logo

Przewodnictwo cieplne

Przewodnictwo cieplne
© blueringmedia - stock.adobe.com

Przewodnictwo cieplne jest to zjawisko samorzutnego wyrównywania temperatury w całej objętości ciała fizycznego bez udziału makroskopowego ruchu materii. Mamy tu do czynienia z przepływem energii w postaci ciepła.

Różne substancje przewodzą ciepło w różny sposób. Najwolniej proces ten przebiega w gazach, znacznie szybciej w cieczach i najszybciej (poza wyjątkami w postaci nadciekłego helu) w metalach. Miarą szybkości przepływu ciepła jest tak zwany współczynnik przewodnictwa cieplnego.

Sposoby przenoszenia ciepła

Poniższej są wymienione sposoby przenoszenia ciepła:

  • konwekcja,
  • przewodzenie ciepła,
  • promieniowanie.

Współczynnik przewodnictwa cieplnego

Współczynnik przewodnictwa cieplnego lub przewodność cieplna właściwa jest to stała proporcjonalności występująca w prawie Fouriera, charakterystyczna dla danej substancji, a która jest miarą szybkości przepływu ciepła na skutek przewodnictwa cieplnego.

Jednostką współczynnika przewodnictwa jest J/(K·m·s) = W/(K·m).

Im większą wartość ma ten współczynnik dla danej substancji, tym lepiej przewodzi ona ciepło.

Poziom zaawansowany

Prawo Fouriera

Gęstość przewodzonego strumienia ciepła q, czyli ilość energii przepływającej w postaci ciepła w jednostce czasu przez jednostkową powierzchnię prostopadłą do kierunku przepływu energii jest wprost proporcjonalna do gradientu temperatury:

q=-\lambda \frac{\partial T}{\partial n}

gdzie:

  • q - gęstość strumienia ciepła,
  • λ - współczynnik przewodnictwa cieplnego,
  • T - temperatura w kelwinach,
  • - pochodna temperatury w kierunku prostopadłym do izotermicznej powierzchni.

W fizyce i technice uzywa się jeszcze innych podobnych wielkości. Jest to między innymi współczynnik przewodnictwa temperaturowego równy stosunkowi współczynnika współczynnika przewodnictwa ciepła i ciepła właściwego.

Tablice

Niestety współczynnik przewodzenia ciepła zależy od wielu czynników i nie zależy tylko od rodzaju substancji. Zależy od warunków termodynamicznych i struktury substancji. W tablicach podaje się zwykle wartości średnie współczynnika dla danej temperatury.

Poniżej wybrane współczynniki przewodnictwa cieplnego w temperaturze 25°C.

Substancja Współczynnik przewodnictwa cieplnego λ [W/(K·m)]
chlor 0,008
dwutlenek węgla 0,017
powietrze 0,026
hel 0,155
wodór 0,185
nafta 0,15
etanol 0,167
gliceryna 0,285
woda 0,606 (0,5562 w temperaturze 0°C i 0,673 w temperaturze 100°C)
rtęć 8,514
tłuszcz tkankowy 0,17
skóra 0,33-1,5 (zależy od ukrwienia)
pianko poliuretanowa 0,03
styropian 0,03-0,05
korek 0,04-0,06
słoma 0,06
drewno sosny 0,11 (w poprzek włókien)
cegła czerwona zwykła 0,4-0,6
szkło okienne 0,9-1,1
lód 2,34 (w temperaturze 0°C)
marmur 2-4
krzem 148
grafit około 200
diament 2320-3500
tytan 21,9
ołów 34,9
cyna 66,7
platyna 71,6
żelazo (stal) 30-80
mosiądz 110
złoto 317
miedź 401
srebro 429

Jak wynika z powyższej tablicy gazy i niektóre ciała stałe mają niski współczynnik przewodnictwa cieplnego. To tak zwane izolatory cieplne. Substancje, które mają wysoki współczynnik przewodnictwa cieplnego to przewodniki ciepła.



© medianauka.pl, 2021-05-23, ART-4057

 








Polecamy w naszym sklepie

50 idei, które powinieneś znać. Fizyka
magnesy
30 sekund o teorii kwantów
Kolorowe skarpetki - smart owl - sowa
Fizyka wokół nas
Niektóre treści nie są dostosowane do Twojego profilu. Jeżeli jesteś pełnoletni możesz wyrazić zgodę na przetwarzanie swoich danych osobowych. W ten sposób będziesz miał także wpływ na rozwój naszego serwisu.
© ® Media Nauka 2008-2021 r.