Коэффициент теплопроводности что такое: Коэффициент теплопроводности утеплителей (теплоизоляционных материалов) и стройматериалов

Содержание

Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности. |

Теплопроводность.

Так что же такое теплопроводность? С точки зрения физики теплопроводность – это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).

Можно сказать проще, теплопроводность – это  способность материала проводить тепло. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Передача тепла происходит за счет передачи энергии при столкновении молекул вещества. Происходит это до тех пор, пока температура внутри тела не станет одинаковой. Такой процесс может происходить в твердых, жидких и газообразных веществах.

На практике, например в строительстве при теплоизоляции зданий, рассматривается другой аспект теплопроводности, связанный с передачей тепловой энергии. В качестве примера возьмем «абстрактный дом». В «абстрактном доме» стоит нагреватель, который поддерживает внутри дома постоянную температуру, скажем, 25 °С. На улице температура тоже постоянная, например, 0 °С. Вполне понятно, что если выключить обогреватель, то через некоторое время в доме тоже будет 0 °С. Все тепло (тепловая энергия) через стены уйдет на улицу.

Чтобы поддерживать температуру в доме 25 °С, нагреватель должен  постоянно работать. Нагреватель постоянно создает тепло, которое постоянно уходит через стены на улицу.

 

Коэффициент теплопроводности.

Количество тепла, которое проходит через стены (а по научному — интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности) зависит от разности температур (в доме и на улице), от площади стен и теплопроводности материала, из которого сделаны эти стены.

Для количественной оценки теплопроводности существует коэффициент теплопроводности материалов. Этот коэффициент отражает свойство вещества проводить тепловую энергию. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лучше он проводит тепло. Если мы собираемся утеплять дом, то надо выбирать материалы с небольшим значением этого коэффициента. Чем он меньше, тем лучше. Сейчас  в качестве материалов для утепления зданий  наибольшее распространение получили утеплители из минеральной ваты, и различных пенопластов. Набирает популярность новый материал с улучшенными теплоизоляционными качествами — Неопор.

Коэффициент теплопроводности материалов обозначается буквой ? (греческая строчная буква лямбда)  и выражается в Вт/(м2*К). Это означает, что если взять стену из кирпича, с коэффициентом теплопроводности 0,67 Вт/(м2*К), толщиной 1 метр и площадью 1 м2., то при разнице температур в 1 градус, через стену будет проходить 0,67 ватта тепловой энергии. Если разница температур будет 10 градусов, то будет проходить уже 6,7 ватта. А если при такой разнице температур  стену сделать 10 см, то потери тепла будут уже 67 ватт. Подробней о методике расчета теплопотерь зданий можно посмотреть здесь.

Следует отметить, что значения коэффициента теплопроводности материалов указываются для толщины материала в 1 метр. Чтобы определить теплопроводность материала для любой другой толщины, надо коэффициент теплопроводности разделить на нужную толщину, выраженную в метрах.

В строительных нормах и расчетах часто используется понятие «тепловое сопротивление материала». Это величина обратная теплопроводности.  Если, на пример, теплопроводность пенопласта толщиной 10 см — 0,37 Вт/(м2*К), то его тепловое сопротивление будет равно 1 / 0,37 Вт/(м2*К) = 2,7 (м2*К)/Вт.

 

 

Коэффициент теплопроводности материалов.

Ниже в таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов применяемых в строительстве.

МатериалКоэфф. тепл. Вт/(м2*К)
Алебастровые плиты0,470
Алюминий230,0
Асбест (шифер)0,350
Асбест волокнистый0,150
Асбестоцемент1,760
Асбоцементные плиты0,350
Асфальт0,720
Асфальт в полах0,800
Бакелит0,230
Бетон на каменном щебне1,300
Бетон на песке0,700
Бетон пористый1,400
Бетон сплошной1,750
Бетон термоизоляционный0,180
Битум0,470
Бумага0,140
Вата минеральная легкая0,045
Вата минеральная тяжелая0,055
Вата хлопковая0,055
Вермикулитовые листы0,100
Войлок шерстяной0,045
Гипс строительный0,350
Глинозем2,330
Гравий (наполнитель)0,930
Гранит, базальт3,500
Грунт 10% воды1,750
Грунт 20% воды2,100
Грунт песчаный1,160
Грунт сухой0,400
Грунт утрамбованный1,050
Гудрон0,300
Древесина — доски0,150
Древесина — фанера0,150
Древесина твердых пород0,200
Древесно-стружечная плита ДСП0,200
Дюралюминий160,0
Железобетон 1,700
Зола древесная0,150
Известняк1,700
Известь-песок раствор0,870
Ипорка (вспененная смола)0,038
Камень1,400
Картон строительный многослойный0,130
Каучук вспененный0,030
Каучук натуральный0,042
Каучук фторированный0,055
Керамзитобетон0,200
Кирпич кремнеземный0,150
Кирпич пустотелый0,440
Кирпич силикатный0,810
Кирпич сплошной0,670
Кирпич шлаковый0,580
Кремнезистые плиты0,070
Латунь110,0
Лед 0°С2,210
Лед -20°С2,440
Липа, береза, клен, дуб (15% влажности)0,150
Медь380,0
Мипора0,085
Опилки — засыпка0,095
Опилки древесные сухие0,065
ПВХ0,190
Пенобетон0,300
Пенопласт ПС-10,037
Пенопласт ПС-40,040
Пенопласт ПХВ-10,050
Пенопласт резопен ФРП0,045
Пенополистирол ПС-Б0,040
Пенополистирол ПС-БС0,040
Пенополиуретановые листы0,035
Пенополиуретановые панели0,025
Пеностекло легкое0,060
Пеностекло тяжелое0,080
Пергамин0,170
Перлит0,050
Перлито-цементные плиты0,080
Песок 0% влажности 0,330
Песок 10% влажности0,970
Песок 20% влажности1,330
Песчаник обожженный1,500
Плитка облицовочная1,050
Плитка термоизоляционная ПМТБ-20,036
Полистирол0,082
Поролон0,040
Портландцемент раствор0,470
Пробковая плита0,043
Пробковые листы легкие0,035
Пробковые листы тяжелые0,050
Резина0,150
Рубероид0,170
Сланец2,100
Снег1,500
Сосна обыкновенная, ель, пихта (450…550 кг/куб. м, 15% влажности)0,150
Сосна смолистая (600…750 кг/куб.м, 15% влажности)0,230
Сталь52,0
Стекло1,150
Стекловата0,050
Стекловолокно0,036
Стеклотекстолит0,300
Стружки — набивка0,120
Тефлон0,250
Толь бумажный0,230
Цементные плиты1,920
Цемент-песок раствор1,200
Чугун56,0
Шлак гранулированный0,150
Шлак котельный0,290
Шлакобетон0,600
Штукатурка сухая0,210
Штукатурка цементная0,900
Эбонит0,160

Коэффициент теплопроводности, формула и примеры

Онлайн калькуляторы

На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.

Справочник

Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!

Заказать решение

Не можете решить контрольную?!
Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!

Главная Справочник Коэффициенты Коэффициент теплопроводности

Определение и формула коэффициента теплопроводности

Коэффициентом теплопроводности является физическая величина, которая характеризует способность вещества проводить тепло.

Обозначают коэффициент теплопроводности по-разному. Встречаются обозначения: K, и некоторые другие.

Коэффициент теплопроводности газа

В соответствии с кинетической теорией для газа коэффициент теплопроводности равен:

   

где — средняя скорость теплового движения молекул, — средняя длин свободного пробега молекулы, — плотность газа, — удельная теплоемкость газа в изохорном процессе.

Коэффициент теплопроводности металлов

Металлы являются хорошими проводниками тепла. Теплопроводность в металлах реализуется при помощи (в основном) посредством того, что энергию переносят свободные электроны. Коэффициент электронной теплопроводности металлов вычисляют при помощи формулы:

   

где — постоянная Больцмана, — концентрация электронов в металле, — длина свободного пробега, которая соответствует границе энергии Ферми () для распределения электронов по температурам при T=0K, — масса электрона, — средняя скорость свободного пробега для тех же условий, что и .

Для идеального электронного газа выражение (2) преобразуется к виду:

   

где — средняя длина свободного пробега, — средняя скорость теплового движения электронов.

Надо отметить, что теплопроводность, которая осуществляется кристаллической решеткой металлов существенно меньше, чем электронная. Ее можно рассчитать для кристаллов, рассматривая перемещение фотонов по кристаллу, при помощи формулы:

   

где с — теплоемкость единицы объема, — скорость звука, — длина свободного пробега фотона

Коэффициент теплопроводности и уравнение Фурье

Коэффициент теплопроводности входит в основное уравнение, которое описывает явление переноса тепла или уравнение Фурье. Явление теплопроводности появляется , если имеется градиент температуры. В одномерном стационарном случае уравнение Фурье можно записать как:

   

где помимо коэффициента теплопроводности () имеются: — количество теплоты, которое переносится через площадку в направлении, которое совпадает с направлением нормали к , в направлении уменьшения температуры, — градиент температуры. В нашем случае

Единицы измерения

Основной единицей измерения коэффициента теплопроводности в системе СИ является:

=Вт/м•К

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Твердые вещества, жидкости и газы. Теплопроводность

Теплопроводность — это свойство материала, которое описывает способность проводить тепло. Теплопроводность может быть определена как

«количество тепла, переданное через единицу толщины материала — в направлении, нормальном к поверхности единицы площади — из-за единичного градиента температуры в стационарных условиях»

Теплопроводность единицами измерения являются [Вт/(м·К)] в системе СИ и [БТЕ/(час·фут·°F)] в имперской системе.

См. также изменения теплопроводности в зависимости от температуры и давления , для: воздуха, аммиака, углекислого газа и воды

Теплопроводность обычных материалов и продуктов:

80043 o F) 8 Воздух, высота 100009 м 300827 9 00079 9 2 8 9 90 0,0079 0,04829 2 9 90газ 9008 Доменная печь 0078 0,02 7009 0,209 0,200 — 00082 80082 32 Вата 0,00078 820 Дюрал 0082 7822 8 Этилен (газ) 0 8 8 0,0432 0 -12 (жидкость) 9, насыщенное стекло, жемчуг 70 7 влажная почва .0 7 078 0,1 8232 9 газ) 9007 Чугун 8 47 — 583232 79 9007 9 07 Азот 9072 78 Штукатурка, металлическая решетка Плутон 900 9 1907879 9,0079 Поливинилхлорид, ПВХ 8232 9 насыщенный0079 9.07 92222 Пар , низкое давление0078 Теллур
7 9 08227 9 0897 9 0,17 0,170
Теплопроводность
—
—
Вт/(м·К)
Материал/вещество Температура
25 o o C
125 o C
(257 o F) 		900 07 225 90 8
(437 или F)
Ацетали 0,23
Ацетон 0,16
Ацетилен (газ) 7,0079 9 9
Акрил 0,2
Воздух, атмосфера (газ) 0,0262 0,0333 0,0398
Агат 10,9
Спирт 0,17
Глинозем 36 26
Алюминий0020 Алюминий Латунь 121
Оксид алюминия 30
0907 Аммиак 249 0,0369 0,0528
Сурьма 18,5
Яблоко (влажность 85,6%) 0,39
Аргон (газ) 0,016
Асбест плита0043 1) 0,744
Листы асбоцементные 1) 0,1662 Асбестоцемент 1) 2,07
Асбест, насыпной 1) 0,15
Асбоплита 1) 0,14
Асфальт 0,75
Пробковое дерево 0,048
Битум
082
Битумно-войлочные слои 0,5
Говядина нежирная (влажность 78,9 % ) 0,43 — 0,48
Бензол 0,16
99
Висмут 8. 1
Битум 0,17
Накипь 1,2 — 3,5
Бор 25
Латунь
Блок брикет
Кирпич плотный 1,31
Кирпич огнеупорный 0,7 90 В , изоляционная 0,15
Кирпичная кладка рядовая (Кирпич строительный) 0,6 -1,0
Кирпичная кладка, плотная 1,6
Бром (газ) 0,004
Бронза
Руда бурая железная 0,58
Масло (150% влажности) 0
Кадмий
Силикат кальция 0,05
Углерод 1,7
Углекислый газ (газ) 0,0146    
Монооксид углерода 0,0232
Чугун
0020 Целлюлоза, хлопок, древесная масса и регенерированная 0,23

Ацетат целлюлозы, формованный , лист

 0,17 — 0,33
Нитрат целлюлозы, целлулоид 0,12 — 0,21
Цемент, портландцемент 0,29
Цемент, раствор 1,73 2 2 Керамические материалы 79
Мел 0,09    
Древесный уголь 0,084
Полиэфир хлорированный 0,13
Хлор (газ) 0,0081
Хромоникелевая сталь 16,3    
8 0082
Окись хрома 0,42
Глина от сухой до влажной 0,15 — 1,8
глина, насыщенная 0,6 — 2,5
Уголь
Угля0079 0,2
Кобальт
Треска (влажность 83%) 0,54
Кокс 0,184
Бетон, легкий 0,1 — 0,3
Бетон средний 0,4 — 0,7
Бетон плотный 8 1,9 — 0 1,00082
Бетон, камень 1,7    
Константан 23,3 9 2
Медь
Corian (керамический наполненный) 1,06
Пробковая плита 0,043
Пробка регранулированная 0,044
Пробка 0,07
Хлопок 0,04
Углеродистая сталь
Изоляция из ваты 0,029
Мельхиор 30% 30
Алмаз 1000
Диатомит (Sil-o-cel) 0,06
Диатомит 0,12 7
Земля сухая 1,5    
Эбонит 0,17
Наждак 11,6
Моторное масло 9,0078 0079
Этан (газ) 0,018
Эфир 0,17
0,017
Эпоксид 0,35
Этиленгликоль 0,25
Перья 0,034
Войлочная изоляция 0,04
Стекловолокно 0,04
Изоляционная плита из волокна
0082
ДВП 0,2    
Шамотный кирпич 500 o C 1,4
Фтор (газ) 0,0254
Пеностекло 0,045
Дихлордифторметан R-12 (газ) 0,007    
0,09
Бензин 0,15
Стекло 1,05
Стекло, жемчуг, сухое 0,18
0 0,76
Стекло оконное 0,96    
Стекловолокно . 04
Глицерин 0,28
Золото
Гранит 1,7 — 4,0
Графит 168
Гравий 0,7
Грунт или почва, очень влажная местность 1,4
Земля или почва, сухая местность 0,5
Грунт или почва, очень сухая местность 0,33
Гипсокартон
Войлок 0,05    
Оргалит высокой плотности 0,152 78 Твердые породы (дуб, клен…) 0,16
Hastelloy C 12
Гелий (газ) 0,142
Мед (влажность 12,6 %) 0,520032
Кислота соляная (газ) 0,013
Водород (газ) 0,168
0,013
Лед (0 o C, 32 o F) 2. 18
Инконель 15
Изоляционные материалы 0,035 — 0,16
Йод 0,44
147
Железо
Оксид железа 0,58
Капоковая изоляция 0,034
Керосин 0,15
Криптон (газ) 0.0088
Свинец
0 Кожа, сухая 0,14
Известняк 1,26 — 1,33
Литий
Магнезиальная изоляция (85%) 0,07
Магнезит 4,19

0078  		  
Магний
Магниевый сплав 70 — 145 22 0 Мрамор 2,08 — 2,94
Ртуть жидкая
Метан (газ) 0,030
Метанол 0,21
Слюда 0,71
Молоко 0,53
Изоляционные материалы из минеральной ваты, шерстяные одеяла 90 70 40 078    
Молибден
Монель
Неон (газ) 0,046
Неопрен 0,05
Никель
Окись азота (газ) 0,0238
078 0,024
Закись азота (газ) 0,0151
Нейлон 6, Нейлон 6/6 0,25
Масло машинное смазывающее SAE 50 0,15 9 222 Оливковое масло 0,17
Кислород (газ) 0,024
Палладий 90,7 079
Бумага 0,05
Парафин 0,25
Торф 0,08
Перлит, атмосферное давление 0,0310079  
Перлит вакуумный 0,00137    
Фенольные литые смолы 7959 9 0 9 0082
Фенолформальдегидные формовочные смеси 0,13 — 0,25
Фосфорбронза 110
Пинчбек 159
Шаг 0,13
Каменный уголь 0,24
Гипс светлый 0,2
0,47
Штукатурка, песок 0,71
Штукатурка, деревянная рейка 0,28
Пластилин 0,65 — 0,8
Пластмассы вспененные (изоляционные материалы) 0,03
Платина 70082
Фанера 0,13
Поликарбонат 0,19
Полиэстер 0,05
Полиэтилен низкой плотности, PEL 0,33
Полиэтилен высокой плотности, PEH 0,42 — 0,51
Полиизопрен натуральный каучук 0079
Полиизопреновый эбонит 0,16
Полиметилметакрилат 0,17–0,25
Полипропилен, ПП 0,1–0,22    
Полистирол вспененный 0,03
Полистирол 0,043
22 Пенополиуретан 0,03
Фарфор 1,5
Калий 9009 1
Картофель сырой 0,55
Пропан (газ) 0,015
Политетрафторэтилен (ПТФЭ) 0,25
9
Стекло пирекс 1. 005
Минерал кварц 3
Радон (газ) 0,0033
Красный металл
Рений
Родий
Камень твердый 907 7 29007 8    
Порода пористая вулканическая (туф) 0,5 — 2,5  
Изоляция из минеральной ваты 0,045
Канифоль 0,32 22 0 Каучук пористый 0,045
Каучук натуральный 0,13
Рубидий
Лосось (73% влажности) 0,50
Песок , сухой 0,15 — 0,25
Песок влажный 0,25 — 2   ,
2 — 4
Песчаник 1. 7    
Опилки 0079
Селен
Овечья шерсть 0,039
Силикатный аэрогель 0,02    
Силиконовая литая смола 0,15 — 0,32
Карбид кремния 120
Силиконовое масло 0,12 Серебро
Шлаковая вата 0,042
Сланец 2,01
Снег (температура < 0 o C) 0,05 — 0,25
Натрий
Хвойные породы (ель, сосна ..) 0,12
Грунт, глина 8078 1,12 2
Почва с органическим веществом 0,15 — 2  
Почва насыщенная 0,6 — 4    

Припой 50-50 9 0

9 082

Сажа

 0,07

Пар насыщенный

 0,0184 0,0188
Стеатит 2
Сталь, углерод
Сталь, нержавеющая сталь
Изоляция из соломенных плит, прессованная 0,09
Пенополистирол 0,033
Сернистый газ (6,009
Сера кристаллическая 0,2
Сахара 0,087 — 0,22
Тантал
Смола 0,19 2
4,9
Торий
Древесина, ольха
Древесина ясень 0,16
Древесина береза ​​ 0,14
Древесина лиственница 0,12
Древесина клен 0,160032
Древесина дубовая 0,17
Древесина сосна 0,14 7 0,19
Древесина, бук красный 0,14
Древесина, сосна красная 0,15
Древесина, сосна белая 0,15
9 0,15
Олово
Титан 907tens 3
Уран
Пенополиуретан 0,021  
Вакуум 0
Гранулы вермикулита 0,065    
Виниловый эфир 0,25
Вода 6
Вода, пар (пар) 0,0267 0,0359
Пшеница мука 0,45
Белый металл 35 — 70
Дерево поперек волокон, белая сосна 0,12
Древесина поперек волокон, бальза 0,055
Древесина поперек волокон, желтая сосна, брус 0079
Древесина дуба 0,17  
Шерсть, войлок 0,07
Древесная шерсть, плита 2 9 07 — 0,19 9008 032
Ксенон (газ) 0,0051
Цинк

4) крошечные абразивные волокна вдыхаются в легкие, где они могут повредить легочную ткань . Это, по-видимому, усугубляется курением сигарет, и в результате возникают такие заболевания, как мезотелиома и рак легких.

  • 1 Вт/(м К) = 1 Вт/(м o Кл) = 0,85984 ккал/(ч м o Кл) = 0,5779БТЕ/(фут ч o Ф) = 0,048 БТЕ/(дюйм ч o Ф) = 6,935 (БТЕ дюйм)/(фут² ч °F) ?

Пример. Кондуктивная теплопередача через алюминиевый котел по сравнению с котлом из нержавеющей стали

Кондуктивная теплопередача через стенку котелка может быть рассчитана как     (1)

или альтернативно

q/A = (k/s) dT

где

теплопередача 08

A = площадь поверхности (м 2 , фут 2 )

q / A = теплопередача на единицу площади (Вт/м 2 , БТЕ/(ч фут 2 ))

9 = тепловой проводимость  (Вт/мК, БТЕ/(час·фут·°F) )

dT = t 1 — t 2 = разность температур ( o C, o F)

s = толщина стенки (м, фут)

2 2 Калькулятор кондуктивной теплопередачи

k = теплопроводность (Вт/мК, БТЕ/(час·фут·°F) )

s = толщина стенки (м, фут)

A = площадь поверхности (м 4 2 фут 2 )

dT = t 1 — t 2 = разница температур ( o C, o F)

Примечание! — что общая теплопередача через поверхность определяется » общим коэффициентом теплопередачи » — который помимо кондуктивной теплопередачи — зависит от

  • коэффициентов конвективной теплопередачи на внутренней и внешней поверхностях
  • коэффициенты лучистой теплопередачи на внутренней и внешней поверхностях
  • Калькулятор общей теплопередачи
Кондуктивная теплопередача через алюминиевую стенку котла толщиной 2 мм — разность температур 80
o C

таблицу выше). Кондуктивную теплопередачу на единицу площади можно рассчитать как

  q / A = [(215 Вт/(м·К)) / (2 10 -3 м)] (80 o C) 

          = 8600000 (Вт/м 2 )

          = 8600 (кВт/м 2 )

Кондуктивная теплопередача через стенку котла из нержавеющей стали толщиной 4 90 3 — разница температур 4 90 30 80 2597

Теплопроводность для нержавеющей стали сталь 17 Вт/(м·К) (из таблицы выше). Кондуктивную теплопередачу на единицу площади можно рассчитать как

q/A = [(17 Вт/(м·К))/ (2 10 -3 м) ] (80 o C)  

          = 680000 (Вт/м 2 )

          = 680 (04 кВт/м)

Что такое теплопроводность? Как это измеряется? – TAL

Автор: Джон Клиффорд, стажер-химик

Что такое теплопроводность?

Рис.

1. Теплопередача за счет теплопроводности плоской стенки, показывающая важность теплопроводности в теплопередаче

Теплопроводность — это свойство, описывающее способность материала проводить тепло. Он часто обозначается как k и имеет единицы СИ W/m·K (Ватт на метр по Кельвину). Теплопроводность является ключевым параметром при измерении кондуктивной теплопередачи.

Тепло может передаваться тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Весь теплообмен происходит, когда между двумя областями существует разница температур; проводимость отличается тем, что теплота «проходит через тело самого вещества» [1]. Внутри твердых тел конвекция отсутствует, а излучение обычно незначительно, а это означает, что проводимость чрезвычайно важна для описания теплового поведения.

Поскольку проводимость происходит через вещество, она может происходить либо внутри объекта, либо через два контактирующих материала. Определяющая формула кондуктивной теплопередачи описывается законом теплопроводности Фурье:

q = -k ∇T

градиент температуры (К/м), к – коэффициент теплопроводности [2]. Это математически демонстрирует, что теплопередача линейно пропорциональна градиенту температуры, а теплопроводность материала представляет собой константу пропорциональности. Это означает, что он может иметь большое влияние на скорость теплопередачи.

Поскольку теплопроводность является физическим свойством, она будет меняться в зависимости от типа, структуры и состояния материала. Точно так же это также функция температуры, которую важно учитывать в приложениях, где температура может сильно варьироваться, например, в электронном управлении температурой [3]. Точно так же обратной величиной теплопроводности является тепловое удельное сопротивление, которое является внутренним свойством, указывающим на эффективность материала в качестве изолятора [1].

Электропроводность твердых тел может сильно различаться. Например, металлы обычно очень теплопроводны из-за делокализованного движения электронов в металлической связи. Это способствует более быстрому нагреву металлов, чем другие материалы, такие как пластик или стекло.

Рис. 2. Медные листы, металл с высокой теплопроводностью, часто используемый в промышленности

Однако все твердые тела, включая металлы, проводят тепло за счет вибрации между соседними атомами. Некоторые твердые вещества, такие как пенополистирол, имеют низкое значение k и действуют как изоляторы. Частично это связано с низким значением k для воздуха, содержащегося в пустотах этих материалов [4]. Для получения дополнительной информации о теории теплопроводности см. видео ниже:

Одним из примеров важности проводимости является область полимерных композитов и добавок. Полимеры все чаще используются в радиаторах от электроники до биомедицинских устройств и автомобильных деталей.

Рис. 3. Термопаста, теплопроводящий материал, изготовленный с использованием проводящих добавок для эффективного отвода тепла

Однако для того, чтобы заменить металлы и керамику в этих чувствительных к теплу применениях, теплопроводность должна быть улучшена. Это достигается за счет использования добавок, повышающих проводимость, таких как медь, серебро, углеродные нанотрубки и графен. Затем эти композиты можно использовать для управления температурным режимом, поскольку повышенная проводимость будет более эффективно отводить тепло от чувствительных материалов. Однако проблемы с распределением наполнителя в полимерной матрице могут изменить ее термические свойства. Следовательно, необходимо протестировать и количественно оценить тепловые характеристики, чтобы убедиться, что композит функционирует так, как задумано [5].

Как это измеряется?

Рис. 4. Датчик C-Therm с модифицированным плоскостным источником переходных процессов (MTPS) — быстрый и точный способ измерения теплопроводности время от 1 до 3 секунд. Теплопроводность и эффузивность измеряются напрямую и работают в диапазоне от -50 до 200°C. Он соответствует ASTM D7984 и рекомендуется для твердых тел, жидкостей, порошков и паст [6]. Это широко используется из-за быстрого времени тестирования и простоты подготовки образцов.

Рис. 5. Датчик плоского источника переходного процесса (TPS), двусторонний датчик для более опытных пользователей

Датчик плоского источника переходного процесса представляет собой двусторонний датчик горячего диска. Он может одновременно определять теплопроводность, температуропроводность и рассчитывать удельную теплоемкость по одному измерению. Он работает при температуре от -50 до 300°C, соответствует стандарту ISO 22007-2 и рекомендуется для твердых веществ [6].

Рис. 6. Датчик линейного источника переходных процессов (TLS), рекомендуемый для расплавов полимеров и геологических применений

Наконец, в методе переходного линейного источника используется датчик типа игольчатого зонда, который полностью погружается в материал, нагревая его в радиальном направлении. Это измерение обычно занимает от 2 до 10 минут и лучше всего подходит для таких вещей, как расплавы полимеров, почва, гравий или вязкие жидкости. Соответствует ASTM D5334, D5930 и IEEE 442-1981 [6].

Дополнительная информация:

Дополнительная информация об испытаниях на теплопроводность

Услуги по контрактным испытаниям

______________________________________________________________________

Ссылки:

[1] Карслоу, Х.С. и Джагер, Дж. К. (1959). Теплопроводность твердых тел . Оксфорд. https://books.google.ca/books/about/Conduction_of_Heat_in_Solids.html?id=y20sAAAAYAAJ&redir_esc=y

[2] Бергман, Т.Л. и Лавин, А.С. (2017). Основы тепломассообмена . Джон Уайли и сыновья. https://www.wiley.com/en-us/Fundamentals+of+Heat+and+Mass+Transfer%2C+8th+Edition-p-9781119353881

[3] C-Therm Technologies. (2022). Терморегулирование в электромобилях . https://ctherm.com/resources/tech-library/thermal-management-in-electric-vehicles/

[4] Geankoplis, CJ, Hersel, AA, & Lepek, DH (2018).

РубрикаРазное