Conductivitate termică

Datorită conductivității termice diferite dintre plăcile de pavaj care alcătuiesc acest patio și peluza care îl înconjoară, căldura reziduală din pământ a topit o parte din zăpada care a căzut pe plăci, dar nu și cea care a căzut pe peluză.

În fizică , conductivitatea termică sau conductivitatea termică este o mărime fizică care măsoară capacitatea unei substanțe de a transmite căldura prin conducție termică , atunci când contribuțiile la transferul de căldură prin convecție și prin radiație termică sunt neglijabile. Depinde de natura materialului , dar nu și de forma acestuia, și leagă densitatea de curent termic de gradientul de temperatură care determină trecerea căldurii.

Prin urmare, depinde de temperatură ; în plus, pentru unele materiale crește odată cu creșterea temperaturii, pentru altele scade și poate depinde de alți factori fizici, cum ar fi porozitatea, care blochează fononii responsabili de conductivitatea termică, de la inducția magnetică și depinde și de presiunea în cazul gazelor. ^{[ fără sursă ]}

Nu trebuie confundat cu difuzivitatea termică $\alpha$ ${\ displaystyle \ alpha}$ $\ alfa$ (sau „conductivitate termometrică”) ^{[ fără sursă ]} , care este în schimb raportul dintre conductivitatea termică și produsul dintre densitatea și căldura specifică a substanței date, exprimat în sistemul internațional în m ² s ^-1 (similar cu toate difuzivitățile ) și măsoară capacitatea unei substanțe de a transmite, nu căldură, ci o modificare a temperaturii. ^[1]

Definiție

Conductivitatea termică, de obicei notată cu k _T , este un tensor de ordinul doi , care poate fi reprezentat într-o referință dată cu o matrice pătrată și este definit prin legea lui Fourier ca:

k_{ij}=-\mathbf {q} \otimes \nabla T^{-1}

{\ displaystyle k_ {ij} = - \ mathbf {q} \ otimes \ nabla T ^ {- 1}}

{\ displaystyle k_ {ij} = - \ mathbf {q} \ otimes \ nabla T ^ {- 1}}

unde este:

$\mathbf {q}$ ${\ displaystyle \ mathbf {q}}$ $\ mathbf q$ este densitatea curentului termic
$\nabla T$ ${\ displaystyle \ nabla T}$ $\ nabla T$ este gradientul de temperatură.

În condiții staționare , cei doi vectori sunt paraleli, prin urmare conductivitatea termică este o cantitate scalară indicată de obicei cu λ , ceea ce corespunde cu a spune că conductivitatea termică este o constantă de proporționalitate egală cu raportul dintre fluxul de căldură , adică cantitatea de căldură transferat în unitatea de timp prin unitatea de suprafață și gradientul de temperatură. ^[2]

Conductivitatea termică poate fi estimată grafic pe măsură ce temperatura redusă și presiunea redusă variază, folosind o diagramă generalizată . ^[3]

Unitate de măsură

În unitățile sistemului internațional, conductivitatea termică este măsurată în W m ⁻¹ K ⁻¹ ( wați pe metru-kelvin ), watt fiind unitatea de măsură a puterii , contorul unitatea de măsură a lungimii și kelvinul unitatea de măsurarea temperaturii . Cu toate acestea, în sistemul practic al inginerilor , acesta este măsurat în kcal · h ⁻¹ · m ⁻¹ · ° C ^-1 ( kilocalorii pe oră-metru-grad Celsius ).

Conductivitatea termică a unor substanțe

Conductivitatea afectează capacitatea unui material de a conduce căldura sau de a acționa ca un izolator, adică cu cât valoarea λ sau k _T este mai mare, cu atât materialul este mai puțin izolat. În general, conductivitatea termică merge mână în mână cu conductivitatea electrică ; de exemplu metalele au valori mari ale ambelor. O excepție notabilă este diamantul , care are o conductivitate termică ridicată, dar o conductivitate electrică slabă.

Conductivitatea termică a unor substanțe
Substanţă	λ [W m ⁻¹ K ⁻¹ ]	ρ [kg / m ³ ]
diamant	1600	3500 - 3600
argint	460	10490
cupru	390	8930
aur	320	19250
aluminiu laminat	290	2750
alamă	111	8430 - 8730
fier	80.2	7874
platină	70	21400
oțel laminat	52	7850
conduce	35	11300
oțel inoxidabil	17	7480 - 8000
cuarţ	8	2500 - 2800
gheață (apă la 0 °)	2,20 - 2,50	917
sticlă laminată	1	2500
cărămizi ( cărămizi solide, goale)	0,90	2000
cărămizi ( cărămizi solide, goale)	0,72	1800
zăpadă (compactă, straturi de la 20 la 40 cm)	0,70
apa distilata	0,60	1000
cărămizi ( cărămizi solide, goale)	0,43	1200
cărămizi ( cărămizi solide, goale)	0,25	600
etilen glicol	0,25	1110
zăpadă (moderat compactă, straturi de 7-10 cm)	0,23
polipropilenă	0,22	920
gips-carton	0,21	900
plexiglas	0,19	1180
hârtie și carton	0,18 (0,14 - 0,23)	700 - 1150
lemn de stejar uscat ortogonal față de fibre	0,18	750
hidrogen	0,172
lemn uscat paralel cu fibrele	0,15 - 0,27	400 - 750
ulei mineral	0,15	900 - 930
zăpadă (moale, straturi de 3 până la 7 cm)	0,12
molid și lemn de pin uscat ortogonal față de fibre	0,10 - 0,12	400
vermiculit expandat	0,07	90
carton ondulat (unghi, 280 g / m ² , grosime 2,8 mm)	0,065	100
zăpadă (proaspăt căzută și în straturi de până la 3 cm)	0,060
stuf (sau arelle)	0,055	190
Așchii de lemn	0,050	100
plută	0,052	200
granule de plută	0,050	100
sticlă celulară (120)	0,041	120
lână de oaie	0,040	25
polistiren extrudat (XPS) în foi	0,040	20 - 30
polistiren expandat sinterizat (EPS) în foi	0,035	20 - 30
poliuretan expandat	0,024 - 0,032	25 - 50
aer uscat (la 300 K, 100 kPa) în repaus	0,026	1.2
aerogel de silice (în granule cu dimensiunea medie 0,5 - 4,0 mm)	0,018	1.9
micronal - capsule termoizolante cu schimbare de fază (panouri de ceară încapsulate)	0,018	770
aerogel de silice (în panourile de vid a 1,7 × 10 ⁻⁵ atmosfere)	0,013

Notă

^ Comparați cu ecuația de propagare a căldurii sau mai general: ecuația de difuzie
^(RO) IUPAC Gold Book, "conductivitate termică"
^ Există alte diagrame generalizate , de exemplu pentru estimarea factorului de compresibilitate . Diagrama generalizată găsește motivul pentru a fi din teorema stărilor corespunzătoare .

Bibliografie

(EN) Robert Byron, Warren E. Stewart; Edwin N. Lightfoot, Transport Phenomena , ediția a doua, New York, Wiley, 2005, ISBN 0-470-11539-4 .
( EN ) Frank P. Incropera, David P. DeWitt; Theodore L. Bergman; Adrienne S. Lavine, Fundamentals of Heat and Mass Transfer , ed. A VI-a, Wiley, 2006, ISBN 0-471-45728-0 .
Federico M. Butera, Arhitectură și mediu , ediția I, Milano, ETAS, 1995, ISBN 88-453-0776-X .

Elemente conexe

linkuri externe

( EN ) Conductivitate termică / Conductivitate termică (altă versiune) , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
Coeficienți de conductivitate termică internă la temperatura camerei , pe itchiavari.org .
( EN ) Conductivitatea termică a unor substanțe (Hiperfizică, Georgia State University, SUA)
( EN ) Tabelele de conductivitate termică (Kaye & Laby, National Physical Laboratory, UK)
( EN ) IEC , la pubs.acs.org .
Standardul UNI 10351: 1994 "Materiale de construcție. Conductivitate termică și permeabilitate la vapori."
IUAV Veneția, „Materiale izolante, noi tendințe în arhitectură” (PDF)

Controlul autorității	Tezaur BNCF 32678 · LCCN (EN) sh2003011072 · GND (DE) 4064191-0

Portalul Termodinamicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de termodinamică

[1] Comparați cu ecuația de propagare a căldurii sau mai general: ecuația de difuzie

[2] (RO) IUPAC Gold Book, "conductivitate termică"

[3] Există alte diagrame generalizate , de exemplu pentru estimarea factorului de compresibilitate . Diagrama generalizată găsește motivul pentru a fi din teorema stărilor corespunzătoare .

[1]

[2]

[3]

V · D · M Schimb de caldura
Mod	Conducție · Convecție · Radiații
Schimbătoare de căldură	Schimbător bloc · Tub schimbător și manta · schimbator înotătoare · Placa schimbator de caldura · Schimbător spirala · schimbator tub dublu · echipamente cu manta · suprafete imersate · Cuptor · Turn de răcire · Schimbător de flacara scufundată · schimbătoarelor Ljungström · regeneratoarele Cowper · panouri solare · marine Saline · Evaporator · Condensator · Aripioare vii · Regenerator Frankl
Criogenica	Azot lichid · Criochirurgie · Demagnetizare adiabatică · Azot lichid Economie · Diluare răcitor de lichid · balon vid
Variat	Aducție (fizic) · Coeficient de schimb termic · Conductivitate termică · difuzivitatea termică · ecuatie termica · termica Radiation · Rezistenta termica · TERMOTECNICA