- Теплопроводность
-
один из видов переноса теплоты (энергии теплового движения микрочастиц) от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температуры. При Т. перенос энергии в теле осуществляется в результате непосредственной передачи энергии от частиц (молекул, атомов, электронов), обладающих большей энергией, частицам с меньшей энергией. Если относительное изменение температуры Т на расстоянии средней длины свободного пробега (См. Длина свободного пробега) частиц l мало, то выполняется основной закон Т. (закон Фурье): плотность теплового потока (См. Тепловой поток) q пропорциональна Градиенту температуры grad T, то естьгде λ — коэффициент Т., или просто Т., не зависит от grad T [λ зависит от агрегатного состояния вещества (см. табл.), его атомно-молекулярного строения, температуры и давления, состава (в случае смеси или раствора) и т. д.].Значения коэффициента теплопроводности λ для некоторых газов, жидкостей и твёрдых тел при атмосферном давлении------------------------------------------------------------------------------------------------| Вещество | t, ° C | λ, вт/(м×К) ||----------------------------------------------------------------------------------------------|| Газы | 0 | 0,1655 0,1411 || Водород | 0 | 0,0239 0,0237 || Гелий | 0 | 0,0226 || Кислород | -3 | 429 || Азот | 4 | 403 || Воздух | 0 | 86,5 || Металлы | 0 | 68,2 || Серебро | 0 | 35,6 || Медь | 0 | 7,82 || Железо | 0 | 0,599 || Олово | 0 | 0,190 || Свинец | 20 | 0,167 || Жидкости | 16 | 0,158 || Ртуть | 20 | 6,9 || Вода | 22,5 | 4,6 || Ацетон | 0 | 0,4—1 0,16— || Этиловый спирт | 0 | 0,25 0,12 || Бензол | 18 | || Минералы и материалы | 18 | || Хлорид натрия | 18 | || Турмалин | | || Стекло | | || Дерево | | || Асбест | | |------------------------------------------------------------------------------------------------Отклонения от закона Фурье могут появиться при очень больших значениях grad T (например, в сильных ударных волнах (См. Ударная волна)), при низких температурах (См. Низкие температуры) (для жидкого гелия Не II) и при высоких температурах порядка десятков и сотен тысяч градусов, когда в газах перенос энергии осуществляется не только в результате межатомных столкновений, но в основном за счёт излучения (лучистая Т.). В разреженных газах, когда l сравнимо с расстоянием L между стенками, ограничивающими объём газа, молекулы чаще сталкиваются со стенками, чем между собой. При этом нарушается условие применимости закона Фурье и само понятие локальной температуры газа теряет смысл. В этом случае рассматривают не процесс Т. в газе, а теплообмен между телами, находящимися в газовой среде. Процесс переноса теплоты —Т. — в сплошной среде описывается Теплопроводности уравнением.Для идеального газа (См. Идеальный газ), состоящего из твёрдых сферических молекул диаметром d, согласно кинетической теории газов (См. Кинетическая теория газов), справедливо следующее выражение для (пригде ρ — плотность газа, cv — теплоёмкость единицы массы газа при постоянном объёме V, v̅ — средняя скорость движения молекул. Поскольку J пропорциональна 1/р, а ρ Теплопроводность р (р — давление газа), то Т. такого газа не зависит от давления. Кроме того, коэффициент Т. λ и вязкости μ связаны соотношением:Синонимы:,где γ = ср/cv, ср — теплоёмкость при постоянном давлении. В реальных газах (См. Реальный газ)коэффициент Т. — довольно сложная функция температуры и давления, причём с ростом Т и р значение λ возрастает. Для газовых смесей λ может быть как больше, так и меньше коэффициента Т. компонентов смеси, то есть Т. — нелинейная функция состава.В плотных газах и жидкостях среднее расстояние между молекулами сравнимо с размерами самих молекул, а кинетическая энергия движения молекул того же порядка, что и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. В связи с этим перенос энергии столкновениями происходит значительно интенсивнее, чем в разреженных газах, и скорость передачи энергии молекул от горячих изотермических слоев жидкости к более холодным близка к скорости распространения малых возмущений давления, равной скорости звука, т. е. us — скорость звука в жидкости, — среднее расстояние между молекулами. Эта формула лучше всего выполняется для одноатомных жидкостей. Как правило, λ жидкостей убывает с ростом Т и слабо возрастает с ростом р. Т. твёрдых тел имеет различную природу в зависимости от типа твёрдого тела. В диэлектриках (См. Диэлектрики), не имеющих свободных электрических зарядов, перенос энергии теплового движения осуществляется Фононами — квазичастицами, квантами упругих колебаний атомов кристалла (см. Колебания кристаллической решётки, Квазичастицы). У твёрдых диэлектриков , где с — теплоёмкость диэлектрика, совпадающая с теплоёмкостью газа фононов, v̅ — средняя скорость движения фононов, приблизительно равная скорости звука, l — следствие рассеяния фононов на фононах, на дефектах кристаллической решётки (в частности, на границах кристаллитов и на границе образца). Температурная зависимость л. определяется зависимостью от температуры с и l. При высоких температурах (T >> ΘD, где ΘD — Дебая температура) главным механизмом, ограничивающим l, служит фонон-фононное рассеяние, связанное с ангармонизмом колебаний атомов кристалла. фонон-фононный механизм теплосопротивления (1/λ — коэффициент теплосопротивления) возможен только благодаря процессам переброса (см. Твёрдое тело), в результате которых происходит торможение потока фононов. Чем Т выше, тем с большей вероятностью осуществляются процессы переброса, а l уменьшается: при T >> ΘD l Теплопроводность 1/T и, следовательно, λ Теплопроводность 1/T, так как с в этих условиях слабо зависит от Т. С уменьшением Т (при T << ΘD) длина свободного пробега, определяемая фонон-фононным рассеянием, резко растет (R). Теплоёмкость при T << ΘD убывает Теплопроводность Т3 благодаря чему λ при понижении температуры проходит через максимум. Температура, при которой λ имеет максимум, определяется из равенства l (T) ≈ R.Т. металлов определяется движением и взаимодействием носителей тока — электронов проводимости. В общем случае для металла коэффициент Т. равен сумме решёточной фононной λреш и электронной λэ составляющих: λ = λэ + λреш, причём при обычных температурах, как правило, λэ ≥ λреш. В процессе теплопроводности каждый электрон переносит при наличии градиента температуры энергию kT, благодаря чему отношение электронной части коэффициента Т. λэ, к электрической проводимости σ в широком интервале температур пропорционально температуре (Видемана - Франца закон):где k — Больцмана постоянная, е — заряд электрона. В связи с тем, что у большинства металлов λреш ≤ λэ, в законе Видемана — Франца можно с хорошей точностью заменить λэ на λ. Обнаруженные отклонения от равенства (3) нашли своё объяснение в неупругости столкновений электронов. У полуметаллов Bi и Sb λреш сравнима с λэ, что связано у них с малостью числа свободных электронов.Явление переноса теплоты в полупроводниках (См. Полупроводники) сложнее, чем в диэлектриках и металлах, во-первых, в связи с тем, что для них существенны обе составляющие Т. (λэ и λреш), а, во-вторых, в связи со значительным влиянием на коэффициент Т. примесей, процессов биполярной диффузии, переноса Экситонов и др. факторов.Влияние давления на λ твёрдых тел с хорошей точностью выражается линейной зависимостью λ от р, причём у многих металлов и минералов λ растет с ростом р.Лит.: Лыков А. В., Теория теплопроводности, М., 1967; Рейф Ф., Статистическая физика, пер. с англ., М., 1972 (Берклеевский курс физики, т. 5); Робертс Дж., Теплота и термодинамика, пер. с англ., М.—Л., 1950; Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р., Молекулярная теория газов и жидкостей, пер. с англ., М., 1961; 3айман Дж., Принципы теории твердого тела, пер. с англ., М., 1966; Киттель Ч., Элементарная физика твердого тела, пер. с англ., М., 1965; Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П., Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений, 2 изд., М., 1966.С. П. Малышенко.
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.
Полезное
Смотреть что такое "Теплопроводность" в других словарях:
теплопроводность — теплопроводность … Орфографический словарь-справочник
Теплопроводность — скорость передачи тепла от одной (более нагретой) к другой (менее нагретой) части тела. Например, теплопроводность воды равна 0,00140 кал/с, воздуха 0,00005, песка 0,00047 кал/с через 1 см вещества. Является важным экологический фактором,… … Экологический словарь
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ — один из видов переноса теплоты от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию темп ры. При Т. перенос энергии осуществляется в результате непосредств. передачи энергии от ч ц (молекул, атомов, эл нов), обладающих… … Физическая энциклопедия
Теплопроводность — – способность строительного раствора передавать тепло через толщу от одной своей поверхности к другой. [ГОСТ 4.233 86] Теплопроводность – направленный перенос теплоты от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ — ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, переход тепла с участка тела, имеющего высокую температуру, на участок с низкой температурой. Если один конец металлического стержня поместить в пламя, полученная им тепловая энергия вызывает усиление вибрации молекул в… … Научно-технический энциклопедический словарь
теплопроводность — перенос, теплопроводимость Словарь русских синонимов. теплопроводность сущ., кол во синонимов: 2 • перенос (22) • … Словарь синонимов
теплопроводность — Теплообмен, при котором перенос теплоты в неравномерно нагретой среде имеет атомно молекулярный характер [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] теплопроводность Способность материала пропускать тепловой… … Справочник технического переводчика
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ — ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, процесс переноса энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия составляющих его частиц. Приводит к выравниванию температуры тела. Плотность теплового потока,… … Современная энциклопедия
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ — перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия составляющих его частиц. Приводит к выравниванию температуры тела. Обычно количество переносимой энергии, определяемое как плотность … Большой Энциклопедический словарь
Теплопроводность — горных пород (a. heat condustance of rocks, thermoconductivity of rocks; н. Warmeleitung der Gesteine; ф. conductibilite calorifique des roches; и. conductibilidad del calor de rocas, conducciton del calor de rocas, conductibilidad… … Геологическая энциклопедия
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ — ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, теплопроводности, мн. нет, жен. (физ.). Свойство тел распространять тепло от более нагретых частей к менее нагретым. Коэффициент теплопроводности. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова