих расчетов, после которых нужно выбирать нужные технологии.

Не принимайте необдуманных решений. Имейте ввиду, что то что сработало у других, в ваших условиях может не сработать.

Администрация сайта и авторы статей не несут ответственности за любые убытки и последствия, которые могут возникнуть при использовании материалов сайта.

Сайт может содержать контент, запрещенный для просмотра лицам до 18 лет.

Коэффициент теплопроводности. Выбираем «свою» теплоизоляцию

Коэффициент теплопроводности. Выбираем «свою» теплоизоляцию

Что такое коэффициент теплопроводности и для чего он нужен? Что значит «при 10 °С» или «при 100 °С»? Как правильно сравнить теплопроводность материалов. Первая статья Дмитрия Абрамова из серии «Своя теплоизоляция».

Что такое коэффициент теплопроводности

Точное определение коэффициента теплопроводности дано в своде правил СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».

Коэффициент теплопроводности — количество теплоты, передаваемое за единицу времени через единицу площади изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице.
Из СП 61.13330.2012

Здесь использованы следующие понятия:

Коэффициент — относительная величина, определяющая свойство какого-нибудь процесса или устройства.

Теплопроводность — свойство передавать теплоту от нагретых участков к более холодным.

Изотермическая поверхность — поверхность, температура которой одинакова во всех точках.

Температурный градиент — перепад температур.

По сути, это расчетный коэффициент, который показывает, сколько тепла проводит материал. Коэффициент теплопроводности обозначается символом λ (лямбда).

Для чего нужен коэффициент теплопроводности

Когда вы видите, что коэффициент тепловодности одного материала при 10 °С равен 0,034 Вт/мК, а другого 0,036 Вт/мК, при тех же условиях. Что это означает?

Благодаря коэффициенту теплопроводности вы можете сравнить, какой материал передает больше теплоты, а какой меньше. Чем меньше теплопроводность материала, тем лучшими теплоизоляционными свойствами он обладает.

Для примера сравните коэффициент теплопроводности материалов ALMALEN при 10 °С с другими вспененными полиэтиленами. Он имеет наименьшую теплопроводность в своем классе: от 0,032 Вт/мК до 0,034 Вт/мК.

А если пойти дальше, то коэффициент теплопроводности даст понимание, как изменяется количество передаваемого тепла через один и тот же материал в зависимости от температуры на поверхности изолируемого объекта. Количество передаваемого материалом тепла за промежуток времени называется тепловым потоком.

Определение теплового потока дано в ГОСТ 7076-99 «Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме».

Тепловой поток — количество теплоты, проходящее через образец в единицу времени.
Из ГОСТ 7076-99

Что значит λ10, λ20, λ100 и так далее

Подробно разобраться в вопросе помогут нормативные документы. Возьмем, например, ГОСТ 32025-2012 (EN ISO 8497:1996) «Тепловая изоляция. Метод определения характеристик теплопереноса в цилиндрах заводского изготовления при стационарном тепловом режиме». Согласно этому методу:

λ10 — это коэффициент теплопроводности, полученный в результате испытаний при среднеарифметическом значении температуры теплоизоляции 10 °С. Среднеарифметическое значение температуры теплоизоляции — сумма температур на изолируемой поверхности и внешней поверхности теплоизоляции, разделенная пополам.

λ100 означает, что испытания проведены при среднеарифметическом значении температуры теплоизоляции 100 °С.

Как правильно сравнивать коэффициент теплопроводности разных материалов

Существуют различные методы определения коэффициента теплопроводности. При сравнении материалов необходимо всегда обращать внимание на сопоставимость и применимость таких методов. То есть необходимо сравнивать коэффициенты теплопроводности, взятые при одной и той же температуре и определенные по одному и тому же стандарту.

Например, по ГОСТ 7076-99 «Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме» обычно определяют коэффициент теплопроводности при 25 °С. В то же время большинство европейских стандартов, например EN 12667:2001, определяют коэффициент теплопроводности при 10 °С.

Коэффициент теплопроводности одного и того же материала, измеренный при меньшей температуре, будет всегда иметь меньшее значение и выглядеть якобы предпочтительнее.

Когда кто-то сравнивает различные материалы по непонятно каким коэффициентам теплопроводности — бегите от такого «специалиста». В лучшем случае вы потеряете время.

В каких единицах измеряется коэффициент теплопроводности материалов

На практике нужно также учитывать проводимость тепла за счет конвекции молекул и проникаемости излучений. Например, при полной нетеплопроводности вакуума, тепло может передаваться за счет излучения (пример — Солнце, установки инфракрасного излучения). А газ или жидкость могут обмениваться нагретыми или охлажденными слоями самостоятельно или искусственно (пример — фен, греющие вентиляторы).

Коэффициент теплопроводности вакуума

Коэффициент теплопроводности вакуума стремится к нулю. Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тепло в вакууме передаётся только излучением. Поэтому для уменьшения теплопотери стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность хуже излучает и лучше отражает), а воздух между ними откачивают.

Связь с электропроводностью

Связь коэффициента теплопроводности K с удельной электрической проводимостью σ в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:

Обобщения закона Фурье

Следует отметить, что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности, то есть в данной модели изменение температуры в какой-то точке мгновенно распространяется на всё тело. Закон Фурье не применим для описания высокочастотных процессов (и, соответственно, процессов, чьё разложение в ряд Фурье имеет значительные высокочастотные гармоники). Примерами таких процессов являются распространение ультразвука, ударные волны и т. д. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл [1] , а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом: [2]

Если время релаксации τ пренебрежимо мало, то это уравнение переходит в закон Фурье.

Примечания

  1. J. C. Maxwell, Philos. Trans. Roy. Soc. London 157 (1867) 49.
  2. C. Cattaneo, Atti Seminario Univ. Modena 3 (1948) 33.

См. также

Другие способы теплопередачи

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Коэффициент теплопроводности» в других словарях:

Коэффициент теплопроводности — λ, Вт/(м·К), количество теплоты, передаваемое за единицу времени через единицу площади изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице. Источник: СНиП 41 03 2003: Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов Смотри также… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

коэффициент теплопроводности — Величина, характеризующая теплопроводящие свойства материала и определяемая плотностью теплового потока при единичной разности температур между поверхностями слоя материала единичной толщины [Терминологический словарь по строительству на 12… … Справочник технического переводчика

коэффициент теплопроводности — šiluminio laidumo koeficientas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dydis, skaitine verte lygus šilumos srauto tankiui, esant vienetiniam temperatūros gradientui. atitikmenys: angl. coefficient of thermal conductivity vok.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

коэффициент теплопроводности — šiluminio laidumo koeficientas statusas T sritis chemija apibrėžtis Šilumos srauto tankio ir temperatūros dalmuo. atitikmenys: angl. coefficient of heat conductivity; coefficient of thermal conductivity; heat conduction coefficient rus.… … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

коэффициент теплопроводности — šilumos laidumo koeficientas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. coefficient of heat conductivity; heat conduction coefficient vok. Wärmeleitfähigkeit, f; Wärmeleitkoeffizient, m; Wärmeleitvermögen, n rus. коэффициент теплопроводности, m… … Fizikos terminų žodynas

коэффициент теплопроводности — šilumos laidumo koeficientas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Savybė, apibūdinanti medžiagos savybę praleisti šilumą ir parodanti, kokį šilumos kiekį geba praleisti medžiaga per laiko vienetą ir ploto vienetą, kai temperatūros gradientas 1 … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

коэффициент теплопроводности, (l), Вт/(м×°С) — 3.2 коэффициент теплопроводности, (l), Вт/(м×°С): Количество теплоты, передаваемое за единицу времени через единицу площади изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице; Источник: СП 61.13330.2012: Тепловая изоляция… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

коэффициент теплопроводности — [thermal conductivity] коэффициент пропорциональности между плотностью теплового потока и вызвавшим его градиентом температур; отношение произведенного количества тепла на толщину стенки к произведению площади поперечного сечения поверхности… … Энциклопедический словарь по металлургии

коэффициент теплопроводности — Физический параметр, характеризующий интенсивность процесса теплопроводности в веществе и численно равный плотности теплового потока вследствие теплопроводности при градиенте температуры, равном единице … Политехнический терминологический толковый словарь

КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ — величина, характеризующая теплопрово дящие свойства материала и определяемая плотностью теплового потока при единичной разности температур между поверхностями слоя материала единичной толщины (Болгарский язык; Български) коефициент на… … Строительный словарь

В каких единицах измеряется коэффициент теплопроводности материалов

ГОСТ Р 54855-2011

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ СТРОИТЕЛЬНЫЕ

Определение расчетных значений теплофизических характеристик

Building materials and products. Determination of design thermal value

Дата введения 2012-07-01

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Учреждением Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук (НИИСФ РААСН)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной сети общего пользования — на официально сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

1 Область применения

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на строительные материалы и изделия и устанавливает методы определения расчетных значений теплофизических характеристик, а также правила пересчета значений указанных характеристик, полученных при одних условиях, в значения, действительные при других условиях применения материалов. Методы, приведенные в настоящем стандарте, действительны для расчетных температур окружающей среды от 0 °С до плюс 60 °С.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 8.207-76 Государственная система обеспечения единства измерений. Прямые измерения с многократными наблюдениями

ГОСТ 7076-99 Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме

ГОСТ 17177-94 Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Методы испытаний

ГОСТ 24816-81 Материалы строительные. Метод определения сорбционной влажности

ГОСТ 25898-83 Материалы и изделия строительные. Методы определения сопротивления паропроницанию

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины, определения, обозначения и единицы измерения

3.1 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1 расчетный коэффициент теплопроводности (расчетная теплопроводность): Теплопроводность строительного материала в конкретных условиях эксплуатации в составе конструкции здания, которые могут рассматриваться в качестве типовых условий эксплуатации.

3.1.2 расчетный коэффициент паропроницаемости (расчетная паропроницаемость): Паропроницаемость строительного материала в конкретных условиях эксплуатации в составе конструкции здания, которые могут рассматриваться в качестве типовых условий эксплуатации.

3.1.3 эксплуатационная влажность (расчетная влажность А или Б): Влажность строительного материала в конкретных условиях эксплуатации в составе конструкции здания, которые могут рассматриваться в качестве типовых условий эксплуатации.

3.2 Обозначения и единицы измерения

Условные обозначения характеристик и единицы их измерения приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Обозначения и единицы измерения

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector