Теплопроводность

 

Теплопроводность - вид теплообмена, который происходит между частицами тела, находящимися в соприкосновении. Частицы более нагретой части тела, сталкиваясь при колебательном движении с соседними частицами, передают им часть своей кинетической энергии, н таким образом тепловая энергия распространяется по всему телу.

Примером теплообмена теплопроводностью может служить передача тепла через металлическую стенку. При этом, если в случае передачи тепла через стенку температура в каждой ее точке с течением времени не меняется, такой тепловой поток называется установившимся. Если же температура в каждой точке стенки с течением времени изменяется, такой тепловой поток является неустановившимся. На практике неустановившийся тепловой поток обычно предшествует установившемуся, например пока стенка нагревается и температура ее все время повышается. Но как только нагревание стенки прекратится, неустановившийся тепловой поток переходит в установившийся.

Рассмотрим случай передачи тепла через плоскую однослойную стенку при установившемся тепловом потоке (рис. 50). Количество тепла, переходящее через такую стенку, подчиняется закону Фурье -основному закону

теплопроводности, который выражается уравнением:

 

где R-коэффициент теплопроводности; t1 - температура поверхности стенки, воспринимающей тепло в °С; t2 - температура поверхности стенки, отдающей тепло в °С; δ - толщина стенки в м; F- поверхность, перпендикулярная направлению теплового потока (то же, что площадь сечения потока тепла) в м²; τ - время в с.

По уравнению следует, что количество тепла, переданного теплопроводностью, пропорционально коэффициенту теплопроводности, разности температур воспринимающих тепло стенок, площади сечения, времени и обратно пропорционально толщине стенки.

Из приведенного уравнения легко определяется размерность:

 

г. е. коэффициент теплопроводности означает количество тепла в джоулях, проходящее через стенку толщиной 1 м в течение 1 с при разности температур в 1 ⁰С и поверхности в 1 м².

Коэффициент теплопроводности зависит от природы материала (среды). Коэффициенты теплопроводности находятся в следующих пределах:

 

Металлы по величине коэффициента теплопроводности располагаются в следующем порядке: серебро - 420, медь - 370, алюминий - 200, чугун - 62, никель - 58, углеродистая сталь - 45, свинец - 35, нержавеющая сталь- 12-23 Дж/м (с-град). Их теплопроводность возрастает с увеличением температуры. У жидкостей этот коэффициент с повышением температуры уменьшается (кроме воды и глицерина), у газов- возрастает с повышением температуры.

27.06.2015