Теплопровідність і теплоємність матеріалів - матеріали і властивості

теплопровідність

Теплопровідність - здатність матеріалу проводити тепловий потік через свою товщину при наявності різниці температур на поверхнях, що обмежують матеріал. Показником теплопровідності є коефіцієнт теплопровідності # 955 ;. Іноді теплопровідність висловлюють величиною, зворотної # 955;, - термічним опором (R = 1 / # 955;).

Коефіцієнт теплопровідності залежить від природи матеріалу, його будови, пористості і вологості. Матеріал кристалічного будівлі зазвичай більш теплопроводен в порівнянні з матеріалом аморфного будови. Коефіцієнт теплопровідності шаруватих (шаруваті пластики) і волокнистих (деревина) матеріалів істотно залежить від напрямку теплового потоку по відношенню до верствам або волокнам. Так, у деревини уздовж волокон він приблизно вдвічі більше, ніж поперек.

величина # 955; тим більше, чим більше часу в матеріалах. Коефіцієнт знижується зі зменшенням середньої щільності однорідних матеріалів, причому найменшу теплопровідність мають матеріали з розвиненою пористістю і невеликою вологістю. При зволожень матеріалу теплопровідність його збільшується, так як коефіцієнт теплопровідності води приблизно в 25 разів більше, ніж повітря. Нижче наводяться коефіцієнти теплопровідності різних матеріалів, Вт / (м · ° С); для порівняння даються значення # 955; води і повітря:

бетон важкий ............. 1,28-1,55

цегла глиняний .......... 0,70-0,85

вздовж волокон 0,30

поперек волокон 0,17

мінеральна вата 0,06-0,09

бетон теплоізоляційний. 0,03-0,08

вода ... ... 0,599

Теплопровідність має практичне значення при виборі матеріалів для зовнішніх стін, перекриттів і покриттів будівель, ізоляції тепломереж, холодильників, котлів і т. П.

теплоємність

Теплоємність - властивість матеріалу поглинати тепло при нагріванні і віддавати при охолодженні. Ставлення теплоємності до одиниці кількості матеріалу (за масою або об'ємом) називається питомою теплоємністю, яка чисельно дорівнює кількості тепла (в Дж), необхідному для нагрівання I кг матеріалу на I ° С. Питома теплоємність, кДж / (кг - ° С), наведених нижче матеріалів становить:

алюмінієві сплави 0,90

природні кам'яні матеріали 0,75-0,93

бетон важкий 0,80-0,92

Теплоємність враховують при визначенні теплотривкості зовнішніх огороджень опалювальних будівель (потрібні матеріали з найбільш високою питомою теплоємністю), при розрахунку підігріву складових бетону і розчину, також мастик для робіт в зимовий час і т. П.

теплове розширення

Теплове розширення - властивість матеріалу змінювати обсяг і розміри при нагріванні. Кількісно характеризується коефіцієнтами об'ємного і лінійного розширення. Коефіцієнт об'ємного розширення дорівнює відносного збільшення обсягу матеріалу, а коефіцієнт лінійного розширення - відносного збільшення його довжини при нагріванні на 1 ° С. Жорстке з'єднання декількох матеріалів з різними коефіцієнтами теплового розширення може викликати в конструктивному елементі значні за величиною напруги, які приведуть до його викривлення і розтріскування. При великому зміні розмірів матеріалу через коливання температури може статися його руйнування.

Вогнестійкість - здатність матеріалу протистояти дії вогню і високих температур під час пожежі. За ступенем вогнестійкості всі матеріали ділять на вогнетривкі, вогнестійкими і спаленні.

Під дією вогню або високої температури матеріали поводяться по-різному: вогнетривкі (природні кам'яні матеріали, бетон, цегла, сталь і т. П.) Не запалюються, що не тліють і не обвуглюються; важкозгораємі (фіброліт, асфальтовий бетон, деревина, просочена вогнезахисними складами) ніяк не спалахують, тліють або обвуглюються в присутності джерела вогню; спаленні (незахищена деревина, повсть, руберойд, більшість полімерних матеріалів) спалахують і продовжують горіти після видалення джерела вогню. Причому з числа вогнетривких одні матеріали (цегла глиняний, черепиця, більшість бетонів) практично не деформуються і не розтріскуються, інші - значно деформуються (сталь), а деякі руйнуються (граніт, мармур, вапняк).

При оцінці вогнестійкості матеріалів необхідно також враховувати спільну дію високої температури, води та інших рідин, використовуваних при гасінні пожежі, а також хімічних речовин і газів, що виділяються з деяких матеріалів (особливо полімерних).

Вогнетривкість - властивість матеріалу витримувати, що не розплавляючись і не деформуючись, тривалий вплив високих температур. За ступенем вогнетривкості матеріали підрозділяють на вогнетривкі, тугоплавкі і легкоплавкі: вогнетривкі (наприклад, шамотна цегла) витримують тривалий вплив температури понад 1580 ° C (використовують для внутрішнього облицювання промислових печей), тугоплавкі (гжельский цегла) витримують температуру 1350-1580 ° С, легкоплавкі (цегла глиняна звичайна) протистоять температурі нижче 1350 ° С.

Електропровідність - здатність матеріалу проводити електричний струм. Вона залежить від зворотного електропровідності властивості - електричного опору. Очевидно, що чим менше питомий електричний опір матеріалу, тим краще він проводить електричний струм. Залежно від цього показника всі матеріали підрозділяють на провідники, напівпровідники і ізолятори. До провідникам відносяться срібло, мідь і її сплави, алюміній, сталь. Добрими ізоляторами є гума, азбест, фарфор, скло, пластичні маси. Напівпровідники (кремній, миш'як і ін.) Займають проміжне положення між провідниками і ізоляторами; в звичайних умовах вони слабо проводять електричний струм. Напівпровідники широко застосовуються в різних галузях народного господарства, зокрема для регулювання сили струму і напруги, перетворення одного виду енергії в інший.

Електропровідність і відповідно електричний опір матеріалів враховують при оцінці якості і виборі шнурів, дротів, кабелів, електроустановочних і інших виробів.

Колір матеріалів - це певне зорове відчуття, яке викликається в результаті впливу на око потоків електромагнітного випромінювання в діапазоні видимої частини спектра. У загальному випадку колір матеріалу пов'язаний з його забарвленням, властивостями поверхні і оптичними властивостями джерел світла. Колір відіграє велику роль при виборі облицювальних та оздоблювальних матеріалів.

Структура - будова матеріалу, певне поєднання його складових частин. У структурі матеріалів розрізняють структуру гірської породи, структуру металу і ін.

Фактура (від латинського фактура - обробка, будова) - видиме будова поверхні матеріалу. Розрізняють дві групи фактур: рельєфні (з різною висотою і різноманітним характером рельєфу) і гладкі (від дзеркально-блискучих до шероховато-рівних).

Колір, структура і фактура різних матеріалів більш детально розглянуті при їх характеристиці в відповідних розділах книги.