Теплопроводность металлов. Теплопроводность от чего зависит

Теплопередача — это один из видов передачи тепла от наиболее нагретой к наименее нагретой части тела и является уравнением температуры. В случае теплопередачи передача энергии происходит в результате прямого переноса энергии от частиц (молекул, атомов и электронов).

Теплопроводность металлов

Все продукты, используемые человеком, могут передавать и сохранять температуру предметов и сред, с которыми они соприкасаются. Способность передавать тепло от одного объекта к другому зависит от типа материала, в котором происходит процесс. Свойства металлов позволяют передавать тепло от одного объекта к другому с определенными вариациями в зависимости от структуры и размера металлической конструкции. Теплопроводность металла является одним из параметров, определяющих его эксплуатационные характеристики.

Процесс передачи атомной и молекулярной энергии от горячего объекта к холодному продукту происходит за счет неконтролируемого перемещения движущихся частиц. Этот теплообмен зависит от общего состояния металла, в котором происходит перенос. В зависимости от химического состава материала теплопроводность имеет различные свойства. Этот процесс, называемый теплопроводностью, включает в себя передачу кинетической энергии от атомов и молекул. Она определяет нагрев металлического изделия, когда эти частицы взаимодействуют или перемещаются от наиболее нагретой к наименее нагретой части.

Благодаря способности передавать или накапливать тепловую энергию, свойства металлов позволяют им достигать технических целей, необходимых при эксплуатации различных комплексов и агрегатов оборудования, используемых в народном хозяйстве. Примером такого применения является паяльник, который нагревает центральную часть рабочего стержня, используемого для сварки необходимых компонентов, и передает тепло на концы. Зная свойства теплопроводности, металлы используют во всех промышленных отраслях, применяя параметры, необходимые по назначению.

Понятие термического сопротивления и коэффициента теплопроводности

Если теплопроводность описывает способность металла передавать тепло тела от одной поверхности к другой, то термическое сопротивление показывает обратную зависимость. Другими словами, он указывает на способность металла предотвращать, т.е. сопротивляться, такой перенос. Воздух обладает высоким термическим сопротивлением. Она предотвращает наибольший теплообмен между телами.

Количественная характеристика изменения температуры на один градус (К) на единичной поверхности за единицу времени называется коэффициентом теплопередачи. Международная система единиц (IUS) измеряет этот параметр в Вт/м*град. Эта характеристика очень важна при выборе металлических изделий, которые должны передавать тепло от одного объекта к другому.

Теплопроводность металлов при температуре, °C

От чего зависит показатель теплопроводности

Исследования способности металлических изделий передавать тепло показали, что теплопроводность зависит от

Металлы имеют различные структуры кристаллической решетки, которые могут изменять теплопроводность материала. Например, в стали и алюминии структура частиц по-разному влияет на скорость передачи тепла через них.

Различные температуры воздействия могут привести к различным значениям теплопроводности для одного и того же металла. Это связано с тем, что различные металлы имеют разную степень плавления. Другими словами, различные параметры окружающей среды имеют различные свойства материала, которые отражаются на теплопроводности.

Основной задачей каждой системы отопления является перенос тепловой энергии от теплоносителя в помещение. Для такого отопления используются батареи или радиаторы. Тепловая энергия должна быть транспортирована в пространство.

Что такое теплопроводность и термическое сопротивление

Теплопроводность металлов можно описать как способность материала (например, газа, жидкости и т.д.) переносить избыточную тепловую энергию от нагретой области к холодной. Перенос осуществляется свободно движущимися элементарными частицами, включая индивиды, электроны и т.д.

Хотя сам процесс передачи тепла происходит в каждом теле, способ передачи энергии зависит в первую очередь от общего состояния организма.

Кроме того, теплопроводность можно определить как количественный параметр способности тела переносить тепловую энергию. Сравнивая теплопроводность с электропроводностью, можно сказать, что это понятие аналогично электропроводности.

Способность тела препятствовать распространению молекулярных тепловых колебаний называется термическим сопротивлением. Кстати, некоторые люди действительно путают это понятие с теплопроводностью.

Понятие коэффициента теплопроводности

Коэффициент теплопроводности равен количеству тепла, передаваемого с единицы поверхности за одну секунду. Теплопроводность металлов была открыта еще в 1863 году. В то время за теплопередачу отвечало большое количество свободных электронов в металлах. Именно поэтому теплопроводность металлов намного выше, чем у диэлектрических материалов.

От чего зависит показатель теплопроводности

Теплопроводность имеет естественную величину и зависит в основном от температуры, давления и параметров типа. Большинство показателей были определены экспериментально. Для этого был разработан ряд методов. Результаты сводятся в справочные таблицы и в дальнейшем используются в различных научных и механических расчетах. Температура тела меняется, и во время этого теплообмен (температура) распределяется неравномерно. Другими словами, необходимо знать, как теплопроводность зависит от температуры.

Многочисленные эксперименты показали, что для многих материалов связь между коэффициентом и самой теплопроводностью является линейной.

Теплопроводность металлов определяется геометрией их кристаллических решеток.

В значительной степени теплопроводность зависит от структуры материала, размера пор и содержания влаги.

Таким образом, теплопроводность металлов на 2-3 порядка превышает значения теплопроводности для изоляторов, которые являются ярким примером ответа на вопрос о том, что такое низкая теплопроводность.

Назначение теплопроводности

Поскольку теплопроводность является мерой передачи тепла от нагретого объекта к холодному, этот процесс происходит до тех пор, пока градусы не сравняются. При строительстве зданий следует использовать материалы с минимальным показателем теплопроводности.

Для уменьшения нагрева помещения солнечным светом используются покрытия отражающих поверхностей (гальваника, зеркала), для увеличения — вещества, хорошо поглощающие свет (битум, асфальт).

Коэффициент теплопередачи — это термин, обозначающий количество тепла, передаваемого через материал толщиной 1 м за один час. Он используется для расчета свойств теплоизоляции, необходимой для сохранения тепла в помещении, и способности сырья быстро распространять или дольше сохранять энергию в строительстве.

Материалы с высокой проводимостью используются в качестве основы для радиаторов и труб отопления. Для обеспечения высокой плотности и хорошей транспортировки энергии используются алюминий, медь или сталь. Для изоляции используются сырьевые материалы с низкой теплопроводностью и высокой пористостью. Например, войлок или стекловолокно помогают повысить энергоэффективность.

Что влияет на теплопроводность

Пористые материалы менее эффективны в тепловом преобразовании из-за того, что тепло в воздухе переносится только движущимися частицами. Передача энергии сильно зависит от количества, плотности, размера и формы (дом, кухня или другое) пространства внутри сырья, из которого построена конструкция.

На энергоэффективность также влияют отражающие свойства материала. Если покрытие имеет зеркальную поверхность, оно будет выделять меньше тепла, чем солнечный свет или ламповые нагреватели.

Влажность играет важную роль в передаче энергии через сырье. Сырой воздух способен увеличить скорость охлаждения. Водопоглощение очень сильно и быстро поглощает тепло, облегчая охлаждение влажных стен.

Теплопроводность материала зависит от разложения его слоя и содержания волокон. Например, пол, покрытый древесной стружкой, проводит больше энергии, чем пол, покрытый досками или брусьями. Это связано с тем, что термическое сопротивление изделий из древесины в два раза выше, чем у волокон. Инженерные материалы с многослойной структурой подчиняются тем же условиям.

На теплопроводность влияет водонепроницаемость одного материала по отношению к другому. Например, стены с узкими железными поверхностями остывают быстрее. Однако это работает и в обратном направлении. Если между двумя секциями находится слой воздуха или газа, передача энергии снижается.

Это относится к стеклянным или пластиковым окнам соответственно. Некоторые производители также оставляют воздушный зазор между двумя параллельными стенами или полом и фундаментом.

Методы определения КТП

Существует два способа определения КТП

1. Фиксированный — предполагает работу с параметрами, которые не меняются или почти не меняются с течением времени. Преимуществом этого метода является высокая точность вычисления результатов. К недостаткам относятся сложность адаптации эксперимента, большое количество используемых тепловых следов и длительное время, необходимое для подготовки и проведения эксперимента. Этот метод подходит для расчетов жидких и газовых КТП, если не учитывается перенос и передача лучистой энергии.
2. Нестационарный — визуально выглядит просто и занимает 10-30 минут. Широко используется, так как может определять теплопроводность, а также теплопроводность и теплоемкость образца.

Электронные приборы, такие как «зонд» ITP-MG4, используются для анализа теплопроводности строительных материалов. Эти инструменты расчета КТП имеют различные диапазоны рабочих температур и коэффициенты ошибок.

Пористые материалы менее эффективны в тепловом преобразовании из-за того, что тепло в воздухе переносится только движущимися частицами. Передача энергии сильно зависит от количества, плотности, размера и формы (дом, кухня или другое) пространства внутри сырья, из которого построена конструкция.

Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов

Чтобы в вашем доме было тепло зимой и прохладно летом, теплопроводность стен, полов и потолков должна быть не меньше определенного числа, рассчитанного для каждой зоны. Следует учитывать состав «пирога» стен, пола и потолка, а также толщину материалов, чтобы общее количество было не меньше рекомендованного для вашей местности.

Коэффициенты теплопередачи современных строительных материалов для оболочек зданий

При выборе материалов следует учитывать, что некоторые (но не все) из них гораздо лучше проводят тепло в условиях повышенной влажности. Если такое состояние может возникнуть при длительной эксплуатации, в расчетах используется теплопроводность этого состояния. Теплопроводность основных материалов, используемых для изоляции, приведена в таблице ниже.

Коэффициент теплопроводности типа материала — Вт/(м-°C)

Коэффициент теплопроводности для металлов и неметаллических твердых материалов

Все без исключения металлы являются хорошими теплопроводниками, в которых за теплопередачу отвечает электронный газ. С другой стороны, ионные и ковалентные материалы, а также материалы с волокнистой структурой являются хорошими теплоизоляторами, т.е. плохо проводят тепло. Для полного раскрытия того, что такое теплопроводность, следует отметить, что этот процесс обязательно требует наличия вещества, будь то конвекция или проводимость, поэтому в вакууме тепло может передаваться только посредством электромагнитного излучения.

В следующем списке приведены значения коэффициентов теплопередачи для некоторых металлов и неметаллов в Дж/(с*м*К):

• сталь — 47-58 в зависимости от качества стали,
• алюминий — 209,3
• медь — 116-186,
• цинк — 106-140 в зависимости от чистоты,
• медь — 372.1-385.2
• латунь — 81-116,
• золото — 308,2
• серебро — 406.1-418.7
• резина — 0,04-0,30
• стекловолокно — 0,03-0,07,
• кирпичи — 0.80
• дерево — 0,13
• стекло — 0,6-1,0.

Таким образом, теплопроводность металлов на 2-3 порядка выше, чем у изоляторов, что является типичным примером ответа на вопрос о низкой теплопроводности.

Значение теплопроводности играет важную роль во многих промышленных процессах. Некоторые процессы пытаются увеличить ее за счет использования хороших теплопроводников и увеличения площади контакта, в то время как другие пытаются уменьшить теплопроводность за счет уменьшения площади контакта и использования изоляционных материалов.

Таблица теплопроводности дерева

Дерево в строительстве негласно относится к элите материалов для строительства домов. И это объясняется не только его экологической чистотой и высокой ценой. Древесина имеет самые низкие коэффициенты теплопроводности. В то же время, эти значения напрямую зависят от вида. Кедр (всего 0,095 Вт/(м∙С)) и пробка имеют самый низкий коэффициент среди строительных материалов. Строительство домов из пробки очень дорого и проблематично. Однако пробка ценится за низкую теплопроводность и хорошие звукоизоляционные свойства. Ниже приведена таблица теплопроводности и прочности различных пород древесины.

Теплопроводность различных пород древесины

Напротив, существует категория материалов, структура которых приобретает наилучшие свойства теплопроводности при воздействии интенсивного тепла. Одним из таких материалов является металл.

Разница между теплопроводностью и теплопередачей

В дополнение к коэффициенту теплопередачи Лямбда существует также коэффициент U. Они звучат похоже, но подразумевают совершенно разные вещи.

В то время как значение Lambda характерно для конкретного материала, значение U определяет теплоизоляцию стены или перегородки. Проще говоря, коэффициент теплопередачи является эталонным значением и напрямую влияет на величину U-value.

Если вы хотите получить больше информации по этой теме, а также узнать: какие материалы лучше всего подходят для теплоизоляции вашего дома, чем отличаются различные виды теплоизоляции, советуем вам прочитать この記事。

Nedvioサイトをブックマークに追加することを忘れないでください。興味深く、有用で理解できる言語で、建設、改修、郊外の不動産についてお知らせします。