реферат теплопровідність

1 Закон теплопровідності Фур'є
- 1.1 Коефіцієнт теплопровідності вакууму
- 1.2 Зв'язок з електропровідністю
2 Узагальнення закону Фур'є
3 Коефіцієнти теплопровідності різних речовин Примітки

Не слід плутати з термічним опором.

Теплопровідність - це перенесення теплової енергії структурними частинками речовини (молекулами, атомами, іонами) в процесі їх теплового руху. Такий теплообмін може відбуватися в будь-яких тілах з неоднорідним розподілом температур, але механізм перенесення теплоти буде залежати від агрегатного стану речовини. Явище теплопровідності полягає в тому, що кінетична енергія атомів і молекул, яка визначає температуру тіла, передається іншому тілу при їх взаємодії або передається з більш нагрітих областей тіла до менш нагрітих областей. Іноді теплопровідністю називається також кількісна оцінка здатності конкретної речовини проводити тепло.

Чисельна характеристика теплопровідності матеріалу дорівнює кількості теплоти, що проходить через матеріал товщиною 1 м і площею 1 кв.м за одиницю часу (секунду) при різниці температур на двох протилежних поверхнях в 1 К. Дана чисельна характеристика використовується для розрахунку теплопровідності для калібрування і охолодження профільних виробів .

Історично вважалося, що передача теплової енергії пов'язана з перетіканням теплорода від одного тіла до іншого. Однак більш пізні досліди, зокрема, нагрів гарматних стволів під час свердління, спростували реальність існування теплорода як самостійного виду матерії. Відповідно, в даний час вважається, що явище теплопровідності обумовлено прагненням зайняти стан ближче до термодинамічної рівноваги, що виражається у вирівнюванні температури.

1. Закон теплопровідності Фур'є

У сталому режимі потік енергії, що передається за допомогою теплопровідності, пропорційний градієнту температури:

де - вектор потоку тепла - кількість енергії, що проходить в одиницю часу через одиницю площі, перпендикулярної кожної осі, - коефіцієнт теплопровідності (іноді званий просто теплопровідністю), T - температура. Мінус в правій частині показує, що тепловий потік спрямований протилежно вектору grad T (тобто в бік якнайшвидшого зменшення температури). Цей вислів відомо як закон теплопровідності Фур'є.

У інтегральної формі це ж вираз запишеться так (якщо мова йде про стаціонарному потоці тепла від однієї грані паралелепіпеда до іншої):

де P - повна потужність теплових втрат, S - площа перетину паралелепіпеда, ΔT - перепад температур граней, h - довжина паралелепіпеда, тобто відстань між гранями.

Коефіцієнт теплопровідності вимірюється в Вт / (м · K).

1.1. Коефіцієнт теплопровідності вакууму

Коефіцієнт теплопровідності вакууму майже нуль (чим глибше вакуум, тим ближче до нуля). Це пов'язано з низькою концентрацією в вакуумі матеріальних частинок, здатних переносити тепло. Проте, тепло в вакуумі передається за допомогою випромінювання. Тому, наприклад, для зменшення тепловтрати стінки термоса роблять подвійними, сріблять (така поверхня краще відбиває випромінювання), а повітря між ними відкачують.

1.2. Зв'язок з електропровідністю

Зв'язок коефіцієнта теплопровідності K з питомою електричну провідність σ в металах встановлює закон Видемана - Франца:

де k - постійна Больцмана, e - заряд електрона.

2. Узагальнення закону Фур'є

Слід зазначити, що закон Фур'є не враховує інерційність процесу теплопровідності, тобто в даній моделі зміна температури в якійсь точці миттєво поширюється на все тіло. Закон Фур'є не застосовують для опису високочастотних процесів (і, відповідно, процесів, чиє розкладання в ряд Фур'є має значні високочастотні гармоніки). Прикладами таких процесів є поширення ультразвуку, ударні хвилі і т. Д. Інерційність в рівняння переносу першим ввів Максвелл [1]. а в 1948 році Каттанео був запропонований варіант закону Фур'є з релаксаційним членом: [2]

Якщо час релаксації τ дуже малий, то це рівняння переходить в закон Фур'є.

3. Коефіцієнти теплопровідності різних речовин

Квітка на шматку аерогеля над пальником Бунзена