معامل صيغة التوصيل الحراري

معامل التوصيل الحراري

ونحن نعلم بالفعل أن الحرارة يتم نقلها من الجسم أكثر دفئا إلى واحد أقل دفئا. نحن نعرف كم الطاقة تحتاج إلى تسخين الجسم عدد معين من درجات. ولكن من المهم أيضا بالنسبة لنا أن نعرف مع ما سرعة تسخين أو تبريد يمر الجسم. معرفة سرعة التبريد في المنزل، يمكننا تحديد ما السرعة التي نحتاجها لتسخين المنزل.

معدل التغير في درجة الحرارة لجميع الهيئات يختلف. الجميع يعرف من التجربة الشخصية أن المعدن يتغير درجة الحرارة بشكل أسرع، وصوف القطن أبطأ، لذلك نحصل على المقالي الساخنة والفطائر من الفرن مع بوثوكس، وليس مع اليدين. دعونا ننظر في الجزء النظري من هذه الظاهرة.

وتظهر التجربة أن انتقال الحرارة عن طريق التوصيل الحراري يحدث على طول العادي إلى سطح متساوي الحرارة من الأماكن التي تكون فيها درجة حرارة أعلى إلى الأماكن ذات درجة حرارة أقل.

كثافة التدفق الحراري (q) هي مقدار الحرارة التي تمر في وحدة الزمن لكل وحدة المساحة من سطح متساوي الحرارة (ناقلات).

حيث دق / دت هو معدل تدفق الحرارة أو كمية الحرارة تمر لكل وحدة الوقت، S هو مجال سطح متساوي الحرارة، وأنان – نواقل وحدة موجهة على طول العادي إلى سطح متساوي الحرارة في اتجاه انخفاض درجة الحرارة.

وفي الوقت نفسه، استنتج فورييه القانون بأن كثافة تدفق الحرارة تتناسب مع تدرج درجة الحرارة وتوجه في الاتجاه المعاكس:

حيث λ هو معامل التوصيل الحراري ويتم تحديده تجريبيا لكل جسم، n هو الطبيعي إلى سطح متساوي الحرارة.

يتم توجيه تدفق الحرارة من الحرارة إلى البرد، وتدرج درجة الحرارة في الاتجاه المعاكس، لذلك هناك علامة ناقص بينهما.

دعونا نعتبر مثالا على الموصلية الحرارية ثابتة أحادي البعد، دعونا نأخذ جدار سمك δ، وهو أصغر بكثير من عرضه والطول.

دق / دت = كونست = Q / t؛

باستخدام تعريف كثافة تدفق الحرارة وقانون فورييه، نحصل على الهوية:

حيث λ هو معامل التوصيل الحراري.

المعنى الفيزيائي لمعامل التوصيل الحراري – هذا هو مقدار الحرارة المتدفقة في وحدة الزمن من خلال وحدة المساحة من سطح متساوي الحرارة عند انخفاض درجة الحرارة من 1 كلفن لكل وحدة طول.

بالنسبة لمعظم المواد، λ يعتمد على درجة حرارة الجسم ويتم تحديد اعتماده بالصيغة التالية:

أين λحول – قيمة التوصيل الحراري في درجة الحرارة Tس, b ثابت ثابت تجريبيا.

من الضروري أن نتذكر ما يلي:

  • بالنسبة للبلورات، λ ليست هي نفسها في اتجاه محاور مختلفة من الكريستال. بالنسبة للشجرة، λ يختلف على طول وعبر الألياف.
  • نفس المواد مع الرطوبة المختلفة لديها مختلفة λ.
  • معامل التوصيل الحراري ليس كمية إضافية. لذلك لا يمكن حساب λ الخليط عن طريق جمع التوصيل الحراري للمكونات الفردية التي يتكون منها الخليط.
  • إن معامل التوصيل الحراري لسبائك المعادن النقية في الحالة العامة لا يمكن أن يكون متوسط ​​القيمة بين معاملات التوصيل الحراري للمعادن النقية المأخوذة بشكل منفصل.
  • في وجود أنواع مختلفة من الشوائب، λ من المعادن النقية تنخفض بشكل حاد.
  • بالنسبة لمعظم الغازات، ومواد البناء والعزل، λ يزيد مع زيادة درجة الحرارة.
  • مواد البناء مع λ ≤ 0،23 W / (مك) يشار إليها باسم مواد العزل الحراري. بالنسبة لمعظم مواد البناء والعزل، λ يعتمد على الكثافة والمسامية والرطوبة وعوامل أخرى.
  • بالنسبة لمعظم قطرات السائل، λ تنخفض مع زيادة درجة الحرارة. الاستثناءات هي الغليسرين والماء وبعض الآخرين.
  • بالنسبة لبعض المعادن والسبائك (الحديد، الكربون الصلب، الخ) λ تنخفض مع زيادة درجة الحرارة، للآخرين (الألومنيوم، نيتشروم، وما إلى ذلك) – الزيادات.
  • بالنسبة لمعظم المواد، فإن الاعتماد على التوصيل الحراري على درجة الحرارة ضعيفة بما فيه الكفاية، مما يسمح لها أن يكون متوسطها على مدى درجة حرارة معينة وتعمل على أنها قيمة ثابتة.

جميع المواد المعروضة على الموقع هي بالمعلومات البحتة والمعلوماتية في الطبيعة، ولا يمكن اعتبارها تعليمات مباشرة للاستخدام. كل حالة فردية وتتطلب حساباتها، وبعد ذلك من الضروري اختيار التكنولوجيات اللازمة.

لا تتخذ قرارات متهورة. نضع في اعتبارنا أن ما عملت للآخرين، في ظروفك قد لا تعمل.

إدارة الموقع والمؤلفين من المقالات ليست مسؤولة عن أي أضرار والعواقب التي قد تنشأ عند استخدام مواد الموقع.

قد يحتوي الموقع على محتوى محظور عرضه للأشخاص دون سن 18 عاما.

معامل التوصيل الحراري لمواد البناء. جدول القيم

وتعتمد الراحة في المبنى الذي تم بناؤه على العديد من العوامل. وعلى سبيل المثال، يتأثر المناخ المحلي في الغرفة بمعامل التوصيل الحراري لمواد البناء. سيسمح جدول هذه المعايير باختيار أنسب المواد لخلق ظروف مريحة في المنزل.

بسبب حساب حساب صحيح، في المستقبل يمكنك حفظ على تدفئة المنزل. حتى لو كان في المرحلة الأولى من البناء لإنتاج من مواد أكثر تكلفة، في الوقت المناسب أنها سوف تسدد تماما. في حالة المواد التي تستخدم مواد كثيفة الحرارة للبناء، من الضروري القيام بأعمال إضافية على عزل المنزل. يتم تنفيذ خارج وخارج المباني. ولكن في أي حال يتحمل تكاليف إضافية والوقت والمال.

في الفيزياء، ويفهم التوصيل الحراري على أنه نقل الحرارة من جزيئات أكثر ساخنة إلى أقل تسخينها نتيجة للاتصال المباشر بهم. الجسيمات هنا تعني الذرات والجزيئات أو الإلكترونات الحرة.

بعبارات بسيطة، التوصيل الحراري هو قدرة مادة معينة لتمرير الحرارة. ومن الجدير بالذكر أن انتقال الحرارة سيستمر حتى يتم التوصل إلى توازن درجة الحرارة.

فقدان الحرارة لأجزاء مختلفة من المباني يختلف. إذا كنا نتحدث عن منزل خاص، قبل فقدان الحرارة سيحدث:

  • من خلال السقف – تصل إلى 30 في المئة.
  • من خلال المداخن، والتهوية الطبيعية وهلم جرا – تصل إلى 25 في المئة.
  • من خلال الجدران – تصل إلى 15 في المئة.
  • عن طريق الجنس – تصل إلى 15 في المائة؛
  • من خلال النوافذ – تصل إلى 15 في المئة.
  • من خلال التواصل – تصل إلى 15 في المئة.

وبالنسبة للمنازل متعددة الأسر، تختلف هذه المؤشرات اختلافا طفيفا. وستكون الخسائر من خلال السقف والجدران أقل. ولكن من خلال النوافذ سوف يترك المزيد من الحرارة.

وتتميز الموصلية الحرارية للمادة بفترة زمنية تصل خلالها مؤشرات درجة الحرارة إلى التوازن. ويتجلى ذلك في معامل التوصيل الحراري لمواد البناء. ويبين الجدول أن هناك علاقة عكسية بين الوقت والتوصيل الحراري في هذه الحالة. وهذا هو، كلما قل الوقت الذي يستغرقه لنقل الحرارة، كلما زادت قيمة التوصيل الحراري.

في الممارسة العملية، وهذا يعني أن المبنى سوف يبرد بسرعة أكبر، إذا كان هناك أكثر معامل التوصيل الحراري للمواد البناء. جدول القيم في هذه الحالة هو ببساطة ضروري. فإنه يدل على مدى حرارة المبنى سوف تفقد من خلال وحدة من المنطقة.

لننظر في مثال. الطوب لديه الموصلية الحرارية من 0.67 كيلوواط / (م 2 * K) (تؤخذ القيمة من الجداول المقابلة). وهذا يعني أن 1 متر مربع من سطح مع سمك متر واحد سوف تمر 0.67 واط من الحرارة. وسيتم توفير هذه القيمة أن الفرق في درجات الحرارة من السطوح اثنين من درجة واحدة. مع زيادة في الفرق إلى 10 درجة، وفقدان الحرارة هو بالفعل 6.7 واط. في ظل هذه الظروف، إذا تم تخفيض سمك الجدار بعامل 10 (أي ما يصل إلى 10 سم)، وفقدان الحرارة هو 67 واط.

وتتأثر معاملات التوصيل الحراري لمواد البناء بعوامل مختلفة. المعلمات الرئيسية هي:

  • كثافة المادة. إذا كانت كثافة أعلى، ثم الجسيمات داخل المواد تتفاعل مع بعضها البعض بقوة أكبر. وبناء على ذلك، فإن نقل الطاقة الحرارية وإنشاء توازن درجة الحرارة سوف تحدث بشكل أسرع. ونتيجة لذلك، وكلما ارتفعت كثافة، وأفضل المواد يمر الحرارة.
  • المسامية. هنا يلاحظ الوضع المعاكس. المواد ذات المسامية الكبيرة لديها بنية غير متجانسة. معظم حجم يشغلها الهواء، الذي لديه أدنى معامل. نقل الطاقة الحرارية من خلال المسام الصغيرة أمر صعب. وبالتالي، فإن التوصيل الحراري زيادة.
  • الرطوبة. مع زيادة الرطوبة، والتوصيل الحراري من مواد البناء ستكون أيضا أعلى.

ويبين الجدول أعلاه القيم الدقيقة لبعض المواد.

مقارنة التوصيل الحراري للمواد في الممارسة العملية

من الصعب على شخص عديم الخبرة أن يفهم ما هي معاملات التوصيل الحراري لمواد البناء. سنيب يعطي القيم المحددة التي ترد في الجدول.

لفهم الفرق بين هذه القيم بشكل أفضل، ضع في اعتبارك مثالا. دعونا نقارن عدة مواد مختلفة. كمية الحرارة التي تنتقل من قبلهم يمكن أن تكون هي نفسها إذا تم تغيير سمك الجدار. لذلك، فإن جدار من ألواح الخرسانة (مع سخان) بسماكة 14 سنتيمترا سوف تتوافق مع جدار خشبي بسمك 15 سم. نفس القيمة من التوصيل الحراري سوف تكون نموذجية لتوسيع الطين ملموسة 30 سم سميكة، الطوب جوفاء 51 سم سميكة. إذا كنت تأخذ لبنة، ثم للحصول على هذه الموصلية الحرارية تحتاج إلى بناء جدار بسمك 64 سم.

معامل التوصيل الحراري لمواد البناء (الجدول) يتم تحديد سنيب وغيرها من الوثائق. لذلك، لتجميع الجدول الذي تم وضعه أعلاه، تم استخدام وثائق مثل سنيب 11-3-79، سنيب 23-02-2003، سب 50.13330.2012.

إذا كانت المعايير لا تعطي قيمة معامل التوصيل الحراري من مواد البناء اللازمة، فإنه يمكن الحصول عليها من الشركة المصنعة. نظرة على التعبئة والتغليف، إذا لم يتم تحديد هذه المعلمة هناك. مخرج آخر هو أن يذهب إلى الموقع الرسمي للشركة المصنعة.

كما يمكن أن يرى، حساب فقدان الحرارة يلعب دورا هاما في عملية بناء البناء. وهذا سيحدد مستوى الراحة في الغرفة. لذلك، حتى في مرحلة التصميم، فمن الضروري أن نتعامل مع مسألة اختيار مواد البناء مع أقصى قدر من الرعاية. وهذا سوف يقلل من تكلفة الموارد المالية للتدفئة. سيختلف سمك المادة المختارة لكل منطقة. وسوف تعتمد على الظروف المناخية للمنطقة الإقامة.

معامل صيغة التوصيل الحراري

كمية الحرارة المنقولة Q ويسمى تدفق الحرارة. وعادة ما يشار إلى هذه القيمة باسم وحدة الوقت ساعة. ويسمى تدفق الحرارة لكل وحدة السطح منها محددةتدفق مسطحة، كثافة تدفق الحرارة، أو الحمل الحراري من سطح التدفئة ف.

القيم Q, وكذلك ف هي متجهات الاتجاه الإيجابي الذي يؤخذ على طول العادي إلى سطح متساوي الحرارة في اتجاه انخفاض درجة الحرارة، وهذا هو، عكس اتجاه ناقلات التدرج درجة الحرارة.

العلاقة بين كمية الحرارة DQ، ويمر من خلال منصة الابتدائية DF، مستلقيا على سطح متساوي الحرارة، لكل وحدة زمنية، وأنشأت فورييه درجة الحرارة التدرج:

يتم تحديد تدفق الحرارة المحدد من خلال العلاقة:

وتشير علامة الطرح في الجانب الأيمن من المعادلتين (1) و (2) إلى أن تدفق الحرارة وتدرج درجة الحرارة، مثل النواقل، لهما اتجاهين متعاكسين. ويسمى عامل التناسب. معامل التوصيل الحراري. معامل λ هو المعلمة المادية للمادة ويميز قدرتها على إجراء الحرارة.

ويتبين من المعادلة (2) أن معامل التوصيل الحراري λ له البعد التالي:

وبالتالي، فإن قيمة معامل التوصيل الحراري تحدد كمية الحرارة التي تمر في وحدة الزمن من خلال وحدة من سطح متساوي الحرارة عند تدرج درجة الحرارة للوحدة.

في الحالة العامة، التوصيل الحراري له قيم مختلفة للمواد المختلفة. ويعتمد معامل التوصيل الحراري في مادة معينة على خصائصه الفيزيائية ودرجة الحرارة والضغط والرطوبة والهيكل. وبالنسبة للمواد التي لها تطبيقات عملية، لم يكن من الممكن تحديد الاعتماد التحليلي لمعامل التوصيل الحراري على الخصائص الفيزيائية للمادة. في الحسابات الهندسية، يتم اختيار قيم معامل التوصيل الحراري من الجداول المرجعية المجمعة من البيانات التجريبية. ويبين الشكل حدود التغير في معامل التوصيل الحراري لمختلف المواد.

ترتيب حجم معامل التوصيل الحراري لمختلف المواد

وتبين التجربة أن معامل التوصيل الحراري يعتمد على درجة الحرارة بالنسبة إلى مادة بنية معينة ورطوبة معينة، وهي عند الضغط الجوي. بالنسبة للعديد من المواد ذات الدقة الكافية للممارسة، يمكن الاعتماد على التوصيل الحراري على درجة الحرارة على أنها خطية:

حيث λحول – قيمة معامل التوصيل الحراري عند درجة الحرارة تي0.

ب هو ثابت تحدد تجريبيا.

وتتراوح قيم معامل التوصيل الحراري للغازات بين 0.004 و 0.4 W×م -1 ×K -1 . كما يزيد من درجة الحرارة، معامل التوصيل الحراري من الغازات المثالية يزيد، ولا تعتمد على التغيير في الضغط. والاستثناء منخفض جدا (20 مم زئبق. الفن). و مرتفعة جدا (>2000 أجهزة الصراف الآلي) الضغط. أعلى قيم التوصيل الحراري للهيليوم والهيدروجين (5 – 10 مرات أعلى مما كانت عليه في الغازات الأخرى). وهذا ما يفسره ارتفاع سرعة حركة جزيئات الهيليوم والهيدروجين بين الاصطدامات التالية.

معامل التوصيل الحراري لبخار الماء والغازات الحقيقية الأخرى، والتي تختلف اختلافا كبيرا عن الغازات المثالية، يعتمد بشكل كبير على الضغط.

وبالنسبة لمخاليط الغاز، يجب تحديد معامل التوصيل الحراري تجريبيا، لأن قانون الإضافة للمعامل λ غير قابل للتطبيق.

معامل التوصيل الحراري للسوائل المتساقطة يكمن في المدى من 0.07 إلى 0.5 W×م -1 ×K -1 . مع زيادة درجة الحرارة لمعظم السوائل ينخفض ​​معامل،، باستثناء الماء والغليسرين. مع زيادة الضغط، معامل التوصيل الحراري للسوائل يزيد.

معامل التوصيل الحراري للمعادن يكمن في المدى من 1.72 إلى 310 W×م -2. أما معظم المعادن التي تعمل بالحرارة فهي الفضة (λ = 310)، ثم النحاس الأحمر (λ = 292)، والذهب (λ = 224)، والألمنيوم (λ = 155)، وما إلى ذلك. وفي وجود الشوائب في المعدن، ينخفض ​​معامل التوصيل الحراري. لذلك، على سبيل المثال، النحاس الأحمر مع آثار الزرنيخ و λ = 105 W×م -1 ×K -1 . للحديد مع 0.1٪ الكربون λ = 39 W×م -1 ×K -1 , مع 1.0٪ الكربون λ = 29، مع 1.5٪ الكربون λ = 27 W×م -1 ×K -1 . لصلب الكربون الصلب، معامل التوصيل الحراري هو 10 – 25٪ أقل من غير صلابة. كما ترتفع درجة الحرارة، وقيم التوصيل الحراري للمعادن النقية تنخفض. وهذا ما يفسره حقيقة أنه مع ارتفاع درجة الحرارة، تظهر التجانس الحراري في المعدن، مما يسبب زيادة في تشتت الإلكترونات. على عكس المعادن النقية، الموصلية الحرارية من سبائك يزيد مع زيادة درجة الحرارة.

ويتراوح معامل التوصيل الحراري لمواد البناء والحرارة من 0.02 إلى 2.1 W× م -1 × K -1، ومع زيادة درجة الحرارة يزيد. وكقاعدة عامة، مع زيادة كثافة المواد، يزيد معامل التوصيل الحراري. ذلك يعتمد على هيكل المواد، مسامية والرطوبة. وجود المسام في العديد من مواد البناء والعزل الحراري (الطوب والخرسانة والأسبستوس والخبث، وما إلى ذلك) لا يسمح لنا أن ننظر المتوسطة المستمر. إن تطبيق هذه القوانين على قانون فورييه مشروط. معامل التوصيل الحراري للجسيمات المسامية و المسامية يعتمد إلى حد كبير على الكثافة. على سبيل المثال، معامل التوصيل الحراري للأسبست مع زيادة في الكثافة من 400 إلى 800 كجم / م 3 من 0،08 إلى 0،18 W× م -1 × K -1. هذا الوضع يفسره حقيقة أنه مع زيادة كثافة المادة، فإن كمية الهواء في المسام تنخفض، حيث معامل التوصيل الحراري هو أقل بكثير من ذلك من الجزء الصلب من الجسم التي يسهل اختراقها. وبالنسبة للمواد الرطبة، فإن معامل التوصيل الحراري أكبر بكثير من الجفاف والماء وحده. ويرجع ذلك إلى نقل الحرارة الحمل الحراري الناجم عن حركة الشعرية من الماء من خلال المواد التي يسهل اختراقها، وأيضا لأن الرطوبة امتصاص لها خصائص أخرى من المياه الحرة.