Теплопроводность таблица веществ: Коэффициент теплопроводности металлов (Таблица) - Стройматериалы в Иркутске

Коэффициент теплопроводности металлов (Таблица)

Теплопроводность многих металлов следует соотношению k = 2,5·10^-8σT, где Т обозначает температуру в °К, а σ — электропроводность в единицах (ом·см)^-1. Это соотношение, которое лучше всего оправдывается для хороших проводников электричества и при высоких температурах, можно применять и для определения коэффициентов теплопроводности.

Соотношение kpc_p=const, где р обозначает плотность, а с_р — удельную теплоемкость при постоянном давлении, было предложено Стормом для того, чтобы объяснить температурные изменения этих величин для некоторых металлов и сплавов.

Таблица коэффициент теплопроводности металлов

Элементы с металлической электропроводностью (числа, набранные курсивом, относятся к жидкой фазе)

Металл	Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °С
Металл	— 100	0	100	300	700
Алюминий	2,45	2,38	2,30	2,26	0,9
Бериллий	4,1	2,3	1,7	1,25	0,9
Ванадий	—	—	0,31	0,34	—
Висмут	0,11	0,08	0,07	0,11	0,15
Вольфрам	2,05	1,90	1,65	1,45	1,2
Гафний	—	—	0,22	0,21	—
Железо	0,94	0,76	0,69	0,55	0,34
Золото	3,3	3,1	3,1	—	—
Индий	—	0,25	—	—	—
Иридий	1,51	1,48	1,43	—	—
Кадмий	0,96	0,92	0,90	0,95	0,44 (400°)
Калий	—	0,99	—	0,42	0,34
Кальций	—	0,98	—	—	—
Кобальт	—	0,69	—	—	—
Литий	—	0,71	0,73	—	—
Магний	1,6	1,5	1,5	1,45	—
Медь	4,05	3,85	3,82	3,76	3,50
Молибден	1,4	1,43	—	—	1,04 (1000°)
Натрий	1,35	1,35	0,85	0,76	0,60
Никель	0,97	0,91	0,83	0,64	0,66
Ниобий	0,49	0,49	0,51	0,56	—
Олово	0,74	0,64	0,60	0,33	—
Палладий	0,69	0,67	0,74	—	—
Платина	0,68	0,69	0,72	0,76	0,84
Рений	—	0,71	—	—	—
Родий	1,54	1,52	1,47	—	—
Ртуть	0,33	0,09	0. 1	0,115	—
Свинец	0,37	0,35	0,335	0,315	0,19
Серебро	4,22	4,18	4,17	3,62	—
Сурьма	0,23	0,18	0,17	0,17	0,21
Таллий		0,41	0,43	0,49	0,25 (400 ⁰)
Тантал	0,54	0,54	—	—	—
Титан	—	—	0,16	0,15	—
Торий	—	0,41	0,39	0,40	0,45
Уран	—	0,24	0,26	0,31	0,40
Хром	—	0,86	0,85	0,80	0,63
Цинк	1,14	1,13	1,09	1,00	0,56
Цирконий	—	0,21	0,20	0,19	—

Таблица коэффициент теплопроводности полупроводники и изоляторы

Вещество	Коэффициент теплопроводности при температура, °С
Вещество	— 100	0	100	500	700
Германий	1,05	0,63	—	—	—
Графит	—	0,5—4,0	0,5—3,0	0,4-1,7	0,4-0,9
Йод	—	0,004	—	—	—
Углерод	—	0,016	0,017	0,019	0,023
Селен	—	0,0024	—	—	—
Кремний	—	0,84	—	—	—
Сера	—	0,0029	0,0023	—	—
Теллур	—	0,015	—	—	—

Таблицы теплопроводимости материалов (металлы, бетон, гранит, дерево и др.

)

Взято из: «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» /под ред. Романкова. Приложение.
Н.И. Кошкин, М.Г. Ширкевич. Справочник по элементарной физике // Издание девятое, М.: «Наука», 1982 г.

Коэффициент теплопроводности металлов

Металл	Вт/(м•К)
Алюминий	209,3
Бронза	47-58
Железо	74,4
Золото	312,8
Латунь	85,5
Медь	389,6
Платина	70
Ртуть	29,1
Серебро	418,7
Сталь	45,4
Свинец	35
Серый чугун	50
Чугун	62,8

Коэффициент теплопроводности других материалов

Материал	Влажность массовая доля %	Вт/(м•К)
Бакелитовый лак	—	0,29
Бетон с каменным щебнем	8	1,28
Бумага обыкновенная	Воздушно-сухая	0,14
Винипласт	—	0,13
Гравий	Воздушно-сухая	0,36
Гранит	—	3,14
Глина	15-20	0,7-0,93
Дуб (вдоль волокон)	6-8	0,35-0,43
Дуб (поперек волокон)	6-8	0,2-0,21
Железобетон	8	1,55
Картон	Воздушно-сухая	0,14-0,35
Кирпичная кладка	Воздушно-сухая	0,67-0,87
Кожа	>>	0,14-0,16
Лед	—	2,21
Пробковые плиты	0	0,042-0,054
Снег свежевыпавший	—	0,105
Снег уплотненный	—	0,35
Снег начавший таять	—	0,64
Сосна (вдоль волокон)	8	0,35-0,41
Сосна (поперек волокон)	8	0,14-0,16
Стекло (обыкновенное)	—	0,74
Фторопласт-3	—	0,058
Фторопласт-4	—	0,233
Шлакобетон	13	0,698
Штукатурка	6-8	0,791

Коэффициент теплопроводности асбеста и пенобетона при различных температурах

(ρ_a=576кг/м³, ρ_п=400кг/м³,λ, Вт/(м•К))

Материал	-18^oС	0^oС	50^oС	100^oС	150^oС
Асбест	—	0,15	0,18	0,195	0,20
Пенобетон	0,1	0,11	0,11	0,13	0,17

Коэффициент теплопроводности жидкости Вт/(м•К) при различных температурах

Материал	0^oС	50^oС	100^oС
Анилин	0,19	0,177	0,167
Ацетон	0,17	0,16	0,15
Бензол	—	0,138	0,126
Вода	0,551	0,648	0,683
Масло вазелиновое	0,126	0,122	0,119
Масло касторовое	0,184	0,177	0,172
Спирт метиловый	0,214	0,207	—
Спирт этиловый	0,188	0,177	—
Толуол	0,142	0,129	0,119

Запись опубликована автором admin в рубрике Полезные материалы.

Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Теплопроводность твердых материалов

Материал	Коэффициент Теплопроводности ( Вт/м ^. К)
Кварцевая вата	0.004 — 0.04
Воздух	0.025
Дерево	0.04 — 0.4
Спирт и масла	0.1 — 0.21
Полипропилен	0.25
Минеральное масло	0.138
Резина	0.16
Цемент	0. 29
Эпоксидная смола с кварцевых наполнением	0.30
Эпоксидная смола	0.59
Вода (жидкая)	0.6
Теплопроводящая смазка	0.7 — 3
Стекло	1.1
Почва	1.5
Бетон, камень	1.7
Лед	2
Кремний	2.4
Нерж. сталь	12.11 ~ 45.0
Свинец	35. 3
Алюминий	237 (чистый) 120—180 (сплавы)
Золото	318
Медь	401
Серебро	429
Алмаз	900 — 2320
Графен	(4840±440) — (5300±480)

Примечание: источниками справочных данных являются публикации в Интернете, поэтому они не могут считаться «официальными» и «абсолютно точными». Как правило, в Интернет справочниках не приводятся ссылки на научные работы, являющиеся основой опубликованных данных. Мы стараемся брать информацию из наиболее надежных научных сайтов. Однако если кого-то интересуют ссылки на эксперименты, советуем произвести самостоятельно углубленный поиск в Интернете. Будем признательны за любые комментарии к нашим справочным таблицам, а особенно за уточнения существующей информации или дополнение справочных данных.

Теплопроводность. Коэффициенты теплопроводности. Коэффициент теплопроводности строительных материалов, веществ, сред и т.п.

Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru: главная страница / / Техническая информация / / Физический справочник / / Тепловые величины: теплоемкость, теплопроводность, температуры кипения, плавления, пламени. Удельные теплоты сгорания и парообразования. Термические константы. Коэффициенты теплообмнена и расширения / / Теплопроводность. Коэффициенты теплопроводности. Коэффициент теплопроводности строительных материалов, веществ, сред и т.п.

Коэффициенты теплопроводности водных растворов: Nh4, ВаС12, КВr, КОН, K2SO4, KCl, MgSO4, MgCl2, CuSO4, NaBr, Na2CO3, NaCl, h3SO4, HCl, СН3СООН, С2Н5ОН (да, он).

Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:

Дополнительная информация от Инженерного cправочника DPVA, а именно — другие подразделы данного раздела:

Термодинамика. Энергия, тепло, работа, энтальпия, энтропия…

Температуры, кипения, плавления, прочие… Перевод единиц измерения температуры. Воспламеняемость.

Теплоемкость. Удельные теплоемкости. Коэффициент (показатель) адиабаты.

Вы сейчас здесь: Теплопроводность. Коэффициенты теплопроводности. Коэффициент теплопроводности строительных материалов, веществ, сред и т.п.

Конвекционный и полный теплообмен. Коэффициенты теплообмена. Коэффициенты тепловой проводимости поверхностей. Тепловыделение, теплопотери

Удельная теплота парообразования (конденсации). Энтальпия парообразования.

Удельная теплота сгорания (теплотворная способность). Высшая и низшая теплота сгорания. Потребность в кислороде.

Коэффициенты теплового линейного расширения, теплового объемного расширения.

Температурные коэффициенты линейного и объемного расширения.

Коэффициенты излучения (степени черноты)

Термические константы веществ. Энтальпии. Энтропии. Энергии Гиббса… (ссылка на химический справочник проекта)

Тройные точки веществ. Температуры и давления.

Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:

Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста.
Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.

Коды баннеров проекта DPVA.ru
Начинка: KJR Publisiers

Консультации и техническая
поддержка сайта: Zavarka Team

Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.

dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса. Free xml sitemap generator

Теплопроводность различных веществ — Энциклопедия по машиностроению XXL

Описать особенности теплопроводности различных веществ. [c.357]

Для реальных значений коэффициента теплопроводности различных веществ число Прандтля не достигает тех больших значений, для которых мог бы иметь место этот предельный закон. Такие законы, однако, могут быть применены к конвективной диффузии, описывающейся темн же уравнениями, что и конвективная теплопередача, причем роль температуры играет концентрация растворенного вещества, роль теплового потока — поток этого вещества, а диффузионное число Прандтля определяется как Ро = v/D, где Д — коэффициент диффузии. Так, для растворов в воде и сходных жидкостях число Pd достигает значений порядка 10 , а для растворов в очень вязких растворителях — 10 и более. [c.301]

Фиг. 7.10. Теплопроводности различных веществ, (По Берману [21].) Кривая А — поликристаллический графит (с размером кристалликов 30 нм), кривая 3 — прозрачное кварцевое стекло, кривая С — найлон.

Указанные типы регулярных режимов используют при экспериментальном определении температуропроводности а и теплопроводности % различных веществ, а также при определении коэффициента теплоотдачи а. Кроме упомянутых существуют и другие типы регулярных режимов. [c.226]

Для различных веществ теплопроводность изменяется в широких пределах, например для различных газов [c.11]

Теплопроводность является одним из теплофизических параметров вещества. Значения теплопроводности находятся в пределах от нескольких сотых долей (для газов) до нескольких сотен единиц (для металлов) ватт на метр-кельвин. Для простых веществ теплопроводность является, вообще говоря, функцией параметров состояния (давления и температуры). Теплопроводность многокомпонентных веществ зависит от концентрации компонентов, а для пористых материалов — от структуры, плотности и влажности. Основным источником данных по теплопроводности различных материалов является эксперимент. [c.125]

В физические условия однозначности задач теплопроводности входит коэффициент теплопроводности, характеризующий способность вещества проводить теплоту. Численно он равен количеству теплоты, проходящей в единицу времени через единицу изотермической поверхности при градиенте температуры 1 К/м. Значения коэффициента теплопроводности для различных веществ сведены в справочные таблицы, построенные па основании экспериментальных данных, [c.163]

Порядок значений Я различных веществ показан на рнс. 1-4 [Л. 136, 204].

Результаты измерений Я сведены в таблицы [Л. 20, 196], которыми пользуются при расчетах процессов теплопроводности. [c.12]

Для различных веществ коэффициент теплопроводности Я различен и в общем случае зависит от структуры, плотности, влажности, давления и температуры. Все вместе взятое сильно затрудняет выбор правильного значения коэффициента теплопроводности. Поэтому при ответственных расчетах значение коэффициента теплопроводности следует определять путем специального изучения применяемого материала. В технических же расчетах значения коэффициента теплопроводности обычно принимаются по справочным таблицам. При этом надо следить лишь за тем, чтобы физические характеристики материала (структура, плотность, влажность, температура, давление) были соответственны. Так как при распространении тепла температура в различных частях тела различна, то в первую очередь важно знать зависимость коэффициента теплопроводности от температуры. Для большого числа материалов эта зависимость оказывается почти линейной, т. е. [c.10]

Для различных веществ коэффициент теплопроводности X различен и в общем случае зависит от структуры, плотности, влажно-10 [c.10]

Определение тепловых параметров методом нестационарной теплопроводности позволяет в некоторых случаях проводить измерения при непрерывном изменении температуры до желаемого ее значения. Это дает возможность получить сразу соответствующую непрерывную кривую изменения измеряемого теплового параметра в широком интервале температур, в то время как во всех стационарных методах такие кривые строятся по нескольким опытным точкам, соответствующим различным стационарным тепловым режимам, число которых обычно ограниченно. Измерения тепловых параметров различных веществ производятся при относительно небольших перепадах температур, что приближает их средние значения к истинным. [c.62]

Коэффициент пропорциональности X, в формуле (10. 1) имеет размерность Вт/(м К) и называется коэффициентом теплопроводности. Коэффициент теплопроводности i. для различных веществ берут из справочных таблиц. Следует иметь в виду, что А, существенно зависит от температуры. Для больщинства материалов [c.125]

Опытным путем установлено, что коэффициент теплопроводности зависит от свойств вещества (его плотности, структуры, влажности и т.п.) и параметров состояния (давления, температуры). Значения X для различных веществ и условий сводятся в соответствующие таблицы. В ответственных случаях для специфических условий их определяют непосредственно в лаборатории. Зависимость X от температуры для больщинства материалов имеет линейный характер [c.64]

Морган и Смит [171] рассмотрели упругое рассеяние фононов на флуктуациях соответствующих свойств (их отклонений от средних значений). Они показали, что результаты по теплопроводности ниже 1 К можно объяснить, используя большую корреляционную длину (от 100 до 300 нм) для этих флуктуаций. Комбинируя два параметра теории — корреляционную длину и величину флуктуаций, — можно получить одинаковые теплопроводности ниже 1 К, т. е. таким путем объяснить близость величин теплопроводностей различных некристаллических веществ. [c.167]

С этой целью в качестве объектов исследования нами были выбраны 192 вещества, представляющие различные гомологические ряды органических соединений. В результате измерения коэффициентов теплопроводности этих веществ в той или иной степени были решены поставленные выше задачи. Настоящая работа посвящена изложению и обсуждению полученных результатов. [c.4]

Явления теплообмена состоят в переносе тепла из одной части вещества, более нагретой, в другую менее нагретую. Перенос тепла в веществе может происходить различными способами в зависимости от состояния вещества. Если вещество находится в твердом состоянии, то перенос тепла осуществляется колеблющимися молекулами решетки твердого вещества, такое явление носит название теплопроводности. Если вещество находится в жидком состоянии, то перенос тепла помимо естественной теплопроводности производится самим теплоносителем путем передвижения самого вещества и перемешивания его. Такой перенос тепла носит название конвекции. Явление теплопроводности может рассматриваться как частный случай явления теплообмена, совершающегося в покоящемся теплоносителе. [c.7]

Экспериментальные зависимости Я = / (О для различных веществ приведены на рис. 1-5, 1-6, 1-7 и 1-8. Зависимость коэффициента теплопроводности от свойств газов можно установить не только экспериментально, но и теоретически. [c.12]

Для различных веществ коэффициент теплопроводности различен и для каждого из них зависит от структуры, объемного веса, влажности, давления и температуры. Все это, вместе взятое, сильно затрудняет выбор правильного значения коэффициента теплопроводности. При технических расчетах значения коэффициента теплопроводности обычно выбираются из справочных таблиц. При этом надо следить за тем, чтобы физические характеристики материала (структура, объемный вес, влажность, химический состав, температура) были соответственны. Для ответственных расчетов значения коэффициента теплопроводности следует определять путем лабораторного изучения применяемого материала. [c.267]

Для различных веществ коэффициент теплопроводности различен и для каждого из них зависит от структуры, плотности, влажности, давления и температуры тела. [c.221]

Наличие значительного количества справочников с таблицами математических функций, а также книг с таблицами теплофизических величин различных веществ, например [8, 27], позволило исключить приложение к этой книге — справочные таблицы. Из книги исключен также раздел, касающийся расчета теплообменных аппаратов. Изложение этого раздела требует сведений технологического характера и изучается в специальных курсах теплотехнических устройств и установок. За счет принятых сокращений более полно изложен материал в разделах курса теплопроводность и теплопередача тел, а также конвективный и лучистый теплообмен. [c.3]

Основную роль в снижении теплонапряженности процесса резания играют охлаждающие способности различных веществ и способы их подвода в зону резания. Охлаждающие среды должны обладать высокой теплопроводностью и объемной теплоемкостью, значительной скрытой теплотой парообразования и низкой вязкостью. Действие охлаждающей среды при резании сопровождается конвективным теплообменом, способствующим снижению температурных деформаций и повышению стойкости инструмента. [c.83]

Верхняя температурная граница измерений K/ls определяется температурой, при которой возникает заметная интенсивность испарения какой-либо из компонент жидкой фазы. Если испарение жидкой фазы невелико, вплоть до температуры плавления кристалла Тп, то рассматриваемый метод позволяет определить также и теплопроводность чистого вещества кристалла Х° в расплавленном состоянии при Гп. Величина находится экстраполяцией зависимости Я(Т ), определенной при различных температурах до 7п- [c. 323]

Заметим также, что формулы, аналогичные формулам для расчета е, пригодны для определения магнитной проницаемости и коэффициента теплопроводности смесей различных веществ. [c.145]

Теплопроводность. Свойство различных тел проводить теплоту называется теплопроводностью. Различные вещества неодинаково проводят тепло лучшими проводниками тепла являются металлы вода и другие жидкости, а также газы — в большинстве случаев плохие проводники тепла. Еще менее теплопроводны дерево, глина, кирпич. Хуже всего проводят тепло так называемые тепловые изоляторы, из которых наибольщее [c.18]

Теплопроводность различных веществ характеризуется коэффициентом теплопроводности. Этот коэффициент имеет размерность ккал1м ч град. Он показывает, какое количество тепла (ккал) передается в час через данный материал с площадью поперечного сечения 1 при разности температур Г С на каждый метр длины проводника тепла. [c.19]

Коэффициенты теплопроводности различных веществ (рис. 11-4) определяются опытным путем. Результаты таких экспериментов представляют в виде таблиц в сцравочниках (см. табл. П8). Коэффициент теплопроводности твердых тел зависит от температуры, поэтому в расчетах теплопроводности тел с резко неоднородным температурным полем следует учитывать переменность коэффициента теплолроводности. [c.180]

Теплопроводность различных веществ характеризуется коэффициентом теплопроводности, обычно обозначаемым буквой Х. Он показывает, какое количество тепла (в ккал) передается в час через каждый квадратный метр площади поперечного сечения данного материала на длину 1 м при разности температур 1°С на этой длине. Коэффициент теплопроводности имеет размерность ккал1м ч град. Из металлов хорошей теплопроводностью обладают серебро (Х=360) и медь (л=340), худшей — сталь ( 1 = 40) и свинец (Я=30). Для сухой древесины > =0,15, для асбеста > =0,10. Эти данные приведены для средней температуры 20° С. [c.39]

В [Л. 7] метод плоского слоя применялся для исследования теплопроводности различных жидкостей и газов до температуры 300° С и давления 100 бар. Метод применялся как относительный. В нем цредварительно проводились опыты на веществах с известными тепловыми свойствами для определения постоянной прибора. После этого производились опыты с веществами, свойства которых подлежали исследованию. [c.33]

Различные вещества проводят тепло по-разному. Некоторые вещества, например металлы, проводят тепло хорошо. Другие вещества, как, например, дерево, накипь, зола, сажа, кирпич, асбест, воздух и другие газы, являются плохими проводниками тепла. Накипь, отлагающаяся из воды на стенках котла, проводит тепло хуже стали примерно в 50 раз, а сажа — в несколько сот раз. Поэтому очень важно, чтобы стенки котлов были всегда чистыми как со стороны воды, так и со стороны газов.

Отложения сажи и накипи, обладающие малой теплопроводностью, затрудняют передачу тепла от топочных газов к стенке и от нее к воде. Поэтому не все тепло топочных газов используется в котле, что приводит к перерасходу топлива, недостаточной выработке котлом пара или горячей воды, а в некоторых случаях — к онас -ному перегреву стенок котла. [c.19]

Количественная оценка процесса теплообмена — теплопроводность Я является физическим свойством вещества и представляет собой количество теплоты, проходящей в единицу времени через 1 м изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице. Теплопроводность для различных веществ различна и зависит от структуры, плотности, давления н температуры. Теплопроводность различных металлов находится в пределах 20—400 Вт/(м-К). Для больщииства металлов с повышением температуры значение ее снижается. Присутствие в металле примесей также способствует снижению X. Так, для чистой меди X равна 395, а для меди со следами мышьяка 142 Вт/(м. К). Для железа с содержанием 0,1 /о углерода X равна 52, с 1% углерода 40 Вт/(м.К). Для закаленной углеродистой стали теплопроводность на 10—25% меньше, чем для мягкой стали. [c.12]

В работе [170] для обобщения экспериментальных данных о теплопроводности н-алканов в широком диапазоне изменения молекулярных весов использован метод соответственных состояний. Его применение позволило взаимно увязать значения теплопроводности разных веществ одного гомологического ряда. Этим облегчен также анализ температурной зависимости тенлопроводности веществ, определенной различными авторами. [c.99]

Для различных веществ коэффициент теплопроводности различен кроме того, даже для одного и того же вещества он существенно зависит от его структуры, плотности, влажности, давления и температуры. В теплотехнических расчетах значения коэффициентов теплопроводности обычно принимаются по справочным данным, причем правильность результатов расчетов в значительной мере зависит не только от достоверности справочных данных, но и от реальных эксплуатационных условий применения того или иного материала. Например, для сыпучего или волокнистого теплоизоляционного материала коэффициент теплопроводности, принятый в расчетах для определенной плотности этого материала, в действительности может оказаться в 2 и более раза выше за счет уплотнения материала с течением времени. Не менее существенное повышение коэффициента теплопроводности в сравнении со справочными данными может иметь место за счет яасыщения огнеупорных и теплоизоляционных материалов теми или иными газами или па-18 [c.18]

В производстве применяют эмали, характеризуемые повышенной электропроводностью, повышенной радиационной стойкостью, повышенной теплопроводностью, повышенной жаростойкостью, повышенной износостойкостью, пониженной склонностью к налипанию на них различных веществ (антиадге-зионные), повышенной морозостойкостью, повышенной способностью к поглощению тепла, повышенной способностью к отражению тепла и света, а также эмали для защиты от высокотемпературной коррозии легированных сталей, для защиты оборудования, эксплуатируемого в пищевой промышленности технологические, разового действия — для защиты металла от окисления при горячей штамповке и свободной ковке, для обезуглероживания поверхностного слоя изделий из стали и чугуна, для легирования поверхностного слоя металла, для защиты специальных металлов и сплавов от возгонки летучих составляющих и др. [c.69]

Ниже описываемый метод так называемой узкой перемычки является развитием метода Хольма — Катлера [4, 5], в котором также использован нагрев образца электрическим током. Наиболее привлекательным является возможность использования метода узкой перемычки для измерений теплопроводности и числа Лоренца при изменении агрегатного состояния вещества. Для этой цели разработана специальная конструкция образца (рис. 1). В данном случае перемычкой служит заполненное исследуемым веществом отверстие в стенке керамической трубки-колпачка. Загруженный исследуемым материалом контейнер в собранном виде помещается в герметичную высокотемпературную печь, нагрев которой проводится либо в вакууме, либо в инертной среде в зависимости от летучести образца. Образование перемычки в процессе плавления и сопротивление ее контролируется наличием омического контакта. Сопротивление перемычки для большинства исследуемых веществ при комнатной температуре составляло приблизительно 1 10 ома. Контейнер позволяет многократно производить измерения на различных веществах. Следует отметить, что в данном случае теплоотвод излучением заменяется теплоотводом стенки трубки вблизи отверстия, заполненного исследуемым веществом. Как показывают расчеты, это влияние описывается следующим выражением [c.147]

Теплоемкость стали

Ромашкин А.Н.

Удельная теплоёмкость — это количество тепла, которое требуется затратить, чтобы нагреть 1 килограмм вещества на 1 градус по шкале Кельвина (или Цельсия).

Физическая размерность удельной теплоемкости: Дж/(кг·К) = Дж·кг^-1·К^-1 = м²·с^-2·К^-1.

В таблице приводятся в порядке возрастания значения удельной теплоемкости различных веществ, сплавов, растворов, смесей. Ссылки на источник данный приведены после таблицы.

При пользовании таблицей 1 следует учитывать приближенный характер данных. Для всех веществ удельная теплоемкость зависит от температуры и агрегатного состояния. У сложных объектов (смесей, композитных материалов, продуктов питания) удельная теплоемкость может значительно варьироваться для разных образцов.

Таблица 1. Теплоемкость чистых веществ

Вещество	Агрегатное состояние	Удельная теплоемкость, Дж/(кг·К)
Золото	твердое	129
Свинец	твердое	130
Иридий	твердое	134
Вольфрам	твердое	134
Платина	твердое	134
Ртуть	жидкое	139
Олово	твердое	218
Серебро	твердое	234
Цинк	твердое	380
Латунь	твердое	380
Медь	твердое	385
Константан	твердое	410
Железо	твердое	444
Сталь	твердое	460
Высоколегированная сталь	твердое	480
Чугун	твердое	500
Никель	твердое	500
Алмаз	твердое	502
Флинт (стекло)	твердое	503
Кронглас (стекло)	твердое	670
Кварцевое стекло	твердое	703
Сера ромбическая	твердое	710
Кварц	твердое	750
Гранит	твердое	770
Фарфор	твердое	800
Цемент	твердое	800
Кальцит	твердое	800
Базальт	твердое	820
Песок	твердое	835
Графит	твердое	840
Кирпич	твердое	840
Оконное стекло	твердое	840
Асбест	твердое	840
Кокс (0. ..100 °С)	твердое	840
Известь	твердое	840
Волокно минеральное	твердое	840
Земля (сухая)	твердое	840
Мрамор	твердое	840
Соль поваренная	твердое	880
Слюда	твердое	880
Нефть	жидкое	880
Глина	твердое	900
Соль каменная	твердое	920
Асфальт	твердое	920
Кислород	газообразное	920
Алюминий	твердое	930
Трихлорэтилен	жидкое	930
Абсоцемент	твердое	960
Силикатный кирпич	твердое	1000
Полихлорвинил	твердое	1000
Хлороформ	жидкое	1000
Воздух (сухой)	газообразное	1005
Азот	газообразное	1042
Гипс	твердое	1090
Бетон	твердое	1130
Сахар-песок		1250
Хлопок	твердое	1300
Каменный уголь	твердое	1300
Бумага (сухая)	твердое	1340
Серная кислота (100%)	жидкое	1340
Сухой лед (твердый CO₂)	твердое	1380
Полистирол	твердое	1380
Полиуретан	твердое	1380
Резина (твердая)	твердое	1420
Бензол	жидкое	1420
Текстолит	твердое	1470
Солидол	твердое	1470
Целлюлоза	твердое	1500
Кожа	твердое	1510
Бакелит	твердое	1590
Шерсть	твердое	1700
Машинное масло	жидкое	1670
Пробка	твердое	1680
Толуол	твердое	1720
Винилпласт	твердое	1760
Скипидар	жидкое	1800
Бериллий	твердое	1824
Керосин бытовой	жидкое	1880
Пластмасса	твердое	1900
Соляная кислота (17%)	жидкое	1930
Земля (влажная)	твердое	2000
Вода (пар при 100 °C)	газообразное	2020
Бензин	жидкое	2050
Вода (лед при 0 °C)	твердое	2060
Сгущенное молоко		2061
Деготь каменноугольный	жидкое	2090
Ацетон	жидкое	2160
Сало		2175
Парафин	жидкое	2200
Древесноволокнистая плита	твердое	2300
Этиленгликоль	жидкое	2300
Этанол (спирт)	жидкое	2390
Дерево (дуб)	твердое	2400
Глицерин	жидкое	2430
Метиловый спирт	жидкое	2470
Говядина жирная		2510
Патока		2650
Масло сливочное		2680
Дерево (пихта)	твердое	2700
Свинина, баранина		2845
Печень		3010
Азотная кислота (100%)	жидкое	3100
Яичный белок (куриный)		3140
Сыр		3140
Говядина постная		3220
Мясо птицы		3300
Картофель		3430
Тело человека		3470
Сметана		3550
Литий	твердое	3582
Яблоки		3600
Колбаса		3600
Рыба постная		3600
Апельсины, лимоны		3670
Сусло пивное	жидкое	3927
Вода морская (6% соли)	жидкое	3780
Грибы		3900
Вода морская (3% соли)	жидкое	3930
Вода морская (0,5% соли)	жидкое	4100
Вода	жидкое	4183
Нашатырный спирт	жидкое	4730
Столярный клей	жидкое	4190
Гелий	газообразное	5190
Водород	газообразное	14300

Источники:

ru. wikipedia.org — Википедия: Удельная теплоемкость;
alhimik.ru — средняя удельная теплоемкость некоторых твердых материалов при 0…100 °С, кДж/(кг·К) по данным пособия «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» под ред. Романкова;
school.uni-altai.ru — табличные значения наиболее распространенных жидкостей;
school.uni-altai.ru — табличные значения наиболее распространенных твердых тел;
dink.ru — удельная теплоемкость при 20 °С;
mensh.ru — теплоаккумулирующая способность материалов;
vactekh-holod.ru — удельная теплоемкость твердых веществ и некоторых жидкостей;
xiron.ru — данные по теплоемкости пищевых продуктов;
aircon.ru — теплоемкость всяких разных [пищевых] продуктов;
masters.donntu.edu.ua — теплоемкость углей;
nglib.ru — средняя удельная теплоемкость твердых тел при комнатной температуре — таблица в книге С.Д. Бескова «Технохимические расчеты» в электронной библиотеке «Нефть и газ» (требуется регистрация). Это наиболее подробный из доступных в интернете справочников.

Таблица 2. Удельная теплоемкость углеродистых сталей марок Сталь 20 и Сталь 40 при высоких температурах (Дж/(кг∙ºC)) От 50 ºC до заданной температуры

Температура, ºC	Сталь 20	Сталь 40
100	486	486
150	494	494
200	499	503
250	507	511
300	515	520
350	524	528
400	532	541
450	545	549
500	557	561
550	570	574
600	582	591
650	595	608
700	608	629
750	679	670
800	675	704
850	662	704
900	658	704
950	654	700
1000	654	696
1050	654	691
1100	649	691
1150	649	691
1200	649	687
1250	654	687
1300	654	687

Источник:
Теплофизические свойства веществ, Справочник.

Под ред. Н.Б.Варгафтика. Ленинград: Государственное энергетическое издательство. 1956 — 367 с.

Таблица коэффициентов теплопроводности газов

Общие сведения о теплопередаче

Теория теплопередачи выделяет три вида передачи тепла в пространстве (или теплообмена):

теплопроводность;
конвекция;
термоизлучение.

Теплопроводность – это молекулярный процесс, который характеризуется передачей тепла при непосредственном соприкосновении тел с разницей температур за счёт обмена энергией движения структурных частиц.

Конвекция – это движение в пространстве частей среды с разницей температур, причём за счёт переноса самой среды.

Термоизлучение – это теплообмен посредством электромагнитного излучения.

Часто наблюдается совместное протекание всех процессов вместе.

Способность вещества проводить тепло зависит от интенсивности теплового движения его микрочастиц в случаях, когда возникновение конвективных механизмов невозможно. Этот вид теплообмена возникает при разной температуре соприкасающихся веществ.

Совокупность тепловых значений в различных точках вещества называют температурным полем. Такое поле может быть стационарным – если тепловой показатель всех точек не изменяется с течением времени. И стационарным – при изменяющейся температуре в точках в течение какого-нибудь промежутка времени.

Понятие коэффициента теплопередачи

С точки зрения физики явление передачи тепла можно объяснить стремлением любой системы занять положение равновесия, при котором затраты энергии будут минимальными. Система, выведенная из равновесия посредством теплового изменения какой-либо её части, стремится в кратчайшее время восстановить равновесие, выравнивая температуру в разных точках. Микрочастицы переносят тепло, выравнивая температурный показатель– это и есть теплопередача.

Явление переноса тепла мы наблюдаем в твёрдых телах, в жидкостях и в меньшей мере – в газах.

Возьмём некий объём идеального газа, заключённый между двумя плоскими стенками. При различающейся температуре этих стенок Т1 и Т2 для каждой из них соответственно, создастся тепловой поток микрочастиц, который переносит тепло от более тёплой стенки к более холодной, выравнивая разницу температур. На этом явлении строится, например, утепляющий эффект окна. Стёкла имеют высокую способность передавать тепло, но заключённый между ними воздух является проводником тепла, в 160 худшим, чем стекло.

Коэффициент теплопередачи – это величина, которую нам помогает вычислить полуэмпирическая формула, она характеризует способность вещества переносить определённое количество тепла за единицу времени.

Для различного рода расчётов существует таблица теплопроводности материалов, поскольку это имеет огромное практическое значение. От этой величины зависит, как можно использовать вещество – как термоизолятор или как теплопроводник.

Коэффициент теплопроводности газов в природе

Формула говорит о том, что идеальный газ прямо пропорционален температуре.То же самое мы наблюдаем у метана, углекислоты, гелия и других природных веществ.

В таблице 1 приведены коэффициенты теплопередачи различных веществ при разных температурах.

Исследования способности проводить тепло в различных условиях проводились, как правило, на примере метана и углекислоты. Это объясняется тем, исследования метана, как самого распространённого в природе, представляют большой интерес. Использование же в экспериментах углекислоты объясняется дешевизной и тем, что её свойства заметно отличаются от свойств прочих природных веществ.

Коэффициент теплопередачи идеального газа не зависит от давления. Способность переносить тепло у природных веществ при различных показаниях давления в умеренном диапазоне тоже будет практически одинаковой. Но это справедливо, если речь идёт не о вакууме или не о слишком высоких давлениях. При крайне низких или крайне высоких давлениях теплопроводность газа будет расти вместе с уровнем теплоты.

В таблице 2 мы видим значения коэффициента теплопроводности для различных газов. Обратите внимание, что величина коэффициента заметно отличается – например, у метана она практически в два раза больше, чем у углекислого газа. Это говорит о том, что применение углекислого газа в качестве термоизолятора будет более обоснованным, чем применение метана или любого другого газа с высокой способностью передавать тепло.

Теплопроводность обычных материалов

В этой статье представлены данные о теплопроводности для ряда распространенных материалов. Теплопроводность измеряет способность материала пропускать тепло через проводимость.

Теплопроводность измеряет способность материала пропускать тепло через проводимость. Теплопроводность материала сильно зависит от состава и структуры. Вообще говоря, плотные материалы, такие как металлы и камень, являются хорошими проводниками тепла, в то время как вещества с низкой плотностью, такие как газ и пористая изоляция, плохо проводят тепло.

Теплопроводность материалов требуется для анализа сетей теплового сопротивления при изучении теплопередачи в системе.

Дополнительную информацию см. В статье «Значения теплопроводности для других металлов и сплавов».

В следующих таблицах показаны значения теплопроводности для обычных веществ.

Материал	Температура	Теплопроводность	Температура	Теплопроводность

Почвы и земля
Глина	20	0.600	68	0,347
Гравий	20	2,50	68	1,44
Недра (Влажность 8%)	20	0,900	68	0,520
Грунт, сухой песок	20	0,300	68	0,173
Влажный песок (Влажность 8%)	20	0,600	68	0,347
Строительные материалы
Кирпич (здание)	20	0.720	68	0,416
Кирпич (глинозем)	430	3,10	806	1,79
Клинкер (цемент)	20	0,700	68	0,404
Бетон, тяжелый	20	1,30	68	0,751
Бетон, изоляция	20	0,207	68	0,120
Бетон легкий	20	0.418	68	0,242
Стекло	20	0,935	68	0,540
Дерево	20	0,170	68	0,098
Изоляция
Асбест	0	0,160	32	0,092
	100	0,190	212	0,110
	200	0.210	392	0,121
Силикат кальция	20	0,046	68	0,027
Пробка	30	0,043	86	0,025
Стекловолокно	20	0,042	68	0,024
Магнезия 85%	20	0,070	68	0,040
Магнезит	200	3.80	392	2,20
Слюда	50	0,430	122	0,248
Rockwool	20	0,034	68	0,020
Резина, мягкая	20	0,130	68	0,075
Твердая резина	0	0,150	32	0,087
Опилки	20	0.052	68	0,030
Пенополиуретан (жесткий)	20	0,026	68	0,015
Прочие твердые вещества
Алмаз	20	2300	68	1,329
Графит	0	151	32	87,2
Кожа человека	20	0,370	68	0.214
Жидкости
Уксусная кислота, 50%	20	0,350	68	0,202
Ацетон	30	0,170	86	0,098
Анилин		20	0,170	68	0,098
Бензол	30	0,160	86	0,092
Хлорид кальция, 30%	30	0.550	86	0,318
Этанол, 80%	20	0,240	68	0,139
Глицерин, 60%	20	0,380	68	0,220
Глицерин, 40%	20	0,450	68	0,260
Гептан	30	0,140	86	0,081
Ртуть	20	8.54	68	4,93
Ртуть	28	8,36	82	4,83
Серная кислота, 90%	30	0,360	86	0,208
Серная кислота, 60 %	30	0,430	86	0,248
Вода	20	0,613	68	0,354
	30	0.620	86	0,358
	60	0,660	140	0,381
Газы
Воздух	0	0,024	32	0,014
	20	0,026	68	0,015
	100	0,031	212	0,018
Диоксид углерода	0	0,015	32	0.009
Этан	0	0,018	32	0,010
Этилен	0	0,017	32	0,010
Гелий	20	0,152	68	0,088
Водород	0	0,170	32	0,098
Метан	0	0,029	32	0.017
Азот	0	0,024	32	0,014
Кислород	0	0,024	32	0,014
Вода (пар)	100	0,025	212	0,014

Статья создана: 5 ноября 2013 г.

Теги статьи

Теплопроводность материалов | Свойства материала

В этой таблице приведены значения теплопроводности наиболее распространенных материалов, с которыми вы можете столкнуться в своей жизни.Исследуйте мир материалов, сравнивайте материалы друг с другом, а также попробуйте изучить другие свойства.

Теплопроводность материалов

Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются с помощью свойства, называемого теплопроводностью , , k (или λ), измеряемой в Вт / м · K . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье применяется ко всем веществам, независимо от их состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

Теплопроводность большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры. Для паров это также зависит от давления. Всего:

Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно можно записать k = k (T) . Подобные определения связаны с теплопроводностью в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.

Теплопроводность металлов

Перенос тепловой энергии в твердых телах обычно может быть вызван двумя эффектами:

миграция свободных электронов
колебательные волны решетки (фононы)

Когда электроны и фононы переносят тепловую энергию, приводящую к теплопроводности в твердом теле, теплопроводность может быть выражена как:

k = k _e + k _фаза

Металлы являются твердыми телами и, как таковые, обладают кристаллической структурой, в которой ионы (ядра с окружающими их оболочками из остовных электронов) занимают трансляционно эквивалентные позиции в кристаллической решетке. Металлы в целом обладают высокой электропроводностью , высокой теплопроводностью и высокой плотностью. Соответственно, перенос тепловой энергии может быть вызван двумя эффектами:

миграция свободных электронов
решеточные колебательные волны (фононы).

k = k _e + k _фаза

Уникальной особенностью металлов с точки зрения их структуры является наличие носителей заряда, а именно электронов .Электропроводность и теплопроводность металлов проистекают из того факта, что их внешних электронов делокализованы . Их вклад в теплопроводность называется электронной теплопроводностью , k _e . Фактически, в чистых металлах, таких как золото, серебро, медь и алюминий, тепловой ток, связанный с потоком электронов, намного превышает небольшой вклад, связанный с потоком фононов. Напротив, для сплавов вклад k _ph в k больше не является незначительным.

Теплопроводность неметаллов

Для неметаллических твердых тел , k определяется в первую очередь k _ph , которое увеличивается по мере уменьшения частоты взаимодействий между атомами и решеткой. Фактически, решеточная теплопроводность является доминирующим механизмом теплопроводности в неметаллах, если не единственным. В твердых телах атомы колеблются около своего положения равновесия (кристаллической решетки). Колебания атомов не независимы друг от друга, а довольно сильно связаны с соседними атомами.Регулярность расположения решетки имеет важное значение для k _ph , с кристаллическими (хорошо упорядоченными) материалами, такими как кварц , имеющими более высокую теплопроводность, чем аморфные материалы, такие как стекло. При достаточно высоких температурах k _ph ∝ 1 / T.

квантов кристаллического колебательного поля называются « фононов ». Фонон — это коллективное возбуждение в периодическом упругом расположении атомов или молекул в конденсированном веществе, таком как твердые тела и некоторые жидкости.Фононы играют важную роль во многих физических свойствах конденсированных сред, таких как теплопроводность и электропроводность. Фактически, для кристаллических неметаллических твердых тел, таких как алмаз, k _ph может быть довольно большим, превышая значения k, связанные с хорошими проводниками, такими как алюминий. В частности, алмаз имеет самую высокую твердость и теплопроводность (k = 1000 Вт / м · К) из всех сыпучих материалов.

Теплопроводность жидкостей и газов

В физике жидкость — это вещество, которое постоянно деформируется (течет) под действием приложенного напряжения сдвига. Жидкости представляют собой подмножество фаз материи и включают жидкостей , газов , плазму и, в некоторой степени, твердые пластмассы. Поскольку межмолекулярное расстояние намного больше и движение молекул более хаотично для жидкого состояния, чем для твердого состояния, перенос тепловой энергии , , менее эффективен. Таким образом, теплопроводность газов и жидкостей обычно меньше, чем у твердых тел. В жидкостях теплопроводность вызвана атомной или молекулярной диффузией.В газах теплопроводность вызвана диффузией молекул с более высокого энергетического уровня на более низкий уровень.

Теплопроводность газов

Влияние температуры, давления и химических веществ на теплопроводность газа может быть объяснено в терминах кинетической теории газов . В отсутствие конвекции воздух и другие газы обычно являются хорошими изоляторами. Следовательно, многие изоляционные материалы (например, полистирол) функционируют просто за счет наличия большого количества заполненных газом карманов , которые предотвращают крупномасштабную конвекцию .Чередование газового кармана и твердого материала приводит к тому, что тепло должно передаваться через множество поверхностей раздела, что приводит к быстрому снижению коэффициента теплопередачи.

Коэффициент теплопроводности газов прямо пропорционален плотности газа, средней скорости молекул, и особенно средней длине свободного пробега молекулы. Длина свободного пробега также зависит от диаметра молекулы, при этом более крупные молекулы с большей вероятностью будут испытывать столкновения, чем небольшие молекулы, что представляет собой среднее расстояние, которое проходит носитель энергии (молекула) до столкновения.Легкие газы, такие как водород и гелий , обычно имеют высокую теплопроводность . Плотные газы, такие как ксенон и дихлордифторметан, обладают низкой теплопроводностью.

Обычно теплопроводность газов увеличивается с повышением температуры.

Теплопроводность жидкостей

Как уже было написано, в жидкостях теплопроводность вызвана атомной или молекулярной диффузией, но физические механизмы, объясняющие теплопроводность жидкостей, не совсем понятны.Жидкости, как правило, имеют лучшую теплопроводность, чем газы, а способность течь делает жидкость пригодной для отвода избыточного тепла от механических компонентов. Тепло можно отвести, направив жидкость через теплообменник. Теплоносители, используемые в ядерных реакторах, включают воду или жидкие металлы, такие как натрий или свинец.

Теплопроводность неметаллических жидкостей обычно уменьшается с повышением температуры.

Тепловые свойства металлов, проводимость, тепловое расширение, удельная теплоемкость

Проектирование и проектирование теплопередачи
Конструирование металлов и материалов
Обзор теплопроводности, теплопередачи

Металлы в целом обладают высокой электропроводностью, высокой теплопроводностью и высокой плотностью.Обычно они податливы и пластичны, деформируются под действием напряжения без сколов. С точки зрения оптических свойств металлы блестящие и блестящие. Листы металла толщиной более нескольких микрометров кажутся непрозрачными, но сусальное золото пропускает зеленый свет.

Хотя большинство металлов имеют более высокие плотности, чем большинство неметаллов, их плотности сильно различаются: литий является наименее плотным твердым элементом, а осмий — наиболее плотным. Щелочные и щелочноземельные металлы в группах I A и II A называются легкими металлами, потому что они имеют низкую плотность, низкую твердость и низкие температуры плавления.Высокая плотность большинства металлов обусловлена плотноупакованной кристаллической решеткой металлической структуры. Прочность металлических связей для различных металлов достигает максимума вокруг центра ряда переходных металлов, поскольку эти элементы имеют большое количество делокализованных электронов в металлических связях с сильной связью. Однако другие факторы (такие как радиус атома, заряд ядра, количество орбиталей связей, перекрытие орбитальных энергий и форма кристалла) также участвуют.

См. Формулы преобразования внизу:

Материал	Теплопроводность БТЕ / (ч-фут-фут)	Плотность (фунты / дюйм ³)	Удельная теплоемкость (БТЕ / фунт / фут)	Точка плавления (F)	Скрытая теплота плавления (БТЕ / фунт)	Тепловое расширение (дюйм / дюйм / фут x 10 ^-6)
Алюминий	136	0.098	0,24	1220	169	13,1
Сурьма	120	–	–	–	–	–
Латунь (желтый)	69.33	0,306	0,096	1724	–	11,2
Кадмий	–	–	–	–	–	–
Медь	231	0.322	0,095	1976	91,1	9,8
Золото	183	0,698	0.032	1945	29	7,9
Инколой 800	–	0,29	0,13	2500	–	7.9
Инконель 600	–	0,304	0,126	2500	–	5,8
Чугун, литье	46.33	0,26	0,12	2150	–	6
Свинец цельный	20,39	0,41	0.032	621	11,3	16,4
Свинец жидкий	–	0,387	0,037	–	–	–
Магний	–	0.063	0,27	1202	160	14
молибден	–	0,369	0.071	4750	126	2,9
Монель 400	–	0,319	0,11	2400	–	6.4
Никель	52,4	0,321	0,12	2642	133	5,8
Нихром (80% NI-20% Cr)	–	0.302	0,11	2550	–	7,3
Платина	41,36	0,775	0,035	3225	49	4.9
Серебро	247,87	0,379	0,057	1760	38	10,8
Припой (50% Pb-50% Sn)	–	0.323	0,051	361	17	13,1
Сталь мягкая	26,0 — 37,5	0,284	0.122	2570	–	6,7
Сталь, нержавеющая 304	8,09	0,286	0,120	2550	–	9.6
Сталь, нержавеющая 430	8,11	0,275	0,110	2650	–	6
Тантал	–	0.6	0,035	5425	–	3,6
Олово твердое	38,48	0,263	0,065	450	26.1	13
Олово жидкое	–	0,253	0,052	–	–	–
Титан 99.0%	12,65	0,164	0,13	3035	–	4,7
Вольфрам	100,53	0.697	0,04	6170	79	2,5
Тип металл (85% Pb-15% Сб)	–	0,387	0.04	500	14 + —	–
цинк	67.023	0,258	0,096	786	43.3	22,1
цирконий	145	0,234	0,067	3350	108	3.2

Термические свойства металлов
Материал	Электропроводность Вт / м-C	Плотность кг / м ³	Удельная теплоемкость Дж / кг- ° C
Алюминий, 2024, Temper-T351	143.0	2,8 x 10 ³	795,0
Алюминий, 2024, Temper-T4	121,0	2,8 x 10 ³	795,0
Алюминий, 5052, Temper-h42	138,0	2,68 х 10 ³	963,0
Алюминий, 5052, Temper-O	144,0	2.69 х 10 ³	963,0
Алюминий, 6061, Temper-O	180,0	2,71 х 10 ³	1,256 x 10 ³
Алюминий, 6061, Temper-T4	154,0	2,71 х 10 ³	1,256 x 10 ³
Алюминий, 6061, Temper-T6	167.0	2,71 х 10 ³	1,256 x 10 ³
Алюминий, 7075, Temper-T6	130,0	2,8 x 10 ³	1,047 x 10 ³
Алюминий, A356, Temper-T6	128,0	2,76 х 10 ³	900,0
Алюминий чистый	220.0	2,707 х 10 ³	896,0
Бериллий чистый	175,0	1,85 х 10 ³	1.885 х 10 ³
Латунь, красная, 85% Cu-15% Zn	151,0	8,8 x 10 ³	380,0
Латунь, желтая, 65% Cu-35% Zn	119,0	8.8 х 10 ³	380,0
Медь, сплав, 11000	388,0	8,933 x 10 ³	385,0
Медь, алюминиевая бронза, 95% Cu-5% Al	83,0	8,666 x 10 ³	410,0
Медь, латунь, 70% Cu-30% Zn	111,0	8,522 х 10 ³	385.0
Медь, бронза, 75% Cu-25% Sn	26,0	8,666 x 10 ³	343,0
Медь, константан, 60% Cu-40% Ni	22,7	8,922 x 10 ³	410,0
Медь тянутая проволока	287,0	8,8 x 10 ³	376,0
Медь, немецкое серебро, 62% Cu-15% Ni-22% Zn	24.9	8,618 x 10 ³	394,0
Медь чистая	386,0	8,954 х 10 ³	380,0
Медь, Красная латунь, 85% Cu-9% Sn-6% Zn	61,0	8,714 x 10 ³	385,0
Золото чистое	318,0	18,9 x 10 ³	130.0
Инвар, 64% Fe-35% Ni	13,8	8,13 х 10 ³	480,0
Чугун, литье	55,0	7,92 x 10 ³	456,0
Железо чистое	71,8	7,897 x 10 ³	452,0
Железо кованое, 0.5% С	59,0	7,849 x 10 ³	460,0
Ковар, 54% Fe-29% Ni-17% Co	16,3	8,36 x 10 ³	432,0
Свинец чистый	35,0	11,373 x 10 ³	130,0
Магний, Mg-Al, электролитический, 8% Al-2% Zn	66.0	1.81 x 10 ³	1,0 х 10 ³
Магний чистый	171,0	1,746 x 10 ³	1,013 x 10 ³
Молибден	130,0	10,22 x 10 ³	251,0
Нихром, 80% Ni-20% Cr	12,0	8.4 х 10 ³	420,0
Никель, Ni-Cr, 80% Ni-20% Cr	12,6	8,314 x 10 ³	444,0
Никель, Ni-Cr, 90% Ni-10% Cr	17,0	8,666 x 10 ³	444,0
Никель чистый	99,0	8,906 x 10 ³	445.9
Серебро, чистое	418,0	10,51 х 10 ³	230,0
Припой, твердый, 80% Au-20% Sn	57,0	15,0 х 10 ³	15,0
Припой, твердый, 88% Au-12% Ge	88,0	15,0 х 10 ³	Нет данных
Припой, твердый, 95% Au-3% Si	94.0	15,7 х 10 ³	147,0
Припой, мягкий, 60% Sn-40% Pb	50,0	9,29 x 10 ³	180,0
Припой, мягкий, 63% Sn-37% Pb	51,0	9,25 x 10 ³	180,0
Припой, мягкий, 92,5% Pb-2,5% Ag-5% In	39,0	12.0 х 10 ³	Нет данных
Припой, мягкий, 95% Pb-5% Sn	32,3	11,0 х 10 ³	134,0
Сталь углеродистая, 0,5% C	54,0	7,833 x 10 ³	465,0
Сталь углеродистая, 1,0% C	43,0	7.801 х 10 ³	473.0
Сталь углеродистая, 1,5% C	36,0	7,753 x 10 ³	486,0
Сталь, хром, Cr0%	73,0	7,897 x 10 ³	452,0
Сталь, хром, Cr1%	61,0	7,865 x 10 ³	460,0
Сталь, хром, Cr20%	22.0	7,689 x 10 ³	460,0
Сталь, хром, Cr5%	40,0	7,833 x 10 ³	460,0
Сталь хромоникелевая, 18% Cr-8% Ni	16,3	7,817 x 10 ³	460,0
Сталь, инвар, 36% Ni	10,7	8.137 х 10 ³	460,0
Сталь, никель, Ni 0%	73,0	7,897 x 10 ³	452,0
Сталь, никель, Ni20%	19,0	7,933 x 10 ³	460,0
Сталь, никель, 40% Ni 40%	10,0	8,169 x 10 ³	460.0
Сталь, никель, Ni 80%	35,0	8,618 x 10 ³	460,0
Сталь, SAE 1010	59,0	7,832 x 10 ³	434,0
Сталь, SAE 1010, лист	63,9	7,832 x 10 ³	434,0
Сталь, нержавеющая, 316	16.26	8,0272 х 10 ³	502,1
Сталь, вольфрам, W0%	73,0	7,897 x 10 ³	452,0
Сталь, вольфрам, W1%	66,0	7,913 x 10 ³	448,0
Сталь, вольфрам, W10%	48,0	8.314 х 10 ³	419,0
Сталь, вольфрам, W5%	54,0	8,073 x 10 ³	435,0
Олово литое, кованое	62,5	7,352 х 10 ³	226,0
Олово чистое	64,0	7,304 x 10 ³	226.5
Титан	15,6	4,51 х 10 ³	544,0
Вольфрам	180,0	19,35 х 10 ³	134,4
Цинк чистый	112,2	7,144 x 10 ³	384,3

Преобразование теплопроводности:
1 кал / см ² / см / с / ° C = 10.63 Вт / дюйм — ° C

117 БТЕ / (час-фут F) x (0,293 ватт-час / БТЕ) x (1,8F / C) x (фут / 12 дюймов) = 5,14 Вт / дюйм — ° C
или
117 БТЕ / (час-фут-фут) x 0,04395 Вт / дюйм-фут -фут / (Btu = ° C — дюйм) = 5,14 Вт / дюйм-° C

См. Наши определения и преобразования производства материалов страницы для получения дополнительной информации!

Тепловые свойства неметаллов

© Авторские права 2000-2021, Engineers Edge, LLC www.engineeringsedge.com
Все права защищены
Заявление об ограничении ответственности | Обратная связь | Реклама | Контакты

Коэффициент теплопроводности — обзор

2.5 Обнаружение и анализ тепловых свойств

Что касается тепловых свойств наноматериалов, физические величины, требующие определения характеристик, включают коэффициент теплопроводности, удельную теплоемкость, тепловое расширение, термическую стабильность и температуру плавления.

Когда тонкопленочный слой материала достигает определенной толщины, эффект границ зерен будет оказывать все более значительное влияние на теплопроводность.Кроме того, коэффициент теплопроводности перпендикулярно пленке имеет тенденцию к уменьшению с уменьшением толщины пленки.

Теоретические предсказания и экспериментальные результаты подтвердили, что наноструктурированные материалы имеют значения удельной теплоемкости намного выше, чем у обычных объемных материалов. Наноматериалы имеют сравнительно хаотичное распределение атомов по структуре, которая имеет больший объем по сравнению с объемными аналогами. Таким образом, энтропийные вклады из-за этой некристаллической поверхности вносят гораздо больший вклад в удельную теплоемкость, чем средние крупнокристаллические материалы, что приводит к увеличению удельной теплоемкости.

Нанокристаллы почти в два раза больше средних кристаллов по коэффициенту теплового расширения, причем увеличение t в основном связано с составом кристаллических границ. Основной прибор для измерения коэффициента теплового расширения материалов известен как анализатор теплового расширения, но он также известен как термодилатометр или термомеханический анализатор . Анализ коэффициента теплового расширения материалов может дать представление о молекулярном движении, структурных изменениях и поведении при тепловом расширении.Для решения таких проблем, как термическое соединение различных материалов при производстве полупроводниковых устройств, анализатор теплового расширения является лучшим инструментом для анализа.

Точка плавления — это температура, при которой материал переходит из твердого состояния в жидкость. Для кристаллических объектов существует четкая точка плавления; однако некристаллические объекты имеют плохо определенную температуру плавления. Температура может увеличиваться до значения, при котором небольшое количество атомов в общей структуре начинает двигаться одновременно с жидким поведением.Эта температура известна как температура стеклования ( T _г). При температуре ниже T _г стекломатериал находится в твердом состоянии; при температурах выше T _г это переохлажденная жидкость. Выражаясь в механических терминах, если температура ниже T _g, то произойдет упругая деформация; если температура выше T _г, то начинается вязкостная (жидкая) деформация.

Температура термического разложения — это значение, при котором связи материала могут быть нагреты до разорванного состояния и диссоциированы на другие вещества.

Для пластифицированных некристаллических или аморфных наноматериалов температура стеклования и температура термической диссоциации, отличные от точки плавления, также являются очень важными тепловыми свойствами. Таблица 2.4 показывает температуру плавления нескольких видов материалов в разных масштабах.

Таблица 2.4. Точка плавления нескольких материалов в разных масштабах

Тип материала	Размер частиц: диаметр (нм) или общее количество атомов	Точка плавления (K)
Au	Обычные сыпучие материалы	1340
	300 нм	1336
	100 нм	1205
	20 нм	800
	2 нм	600
Sn	10–30	555
Sn	500	480
Pb	Обычные сыпучие материалы	600
Pb	30–45	583
CdS	Обычные сыпучие материалы	1678
	2 нм	≈910
	1.5 нм	≈600
Cu	Обычные насыпные материалы	1358
Cu	20 нм	≈312

Термические свойства наноматериалов обычно обнаруживаются и анализируются с помощью термогравитационного анализа (TGA) и производная термогравиметрии (DTG).

ТГА может обеспечивать непрерывное измерение на основе изменения веса материалов в процессе нагрева во время измерения.В частности, изменения массы отслеживаются как функция температуры с заданной температурной скоростью и могут быть соотнесены с потерями массы и тепловыми переходами в материале. Одновременно можно проводить дифференцированное лечение. А именно, запись изменений качества составляет метод измерения DTG.

С помощью TGA (или DTG) можно определить ряд термических свойств материалов, например температуру старения во время пиролиза и динамику старения, поведение при старении при разных температурах и в различных газовых средах, упаковочные материалы IC, используемые в процесс изготовления исполняемых полупроводниковых устройств, гибких печатных плат и стеклянных подложек, керамических подложек и других компонентов анализа.

В коллоидной системе связанные термические свойства частиц также включают, среди прочего, броуновское движение, баланс диффузии и седиментации.

При броуновском движении среднее смещение частицы X¯ может быть выражено как:

X¯ = RTN0Z3πηr

где R — постоянная идеального газа, T — абсолютная температура, N ₀ — постоянная Авогадро, Z — интервал времени наблюдения, η — вязкость дисперсионной среды, r — радиус частицы.

Броуновское движение оказывает существенное влияние на природу коллоидных частиц. Броуновское движение — важный фактор, который может повлиять на стабильность дисперсной системы коллоидных частиц. Из-за броуновского движения осаждение коллоидных частиц происходит не из-за гравиметрических сил, а из-за коллоидной агрегации, вызванной столкновениями между частицами, что приводит к осаждению.

Явление диффузии связано с переносом массы, который возникает из-за броуновского движения частиц (броуновское движение) при наличии градиента концентрации.Чем крупнее частицы и чем меньше тепловая скорость, тем менее заметной становится диффузия. Обычно коэффициент диффузии используется для измерения скорости диффузии. Это физическое количество материала, указывающее на диффузионную способность.

В коллоидной системе коэффициент диффузии D можно выразить как:

D = RTN0⋅16πηr

Здесь R — постоянная идеального газа, T — абсолютная температура, N ₀ — постоянная Авогадро, η — вязкость дисперсионной среды, r — радиус частицы.

Поскольку коэффициент диффузии коррелирует со средним смещением, полученный коэффициент диффузии D также может быть выражен как:

D = X¯22Z

Здесь Z — конкретный интервал времени наблюдения, а X¯ — среднее смещение частицы при броуновском движении. В таблице 2.5 показан коэффициент диффузии золя, образующегося из наночастиц золота, при 291 К.

Таблица 2.5. Коэффициент диффузии золя, образующегося из частиц нано-Au при 291 K

Размер частиц нано-Au (нм)	Коэффициент диффузии (109 м ² / с)
1	0 .213
10	0,0213
100	0,00213

Когда частицы, взвешенные в жидкости, показывают скорость осаждения, равную скорости диффузии, система достигает состояния равновесия, а именно равновесия седиментации. . В состоянии седиментационного равновесия концентрация коллоидных частиц подчиняется закону распределения Гаусса.

Закон распределения Гаусса для коллоидных частиц может быть выражен как:

n2 = n1e − N0RT⋅43r3 (ρp − ρ0) (x2 − x1) g

Здесь n ₁ и n ₂ — концентрация частиц в поперечном сечении на высоте x ₁ и x ₂ соответственно, R — идеальная газовая постоянная, T — абсолютная температура, A — Константа Авогадро, r, — радиус частицы, ρ0 — плотность коллоидных частиц, ρp — плотность дисперсионной среды, г, — ускорение свободного падения.

Теплопроводность и коэффициент диффузии | от Lucid Learning

Что такое теплопроводность?

Когда система нагревается, она накапливает часть своей тепловой энергии и передает оставшуюся тепловую энергию какой-либо другой системе. Способность системы передавать тепловую энергию называется теплопроводностью системы. По сути, это свойство транспорта системы.

Теплопроводность обозначается k. Единицей теплопроводности, как мы видели ранее, является Вт / м * К.

Что регулирует проводимость в твердых телах, жидкостях и газах?

Прежде чем анализировать теплопроводность для различных фаз, давайте рассмотрим явления, которые определяют теплопроводность через твердые тела, жидкости и газы.

В твердых телах тепло может передаваться через два механизма. Первый — это колебания решетки, а второй — поток свободных электронов. Повышенные колебания решетки способствуют передаче тепловой энергии через среду. Поток свободных электронов увеличивает электропроводность.Это также помогает в процессе распространения тепловой энергии через среду.

В жидкостях и газах теплопроводность происходит в основном за счет двух механизмов. Во-первых, это столкновение между атомами, молекулами или ионами, а во-вторых, молекулярная диффузия. По мере увеличения числа столкновений увеличивается обмен энергией между молекулами. Это помогает в транспортировке тепловой энергии через среду. Молекулярная диффузия — это случайное движение молекул в среде. По мере того, как беспорядочное движение молекул увеличивается, оно препятствует передаче тепловой энергии в определенном направлении.

От каких факторов зависит теплопроводность металлов, неметаллов и сплавов?

Как мы видели выше, теплопроводность через твердые тела зависит от двух эффектов, а именно колебаний решетки и потока свободных электронов. Теплопроводность достигается добавлением решетки и электронных компонентов.

где,

= теплопроводность из-за колебаний решетки

= теплопроводность из-за электронного эффекта

В чистых металлах электронный эффект играет доминирующую роль.Таким образом, они имеют относительно более высокие значения теплопроводности. Для чистых металлов k ~ ke.

В неметаллах влияние колебаний решетки играет доминирующую роль. Неметаллы обычно имеют высокое электрическое сопротивление, которое препятствует прохождению электронов. Следовательно, для неметаллов k ~ kl.

Решеточная составляющая теплопроводности сильно зависит от того, как расположены молекулы. Например, древесина, которая представляет собой аморфное твердое тело (молекулы расположены очень беспорядочно), имеет относительно более низкие значения теплопроводности и действует как теплоизолятор.Теперь рассмотрим алмаз. Это высокоупорядоченное кристаллическое твердое вещество. Таким образом, он имеет самую высокую теплопроводность при комнатной температуре. Оксид бериллия (BeO), также не являющийся металлом, имеет относительно более высокую теплопроводность из-за своей кристалличности.

Металлы являются хорошими проводниками электричества и тепла, поскольку они имеют свободные электроны, а также колебания решетки. С другой стороны, неметаллы не имеют свободных электронов, что означает, что они являются электрически непроводящими материалами. И вообще неметаллы, такие как дерево, не являются теплопроводными материалами.Однако неметаллы, такие как алмаз и оксид бериллия, являются хорошими проводниками тепла. В результате такие материалы находят широкое применение в электронной промышленности. Например. алмазные радиаторы, используемые для охлаждения электронных компонентов.

Чистые сплавы обладают высокой теплопроводностью. Можно было бы ожидать, что сплав из двух металлов с теплопроводностью k1 и k2 будет иметь проводимость k между k1 и k2. Удивительно, но это не так. Теплопроводность сплава двух металлов обычно намного ниже.Например, теплопроводность меди и алюминия составляет 401 Вт / м ° C и 237 Вт / м ° C соответственно.

От каких факторов зависит теплопроводность жидкостей и газов?

В газах преобладающую роль играет эффект столкновения молекул. Молекулярная диффузия, которая представляет случайность в среде, играет второстепенную роль. Увеличение числа столкновений молекул увеличивает обмен энергией между молекулами. Это увеличивает теплопроводность газов.

В жидкостях молекулы более плотно упакованы, чем в газах.Следовательно, теплопроводность жидкостей в основном зависит от эффекта молекулярной диффузии, то есть от беспорядочного движения молекул. Как мы видели ранее, увеличивающееся беспорядочное движение молекул препятствует прохождению тепла через жидкости.

Сравнение теплопроводности твердых тел, жидкостей и газов

Как теплопроводность зависит от температуры?

В случае чистых металлов и сплавов теплопроводность в основном зависит от электронного эффекта.С повышением температуры увеличивается как количество свободных электронов, так и колебания решетки. Таким образом, ожидается, что теплопроводность металла увеличится. Однако повышенные колебания решетки препятствуют потоку свободных электронов через среду. Комбинированный эффект этого явления в большинстве случаев приводит к снижению теплопроводности металлов и сплавов с повышением температуры. Из этого правила есть некоторые исключения. Для железа теплопроводность сначала уменьшается, а затем немного увеличивается с повышением температуры.Для платины теплопроводность увеличивается с повышением температуры.

В газах столкновения молекул усиливаются с повышением температуры. Таким образом, теплопроводность газа увеличивается с повышением температуры.

В жидкостях, как мы видели ранее, теплопроводность в основном зависит от эффекта молекулярной диффузии. С повышением температуры увеличивается хаотичность молекулярных движений. Это препятствует передаче тепла через жидкости. Таким образом, теплопроводность жидкостей уменьшается с повышением температуры.Однако есть одно исключение — чистая вода. В случае чистой воды теплопроводность сначала увеличивается с повышением температуры, а затем начинает уменьшаться.

(Источник: http://www1.lsbu.ac.uk/water/thermodynamic_anomalies.html)

Как теплопроводность зависит от давления?

Поскольку большинство твердых тел и жидкостей по своей природе несжимаемы, теплопроводность не зависит от давления.

В случае газов кинетическая теория газов предсказывает, а эксперименты подтверждают, что теплопроводность газов пропорциональна квадратному корню из температуры T и обратно пропорциональна квадратному корню из молярной массы M.Однако теплопроводность газов не зависит от давления в широком диапазоне давлений, встречающихся на практике.

Что такое температуропроводность?

Когда система нагревается, она накапливает часть тепловой энергии и передает оставшуюся тепловую энергию какой-либо другой системе. Как мы видели, способность материала передавать тепловую энергию называется теплопроводностью. Способность материала аккумулировать тепло называется теплоемкостью материала.Теплоемкость материала представлена Cp.

Температуропроводность показывает, насколько быстро тепло распространяется через материал. Он определяется как

. Обратите внимание, что теплопроводность показывает, насколько хорошо материал проводит тепло, а теплоемкость Cp представляет, сколько энергии материал хранит на единицу объема. Следовательно, коэффициент температуропроводности материала можно рассматривать как отношение тепла, проводимого через материал, к теплу, накопленному на единицу объема.

Как это связано с теплопроводностью?

Материал с более высокой теплопроводностью или более низкой теплоемкостью будет иметь большой коэффициент температуропроводности.Чем больше коэффициент температуропроводности, тем быстрее распространяется тепло в среду. Небольшое значение коэффициента температуропроводности означает, что тепло в основном поглощается материалом, а небольшое количество тепла отводится дальше.

Исследователи открывают новый неорганический материал

изображение: Используя правильную химию, можно объединить два различных атомных устройства (желтые и синие пластины), которые обеспечивают механизмы, замедляющие движение тепла через твердое тело.Эта стратегия обеспечивает самую низкую теплопроводность неорганического материала. посмотреть еще

Кредит: Ливерпульский университет

Совместная исследовательская группа под руководством Ливерпульского университета обнаружила новый неорганический материал с самой низкой теплопроводностью, о которой когда-либо сообщалось. Это открытие открывает путь к разработке новых термоэлектрических материалов, которые будут иметь решающее значение для устойчивого развития общества.

Сообщается в журнале Science , это открытие представляет собой прорыв в управлении тепловым потоком в атомном масштабе, достигнутый с помощью дизайна материалов. Он предлагает принципиально новый взгляд на управление энергией. Новое понимание ускорит разработку новых материалов для преобразования отработанного тепла в энергию и для эффективного использования топлива.

Исследовательская группа во главе с профессором Мэттом Россейнски на факультете химии университета и Фабрикой инновационных материалов и доктором Джоном Аларией на факультете физики Университета и в Институте возобновляемой энергии Стивенсона спроектировала и синтезировала новый материал таким образом, чтобы он объединил две разные схемы. атомов, каждый из которых, как было обнаружено, замедляет скорость, с которой тепло движется через структуру твердого тела.

Они определили механизмы, ответственные за снижение теплопередачи в каждом из этих двух устройств, путем измерения и моделирования теплопроводности двух различных структур, каждая из которых содержала одно из требуемых устройств.

Объединить эти механизмы в одном материале сложно, потому что исследователи должны точно контролировать, как атомы расположены внутри него. Интуитивно ученые ожидали получить среднее значение физических свойств двух компонентов.Выбирая подходящие химические интерфейсы между каждым из этих различных атомных расположений, команда экспериментально синтезировала материал, который объединяет их оба (представленные желтыми и синими пластинами на изображении).

Этот новый материал с двумя комбинированными компоновками имеет гораздо более низкую теплопроводность, чем любой из исходных материалов с единственной компоновкой. Этот неожиданный результат показывает синергетический эффект химического контроля расположения атомов в структуре и является причиной того, что свойства всей структуры превосходят свойства двух отдельных частей.

Если принять теплопроводность стали за 1, то титановый стержень равен 0,1, вода и строительный кирпич — 0,01, новый материал — 0,001, а воздух — 0,0005.

Примерно 70 процентов всей энергии, производимой в мире, расходуется в виде тепла. Материалы с низкой теплопроводностью необходимы для сокращения и утилизации этих отходов. Разработка новых и более эффективных термоэлектрических материалов, которые могут преобразовывать тепло в электричество, считается ключевым источником чистой энергии.

Профессор Мэтт Россейнски сказал: «Обнаруженный нами материал имеет самую низкую теплопроводность среди всех неорганических твердых тел и почти так же плохо проводит тепло, как и сам воздух.

«Значение этого открытия имеет большое значение как для фундаментального научного понимания, так и для практического применения в термоэлектрических устройствах, улавливающих отходящее тепло, и в качестве термобарьерных покрытий для более эффективных газовых турбин».

Доктор Джон Алария сказал: «Захватывающее открытие этого исследования состоит в том, что можно улучшить свойства материала, используя дополнительные физические концепции и соответствующее атомистическое взаимодействие.Помимо переноса тепла, эта стратегия может быть применена к другим важным фундаментальным физическим свойствам, таким как магнетизм и сверхпроводимость, что приведет к снижению энергопотребления и более эффективному переносу электричества ».

###

Статья «Низкая теплопроводность в модульном неорганическом материале с анизотропией связывания и рассогласованием» (doi: 10.1126 / science.abh2619) опубликована в журнале Science .

В исследовательскую группу входят исследователи из Исследовательского центра Leverhulme при Ливерпульском университете по дизайну функциональных материалов, Университетского колледжа Лондона, лаборатории ISIS Rutherford Appleton и лаборатории CRISMAT.

Этот проект получил финансирование от Совета инженерных и физических исследований (грант EPSRC EP / N004884), Leverhulme Trust и Королевского общества.

Заявление об отказе от ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за точность выпусков новостей, размещенных на EurekAlert! участвующими учреждениями или для использования любой информации через систему EurekAlert.

Тепловые свойства материалов | Sustainability Workshop

Каждый материал, используемый в сборке оболочки, имеет фундаментальные физические свойства, которые определяют их энергетические характеристики, такие как проводимость, сопротивление и тепловая масса.Понимание этих внутренних свойств поможет вам выбрать правильные материалы для управления тепловыми потоками.

Теплопроводность (k)

Способность материала проводить тепло.

Каждый материал имеет определенную скорость прохождения тепла через него. Чем быстрее тепло проходит через материал, тем он более проводящий. Электропроводность (k) — это свойство материала, данное для однородных твердых тел в условиях устойчивого состояния.

Используется в следующем уравнении:

где

q = результирующий тепловой поток (Вт)

k = теплопроводность материала (Вт / м · К).

A = площадь поверхности, через которую проходит тепло (м²)

∆T = разница температур между теплой и холодной сторонами материала (K), а

L = толщина / длина материала (м)

Единицы проводимости

Британские — БТЕ * дюйм / ч фут ºF : В британской системе единиц проводимость — это количество британских термических единиц в час (БТЕ / ч), протекающих через 1 квадратный фут (² футов) материала, равного 1 в.толстый, когда разница температур в этом материале составляет 1 ° F (в условиях постоянного теплового потока).

SI — Вт / м ºC или Вт / м K: Эквивалент System International (SI) — это количество ватт, протекающих через 1 квадратный метр (²) материала толщиной 1 м при разнице температур. поперек этого материала составляет 1 К (равно 1ºC) в условиях постоянного теплового потока.

Теплопроводность (C)

Электропроводность на единицу площади для указанной толщины.Используется для стандартных строительных материалов.

В основных строительных материалах тепловой поток обычно измеряется проводимостью (C) , а не проводимостью. Электропроводность — это удельная проводимость материала на единицу площади для толщины объекта (в единицах Вт / м²K для метрических единиц и БТЕ / час • фут ² • ° F для британских мер).

Электропроводность — это свойство объекта, которое зависит как от материала, так и от его толщины. Многие твердые строительные материалы, такие как обычный кирпич, деревянный сайдинг, изоляция из войлока или плиты и гипсокартон, широко доступны в стандартных толщинах и составах.Для таких обычных материалов полезно знать скорость теплового потока для этой стандартной толщины, а не скорость на дюйм.

U-фактор (U)

Общая проводимость строительного элемента. Используется для многоуровневых сборок зданий.

В многослойных сборках проводимость объединяется в одно число, называемое «U-фактором» (или иногда «U-значением»).

Коэффициент U и проводимость переводят проводимость из свойства материала в свойство объекта.

U — общий коэффициент теплопередачи, выраженный в британских тепловых единицах / час фут ² ºF (в единицах СИ, Вт / м ² K). Это та же единица, что и проводимость, потому что это мера того же самого: проводимость используется для определенного материала, U-фактор используется для конкретной сборки. Более низкие U-факторы означают меньшую проводимость, что означает лучшую изоляцию.

Например, общий коэффициент U окна включает в себя проводимость стеклянных панелей, воздуха внутри, материала рамы и любых других материалов с разной толщиной и расположением.За исключением особых случаев, электропроводность материалов не может быть добавлена для определения U-фактора сборки.

U-фактор — это общий коэффициент теплопередачи, который включает влияние всех элементов в сборке и все явные режимы теплопередачи (теплопроводность, конвекция и излучение), но не скрытую теплопередачу (связанную с влажностью).

Термин U-фактор следует использовать только в том случае, если тепловой поток исходит от воздуха на внешней стороне оболочки, через узел оболочки к воздуху внутри.Его нельзя использовать, например, на стенах подвала.

Тепловое сопротивление (значение R = 1 / U)

Способность материала противостоять тепловому потоку.

Термическое сопротивление , обозначенное как R (значение R), показывает, насколько эффективен любой материал в качестве изолятора.

Величина, обратная теплопроводности, R измеряется в часах, необходимых для того, чтобы 1 британская тепловая единица протекала через 1 фут ² материала заданной толщины при разнице температур 1 ° F.В британской системе единиц измерения: футов ² • ° F • час / BTU . Единицы СИ: м²K / Вт .

Значения термического сопротивления иногда сводятся в таблицу как для единицы толщины, так и для образца материала с известной толщиной. Например, сопротивление сосны может быть задано как 1,0 фут ² • ° F • час / BTU на дюйм, или значения могут быть сведены в таблицу для сосновой стойки 2×6 как 5,5 футов ² • ° F • час / BTU. Для однородного материала, такого как дерево, удвоение толщины удвоит значение R.R-значения обычно не указываются для сборок материалов. U-факторы используются для сборок.

Изоляция, препятствующая прохождению теплового потока через ограждающую конструкцию здания, часто измеряется ее значением R. Более высокое значение R указывает на лучшие изоляционные свойства. При просмотре спецификаций убедитесь, что вы читаете R-значение в правильных единицах, поскольку единицы не всегда записываются явно.

Для получения дополнительной информации о проектировании с изоляцией, включая таблицу общих значений R, тепловых мостов и того, как рассчитать общие значения R для сборок, см. Страницу «Изоляция».

Практическое использование U-факторов и R-значений

Разнообразие терминов, используемых до сих пор для обозначения тепловых свойств, потенциально вызывает недоумение. При работе со сложными многоуровневыми конструкциями зданий полезно объединить тепловые свойства в единое общее число для определения критериев проектирования оболочки.

Для всей оболочки здания это часто выражается как U-фактор. При этом окна часто выражаются коэффициентом теплопередачи, а стены — коэффициентом R.Нет строгого правила.

Расчет общего коэффициента U начинается с добавления сопротивлений . U-факторы рассчитываются для конкретного элемента (крыша, стена и т. Д.) Путем нахождения сопротивления каждой составной части, включая воздушные пленки и воздушные пространства, а затем суммирования этих сопротивлений для получения общего сопротивления. Коэффициент U является обратной величиной этой суммы (Σ) сопротивлений: U = 1 / Σ R.

Для получения дополнительной информации о том, как использовать R-значения и U-факторы для расчета оболочки, см. Страницу, посвященную общему R-значению и тепловому мосту.

Тепловая масса

Термическая масса — это устойчивость материала к изменению температуры при добавлении или удалении тепла и является ключевым фактором в динамических взаимодействиях теплопередачи внутри здания. Необходимо понять четыре фактора: плотность, удельная теплоемкость, теплоемкость и тепловая задержка.

Плотность
Плотные материалы обычно сохраняют больше тепла.

Плотность — это масса материала на единицу объема. В британской системе мер плотность задается как фунт / фут ³; в системе СИ это кг / м ³.Для фиксированного объема материала более высокая плотность позволит аккумулировать больше тепла.

Удельная теплоемкость
Высокая удельная теплоемкость требует большого количества энергии для изменения температуры.

Удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для повышения температуры данной массы материала на 1 °. В имперской системе это выражается в британских тепловых единицах на фунт-фут; в системе СИ он выражается в кДж / кг К. Для повышения температуры материала с низкой удельной теплоемкостью требуется меньше энергии, чем для повышения температуры материала с высокой удельной теплоемкостью.

Например, один грамм воды требует одной калории тепловой энергии для повышения температуры на один градус Цельсия. Вода обладает высокой теплоемкостью и поэтому иногда используется в качестве тепловой массы в зданиях.

Материал	Тепловая мощность Дж / (г · К)
Кирпич	0,84
Бетон	0,88
Гранит	0.79
Гипс	1,09
Почва	0,80
Дерево	1,2–2,3
Вода	4,2

Тепловая емкость (тепловая масса)
Плотность x удельная теплоемкость = сколько тепла может храниться на единицу объема

Теплоемкость — это показатель способности материала сохранять тепло на единицу объема.Чем больше теплоемкость материала, тем больше тепла он может хранить в данном объеме на каждый градус повышения температуры. Теплоемкость материала получается произведением плотности на удельную теплоемкость. Единицы — Дж / К.

Более высокая теплоемкость может (но не всегда) уменьшить тепловой поток извне во внутреннюю среду, сохраняя тепло внутри материала. Тепло, поступающее в стеновую конструкцию в дневное время, например, может накапливаться в стене в течение нескольких часов, пока оно не уйдет обратно в прохладный ночной воздух — при условии подходящих погодных условий и адекватной теплоемкости.

Thermal Lag (Time Lag)
При большой тепловой массе может потребоваться несколько часов для передачи тепла от одной стороны оболочки к другой.

Это замедление теплового потока называется «тепловой задержкой» (или временной задержкой) и измеряется как разница во времени между пиковой температурой на внешней поверхности строительного элемента и максимальной температурой на внутренней поверхности. Некоторые материалы, такие как стекло, не имеют большого теплового запаздывания. Но тепловая задержка может достигать восьми или девяти часов для конструкций с высокой тепловой массой, таких как двойной кирпич или утрамбованные земляные стены.

Время запаздывания и замедление температуры за счет тепловой массы

Например, если солнце выходит из-за облаков и падает на ограждающую конструкцию здания с высокой теплоемкостью в 10:00, температура внешней поверхности быстро повышается. Однако может пройти несколько часов, прежде чем этот температурный «всплеск» станет заметен на внутренней поверхности стены. Причина в том, что в материале стен сохраняется некоторое количество тепла.Это тепло сохраняется в материале стены до тех пор, пока он не поглотит столько, сколько сможет (насыщение). Затем тепло будет поступать внутрь в зависимости от проводимости материала.

Одним из примеров теплового запаздывания в крупном масштабе является тот факт, что самые жаркие месяцы в большинстве частей северного полушария — июль или август, хотя самое сильное солнце в году — июнь.

Свойства остекления

Теплоотдача и излучение окна

При работе с прозрачными поверхностями нужно учитывать еще больше.

Передача тепла через окно включает все три режима передачи тепла; проводимость, конвекция и излучение. Доминирующий режим теплопередачи всегда меняется и зависит от времени, окружающей и внутренней температуры, скорости внешнего ветра, а также количества и угла солнечного излучения, попадающего в окно. Изоляционные свойства окон обычно измеряются их коэффициентом U; см. таблицу на странице «Свойства остекления». Коэффициент U для окна — это, прежде всего, показатель, используемый для расчета теплопроводной части теплопередачи через окно.

Поскольку окна («остекление») пропускают свет и излучение, существует множество свойств, которые необходимо учитывать для оптимизации их тепловых и визуальных характеристик. Например, упрощенная метрика, используемая для определения лучистой теплопередачи через окно, когда солнечная энергия попадает в окно, называется коэффициентом солнечного тепловыделения (SHGC). SHGC имеет значение от 0 до 1,0 и является мерой того, сколько лучистой теплопередачи будет происходить по сравнению с неглазурованным отверстием.

Подробнее о свойствах остекления