Loading AI tools
Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przewodność cieplna (właściwa), przewodnictwo cieplne (właściwe), współczynnik przewodzenia ciepła, współczynnik przewodności cieplnej, współczynnik przewodnictwa cieplnego (symbol: lub k) – właściwość fizyczna ciała opisująca zdolność substancji do przekazywania energii wewnętrznej przez przewodzenie ciepła. W tych samych warunkach więcej ciepła przepłynie przez substancję o większej przewodności cieplnej.
Dla ustalonego przepływu ciepła przez ciało w kształcie prostopadłościanu, które nie gromadzi ani nie wydziela ciepła, przewodzącego ciepło między przeciwległymi ściankami, ilość przekazanej energii cieplnej jest proporcjonalna do powierzchni przekroju poprzecznego przegrody różnicy temperatur w kierunku przewodzenia ciepła, czasu przepływu ciepła oraz jest odwrotnie proporcjonalna do grubości przegrody czyli
gdzie: – współczynnik przewodności cieplnej.
Z powyższego wynika wzór:
Jednostką współczynnika przewodzenia ciepła w układzie SI jest
Współczynnik ten zależy od substancji, w której ciepło przepływa.
Wyżej wymienione wzory są prawdziwe dla wymiany ciepła odbywającej się tylko przez jednorodną przegrodę cieplną oraz w warunkach takich, że nie występuje ani promieniowanie cieplne, ani konwekcja (te ostatnie dwa zjawiska nie są proporcjonalne do różnicy temperatur, ale zależą od innych fizycznych parametrów ciał).
W technice, szczególnie w budownictwie, model ten przyjmuje się dla przegród cieplnych w budowlach, w których oprócz przewodnictwa zachodzi na ich granicy konwekcja i promieniowanie.
Strumień ciepła, czyli iloraz ilości ciepła do czasu trwania jego przepływu, określony dla powyższych warunków, wyrażony jest przez równania różniczkowe:
gdzie: – gradient temperatury, czyli wektor, wskazujący na kierunek najszybszego spadku temperatury w danym punkcie:
W ośrodkach anizotropowych przewodzenie ciepła zależy od kierunku jego przepływu i może mieć inny kierunek niż gradient temperatury. Zależności takie dla stanu ustalonego można wyrazić przyjmując, że współczynnik przewodzenia ciepła jest tensorem drugiego rzędu[1].
Współczynnik przewodzenia ciepła nie jest wielkością stałą, zależy od takich czynników jak m.in.: struktura ciała, ciśnienie, temperatura, gęstość, czy też wilgotność. Przy czym przy przeprowadzaniu obliczeń z zakresu wymiany ciepła najistotniejsza jest znajomość zależności współczynnika od temperatury.
W ciałach stałych przewodzenie ciepła zachodzi poprzez ruch swobodnych elektronów (głównie dla metali) oraz drgania atomów w sieci krystalicznej (dla dielektryków). Największymi wartościami współczynnika przewodzenia ciepła charakteryzują się metale, które są najlepszymi przewodnikami elektryczności. Dla dielektryków wartość waha się w granicach od 0,02 do 3,0 W/(m·K). Dlatego też materiały te stosowane są jako izolacje cieplne.
Stosunkowe niskie wartości współczynnika posiadają gazy oraz ciecze, gdzie mechanizm przewodzenia ciepła opiera się na zderzeniach cząstek oraz dyfuzji. Z tego względu materiały stosowane do izolacji często posiadają pory wypełnione powietrzem lub innym gazem.
Przeprowadzając obliczenia inżynierskie, przyjmuje się uśrednione wartości współczynnika przewodzenia ciepła podawane w tablicach[2].
Materiał | Przewodność cieplna W/(m·K) |
---|---|
grafen | 4840–5300 |
diament | 900–2320 |
srebro | 429[4] |
miedź | 370–400[5][6][7] |
złoto | 317 |
stopy aluminium | 200 |
mosiądz | 110[8] |
nikiel | 90,7 |
stal | 58 |
żelbet | 1,7 |
gleba | 1,5 |
cegła | 0,8 |
woda | 0,6[9] |
gips | 0,51 |
drewno | 0,2 |
śnieg (suchy) | 0,05–0,25 |
słoma | 0,05–0,08 |
perlit ekspandowany | 0,040–0,047 |
wełna szklana | 0,030–0,042 |
wełna mineralna | 0,035–0,045 |
celuloza | 0,039[10] |
styropian | 0,036 |
polistyren ekstrudowany | 0,035 |
pianka poliuretanowa bez osłony | 0,035 |
pianka poliuretanowa w szczelnej osłonie | 0,025 |
powietrze (nieruchome) | 0,025 |
aerożel | 0,017[11] |
Uwaga: Podane współczynniki przewodności cieplnej obowiązują dla temperatury 20 °C i wilgotności względnej 50%.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.