Värmeledningsförmåga. Det är bara komplicerat.

Byggnadsmaterialens värmeledningsförmåga, deras densitet och värmekapacitet

En omfattande tabell över värmeledningsförmåga hos byggmaterial, samt densitet och specifik värmekapacitet hos material i torrt tillstånd vid atmosfärstryck och en temperatur på 20 ... 50 ° C (om inte en annan temperatur anges) anges. Värden ges för över 400 material!

Uppmärksamhet bör ägnas värdet på värmeledningsförmågan hos byggmaterial i tabellen, eftersom denna egenskap tillsammans med deras densitet är den viktigaste. Särskilt värmeledningsförmåga är viktigt för byggmaterial som används som värmeisolering för värmeisolering av byggnadsstrukturer.

Byggnadsmaterialens värmeledningsförmåga beror väsentligt på deras porositet och densitet. Ju lägre densitet, desto lägre värmeledningsförmåga hos materialet.Därför är låg värmeledningsförmåga karakteristisk för porösa och lätta material (du kan också hitta densitetsvärdena för byggmaterial, metaller och legeringar, produkter och andra ämnen i den detaljerade densitetstabellen).

I vår tabell över värmeledningsförmåga hos material och värmare kan till exempel följande byggmaterial med låg värmeledningsförmåga urskiljas - detta är airgel (från 0,014 W / (m grader)), glasull, expanderat polystyrenskum och expanderat gummi (från 0,03 W / (m · deg)), MBOR värmeisolering (från 0,038 W / (m · deg)), kolsyrad betong och skumbetong (från 0,08 W / (m · deg)).
Byggnadsmaterialets värmeledningsförmåga - tabell

Källor: 1. Fysiska mängder. Katalog. A.P. Babichev, N.A. Babushkina, A.M. Bratkovsky och andra; Ed. ÄR. Grigorieva, E.Z. Meilikhova. - M .: Energoatomizdat, 1991. - 1232 s. 2. Eremkin A.I., drottning T.I. Byggnads termiska regim: Handledning. - M.: Förlag ACB, 2000 - 368 s. 3. Kirillov P.L., Bogoslovskaya G.P. Värmeöverföring i kärnkraftverk: Lärobok för universitet. - M.: Energoatomizdat, 2000. - 456 s.: Ill. 4. Mikheev M.A., Mikheeva I.M. Grunderna för värmeöverföring. 5. Franchuk A.U. Tabeller över byggnadsmaterials termiska prestanda, Moskva: Research Institute of Construction Physics, 1969 - 142 s. 6.V. Blazi. Designerhandbok. Byggnadsfysik. M.: Tekhnosfera, 2004. 7. Konstruktion värmeteknik SNiP II-3-79. Rysslands byggnadsministerium - Moskva 1995. 8. Novichenok N.L., Shulman Z.P. Termofysiska egenskaper hos polymerer. Minsk, "Vetenskap och teknik" 1971. - 120 s. 9. Isachenko V.P., Osipova V.A., Sukomel A.S. Värmeöverföring. Lärobok för universitet, red. 3: e, rev. och lägg till. - M.: "Energy", 1975. - 488 s.

Grundläggande definitioner

Fenomenet värmeledningsförmåga består i överföring av värme genom strukturpartiklar av ett ämne - molekyler, atomer, elektroner - under deras termiska rörelse. I vätskor och fasta ämnen - dielektrikum - utförs värmeöverföring genom direkt överföring av den termiska rörelsen av molekyler och atomer till närliggande materialpartiklar. I gasformiga kroppar sker förökning av värme genom värmeledningsförmåga på grund av utbyte av energi under kollisionen mellan molekyler med olika hastigheter av termisk rörelse. I metaller beror värmeledningsförmågan främst på rörelsen av fria elektroner.
Den huvudsakliga värmeledningsförmågan zek innehåller ett antal matematiska begrepp, vars definitioner, det är lämpligt att återkalla och förklara.

Temperaturfältet är en uppsättning temperaturvärden vid alla punkter i kroppen vid en given tidpunkt. Matematiskt beskrivs det som t = f (x, y, z, τ). Man gör en åtskillnad mellan ett stationärt temperaturfält, när temperaturen vid alla punkter i kroppen inte beror på tid (ändras inte över tiden), och ett icke-stationärt temperaturfält. Dessutom, om temperaturen endast ändras längs en eller två rumsliga koordinater, kallas temperaturfältet för respektive en- eller tvådimensionell.

En isotermisk yta är ett ställe med punkter med samma temperatur.

Temperaturgradienten - grad t är en vektor riktad längs den normala mot den isotermiska ytan och numeriskt lika med derivatet av temperaturen i denna riktning.

Enligt den grundläggande lagen om värmeledningsförmåga - Fouriers lag (1822) är densitetsvektorn för värmeflödet som överförs av värmeledningsförmågan proportionell mot temperaturgradienten:

q = - λ grad t, (3)

där λ är ämnets värmeledningsförmåga; dess måttenhet är W / (m · K).

Minustecknet i ekvation (3) indikerar att vektorn q är riktad motsatt vektorn grad t, d.v.s. mot den största temperaturminskningen.

Värmeflöde δQ genom en godtyckligt orienterad elementarea dF är lika med skalarens produkt av vektorn q av vektorn för den elementära arean dF, och det totala värmeflödet Q genom hela ytan F bestäms genom att integrera denna produkt över ytan F:

(4)

KOEFFICIENT AV TERMISK KONDUKTIVITET

Värmekonduktivitetskoefficienten λ i Fouriers lag (3) karakteriserar förmågan hos ett givet ämne att leda värme. Värdena för värmekonduktivitetskoefficienterna anges i referensböcker om ämnens termofysiska egenskaper. Numeriskt är värmekonduktivitetskoefficienten A = q / grad t lika med värmeflödestätheten q vid en temperaturgradientgrad t = 1 K / m. Lätt gas, väte, har den högsta värmeledningsförmågan. Under rumsförhållanden är värmeledningsförmågan för väte λ = 0,2 W / (m · K). För tyngre gaser är värmeledningsförmågan mindre - för luft λ = 0,025 W / (m K), för koldioxid λ = 0,02 W / (m K).

Rent silver och koppar har den högsta värmeledningsförmågan: λ = 400 W / (m · K). För kolstål λ = 50 W / (m · K). I vätskor är värmekonduktivitetskoefficienten vanligtvis mindre än 1 W / (m · K). Vatten är en av de bästa flytande värmeledarna, för det λ = 0,6 W / (m · K).

Värmeledningsförmågan för icke-metalliska fasta material är vanligtvis under 10 W / (m · K).

Porösa material - kork, olika fibrösa fyllmedel, såsom organisk ull - har de lägsta värmeledningsförmåganskoefficienterna λ <0,25 W / (m · K) och närmar sig låg förpackningstäthet till värmeledningsförmågan för luft som fyller porerna.

Temperatur, tryck och i porösa material kan även fukt ha en signifikant effekt på värmekonduktivitetskoefficienten. Referensböckerna anger alltid under vilka villkor koefficienten för värmeledningsförmåga för ett visst ämne bestämdes, och för andra förhållanden kan dessa data inte användas. Områdena för λ-värden för olika material visas i fig. ett.

Figur 1. Intervall för värden för värmeledningskoefficienter för olika ämnen.