معامل التوصيل الحراري للمادة. الموصلية الحرارية من مواد البناء: الجدول

عملية نقل الطاقة من جزء أكثر دفئا من الجسم إلى أقل سخونة يسمى التوصيل الحراري. وتعكس القيمة العددية لهذه العملية التوصيل الحراري للمادة. هذا المفهوم مهم جدا في بناء وإصلاح المباني. المواد المختارة بشكل صحيح تسمح خلق مناخ مواتية في الغرفة وتوفير كمية كبيرة من التدفئة.

الموصلية الحرارية هي عملية تبادل الطاقة الحرارية، والذي يحدث بسبب اصطدام أصغر جزيئات الجسم. وهذه العملية لن تتوقف حتى لحظة التوازن درجات الحرارة تأتي. وهذا يستغرق قدرا معينا من الوقت. لمزيد من الوقت الذي يقضيه في تبادل الحرارة، وانخفاض مؤشر التوصيل الحراري.

ويعبر عن هذا المؤشر كمعامل التوصيل الحراري للمواد. يحتوي الجدول على قيم مقاسة بالفعل لمعظم المواد. ويستند الحساب على كمية الطاقة الحرارية التي مرت من خلال مساحة سطح معينة من المواد. وكلما زادت القيمة المحسوبة، كلما كان الكائن أسرع سيعطي كل حرارته.

العوامل التي تؤثر على التوصيل الحراري

يعتمد معامل التوصيل الحراري للمادة على عدة عوامل:

• كثافة المادة. عندما يتم زيادة هذه المعلمة، يصبح تفاعل الجسيمات المادية أقوى. وبالتالي، فإنها سوف تنقل درجة الحرارة بشكل أسرع. وهذا يعني أنه مع زيادة كثافة المواد، ويحسن نقل الحرارة.

• المسامية للمادة. المواد المسامية غير متجانسة في هيكلها. داخل منهم هو كمية كبيرة من الهواء. وهذا يعني أنه سيكون من الصعب على الجزيئات والجسيمات الأخرى لنقل الطاقة الحرارية. وبناء على ذلك، يرتفع معامل التوصيل الحراري.

• الرطوبة تؤثر أيضا على التوصيل الحراري. الأسطح الرطبة من المواد تسمح المزيد من الحرارة. في بعض الجداول، وحتى معامل المحسوبة من التوصيل الحراري للمادة في ثلاث ولايات يشار إلى: الجافة والمتوسطة (العادية) والرطب.

عند اختيار مادة لعزل المباني، من المهم أيضا أن تأخذ في الاعتبار الظروف التي سيتم تشغيلها.

مفهوم التوصيل الحراري في الممارسة العملية

تؤخذ الموصلية الحرارية في الاعتبار في مرحلة التصميم للمبنى. وهذا يأخذ في الاعتبار قدرة المواد على الاحتفاظ بالحرارة. نظرا لاختيارهم الصحيح من السكان داخل المبنى سوف تكون دائما مريحة. أثناء العملية، سيتم حفظ المال للتدفئة.

الاحترار في مرحلة التصميم هو أفضل، ولكن ليس الحل الوحيد. ليس من الصعب عزل مبنى تم بناؤه بالفعل من خلال تنفيذ أعمال داخلية أو خارجية. سمك طبقة العزل سوف تعتمد على المواد المختارة. ويمكن استخدام بعض منها (على سبيل المثال، الخشب، والخرسانة الرغوية) في بعض الحالات دون طبقة إضافية من العزل الحراري. والشيء الرئيسي هو أن سمكها يتجاوز 50 سم.

وينبغي إيلاء اهتمام خاص لعزل فتحات السقف والنافذة والأبواب والأرضيات. من خلال هذه العناصر، يتم فقدان معظم الحرارة. بصريا، يمكنك أن ترى هذا في الصورة في بداية المقال.

المواد الإنشائية ومؤشراتها

لبناء مواد استخدام المباني مع انخفاض معامل التوصيل الحراري. الأكثر شعبية هي:

• الخرسانة. الموصلية الحرارية لها هي في حدود 1.29-1.52 W / م * K. وتعتمد القيمة الدقيقة على اتساق الحل. ويتأثر هذا المؤشر أيضا بكثافة المادة الأولية، وهي 500-2500 كجم / م 3. استخدام هذه المواد في شكل حل للأسس، في شكل كتل – لانشاء الجدران والأسس.

• الخرسانة المسلحة، وقيمة التوصيل الحراري الذي هو 1.68 W / م * K. كثافة المواد تصل 2400-2500 كجم / م 3.

• الخشب، منذ العصور القديمة المستخدمة كمواد البناء. كثافة، والتوصيل الحراري، اعتمادا على الصخور، هي 150-2100 كجم / م 3 و 0.2-0.23 W / م * K، على التوالي.

مواد البناء الشعبية الأخرى هي الطوب. اعتمادا على التكوين، لديه المؤشرات التالية:

• سمان (مصنوعة من الطين): 0.1-0.4 W / م * K؛

• السيراميك (المصنعة من قبل اطلاق النار): 0.35-0.81 w / m * k؛

• سيليكات (من الرمل مع إضافة الجير): 0.82-0.88 W / m * K.

المواد الخرسانية مع إضافة المجاميع المسامية

معامل التوصيل الحراري للمادة يجعل من الممكن استخدام هذا الأخير لبناء المرائب، حظائر، المنازل الصيفية، الحمامات وغيرها من الهياكل. وتشمل هذه المجموعة:

• رغوة الخرسانة. ويتم إنتاجه بإضافة عوامل الرغوة، التي تتميز بهيكل مسامي بكثافة 500-1000 كجم / م 3. وفي الوقت نفسه، يتم تحديد القدرة على نقل الحرارة بقيمة 0.1-0.37 W / م * K.

• كيرامزيتوبيتون، والمؤشرات التي تعتمد على نوعه. كتل صلبة ليس لديها فراغات أو ثقوب. مع تجاويف الداخل، مصنوعة كتل جوفاء التي هي أقل دواما من الخيار الأول. في الحالة الثانية، التوصيل الحراري سيكون أقل. إذا نظرنا إلى الأرقام العامة، وكثافة الخرسانة كلايدايت هو 500-1800kg / M3. قيمته في نطاق 0،14-0،65 W / m * K.

• الخرسانة الخلوية، داخل المسام التي تتشكل في حجم 1-3 ملليمتر. يحدد هذا الهيكل كثافة المادة (300-800kg / m 3). وبسبب هذا، يصل معامل 0.1-0.3 W / m * K.

مؤشرات مواد العزل الحراري

معامل التوصيل الحراري من المواد العازلة للحرارة، والأكثر شعبية في عصرنا:

• رغوة، والتي لديها كثافة 15-50 كغ / م 3، مع التوصيل الحراري – 0.031-0.033 W / م * K.

• البوليسترين، وكثافة التي هي نفسها التي من المواد السابقة. ولكن معامل انتقال الحرارة يكون عند مستوى 0.02-0.036W / m * K؛

• الصوف الزجاجي. وهي تتميز بمعامل يساوي 0،038-0،045 W / m * K؛

• حجر الصوف مع مؤشر 0.035-0.042W / م * K.

من أجل تسهيل التشغيل يتم إدخال معامل التوصيل الحراري للمادة عادة في الجدول. في ذلك، بالإضافة إلى معامل نفسها، يمكن أن تنعكس مؤشرات مثل درجة الرطوبة والكثافة، وغيرها. يتم دمج المواد ذات معامل عال من التوصيل الحراري في الجدول مع مؤشرات التوصيل الحراري المنخفض. وفيما يلي عينة من هذا الجدول:

باستخدام معامل التوصيل الحراري للمادة سوف تسمح لنا ببناء الهيكل المطلوب. الشيء الرئيسي هو اختيار المنتج الذي يلبي جميع المتطلبات اللازمة. ثم المبنى سوف تكون مريحة للعيش. فإنه سيحتفظ مناخ مواتية.

إن المواد العازلة المختارة بشكل صحيح سوف تقلل من فقدان الحرارة، ولهذا السبب لن يكون من الضروري “تسخين الشارع”. ونتيجة لذلك، سيتم تخفيض التكاليف المالية للتدفئة بشكل كبير. وهذه الوفورات ستعيد قريبا كل الأموال التي ستنفق لشراء عازل للحرارة.

معامل التوصيل الحراري

تعريف ومعادلة معامل التوصيل الحراري

معامل التوصيل الحراري هو كمية الفيزيائية التي تميز قدرة مادة على إجراء الحرارة.

تدل على معامل التوصيل الحراري بطرق مختلفة. هناك تسميات: K، وبعض الآخرين.

معامل التوصيل الحراري للغاز

وفقا للنظرية الحركية للغاز، والموصلية الحرارية هي:

حيث – متوسط ​​معدل الحركة الحرارية للجزيئات، – متوسط ​​المسار الحر للجزيء، – كثافة الغاز، هو حرارة معينة من الغاز في عملية إيسوكوريك.

معامل التوصيل الحراري للمعادن

المعادن هي موصلات جيدة للحرارة. يتم تحقيق التوصيل الحراري في المعادن عن طريق (أساسا) حقيقة أن الطاقة يتم نقلها بواسطة الإلكترونات الحرة. ويحسب معامل التوصيل الحراري الإلكتروني للمعادن باستخدام الصيغة:

حيث – ثابت بولتزمان، – تركيز الإلكترونات في المعدن، – متوسط ​​المسار الحر الذي يتوافق مع حدود طاقة فيرمي () لتوزيع الإلكترونات على درجات الحرارة عند T = 0K، – كتلة الإلكترون، – يعني المسار الحر لنفس الظروف كما .

يتم تحويل التعبير المثالي لغاز الإلكترون (2) إلى النموذج:

حيث – يعني المسار الحر، هو متوسط ​​معدل الحركة الحرارية للإلكترونات.

وتجدر الإشارة إلى أن التوصيل الحراري، الذي يتحقق من قبل الكريستال شعرية من المعادن، هو أقل بكثير من واحد الإلكترونية. ويمكن حسابها للبلورات، مع الأخذ في الاعتبار حركة الفوتونات من خلال الكريستال، وذلك باستخدام الصيغة:

حيث c هي السعة الحرارية لكل وحدة حجم، – سرعة الصوت، هو المسار الحر للفوتون

معامل التوصيل الحراري ومعادلة فورييه

يدخل معامل التوصيل الحراري المعادلة الأساسية التي تصف ظاهرة انتقال الحرارة أو معادلة فورييه. تظهر ظاهرة التوصيل الحراري إذا كان هناك تدرج درجة الحرارة. وفي الحالة الثابتة ذات البعد الواحد، يمكن كتابة معادلة فورييه على النحو التالي:

حيث، إلى جانب معامل التوصيل الحراري () متوفرة: – مقدار الحرارة التي يتم نقلها من خلال الموقع في الاتجاه الذي يتزامن مع اتجاه الطبيعي ل , في اتجاه انخفاض درجة الحرارة، درجة الحرارة التدرج. في حالتنا

الوحدة الأساسية لقياس معامل التوصيل الحراري في نظام سي هي:

= W / m • K

ويمكن العثور على متوسط ​​المسار الحر لجزيء مع معلمات الماكرو المعروفة التي تميز الغاز (p، V، T) على النحو التالي:

ويفترض أن متوسط ​​معدل الحركة الحرارية للجزيئات هو:

يمكن العثور على كثافة الغاز باستخدام معادلة مندليف-كلايبرون:

باستخدام الصيغ (1.4) و (1.5)، نحصل على:

القدرة الحرارية للغاز () لحجم مستمر هو:

حيث يفترض عدد درجات حرية جزيء الهواء على قدم المساواة 5. باستخدام التعبيرات (1.2)، (1.3)، (1.6) و (1.7)، والاستعاضة عنها في (1.1)

لقد حصلنا على وظيفة الاعتماد على معامل التوصيل الحراري للغاز من النموذج:

نحن نرسمها على الرسم البياني (الشكل 1).

معامل الانتشار لديه التعبير:

من الصيغ (2.1) و (2.2) من الواضح أن:

الحرارة المحددة للغاز في عملية إيسوكوريك هو

دعونا نجد كثافة الغاز، مع العلم أن

مع أخذ (2.4) و (2.5) في الاعتبار، ونحن أخيرا الحصول على معامل الانتشار:

حيث هو ثابت بولتزمان ().

نسخ المواد من الموقع لا يمكن إلا بإذن

وإدارة البوابة، وإذا كان هناك ارتباط نشط بالمصدر.

الموصلية الحرارية والحمل الحراري

الموصلية الحرارية هي الانتقال من دلتا الطاقة Q من أجزاء الجسم T1 أكثر ساخنة إلى T2 أقل تسخينا.

قانون التوصيل الحراري: ويتساوى دلتا الحرارة Q، المنقولة عبر عنصر منطقة دلتا S خلال زمن الدلتا t، مع تدرج درجة الحرارة دت / دكس ومنطقة الدلتا S ووقت الدلتا t

دلتا Q = -X * (دت / دكس) * دلتا S * دلتا t

X هو معامل التوصيل الحراري.

ويعزى التوصيل الحراري إلى حركة الحرارة وتفاعل الجزيئات المكونة لها مع بعضها البعض. عملية التوصيل الحراري يؤدي إلى درجة حرارة الجسم كله يجري نفسه.

عادة، يتم تعريف الطاقة التي سيتم نقلها على أنها كثافة تدفق الحرارة تتناسب مع تدرج درجة الحرارة. ويسمى معامل التناسب هذا معامل التوصيل الحراري.

الموصلية الحرارية هي ملك للهيئات لنقل الحرارة، على أساس التبادل الحراري الذي يحدث بين ذرات وجزيئات الجسم.

مع التوصيل الحراري، لا يوجد نقل المادة من نهاية واحدة من الجسم إلى أخرى. في السوائل، الموصلية الحرارية صغيرة، باستثناء الزئبق والمعادن المنصهرة.

كل هذا يرجع إلى حقيقة أن الجزيئات تقع بعيدا عن بعضها البعض على النقيض من المواد الصلبة. وبالنسبة للغازات، فإن التوصيل الحراري أقل من ذلك. جزيئاتها هي في مسافة أكبر من السوائل.

الموصلية الحرارية الفقيرة هي التي يملكها الصوف، الشعر، ورقة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن هناك الهواء بين ألياف هذه المواد. الموصلية الحرارية من مواد مختلفة مختلفة

يتم بناء المنازل من الطوب والسجلات لأنها لديها الموصلية الحرارية الفقيرة ويمكن أن تبقي البرودة أو الحرارة في الغرفة. المقالي جعل مقابض البلاستيك حتى أن الناس لا يحرقون أنفسهم، لأن لديهم ضعف الموصلية الحرارية.

الحمل الحراري هو نوع آخر من نقل الحرارة، حيث يتم نقل الطاقة عن طريق طائرات السوائل والغاز.

على سبيل المثال: في غرفة ساخنة من الاتفاقية ارتفاع الهواء الدافئ، والبرد واحد ينخفض.

تدفق الحرارة Q هو كمية الحرارة W، جل يمر من خلال الزمن T، C من خلال سطح معين في اتجاه الطبيعي إلى ذلك

إذا كانت كمية الحرارة المنقولة W تعزى إلى مساحة السطح F والوقت T، ثم نحصل على القيمة:

يتم قياس كثافة تدفق الحرارة في W / M2

هناك نوعان من الحمل الحراري – الطبيعي والقسري.

إلى الحمل الحراري الطبيعي يشير إلى التدفئة من الغرفة، والتدفئة من الجسم أثناء الحرارة (بشكل طبيعي).

إلى الحمل الحراري القسري يشير إلى ملعقة الشاي، واستخدام مروحة لتبريد الغرفة (طريقة غير طبيعية)

لا يحدث الحمل الحراري إذا كان السائل يسخن من فوق (بشكل صحيح من الأسفل)، لأن الطبقات الساخنة لا يمكن أن تنزل تحت تلك الباردة. فهي أثقل.

الحمل الحراري في المواد الصلبة لا يمكن أن يحدث، لأن الجسيمات في المواد الصلبة تتقارب بالقرب من نقطة معينة، وعقدت معا من قبل جاذبية المتبادلة قوية. يمكن نقل الطاقة في المواد الصلبة عن طريق التوصيل الحراري.

سيتم حذف جميع التعليقات غير اللائقة.