Теплопроводность лямбда 10 что это

Обновлено: 05.07.2024

Теплопроводность (или теплопроводность ) из материала является физической величиной , которая характеризует его способность к диффузным теплу в средах без макроскопического перемещения вещества. Это соотношение тепловой энергии (количество тепла ) , переданного в единицу времени (т.е. однородны к мощности, в ваттах ) и поверхностного градиента от температуры . Обозначается λ, K или даже k , теплопроводность, в частности, входит в закон Фурье .

Резюме

Общий

Когда рассматриваемый материал однороден и изотропен , закон Фурье записывается:

Когда материал анизотропен, его теплопроводность меняется в зависимости от направления. Тогда λ, упомянутое в законе Фурье, может быть выражено тензором проводимости:

Со следующими замечаниями:

Однако путем определения осей координат в определенных направлениях, чтобы упростить тензор проводимости, отбросив все коэффициенты матрицы, которые не являются диагональными коэффициентами. Тогда λ закона Фурье выражается следующим образом:

Рассмотрим стенку толщиной е , две внешние поверхности которой, плоскость и площадь S , поддерживаются при однородных и постоянных температурах T ₁ и T ₂ (например, с ). Тогда тепловая мощность Φ, передаваемая через стену, равна: Т 2 > Т 1 > T_ >

В международной системе единиц Φ выражается в ваттах (Вт).

Теплопроводность материала стены (измеренная в лаборатории и указанная в документации производителя) и ее толщина позволяют, в частности, рассчитать теплопотери через эту стену за определенный период (один год, одна зима и т. Д.). . ).

Чем выше теплопроводность, тем теплопроводнее материал; чем он слабее, тем он более изолирующий. Меди , с теплопроводностью 380 Вт м -1 К -1 , и более чем в 10 000 раз более теплопроводной , что полиуретан (0,035 Вт м -1 К -1 ).

Электропроводность зависит в основном от:

характер материала;
температура;
другие параметры, такие как влажность и давление.

Теплопроводность обычно идет рука об руку с электропроводностью . Например, металлы, являющиеся хорошими проводниками электричества, также являются хорошими проводниками тепла. Есть исключения, такие как алмаз, который имеет высокую теплопроводность (от 1000 до 2600 Вт · м −1 · K −1 ) при низкой электропроводности, в то время как графен (5300 Вт · м −1 · K −1 ) является лучшим теплопроводником и намного лучше. лучший электрический проводник (по крайней мере, в определенных направлениях, потому что это сильно анизотропный материал).

На атомном уровне

В атомном масштабе передача тепла в твердых телах может быть достигнута через любую частицу или квазичастицу. Теплопроводность - это сумма вкладов каждой частицы или квазичастицы. В твердых телах теплопередача происходит в основном за счет фононов , электронов и магнонов . Магноны могут представлять важную часть теплопроводности в некоторых материалах, таких как, например, купраты . Однако вклад других частиц все же возможен.

Таким образом, математически теплопроводность λ может быть записана как сумма двух вкладов:

λ_e - вклад носителей заряда ( электронов или дырок );
λ_p - вклад колебаний атомов ( фононов ).

Вклад носителей заряда связан с электропроводностью материала σ соотношением Видемана-Франца :

где L называется фактором Лоренца . Это число L зависит от процессов диффузии носителей заряда (что более или менее соответствует тому, каким образом им мешают препятствия во время их движения, см. Также волновую диффузию ), а также от положения уровня Ферми . В металлах мы будем считать его равным числу Лоренца L ₀ , при этом:

На самом деле L меняется в зависимости от температуры и рассматриваемого металла:

Материалы	Фактор Лоренца (× 10 −8 В 2 K −2 ) при 0 ° C	Фактор Лоренца (× 10 −8 В 2 K −2 ) при 100 ° C
Алюминий	2,14	2,19
Серебро	2.31	2.38
Висмут	3,53	3,35
Медь	2,20	2,29
Утюг	2,61	2,88
Золото	2.32	2.36
Вести	2,64	2,53
Натрий	2,12

Эволюция с влажностью

Для строительных материалов, которые могут подвергаться высокой влажности, существует взаимосвязь между проводимостью сухого и влажного материалов, когда измерения не могут быть выполнены. Это соотношение выглядит следующим образом:

k - размерный коэффициент;
H - относительная влажность в процентах;
λ₀ - теплопроводность сухого материала; λ теплопроводность материала в условиях влажности H
e представляет собой экспоненциальную функцию .

Измерено

Устойчивое состояние

Определение теплопроводности материала основано на связи между градиентом температуры и тепловым потоком, который он создает в этом материале. Принцип показан на следующем рисунке:

Один из концов образца секции A прикреплен к холодному пальцу (термостате), роль которого заключается в отводе теплового потока через образец, а противоположный конец - к нагревателю, рассеивающему в образце тепловую мощность Q, полученную с помощью Эффект Джоуля для создания температурного градиента по длине образца. Эти термопары отделены друг от друга на расстояние L измерить разность температур Δ T вдоль образца. Третья калиброванная термопара также присоединяется к образцу для определения его средней температуры (температуры измерения). Тогда теплопроводность определяется как:

Поэтому для обеспечения максимальной точности образец, теплопроводность которого необходимо измерить, помещают в вакуумную измерительную камеру (для минимизации конвекции). Сама эта камера окружена несколькими теплозащитными экранами, температура которых регулируется (чтобы минимизировать радиационные эффекты). Наконец, провода термопар выбираются так, чтобы проводить тепло как можно меньше.

Поскольку минимизировать тепловые потери при повышении температуры становится все труднее, этот метод позволяет измерять теплопроводность только при температурах ниже температуры окружающей среды (от 2 до 200 К без затруднений и до 300 К ( 27 ° C ) для лучшие измерительные приборы).

При температурах выше комнатной становится все труднее исключить или учесть потери тепла за счет излучения ( адиабатические условия ), и использование стационарного метода, представленного выше n, не рекомендуется. Одним из решений является измерение температуропроводности вместо теплопроводности. Эти две величины фактически связаны соотношением:

λ ( Т ) знак равно в ( Т ) d ( Т ) ПРОТИВ п ( Т ) (T)>

λ ( T ) - коэффициент теплопроводности, Вт · см −1 · K −1 ;
a ( T ) - коэффициент температуропроводности в см 2 с -1 ;
d ( T ) - плотность в г см -3 ;
C_p ( T ) - удельная теплоемкость в Дж · г −1 · K −1 .

Если предположить, что удельная масса не зависит от температуры, достаточно измерить коэффициент температуропроводности и удельную теплоемкость, чтобы получить измерение теплопроводности при высокой температуре.

Цилиндрический образец, толщина d которого значительно меньше его диаметра, помещается в держатель образца, расположенный внутри печи, поддерживаемой при постоянной температуре. Одна из его граней освещается импульсами (порядка миллисекунды), излучаемыми лазером , что обеспечивает равномерный нагрев передней грани. Температура задней стороны измеряются, как функция времени, с использованием датчиком измерения инфракрасного области . При отсутствии тепловых потерь от образца температура должна монотонно расти. В реальной ситуации регистратор измеряет пик температуры с последующим возвратом к температуре печи. Время t, необходимое для того, чтобы задняя поверхность достигла половины максимальной температуры (относительно температуры печи), позволяет определить следующий коэффициент температуропроводности:

Затем можно рассчитать теплопроводность благодаря плотности и удельной теплоемкости.

Сложность этой методики заключается в выборе оптимальных параметров измерения (мощности лазера и толщины образца).

В строительстве

Термическое сопротивление стены

При построении термики, значение λ теплопроводности входит в расчет теплового сопротивления в виде стенки .

Чтобы квалифицировать неоднородные материалы, через которые одновременно распространяется тепло за счет теплопроводности, конвекции и излучения, данных по теплопроводности недостаточно. Для их квалификации используется значение термического сопротивления, полученное в результате лабораторных испытаний.

Поскольку теплопроводность материала изменяется в зависимости от его температуры и влажности, техническая и коммерческая документация на материалы должна указывать со значением λ условия, при которых это значение получается. Это заявленное значение λ, возможно, должно быть подтверждено техническим сертификатом.

С другой стороны, делается различие между λi , теплопроводностью материала внутренней или внешней стены, когда материал защищен от влаги из-за дождя или конденсации, и, с другой стороны, λe , теплопроводностью того же материала. материал, не защищенный от этой влажности.

Стандарты и правила

Во Франции последовательные стандарты были обнародованы для поощрения строителей к достижению максимальной теплоизоляции зданий, в частности, стандарты RT 2000 , RT 2005 и RT 2012 .

Теплопроводность некоторых материалов

Порядки значений теплопроводности некоторых материалов:

Металлы

Металлы обладают высокой проводимостью от 20 до 418 Вт на кельвин-метр.

Материалы	Теплопроводность ( Вт · м −1 · K −1 ) при 20 ° C
Низкоуглеродистая сталь	46
Нержавеющая сталь (18% хрома , 8% никеля )	26
Алюминий (чистота 99,9%)	237
Al-SiC	150-200
Серебро	418
Медь	390
Банка	66,6
Утюг	80
Плавление	50
Золото	317
Платина	71,6
Вести	35 год
Титан	20
Цинк	116

Природный камень

Натуральный камень используется в строительстве имеет значение теплопроводности 0,15 до 3,5 Вт м -1 K -1 .

Материалы	Теплопроводность ( Вт · м −1 · K −1 ) при 20 ° C	Теплопроводность ( Вт · м −1 · K −1 ) при 95 ° C
Сланец (параллельный)	2,50
Сланец (перпендикулярный)	1.4
Базальт	2
Известняк (2 г / см 3 )	1
Мел	0,92
Гранит (2,8 г / см 3 )	2.2
Песчаник (2,2 г / см 3 )	1.3
Мрамор	2,08–2,94
Растворы из извести	0,87
Пуццолана	0,15
Сланец

земля

Материалы	Теплопроводность ( Вт · м −1 · K −1 ) при 20 ° C
Adobe (необработанная земля)	0,32
Кирпич (терракота)	0,84
Земля (сухая)	0,75

Древесина

При одинаковой плотности и влажности древесина хвойных пород обладает большей проводимостью, чем древесина твердых пород. Чем плотнее древесина, тем она более влажная и проводящая.

Материалы	Теплопроводность ( Вт · м −1 · K −1 ) при 20 ° C
ДСП	0,15
Древесина из дуба	0,16
Древесина из грецкого ореха (0,65 г / см 3 )	0,14
Древесина из сосны (параллельно зерна)	0,36
Сосновая древесина (перпендикулярно волокнам)	0,15
Фанера	0,11 - 0,15

Изоляторы

Что касается зданий, согласно французскому стандарту RT 2012 , материал считается изоляционным, если его теплопроводность составляет менее 0,065 Вт на кельвин-метр.

Материалы	Теплопроводность ( Вт · м −1 · K −1 ) при 20 ° C
Картон	0,11
Старший мальчик	0,05
Древесная шерсть	0,036 - 0,042
Rockwool	0,033 - 0,040
Стекловата	0,030 - 0,040
Пробка	0,04
Жесткий пенополиуретан (PUR)	0,025
Фенольная пена	0,018 - 0,025
Целлюлозная вата	0,041
Солома (перпендикулярно волокнам)	0,04
Перлит	0,038
Пенополистирол (EPS)	0,036
Полиизоцианурат (PIR)	0,023
Розо (на панели)	0,056

Производные углерода

Если алмаз имеет очень высокую теплопроводность, теплопроводность природного голубого алмаза еще выше. Поэтому можно исследовать драгоценные камни, чтобы определить, являются ли они настоящими бриллиантами, используя тестер теплопроводности, один из стандартных инструментов, используемых в геммологии [см. необходимо] .

В результате алмазы любого размера всегда кажутся очень холодными на ощупь из-за их высокой термической эффузии .

Одной из основных характеристик теплоизоляционных материалов является теплопроводность. Почти у всех есть понимание, что чем она меньше, тем лучше. Но что означает этот термин и что он нам дает? Как сравнить два типа изоляции, используя этот параметр? Предлагаем разобраться

Что такое коэффициент теплопроводности?

Согласно определения в своде правил СП 61.13330.2012:

Коэффициент теплопроводности - количество тепла, которое передается за единицу времени на единицу площади поверхности при температурном градиенте (изменении температуры), равном единице. Обозначается символом λ (лямбда), единица измерения Вт/(м·К).

Само свойство теплопроводности определяет способность материалов передавать тепловую энергию от более горячего тела к более холодному.

От чего зависит коэффициент?

При изучении данной характеристики было определено, что существует зависимость коэффициента теплопроводности от температуры и других параметров:

параметров состояния - температуры, давления
свойств - плотность, влажность, структуры

При изменении данных свойств и параметров меняется и теплопроводность.

Обозначение λ₀ определяет коэффициент теплопроводности, который получен при испытаниях при температуре 0 °С. При этом температура является среднеарифметическим значением от: (температура на внешней поверхности изоляционного материала + температура на изолируемой поверхности)/2.

По аналогии λ₂₀ - это коэффициент полученный при проведении замеров при температуре 20 °С.

Как это использовать на практике?

Данная характеристика позволяет определить возможность использования теплоизоляции в определенных условиях. Кроме того, Вы можете сравнивать различные виды теплоизоляционных материалов и выбирать наиболее подходящий.

Коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов

1. Вспененный полиэтилен. Сравнивая продукцию из вспененного полиэтилена можно определить, что при температуре 10 °С минимальным коэффициентом теплопроводности будет обладать теплоизоляция ALMALEN - 0.032 Вт/мК - 0.034 Вт/мК. Это наименьший показатель в данном классе.

2. Вспененный каучук. В данной группе теплоизоляции можно выделить AF/Armaflex - для неё λ0 ºC ≤ 0,033 Вт/(м·К).

3. Базальтовый утеплитель. При выборе материалов из базальтовой ваты, стоит обратить внимание на Цилиндры Paroc HVAC Section AluCoat T - λ₁₀ ºC ≤ 0,034 В/(м·К).

Правильно ли сравнивать только по λ?

Прежде всего стоит сравнивать показатели, определенные при одной температуре. Существуют различные стандарты определения коэффициента. Могут отличаться "стандартные тепловые режимы": согласно ГОСТ 7076-99 показатель определяется при 25 °С, а при использовании европейского стандарта EN 12667:2001, нормой является 10 °С.

Также учитывайте планируемые условия эксплуатации материала: влажность, возможное воздействие пара, наличие критических перепадов температуры и так далее.

Коэффициент теплопроводности материала — коэффициент отражающий теплоизоляционные свойства материала.

Общие сведения.

Коэффициент используется при проведении теплотехнических расчетов при:

- выборе конструкции строительных конструкции зданий и сооружений;
- выборе конструкции тепловой изоляции трубопровод, технических устройств и сооружений на промышленных предприятиях.
Коэффициент теплопроводности материала служит для расчета термического сопротивления материала R.

Коэффициент теплопроводности материала обозначается греческой буквой — λ. На сайте для обозначения дополнительно используется сочетаний ly.

3.7. Теплопроводность

Коэффициент теплопроводности λ обозначает количество тепла, передаваемого в единицу времени через единицу поверхности при единичном температурном градиенте, т. е. при перепаде температур в один градус на единицу длины стенки по нормали к тепловому потоку.

Размерность коэффициента теплопроводности: Вт/(м · К).

В табл. 3.7.1 приведены коэффициенты теплопроводности металлов и сплавов.

Для каждого значения λ указана температура, которой это значение соответствует. В тех случаях, когда такое указание отсутствует, данные относятся к комнатной температуре.

Коэффициенты теплопроводности металлов и сплавов

Состав сплавов указан в массовых долях (кроме особо оговоренных случаев).

Читайте также: