Теплопровідність

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Теплопрові́дність — здатність речовини переносити теплову енергію, а також кількісна оцінка цієї здатності: фізична величина, що характеризує інтенсивність теплообміну в речовині, яка дорівнює відношенню густини теплового потоку до градієнта температури[1].

Загальний опис[ред.ред. код]

Явище теплопровідності полягає в тому, що кінетична енергія атомів й молекул, яка визначає температуру тіла, передається атомам і молекулам у тих областях тіла, де температура нижча.

Теплопровідність не єдиний шлях, яким тепло передається від тіла з вищою температурою, до тіла з нижчою температурою. Така теплопередача може також відбуватися за рахунок теплового випромінювання і конвекції. Різниця між теплопровідністю й конвекцією в тому, що при конвекції тепло переноситься разом із речовиною, а при теплопровідності переносу речовини немає.

При теплопровідності величина потоку тепла визначається різницею температури між різними областями тіла. Кількісно теплопровідність характеризується коефіцієнтом теплопровідності  \kappa , який входить в рівняння (закон Фур'є)

 \mathbf{q} = - \kappa \nabla T .

Тут  \mathbf{q}  — тепловий потік, T — температура,  \nabla  — оператор Гамільтона набла, яким позначається градієнт.

Коефіцієнт теплопровідності вимірюється у Вт/(м·K) або Вт·м-1·K-1.

Механізми теплопровідності[ред.ред. код]

Найбільшу теплопровідність мають речовини, в яких тепло переноситься вільними електронами, що зумовлено їхньою малою масою. Саме тому теплопровідність металів зазвичай висока. В нагрітій області речовини є більше електронів із високою енергією, вони легко мігрують в холодніші області, й втрачають там енергію, розсіюючись на коливаннях кристалічної ґратки. Діелектрики, наприклад, кераміка, мають меншу теплопровідність, що робить їх зручними для виготовлення посуду. В діелектриках, де немає вільних електронів, тепло передається повільнішими коливаннями атомів. Гази, наприклад, повітря, мають малу теплопровідність, зважаючи на невелику густину молекул і доволі нечасті зіткнення між ними. В газах тепло швидше переноситься через конвекцію.

З огляду на це, добрими теплоізолюючими властивостями характеризуються матеріали, в яких багато порожнин, заповнених повітрям: вовна, вата, пінопласт тощо.

Коефіцієнти теплопровідності різних середовищ[ред.ред. код]

Матеріал Теплопровідність
Вт/(м·K)
Графен (4840 440) - (5300 480)
Алмаз 1000-2600
Срібло 430
Мідь 390
Латунь 111
Золото 320
Алюміній 236
Платина 70
Кварц 8
Скло 1
Вода 0.6
Вовна 0.05
Повітря (300 K, 100 kPa) 0.026
Перліт спучений 0,08—0,095

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. ДСТУ 3518-97 Термометрія. Терміни та визначення.

Джерела[ред.ред. код]

  • Лабай В. Й. Тепломасообмін / В. Й. Лабай. – Львів: Тріада-Плюс, 1998. – 255 с.
  • Чепурний М. М. Основи технічної термодинаміки / М. М. Чепурний, С. Й. Ткаченко – Вінниця : Поділля-2000, 2004. – 358 с.