Интересуетесь термодинамикой или строительством? В любом случае, вам понадобится знать о коэффициенте теплопроводности. В данной статье мы расскажем, что это такое и как его вычислять по формуле. Кроме того, приведем несколько примеров применения коэффициента теплопроводности в жизни. Узнайте больше о коэффициенте теплопроводности формула и ее применение в различных сферах.
Коэффициент теплопроводности
Определение и формула коэффициента теплопроводности
Коэффициентом теплопроводности является физическая величина, которая характеризует способность вещества проводить тепло.
Обозначают коэффициент теплопроводности по-разному. Встречаются обозначения: K, и некоторые другие.
Коэффициент теплопроводности газа
В соответствии с кинетической теорией для газа коэффициент теплопроводности равен:
где — средняя скорость теплового движения молекул, — средняя длин свободного пробега молекулы, — плотность газа, — удельная теплоемкость газа в изохорном процессе.
Коэффициент теплопроводности металлов
Металлы являются хорошими проводниками тепла. Теплопроводность в металлах реализуется при помощи (в основном) посредством того, что энергию переносят свободные электроны. Коэффициент электронной теплопроводности металлов вычисляют при помощи формулы:
где — постоянная Больцмана, — концентрация электронов в металле, — длина свободного пробега, которая соответствует границе энергии Ферми () для распределения электронов по температурам при T=0K, — масса электрона, — средняя скорость свободного пробега для тех же условий, что и .
Для идеального электронного газа выражение (2) преобразуется к виду:
где — средняя длина свободного пробега, — средняя скорость теплового движения электронов.
Надо отметить, что теплопроводность, которая осуществляется кристаллической решеткой металлов существенно меньше, чем электронная. Ее можно рассчитать для кристаллов, рассматривая перемещение фотонов по кристаллу, при помощи формулы:
где с — теплоемкость единицы объема, — скорость звука, — длина свободного пробега фотона
Коэффициент теплопроводности и уравнение Фурье
Коэффициент теплопроводности входит в основное уравнение, которое описывает явление переноса тепла или уравнение Фурье. Явление теплопроводности появляется , если имеется градиент температуры. В одномерном стационарном случае уравнение Фурье можно записать как:
где помимо коэффициента теплопроводности () имеются: — количество теплоты, которое переносится через площадку в направлении, которое совпадает с направлением нормали к , в направлении уменьшения температуры, — градиент температуры. В нашем случае
Единицы измерения
Основной единицей измерения коэффициента теплопроводности в системе СИ является:
=Вт/м•К
Примеры решения задач
Как считать коэффициент теплопроводности?
Коэффициент теплопроводности (λ) — это величина, которая характеризует способность материала проводить тепло. Он измеряется в Вт/(м·К) и определяет количество тепла, которое проходит через единицу материала толщиной в 1 метр при разности температур 1 К между его поверхностями.
Для расчета коэффициента теплопроводности материала необходимо знать его плотность (ρ), теплоемкость (с) и теплопроводность (k). Обычно эту величину можно найти в технических характеристиках материала.
Формула для расчета коэффициента теплопроводности выглядит следующим образом:
λ = k / (ρ × c)
где:
λ — коэффициент теплопроводности
k — коэффициент теплопроводности материала
ρ — плотность материала
с — теплоемкость материала
Для расчета коэффициента теплопроводности материала необходимо подставить значения плотности (ρ) и теплоемкости (с), а также коэффициента теплопроводности (k), которые указаны в технических характеристиках материала, в формулу выше.
Важно учитывать, что коэффициент теплопроводности зависит от температуры, влажности и других факторов, поэтому его значение может варьироваться в разных условиях.
