Закон Фурье
1.2.. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности
. Теплота в теле самопроизвольно переходит через изотермическую поверхность в направлении более низкой температуры. Интенсивность теплообмена количественно характеризуется плотностью теплового потока q.
Плотностью теплового потока q называется количество теплоты, проходящей через единицу поверхности в единицу времени:
q =Q/(Ft), ~джм2сек или втм2.
Французский ученый Ж. Б. Фурье в 1807 г. установил, что плотностью теплового теплового потока пропорциональна градиенту температуры.
Так как теплота распространяется в сторону понижения температуры, а градиент направлен в сторону ее возрастания, то в формуле, выражающей закон Фурье, стоит знак минус:
q = -λ
= - λ gradt (1.1)
Коэффициент пропорциональности λ называется коэффициентом теплопроводности и имеет размерность вт/м-град и. Коэффициент теплопроводности зависит от физических свойств вещества: структуры тела, его объемного веса, влажности, химического состава, давления, температуры. В технических расчетах величину λ берут из справочных таблиц, причем необходимо; чтобы условия, для которых приведено в таблице значение коэффициента теплопроводности, соответствовали условиям рассчитываемой задачи.
|
Рнс. 1.3. Влияние температуры Рекомендуемые материалыFREE Маран Программная инженерия Техническое задание -9% КМ-3. ИДЗ-1 + КМ-4. ИДЗ 2 + КМ-5. ИДЗ-3 - Выполнение всех лаб по СПО в кратчайшие сроки! -10% КМ-2. Комбинационные функциональные узлы и устройства. Лабораторная работа (DEEDS) полная + файлы - Вариант 2 (2024! новая редакция) КМ-4. Анализ организационной структуры предприятия. + КМ-5. Анализ бизнес-процесса предприятия. -22% КМ-2. Разработка простейших консольных программ с использованием ООП + КМ-4. Более сложные элементы ООП - под ключ! на коэффициент теплопроводности металлов
Рис.1.5. Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры некоторых газов. 1- водяной пар, 2- кислород, 3- воздух, 4- азот, 5- аргон. |
|
Рис. 1.6 Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры для некоторых изоляционных и огнеупорных материалов. 1 — воздух; 2 — минеральная «шерсть» r = 160 кг/м3; 3 — шлаковая вата, r = 200 кг/м3; 4 — ньювель. r = 340 кг/ м3; 5 — совелит. r — 440 кг/ м3; 6 — диатомовый кирпич, r = 650 кг/ м3; 7 — красный кирпич, r — 1672 кг/ м3, 8 — шлакобетонный кирпич, r = 1373 кг/ м3, 9 — шамотный кирпич, r — 1840 кг/ м3. |
. Особенно сильно коэффициент теплопроводности λ зависит от температуры. Для большинства материалов, как показывает опыт, эта зависимость может быть линейной.
λ = λ 0(1+βt), 1.2.
Коэффициент теплопроводности газов, в особенности паров, сильно зависит от давления. Численное значение коэффициента теплопроводности для разных веществ меняется в очень широких пределах — от 425 вт/м • град у серебра, до величин порядка 0,01 вт/м град у газов. Таблица 1.1.
Теплофизические характеристики различных материалов.
Плотность (ρ ), массовая теплоемкость при р – соnst (Cp) и коэффициент теплопроводности (λ) различных материалов.
| Наименование материала | t o C | ρ кг/м3 | Cp Дж/(кг К) | λ Вт/(м К) |
| Металлы и сплавы | ||||
| Алюминий | 0 | 2700 | 0,896 | 209 |
| Латунь | 20 | 8500 | 0,392 | 109 |
| Медь | 0 | 8930 | 0,388 | 390 |
| Серебро | 0 | 10500 | 0,234 | 419 |
| Сталь углеродистая | 20 | 7830 | 0,494 | 45-50 . |
| нержавеющая | 20 | 7860 | 0,494 | 16-20 |
| Чугун | 20 | 7220 | 0,502 | 63 |
| Строительные и теплоизоляционные материалы | ||||
| Асбест листовой | 30 | 770 | 0,816 | 0,116 |
| Бетон | 20 | 2300 | 1,13 | 0,279 |
| Древесина (поперек волокон): | ||||
| дуб | 20 | 800 | 1,76 | 0,207 |
| сосна | 20 | 448 | 2,7 | 0,107 |
| Кирпич красный | 0 | 1800 | 0,879 | 0,77 |
| огнеупорный | 0 | 1900 | 0,837 | 0,814 |
| Минеральная вата | 50 | 200 | 0,921 | 0,047 |
| Пенопласт | 30 | 200 | 0,058 | |
| Стекло | 20 | 2500 | 0,67 | 0,744 |
| Вата стеклянная | 20 | 200 | 0,046 | |
| шлаковая | 100 | 250 | 0,07 | |
| Вода и газы | ||||
| Вода | 0 | 999.9 | 4,212 | 0,551 |
| Воздух (сухой) | 0 | 1,293 | 1,005 | 0,0244 |
| Дымовые газы | 0 | I,295 | I,042 | 0,0228 |
Это объясняется тем, что механизм передачи теплоты теплопроводностью в различных физических средах различен.
"24 Патофизиология системы дыхания" - тут тоже много полезного для Вас.
Металлы имеют наибольшие величину коэффициента теплопроводности. Передача теплоты в них во многом определяется передачей тепловой энергии электронами ( «электронным газом» ). Как электропроводность, так и теплопроводность металлов уменьшается с ростом температуры и резко снижается при наличии в них примесей и легирующих элементов. Так, теплопроводность чистой меди равна 390 вт/м • град, меди со следами мышьяка - 140 вт/м • град. Теплопроводность чистого железа 70 вт/м • град, стали с 0,5% углерода - 50 вт/м град, легированной стали с 18% хрома и 9% никеля- только 16 вт/м град. Зависимость теплопроводности некоторых металлов от температуры показана на рис. 1.3
Газы имеют низкую теплопроводность (порядка 0,01—1 вт/м • град), которая сильно возрастает с ростом температуры.
Коэффициент теплопроводности капельных жидкостей выше, чем у газов, но ниже, чем у твердых тел и лежит в пределах от 0,1 до 0,7вт/м град.
У различных строительных материалов в интервале температур от 0 до 100 оС коэффициент β в выражении λ равен 0,0025. Для капельных жидкостей с повышением температуры теплопроводность убывает. Исключение составляют лишь вода и глицерин. У газов с повышением температуры теплопроводность возрастает и практически не зависит от давления, за исключением очень высоких (более 200 МПа) и очень низких (менее 0,003 МПа) давлений. На теплопроводность влияют общая пористость материала, размер и
степень замкнутости пор.
Для пористых материалов теплопроводность находится в обратной зависимости от их общей пористости и в прямой от размеров пор. Это объясняется увеличением передачи теплоты конвекцией и излучением в общем процессе теплообмена пористого материала и свидетельствует о том, что теплоизоляционные материалы, используемые при высоких температурах, должны иметь мелкопористое строение. Поры, сообщающиеся между собой и с поверхностью материала, создают более благоприятные условия для увлажнения материала и тем самым увеличивая теплопроводности, поэтому теплоизоляционные материалы должны иметь по возможности замкнутые поры Для пористых материалов λ является условной величиной, так как наличие пор в материале не позволяет рассматривать eгo как сплошное тело. Поэтому λ пористых материалов осредненной характеристикой, представляет собой теплопроводность эквивалентного однородного тела, через которое при одинаковых форме, размерах , температypax на границе eгo поверхности с окружающей средой передается та же тепловая мощность, что и через пористое тело.
