Список тематических статей

Коэффициент температуропроводности

Понятие и общие сведения

Значение данного коэффициента характеризует теплопроводность материала, которая, в свою очередь, является физическим параметром, отражающим скорость изменения температуры тела в течение нестационарных тепловых процессов. Теплопроводность является мерой тепло-инерционных свойств любого материала.

Численное значение коэффициента температуропроводности определяется как отношение коэффициента теплопроводности материала к произведению удельной теплоёмкости этого материала, взятой при постоянном давлении, на его плотность. Коэффициент температуропроводности измеряется в системе физических единиц СИ в кв.м/секунда. Рассмотрим все три величины – температуропроводность, теплопроводность и удельную теплоёмкость.

Значение коэффициента температуропроводности находится в зависимости от химической и физической природы материала. Вещества в жидкой и особенно газовой фазе имеют невысокие значения этого показателя. Для твердых тел и в особенности металлы, коэффициент температуропроводности обладает наибольшими значениями.

Температуропроводность

Характеристика вещества под названием «температуропроводность», которая собственно и описывается коэффициентом температуропроводности, является одной из физических величин. Она характеризует скорость изменения или выравнивания температуры материала в неравновесных процессах, связанных с тепловой энергией.

Температуропроводность характеризует материал. Вместе с теплопроводностью они являются важнейшими тепловыми свойствами материалов, т.к. они отражают процессы переноса теплоты и температурные изменения в веществе.

Теплопроводность

Теплопрово́дностью называется способность материалов осуществлять трансфер тепловой энергии по направлению от нагретых областей тела к более холодным областям тела. Перемещение тепла осуществляется в процессе хаотического перемещения элементарных частиц вещества, это могут быть молекулы, атомы, ионы и т.д. Указанный тепловой процесс протекает практически в любых веществах и предметах, имеющих разницу температур в разных своих частях. Сам механизм перемещения тепловой энергии при этом находится в зависимости от агрегатного состояния, в котором находится рассматриваемое тело.

Теплопроводностью в том числе именуют количественную характеристику тела по проведению через себя тепловой энергии. Это свойство подобно электрической проводимости в электротехнике. Такая особенность материала характеризуется специальной постоянной для каждого вещества – коэффициентом теплопроводности. Такой коэффициент принимается равным количеству теплоты, которое проходит через однородный образец вещества длиной 1 метр, через единицу площади 1 кв.метр за 1 секунду при разнице температур в 1 градус Кельвина (или Цельсия). В упомянутой ранее системе СИ единицей измерения данного коэффициента теплопроводности принят Вт/(м·K).

Изначально ученые считали, что трансфер теплоты осуществляется за счет перетекания предполагаемого «вещества» под названием «теплород» от одного тела или вещества к другому. Эта гипотеза была забракована в ходе развития молекулярно-кинетической теории. Тогда процесс теплопроводности стало возможно объяснить, основываясь на механизмах воздействий элементарных частиц материи друг на друга. Атомы, молекулы и ионы в областях вещества с более высокой температурой перемещаются активнее и таким образом передают свою избыточную энергию при помощи столкновений с менее скоростными «холодными» элементарными частицам, расположенными в менее нагретых областях материала.

Удельная теплоёмкость

Удельной теплоемкостью материала называется физическая величина, которая равна количеству тепловой энергии, необходимой для передачи телу с массой 1 килограмм для повышения температуры этого тела на 1 градус К. В международной системе единиц СИ удельная теплоемкость обозначается латинской буквой С, а единицей ее измерения является «джоуль на килограмм-кельвин» или Дж/кг*градусК.

Исходя из вышесказанного значение удельной теплоёмкости материала можно интерпретировать как теплоёмкость единицы его массы. Температура самого вещества и, следовательно, окружающей среды оказывает прямое влияние на величину удельной теплоёмкости. При различной температуре показатель удельной теплоёмкости любого материала будет отличаться.  

Значение для процессов переработки пластмасс

В полимерной промышленности коэффициент температуропроводности является значимой физической величиной пластиков. Он используется в расчетах при проектировании изделий из пластмасс и при эксплуатации конструкционных деталей из полимеров.

Рис.1. Пластиковые окна – важнейшая область расчетов теплопроводности полимеров

Важны тепловые расчеты при использовании би-материальных систем, например полимер-металл. Прочностные и тепловые расчеты таких деталей – важнейшее условия их успешного производства и экстплуатации.