Коэффициент теплопроводности

Коэффициент теплопроводности есть физический параметр вещества, характеризующий его способность проводить теплоту. Размерность коэффициента теплопроводности определяется из уравнения (1.8):

, Вт/(м град).

Числовое значение коэффициента теплопроводности определяет количество теплоты, проходящей через единицу изотермической поверхности в единицу времени, при условии, что температурный градиент равен единице (grad t = 1). Коэффициент теплопроводно­сти зависит от давления и температуры. Для большинства веществ коэффициенты теплопроводности определяются опытным путем и для технических расчетов берутся из справочных таблиц.

Как показывают опыты, для многих материалов зависимость коэффициента теплопроводности от температуры может быть при­нята линейной:

,

где – коэффициент теплопроводности при температуре 0°С;

t – температура, °С;

b – температурный коэффициент, определяемый опытным путем.

Лучшими проводниками теплоты являются металлы, у которых изменяется от 3 до 418 Вт/(м град). Коэффициенты теплопроводно­сти чистых металлов, за исключением алюминия, с возрастанием температуры убывают. Теплоту в металлах переносят главным обра­зом свободные электроны. Самым теплопроводным металлом яв­ляется чистое серебро ( = 418 Вт/(м град)).

Коэффициенты теплопроводности теплоизоляционных и строи­тельных материалов, имеющих пористую структуру, при повышении температуры возрастают по линейному закону и изменяются в пре­делах от 0,02 до 3,0 Вт/(м град). Значительное влияние на коэф­фициенты теплопроводности пористых материалов оказывают га­зы, заполняющие поры и обладающие весьма малыми коэффициен­тами теплопроводности по сравнению с коэффициен­тами теплопроводности твердых компонентов. Уве­личение коэффициен­тов теплопроводности пористых материалов при повышении температуры объ­ясняется значительным возрастанием лучистого теплообмена между поверхностями твердого «скелета» пор через разделяющие их воздушные ячейки. Роль конвекции в росте коэффициен­та теплопроводности возрастает с увеличением размеров воздушных включений в материал. Поэтому эффективный коэффициент теплопроводности пористых тел имеет сложную при­роду и является условной величиной. Эта условная величина имеет смысл коэффициента теплопроводности некоторого однородного тела, через которое при одинаковой форме, размерах и температуре на границах проходит то же количество тепла, что и через данное по­ристое тело.

Большое влияние на коэффициен­т теплопроводности оказывает влажность вещества. Опыты показывают, что с увеличением влажности материала коэффициент теплопроводности значительно возрастает. Кроме того, чем выше объемная плотность материала, тем меньше он имеет пор и тем выше его коэффициент теплопроводности.

Коэффициенты теплопроводности большинства капельных жид­костей с повышением температуры убывают. Они лежат в пределах от 0,08 до 0,65 Вт/(м град). Исключением является вода: с увеличе­нием температуры от 0°С до 127°С коэффициент теплопроводности повышается, а при дальнейшем возрастании температуры – умень­шается. От давления коэффициент теплопроводности капельных жидкостей практически не за­висит.

Коэффициенты теплопроводности газов изменяются от 0,05 до 0,6 Вт/(м град); при повышении темпера­туры они возрастают, а от давления практически не зависят.

Числовые значения коэффициентов теплопроводности при раз­личных температурах для расчетов берутся из справочных таб­лиц.