Теплопроводность газов

Теплопроводность газов

Теплопроводность газов в зависимости от температуры и давления

В таблице приведены значения теплопроводности газов в зависимости от температуры и давления.
Значения теплопроводности указаны для температуры в интервале от 20 К (-253 °С) до 1500 К (1227 °С) и давлении от 1 до 1000 атмосфер.

Следует отметить, что теплопроводность газов при росте температуры и давления увеличивается. Например, теплопроводность газа аммиака при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении составляет величину 0,024 Вт/(м·град), а при его нагреве на 300 градусов, теплопроводность увеличивается до значения 0,067 Вт/(м·град). Если увеличивать давление этого газа до 300 атмосфер, то значение теплопроводности станет еще выше и будет иметь значение 0,108 Вт/(м·град).

Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана с множителем 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

Теплопроводность неорганических газов в зависимости от температуры

В таблице даны значения теплопроводности неорганических газов в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении. Значения теплопроводности газов указаны при температуре от 80 до 1500 К (-193…1227 °С).

В таблице приведена теплопроводность следующих газов: закись азота N2O, сера шестифтористая SF6, оксид азота NO, сероводород H2S, аммиак NH3, серы диоксид SO2, водяной пар H2O, диоксид углерода CO2, пар тяжелой воды D2O, оксид углерода CO, воздух.

Следует отметить, что теплопроводность неорганических газов увеличивается с ростом температуры газа.

Примечание: Теплопроводность газов в таблице указана с множителем 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

Теплопроводность органических газов в зависимости от температуры

В таблице указаны значения теплопроводности органических газов и паров некоторых жидкостей в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении. Значения теплопроводности газов приведены в таблице в интервале температуры от 120 до 800 К.

Как видно по данным таблицы, значение теплопроводности органических газов также увеличивается с ростом температуры газа.

Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана с множителем 10 3 . Не забудьте разделить на 1000! Например, теплопроводность пара ацетона при температуре 400 К (127°С) равна 0,0204 Вт/(м·град).

Источник:
Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

Источник:
http://thermalinfo.ru/svojstva-gazov/gazy-raznye/teploprovodnost-gazov

Коэффициент теплопроводности газа

Общие сведения о теплопередаче

Теория теплопередачи выделяет три вида передачи тепла в пространстве (или теплообмена):

  • теплопроводность;
  • конвекция;
  • термоизлучение.

Теплопроводность – это молекулярный процесс, который характеризуется передачей тепла при непосредственном соприкосновении тел с разницей температур за счёт обмена энергией движения структурных частиц.

Конвекция – это движение в пространстве частей среды с разницей температур, причём за счёт переноса самой среды.

Термоизлучение – это теплообмен посредством электромагнитного излучения.

Часто наблюдается совместное протекание всех процессов вместе.

Способность вещества проводить тепло зависит от интенсивности теплового движения его микрочастиц в случаях, когда возникновение конвективных механизмов невозможно. Этот вид теплообмена возникает при разной температуре соприкасающихся веществ.

Совокупность тепловых значений в различных точках вещества называют температурным полем. Такое поле может быть стационарным – если тепловой показатель всех точек не изменяется с течением времени. И стационарным – при изменяющейся температуре в точках в течение какого-нибудь промежутка времени.

Понятие коэффициента теплопередачи

С точки зрения физики явление передачи тепла можно объяснить стремлением любой системы занять положение равновесия, при котором затраты энергии будут минимальными. Система, выведенная из равновесия посредством теплового изменения какой-либо её части, стремится в кратчайшее время восстановить равновесие, выравнивая температуру в разных точках. Микрочастицы переносят тепло, выравнивая температурный показатель– это и есть теплопередача.

Явление переноса тепла мы наблюдаем в твёрдых телах, в жидкостях и в меньшей мере – в газах.

Возьмём некий объём идеального газа, заключённый между двумя плоскими стенками. При различающейся температуре этих стенок Т1 и Т2 для каждой из них соответственно, создастся тепловой поток микрочастиц, который переносит тепло от более тёплой стенки к более холодной, выравнивая разницу температур. На этом явлении строится, например, утепляющий эффект окна. Стёкла имеют высокую способность передавать тепло, но заключённый между ними воздух является проводником тепла, в 160 худшим, чем стекло.

Коэффициент теплопередачи – это величина, которую нам помогает вычислить полуэмпирическая формула, она характеризует способность вещества переносить определённое количество тепла за единицу времени.

Для различного рода расчётов существует таблица теплопроводности материалов, поскольку это имеет огромное практическое значение. От этой величины зависит, как можно использовать вещество – как термоизолятор или как теплопроводник.

Коэффициент теплопроводности газов в природе

Формула говорит о том, что идеальный газ прямо пропорционален температуре.То же самое мы наблюдаем у метана, углекислоты, гелия и других природных веществ.

В таблице 1 приведены коэффициенты теплопередачи различных веществ при разных температурах.

Исследования способности проводить тепло в различных условиях проводились, как правило, на примере метана и углекислоты. Это объясняется тем, исследования метана, как самого распространённого в природе, представляют большой интерес. Использование же в экспериментах углекислоты объясняется дешевизной и тем, что её свойства заметно отличаются от свойств прочих природных веществ.

Коэффициент теплопередачи идеального газа не зависит от давления. Способность переносить тепло у природных веществ при различных показаниях давления в умеренном диапазоне тоже будет практически одинаковой. Но это справедливо, если речь идёт не о вакууме или не о слишком высоких давлениях. При крайне низких или крайне высоких давлениях теплопроводность газа будет расти вместе с уровнем теплоты.

В таблице 2 мы видим значения коэффициента теплопроводности для различных газов. Обратите внимание, что величина коэффициента заметно отличается – например, у метана она практически в два раза больше, чем у углекислого газа. Это говорит о том, что применение углекислого газа в качестве термоизолятора будет более обоснованным, чем применение метана или любого другого газа с высокой способностью передавать тепло.

Общие сведения о теплопередаче Теория теплопередачи выделяет три вида передачи тепла в пространстве (или теплообмена): теплопроводность; конвекция; термоизлучение. Теплопроводность – это молекулярный процесс, который характеризуется передачей тепла при непосредственном соприкосновении…

Источник:
http://mynovostroika.ru/koefficient_teploprovodnosti_gazov

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ В ГАЗАХ

Пенза 2000

Содержат основные сведения о явлении теплопроводности в газах. Опи­са­ны физические величины, характеризующие теплопроводность. Дано теоре­ти­ческое обоснование и изложена методика определения коэффициента тепло­проводности газа методом нагретой нити.

Методические указания подготовлены на кафедре физики и предназначены для использования студентами всех специальностей при выполнении лабо­раторных работ по курсу “Общая физика”.

архитектурно-строительная академия, 2000

Цель работы

Изучение теплопроводности как одного из явлений переноса в га­зах; освоение методики определения коэффициента тепло­провод­ности газа.

Установка для определения коэффициента теплопроводности воздуха ФПТ1-3.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ В ГАЗАХ

Из второго начала термодинамики следует, что во всякой изоли­рованной (т.е. не испытывающей никаких внешних воздействий) системе самопроизвольно протекают только такие процессы, кото­рые приводят ее в состояние, не изменяющееся в дальнейшем с те­че­нием времени. Такое состояние термодинамической системы назы­вается тепловым равновесием. Например, тепло всегда переходит от горячего тела к холодному, пока температуры обоих тел не станут одинаковыми, то есть пока не установится тепловое равновесие.

Если в газе существует пространственная неоднородность плот­ности, температуры или скорости движения отдельных его слоев, то на хаотическое тепловое движение молекул накладывается их упо­рядоченное движение. При этом возникают потоки вещества, энер­гии или импульса. В результате происходит самопроизвольное вы­ра­в­нивание параметров газа. Эти потоки являются физической осно­вой так называемых явлений переноса. К явлениям переноса от­­но­сятся диффузия, теплопроводность и внутреннее трение (вяз­кость). Диффузия обусловлена переносом массы, а внутреннее тре­ние – переносом импульса молекул.

Рассмотрим более подробно теплопроводность. Это явление воз­никает при наличии разности температур, обусловленной внешними причинами. Теплопроводность газа заключается в непосредственной передаче кинетической энергии хаотического молекулярного дви­жения от одних молекул к другим при их соударениях.

Читайте также  Лимончелло рецепт на водке: в домашних условиях с фото

Если значения температуры различных слоев газа отличаются друг от друга, то и значения средней кинетической энергии также будут разными. Молекулы, движущиеся из более нагретых частей объема газа, попадая в менее нагретые слои и сталкиваясь с молекулами, имеющими меньшие скорости, передают им часть своей энергии. Так, молекулы из менее нагретых слоев газа уве­ли­чивают свою энергию. Этим объясняется передача тепла в направ­ле­нии убывания температуры. Этот процесс не сопровождается макро­скопическим движением среды.

Для простоты рассмотрим одномерное явление тепло­провод­нос­ти. В этом случае определяющие ее физические величины зависят толь­ко от одной координаты (например координаты ). Пред­поло­жим, что газ заключен между двумя параллельными поверхнос­тя­ми, имеющими температуры и (рис.1).

Если эти температуры под­дер­живать постоянными, то через газ установится стаци­о­нар­ный (т.е. неизменный во времени) поток теплоты. На­правим ось перпендику­ляр­но к этим поверхностям. Не­од­но­родность в пространстве зна­чений температуры может быть задана с помощью градиента. Градиент – это вектор, харак­те­ризующий изменение физи­чес­кой величины (в данном случае температуры) при перемещении на единичную длину и направленный в сторону наиболее быстрого ее возрастания. Таким образом, вдоль оси будет иметь место градиент температуры . Количество теплоты , передаваемое вследствие теплопроводности за время через поверхность пло­щадью , расположенную перпендикулярно оси , опре­деляется за­коном Фурье:

, (1.1)

Знак минус показывает, что перенос тепла происходит в на­правлении убывания температуры.

Количество теплоты, переносимое через поверхность площадью за одну секунду, называется тепловым потоком:

.

Из формулы (1.1) следует, что

.

Отсюда видно, что коэффициент теплопроводности численно ра­вен количеству теплоты, проходящему через единицу площади по­верхности за единицу времени при градиенте температуры, равном единице.

Выведем размерность этой физической величины:

.

Коэффициент теплопроводности показывает, насколько быстро вы­равнивается температура различных точек газа. Чем больше коэф­фициент теплопроводности, тем скорее наступает состояние теп­лового равновесия. Коэффициент теплопроводности зависит от агрегатного состояния вещества, его атомно-молекулярного строе­ния, температуры, давления и состава. В анизотропных средах он зависит от направления распространения тепла.

Наилучшие проводники тепла – твердые тела, в особенности металлы. Влияние давления на теплопроводность твердых тел с хорошей степенью точности описывается линейной зависимостью. У многих металлов и минералов теплопроводность растет с ростом давления. В процессе плавления металлов теплопроводность, как правило, падает скачком при температуре плавления.

Жидкости обычно проводят тепло намного хуже твердых тел. Так, коэффициент теплопроводности воды при температуре 0 0 С со­ставляет 0,55 , а льда 2,21 . Как правило, теплопро­вод­ность жидкостей убывает с ростом температуры и слабо возрастает с ростом давления.

Газы обладают наименьшей теплопроводностью по сравнению с жидкостями и твердыми телами. Например, при 20 0 С коэффициент теплопроводности углекислого газа равен 0,0162 , водорода 0,175 , воздуха 0,0257 .

Выведем формулу для нахождения коэффициента теп­ло­проводности идеального газа. Выделим элементарную площадку , расположенную перпендикулярно оси (см. рис. 1).

В соответствии с формулой (1.1) элементарное количество теп­лоты , переносимое молекулами через площадку за время , равно

. (1.2)

Учтем, что до площадки долетают только те молекулы, кото­рые находятся от нее не дальше длины свободного пробега моле­кулы газа . Средняя длина свободного пробега – это среднее рас­с­тояние, которое пробегает молекула между двумя после­до­ва­тельными столкновениями. Она вычисляется по формуле

,

Выберем на оси две точки А и В, расположенные по обе сто­роны площадки на расстояниях от нее, равных средней длине свободного пробега молекулы газа (см. рис.1). Будем считать, что температура в месте, где находится площадка, равна , а .

Тогда температура в точке А равна , а в точке В .

Найдем число молекул, проходящих за одну секунду через по­верхность . Поскольку процесс теплопроводности не сопро­вож­дается макроскопическим движением среды, количество молекул , пересекающих эту поверхность в единицу времени слева на­право и справа налево, будет одинаковым. Ввиду хаотичности теп­лового движения можно считать, что вдоль каждой из осей коор­динат (а значит, и вдоль оси ) движется со скоростью одна треть от общего количества молекул. Из них половина движется слева направо, а половина – справа налево.

Следовательно, количество молекул определяется по формуле

, (1.3)

Источник:
http://studopedia.ru/8_142299_teploprovodnost-v-gazah.html

Какая теплопроводность у газа

Количество переносимого тепла Q называется тепловым потоком; эту величину обычно относят к единице времени — часу. Тепловой поток, отнесенный к единице поверхности, называется удельным тепловым потоком, плотностью теплового потока, или тепловой нагрузкой поверхности нагрева q.

Величины Q, а также q являются вектором, за положительное направление которого принимают направление по нормали к изотермической поверхности в сторону уменьшения температуры, т. е. противоположно направлению вектора температурного градиента.

Связь между количеством тепла dQ, проходящим через элементарную площадку dF, лежащую на изотермической поверхности, в единицу времени, и температурным градиентом установил Фурье:

Удельный тепловой поток определяется соотношением:

Знак минус в правой части уравнений (1) и (2) указывает на то, что тепловой поток и температурный градиент, как векторы, имеют противоположные направления. Множитель пропорциональности λ называется коэффициентом теплопроводности. Коэффициент λ является физическим параметром вещества и характеризует способность его проводить тепло.

Из уравнения (2) следует, что коэффициент теплопроводности λ имеет размерность:

Следовательно, величина коэффициента теплопроводности определяет собой количество тепла, которое проходит в единицу времени через единицу изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице.

В общем случае коэффициент теплопроводности имеет различные значения для различных веществ. Для данного вещества коэффициент теплопроводности зависит от его физических характеристик, температуры, давления, влажности и структуры. Для веществ, имеющих практическое применение, не удалось установить аналитическую зависимость коэффициента теплопроводности от физических характеристик вещества. При инженерных расчетах значения коэффициента теплопроводности выбираются из справочных таблиц, составленных по опытным данным. На рисунке показаны пределы изменения коэффициента теплопроводности различных веществ.

Порядок величин коэффициента теплопроводности для различных веществ

Опыт показывает, что для материала определенной структуры и влажности, находящегося при атмосферном давлении, коэффициент теплопроводности зависит от температуры. Для многих материалов с достаточной для практики точностью зависимость коэффициента теплопроводности от температуры можно принять линейной:

где λо — значение коэффициента теплопроводности при температуре t;

b — постоянная, определяемая опытным путем.

Значения коэффициента теплопроводности газов находятся в пределах от 0,004 до 0,4 Вт×м -1 ×K -1 . С повышением температуры коэффициент теплопроводности идеальных газов увеличивается, а от изменения давления практически не зависит. Исключение составляют очень низкие (20 мм рт. ст.) и очень высокие (>2000 атм) давления. Наибольшие значения коэффициента теплопроводности у гелия и водорода (в 5 — 10 раз больше, чем у других газов). Это объясняется большой скоростью движения молекул гелия и водорода между очередными соударениями.

Коэффициент теплопроводности водяного пара и других реальных газов, существенно отличающихся от идеальных, заметно зависит от давления.

Для газовых смесей коэффициент теплопроводности необходимо определять опытным путем, так как закон аддитивности для коэффициента λ неприменим.

Коэффициент теплопроводности капельных жидкостей лежит примерно в пределах от 0,07 до 0,5 Вт×м -1 ×K -1 . С повышением температуры для большинства жидкостей коэффициент λ убывает, исключение составляют вода и глицерин. При увеличении давления коэффициент теплопроводности жидкостей возрастает.

Коэффициент теплопроводности металлов лежит в пределах от 1,72 до 310 Вт×м -2 . Наиболее теплопроводным металлом является серебро (λ = 310), затем красная медь (λ = 292), золото (λ = 224), алюминий (λ = 155) и т. д. При наличии примесей в металле коэффи-миенттеплопроводности уменьшается. Так, например, красная медь со следами мышьяка имеет λ = 105 Вт×м -1 ×K -1 . Для железа с 0,1% углерода λ = 39 Вт×м -1 ×K -1 , с 1,0% углерода λ = 29, с 1,5% углерода λ = 27 Вт×м -1 ×K -1 . Для закаленной углеродистой стали коэффициент теплопроводности на 10 — 25% ниже, чем для незакаленной. При повышении температуры значения коэффициента теплопроводности чистых металлов уменьшаются. Это объясняется тем, что с повышением температуры появляются тепловые неоднородности в металле, вызывающие усиление рассеивания электронов. В отличие от чистых металлов коэффициент теплопроводности сплавов увеличивается с ростом температуры.

Читайте также  Установка мансардных окон Velux (Велюкс) - что для этого нужно

Коэффициент теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов лежит в пределах от 0,02 до 2,1 Вт×м -1 ×K -1 , причем с повышением температуры он возрастает. Как правило, с увеличенном плотности материала коэффициент теплопроводности растет. Он зависит от структуры материала, его пористости и влажности. Наличие пор во многих строительных и теплоизоляционных материалах (кирпич, бетон, асбест, шлак и т. п.) не позволяет рассматривать их кик сплошную среду. Применение к таким телам закона Фурье является условным. Коэффициент теплопроводности порошкообразных и пористых тел в значительной степени зависит от плотности. Например, коэффициент теплопроводности асбеста при возрастании плотности от 400 до 800 кг/м 3 увеличивается от 0,08 до 0,18 Вт×м -1 ×K -1 . Такое положение объясняется тем, что с увеличением плотности материала уменьшается количество воздуха в порах, у которого коэффициент теплопроводности значительно меньше, чем у твердой части пористого тела. Для влажного материала коэффициент теплопроводности значительно больше, чем для сухого и для воды в отдельности. Это объясняется конвективным переносом тепла, возникающим вследствие капиллярного движения воды по пористому материалу, а также тем, что абсорбционно связанная влага имеет другие характеристики по сравнению со свободной водой.

Источник:
http://termo-systema.ru/index.php-option=com_content&view=article&id=63-lamda&catid=35-artikle-&Itemid=89.htm

Какая теплопроводность у газа

Теплопроводность газов в зависимости от температуры и давления

В таблице приведены значения теплопроводности газов в зависимости от температуры и давления.
Значения теплопроводности указаны для температуры в интервале от 20 К (-253 °С) до 1500 К (1227 °С) и давлении от 1 до 1000 атмосфер.

Следует отметить, что теплопроводность газов при росте температуры и давления увеличивается. Например, теплопроводность газа аммиака при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении составляет величину 0,024 Вт/(м·град), а при его нагреве на 300 градусов, теплопроводность увеличивается до значения 0,067 Вт/(м·град). Если увеличивать давление этого газа до 300 атмосфер, то значение теплопроводности станет еще выше и будет иметь значение 0,108 Вт/(м·град).

Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана с множителем 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

Теплопроводность неорганических газов в зависимости от температуры

В таблице даны значения теплопроводности неорганических газов в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении. Значения теплопроводности газов указаны при температуре от 80 до 1500 К (-193…1227 °С).

В таблице приведена теплопроводность следующих газов: закись азота N2O, сера шестифтористая SF6, оксид азота NO, сероводород H2S, аммиак NH3, серы диоксид SO2, водяной пар H2O, диоксид углерода CO2, пар тяжелой воды D2O, оксид углерода CO, воздух.

Следует отметить, что теплопроводность неорганических газов увеличивается с ростом температуры газа.

Примечание: Теплопроводность газов в таблице указана с множителем 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

Теплопроводность органических газов в зависимости от температуры

В таблице указаны значения теплопроводности органических газов и паров некоторых жидкостей в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении. Значения теплопроводности газов приведены в таблице в интервале температуры от 120 до 800 К.

Как видно по данным таблицы, значение теплопроводности органических газов также увеличивается с ростом температуры газа.

Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана с множителем 10 3 . Не забудьте разделить на 1000! Например, теплопроводность пара ацетона при температуре 400 К (127°С) равна 0,0204 Вт/(м·град).

Источник:
Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

Общие сведения о теплопередаче

Теория теплопередачи выделяет три вида передачи тепла в пространстве (или теплообмена):

  • теплопроводность;
  • конвекция;
  • термоизлучение.

Теплопроводность – это молекулярный процесс, который характеризуется передачей тепла при непосредственном соприкосновении тел с разницей температур за счёт обмена энергией движения структурных частиц.

Конвекция – это движение в пространстве частей среды с разницей температур, причём за счёт переноса самой среды.

Термоизлучение – это теплообмен посредством электромагнитного излучения.

Часто наблюдается совместное протекание всех процессов вместе.

Способность вещества проводить тепло зависит от интенсивности теплового движения его микрочастиц в случаях, когда возникновение конвективных механизмов невозможно. Этот вид теплообмена возникает при разной температуре соприкасающихся веществ.

Совокупность тепловых значений в различных точках вещества называют температурным полем. Такое поле может быть стационарным – если тепловой показатель всех точек не изменяется с течением времени. И стационарным – при изменяющейся температуре в точках в течение какого-нибудь промежутка времени.

Понятие коэффициента теплопередачи

С точки зрения физики явление передачи тепла можно объяснить стремлением любой системы занять положение равновесия, при котором затраты энергии будут минимальными. Система, выведенная из равновесия посредством теплового изменения какой-либо её части, стремится в кратчайшее время восстановить равновесие, выравнивая температуру в разных точках. Микрочастицы переносят тепло, выравнивая температурный показатель– это и есть теплопередача.

Явление переноса тепла мы наблюдаем в твёрдых телах, в жидкостях и в меньшей мере – в газах.

Возьмём некий объём идеального газа, заключённый между двумя плоскими стенками. При различающейся температуре этих стенок Т1 и Т2 для каждой из них соответственно, создастся тепловой поток микрочастиц, который переносит тепло от более тёплой стенки к более холодной, выравнивая разницу температур. На этом явлении строится, например, утепляющий эффект окна. Стёкла имеют высокую способность передавать тепло, но заключённый между ними воздух является проводником тепла, в 160 худшим, чем стекло.

Коэффициент теплопередачи – это величина, которую нам помогает вычислить полуэмпирическая формула, она характеризует способность вещества переносить определённое количество тепла за единицу времени.

Для различного рода расчётов существует таблица теплопроводности материалов, поскольку это имеет огромное практическое значение. От этой величины зависит, как можно использовать вещество – как термоизолятор или как теплопроводник.

Коэффициент теплопроводности газов в природе

Формула говорит о том, что идеальный газ прямо пропорционален температуре.То же самое мы наблюдаем у метана, углекислоты, гелия и других природных веществ.

В таблице 1 приведены коэффициенты теплопередачи различных веществ при разных температурах.

Исследования способности проводить тепло в различных условиях проводились, как правило, на примере метана и углекислоты. Это объясняется тем, исследования метана, как самого распространённого в природе, представляют большой интерес. Использование же в экспериментах углекислоты объясняется дешевизной и тем, что её свойства заметно отличаются от свойств прочих природных веществ.

Коэффициент теплопередачи идеального газа не зависит от давления. Способность переносить тепло у природных веществ при различных показаниях давления в умеренном диапазоне тоже будет практически одинаковой. Но это справедливо, если речь идёт не о вакууме или не о слишком высоких давлениях. При крайне низких или крайне высоких давлениях теплопроводность газа будет расти вместе с уровнем теплоты.

В таблице 2 мы видим значения коэффициента теплопроводности для различных газов. Обратите внимание, что величина коэффициента заметно отличается – например, у метана она практически в два раза больше, чем у углекислого газа. Это говорит о том, что применение углекислого газа в качестве термоизолятора будет более обоснованным, чем применение метана или любого другого газа с высокой способностью передавать тепло.

Общие сведения о теплопередаче Теория теплопередачи выделяет три вида передачи тепла в пространстве (или теплообмена): теплопроводность; конвекция; термоизлучение. Теплопроводность – это молекулярный процесс, который характеризуется передачей тепла при непосредственном соприкосновении…

Коэффициент теплопроводности газов связан с их коэффициентом внутреннего трения η и с удельной теплоемкостью при постоянном объеме с ν , уравнением k = 0,25 (9γ – 5)γсγ, где γ обозначает отношение cp/cv.

При обычных давлениях теплопроводность газов не зависит от давления, но онд возрастает при высоких и уменьшается при очень низких давлениях, например для воз­духа при давлениях около 0,001 мм Hg.

Читайте также  Схема подключения вентилятора охлаждения ВАЗ, 2 Схемы

Источник:
http://topsamoe.ru/kakaja-teploprovodnost-u-gaza/

Теплопроводность

Теплопрово́дность — это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела (или тел) к менее нагретым частям (или телам), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела ( атомами, молекулами, электронами и т.п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.

Численная характеристика теплопроводности материала равна количеству теплоты, проходящей через материал площадью 1 кв.м за единицу времени (секунду) при единичном температурном градиенте. Данная численная характеристика используется для расчета теплопроводности для калибрования и охлаждения профильных изделий.

Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием теплорода от одного тела к другому. Однако более поздние опыты, в частности, нагрев пушечных стволов при сверлении, опровергли реальность существования теплорода как самостоятельного вида материи. Соответственно, в настоящее время считается, что явление теплопроводности обусловлено стремлением объектов занять состояние более близкое к термодинамическому равновесию, что выражается в выравнивании температуры.

Содержание

Закон теплопроводности Фурье

В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:

где — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, коэффициент теплопроводности (иногда называемый просто теплопроводностью), — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad T (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье. [1]

В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):

где — полная мощность тепловых потерь, — площадь сечения параллелепипеда, — перепад температур граней, — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.

Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м·K).

Коэффициент теплопроводности вакуума

Коэффициент теплопроводности вакуума почти ноль (чем глубже вакуум, тем ближе к нулю). Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тем не менее, тепло в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому, например, для уменьшения теплопотери стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность лучше отражает излучение), а воздух между ними откачивают.

Связь с электропроводностью

Связь коэффициента теплопроводности с удельной электрической проводимостью в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:

где — постоянная Больцмана, — заряд электрона.

Коэффициент теплопроводности газов

Коэффициент теплопроводности газов определяется формулой [2]

Где: i — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5, для одноатомного i=3), k — постоянная Больцмана, M — молярная масса, T — абсолютная температура, d — эффективный диаметр молекул, R — универсальная газовая постоянная. Из формулы видно, что наименьшей теплопроводностью обладают тяжелые одноатомные (инертные) газы, наибольшей — легкие многоатомные (что подтверждается практикой, максимальная теплопроводность из всех газов — у водорода, минимальная — у радона, из не радиоактивных газов — у ксенона).

Обобщения закона Фурье

Следует отметить, что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности, то есть в данной модели изменение температуры в какой-то точке мгновенно распространяется на всё тело. Закон Фурье не применим для описания высокочастотных процессов (и, соответственно, процессов, чьё разложение в ряд Фурье имеет значительные высокочастотные гармоники). Примерами таких процессов являются распространение ультразвука, ударные волны и т.п. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл [3] , а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом: [4]

Если время релаксации пренебрежимо мало, то это уравнение переходит в закон Фурье.

Коэффициенты теплопроводности различных веществ

На практике нужно также учитывать проводимость тепла за счет конвекции молекул и проникаемости излучений. Например, при полной нетеплопроводности вакуума, тепло может передаваться за счет излучения (пример — Солнце, установки инфракрасного излучения). А газ или жидкость могут обмениваться нагретыми или охлажденными слоями самостоятельно или искусственно (пример — фен, греющие вентиляторы). Так же в конденсированных средах возможно «перепрыгивание» фононов из одного твердого тела в другое через субмикронные зазоры, что способствует распространению звуковых волн и тепла, даже если зазоры представляют собой идеальный вакуум.

Примечания

  1. Естествознание. Энциклопедический словарь. Закон Фурье.
  2. Исследование теплопроводности газов. // Методические указания.
  3. J. C. Maxwell, Philos. Trans. Roy. Soc. London 157 (1867) 49.
  4. C. Cattaneo, Atti Seminario Univ. Modena 3 (1948) 33.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Теплопроводность» в других словарях:

теплопроводность — теплопроводность … Орфографический словарь-справочник

Теплопроводность — скорость передачи тепла от одной (более нагретой) к другой (менее нагретой) части тела. Например, теплопроводность воды равна 0,00140 кал/с, воздуха 0,00005, песка 0,00047 кал/с через 1 см вещества. Является важным экологический фактором,… … Экологический словарь

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ — один из видов переноса теплоты от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию темп ры. При Т. перенос энергии осуществляется в результате непосредств. передачи энергии от ч ц (молекул, атомов, эл нов), обладающих… … Физическая энциклопедия

Теплопроводность — – способность строительного раствора передавать тепло через толщу от одной своей поверхности к другой. [ГОСТ 4.233 86] Теплопроводность – направленный перенос теплоты от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ — ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, переход тепла с участка тела, имеющего высокую температуру, на участок с низкой температурой. Если один конец металлического стержня поместить в пламя, полученная им тепловая энергия вызывает усиление вибрации молекул в… … Научно-технический энциклопедический словарь

теплопроводность — перенос, теплопроводимость Словарь русских синонимов. теплопроводность сущ., кол во синонимов: 2 • перенос (22) • … Словарь синонимов

теплопроводность — Теплообмен, при котором перенос теплоты в неравномерно нагретой среде имеет атомно молекулярный характер [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] теплопроводность Способность материала пропускать тепловой… … Справочник технического переводчика

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ — ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, процесс переноса энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия составляющих его частиц. Приводит к выравниванию температуры тела. Плотность теплового потока,… … Современная энциклопедия

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ — перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия составляющих его частиц. Приводит к выравниванию температуры тела. Обычно количество переносимой энергии, определяемое как плотность … Большой Энциклопедический словарь

Теплопроводность — горных пород (a. heat condustance of rocks, thermoconductivity of rocks; н. Warmeleitung der Gesteine; ф. conductibilite calorifique des roches; и. conductibilidad del calor de rocas, conducciton del calor de rocas, conductibilidad… … Геологическая энциклопедия

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ — ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, теплопроводности, мн. нет, жен. (физ.). Свойство тел распространять тепло от более нагретых частей к менее нагретым. Коэффициент теплопроводности. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

Источник:
http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/8691