Теплопроводность

Теплопроводность – это теплообмен, при котором перенос тепловой энергии в неравномерно нагретой среде имеет атомно-молекулярный характер (не связан с макроскопическим движением среды). В газах перенос энергии осуществляется хаотически движущимися молекулами, в металлах – в основном электронами проводимости, в диэлектриках – за счет связанных колебаний частиц, образующих кристаллическую решетку.

При одинаковости физических свойств тела (среды) по всем направлениям (изотропность среды) справедлив закон Фурье, согласно которому вектор плотности теплового потока (, Вт/м²) пропорционален и противоположен по направлению градиенту температуры

( 3.6)

где λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К).

Наибольшие значения λ имеют металлы, а наименьшие газы. Например:

- сталь – 63 Вт/(м·К);

- латунь – 100 Вт/(м·К);

- алюминий – 200 Вт/(м·К);

- медь – 392 Вт/(м·К);

- серебро - 455 Вт/(м·К);

- вода (жидкость)– 0,53 Вт/(м·К);

- воздух (газ) – 0,025 Вт/(м·К);

Уравнение (3.6) с учетом однослойной стенки можно представить в следующем виде:

,

где s/λ=R_λ – термическое сопротивление материала стенки; обратная величина 1/R_λ называется тепловой проводимостью.

Для многослойных стенок тепловой поток определяется по выражению

.

На рис.3.11 графически показано изменение температуры в многослойной стенке при воздействии теплового потока с лева на право.