Топлина, топлопроводимост материали
1.3.2. Топлина, топлопроводимост материали.
Топлинен капацитет. Тази способност за съхранение на топлинна енергия в материала, когато се нагрява. Числено равно на специфична топлина енергия, която трябва да бъде въведена в обема на единица от материала, за да го загрявам с един градус. Размерът на специфичната топлина [J / (кг · К)]. Тази стойност е обширна, т.е. може да се говори за топлинния капацитет на една молекула или атом, тогава тяхната сума и за получаване на топлинния капацитет на една грам мол вещество или едно. Стойността на топлинната мощност в зависимост от естеството на материала. Най-високата специфична топлина на вода при 4.2 х 10 3 J / (кг · К) или 4.2 килоджаул / (кг · К). По-голямата част от материали специфичната топлина на около 1 килоджаул / (кг · К). Загрява капацитет зависи от температурата. Близо нула келвина е малък, диапазон на работната температура - леко варира с повишаване на температурата. Всяко топлинен капацитет скокове свързан със структурната прегрупиране на органи, например в разтегнато вещества топене като парафин. Тук можем да споменем примера на восъка се затопля превръзка, където топлината се съхранява за дълго време поради високата топлинна мощност на парафин и тоалетка топло за дълго време.
Капацитетът на топлина от газовете е добре проучен теоретично. Два вида на топлинен капацитет дори за въведена газ: сп при постоянно налягане и при постоянен обем Cv. Обикновено това топлинния капацитет на една молекула. Тогава елементарен газ Ср = 5/2 КТ и Cv = 3/2 КТ. Защо при постоянно налягане по-трудно да се загрява молекулите? Ясно е, че когато този газ се разширява, това означава, че е необходима допълнителна енергия за отопление на газ при постоянно налягане. Имайте предвид, че по-горе топлинна мощност на многоатомни газове, с е необходимо топлинна енергия за завъртане на молекули, вибрации и т.н.
Дай експресията на топлинната енергия на материала:
където m тегло материал, Т2, Т1 окончателно и начална температура.
Този израз може да се запише за местните, специфични, параметри:
където Q / V - специфичен освобождаване на енергия, г - материал плътност.
Изразяване (1.27-1.28) позволяват да се определи промяната на температурата на материала по време на работа, например в резултат на диелектрични загуби на енергия, ток или някакъв друг процес. Енергийният Q е дадено от специфичните процеси, протичащи в материала.
Топлопроводимостта определя способността за прехвърляне на топлинна енергия през материала. Това е важна характеристика, тя се характеризира с коефициент на топлопроводност л. Числово е равен на Q на потока, преминаващ през единица площ на подложката на куб, с разлика от своя лица температура 1 ° С е най-добре да предава топлина към метали, така че на мед л. = 400 W / (m · K) малко по-голяма от сребро (418) за алуминий 200 W / (m · K) за неръждаема стомана от около 20 W / (m · K), за обикновени стомани е приблизително два пъти по-висока.
В топлопроводимост диелектрични материали обикновено са много по-ниски. Например в бетон л. = 0,6 W / (m · K) в трансформаторно масло л. = 0,13 W / (MK) Air л = 3,67 10 -2 W / (m · K). Само има висока проводимост диелектрик термични, берилиев оксид е л. »200 W / (m · K). Имайте предвид, че често пъти се изразяват в наръчници л. в единици от остарели, например кал / (см · сек · ° С); за трансфер на системата SI единици трябва да се умножава по 418.
За газове и течности термичната проводимост на обикновен играе второстепенна роля. В този случай, главната роля се играе от конвекция и радиация.
Конвекция се дължи на факта, че се загрява течността или газа се разшири, плътността им намалява, те започват да "плаващо" под действието на подемната сила сила Архимед. Поради тази причина, има местни течения, които ефективно отвеждане на топлината от нагрятата зона. Разработеният топлотехниката апарат с помощ за изчисляване на топлопроводимост на конвекция. Приблизително, можем да кажем, че конвекция топлинна проводимост се увеличава с няколко пъти.
I направи изчисленията на топлопроводимост в разработването на устройства, базирани на Electro материал "ECOM". Така, запазвайки естествената конвекция във въздуха увеличава ефективното топлопроводимост на конвектора в две паралелни вертикални плочи е приблизително 10 пъти при температура от приблизително повърхности 150 -200 ° С.
Топлинно излъчване също е важно, особено при повишени температури. Основният израз, използван в оценките, е както следва:
където х - излъчване на сивота фактор материал, S - postoja Stefan-Boltzmann постоянни цени, S = 5.67 10 -8 W / (m 2 K 4). сивота фактор зависи от вида на материала, по-специално от неговата термична проводимост състояние и повърхност. За метали, този коефициент е малка, тя варира от няколко до няколко десетки процента, в зависимост от неравностите на повърхността, на грапава повърхност съответства на по-голям коефициент на сивота. За диелектрици (без специален състав с електрически проводими компоненти), например в диапазона 80-95%. Оценките показват, че този фактор става главно при температури от около 100 градуса и по-горе.
Най-високата топлопроводимост в нормална температура диапазон може да бъде постигнато чрез прехвърляне на топлината на изпарение. Ако някъде изпари течността и след това кондензиране на друго място, топлината на изпарение ще отнеме известно топлина от нагрятата част, и го предава чрез кондензация на друго място. Това е еквивалентно на топлопроводността между тези секции. Оценките показват, че еквивалентното топлопроводимост може да надвишава топлопроводимост на медта е около пет хиляди пъти.
Температурни коефициенти. Почти всички свойства на материалите зависят от температурата. Обикновено това се взема предвид въвеждането на т.нар температурен коефициент. Строго математически за свойствата на х, то се прилага чрез експресията
където X може да бъде всяка характеристика на материала. Размерът на всеки от коефициента на температура - 1 / К. Например вземе като размер х л на материала от пробата. след това
Това означава температурен коефициент на разширение на материала. За диелектрична константа, това е температурен коефициент на диелектрична константа, съпротивление - температура на коефициента на съпротивление.
На практика се използва линеен приближение, ако приемем, че промяната в характеристиките с температура малък в сравнение с основната стойност. За този случай, ние можем да напишете изрично температурната зависимост.
За съпротивление R (T) = R (T 0) (1 + Тс г (Т-Т 0))
За диелектрична д (T) = д (T 0) (Tk + 1 д (T-T 0))
Специфични стойности на температурата коефициенти на материалите могат да бъдат намерени в наръчници. В случай на силни функции с промяна на температура (например, диелектрична константа при ferroelectrics) може да се използва линеен приближение. В тези случаи трябва да използвате таблица или графика.
Свързани статии