Wprowadzenie do przewodnictwa ciepła - omówienie

Wprowadzenie do przewodnictwa ciepła
Rozprzestrzenianie się energii cieplnej wewnątrz ciała na drodze wymiany energii cieplnej bezpośrednio pomiędzy sąsiednimi cząstkami oraz dyfuzji drobin, atomów i swobodnych elektronów.
Wszystkie rozważania dotyczące przewodnictwa cieplnego są przeprowadzane
przy następujących założeniach:
1. Charakterystyki wszystkich procesów w danej objętości ciała są funkcjami ciągłymi, również w czasie.
2. Straty energii na deformację termiczną w ciele są bardzo małe w porównaniu
ze zmianą energii wewnętrznej, tzn. proces zachodzi przy V=const.
3. Nie występuje w ciele konwekcja i promieniowanie cieplne.
Doświadczenia wykazują, że przy pomocy pierwszej i drugiej zasady termodynamiki trudno jest matematycznie opisać procesy przewodnictwa.
W tym celu korzystamy z prawa podanego po raz pierwszy przez Bio i Fouriera, które brzmi następująco:
„Wektor gęstości strumienia ciepła w przewodnictwie danego punktu
ciała równomiernie nagrzanego, w danym momencie czasu - jest wprost
proporcjonalny do wektora gradientu temperatury”
W postaci matematycznej prawo to można zapisać w następującej postaci:
[W/m2] (5)
gdzie: Współczynnik proporcjonalności  w W/mK zwany współczynnikiem przewodnictwa zależy od temperatury i jest podawany w literaturze dla określonego zakresu temperatur względnie ściśle określonej temperatury.
Wartość współczynnika przewodnictwa  waha się w granicach:
- dla gazów od 510-3 do 0,5 W/mK i wzrasta z temperaturą (od ciśnienia
praktycznie nie zależy w zakresie 0,3 do 2000 bar),
- dla cieczy od 810-3 do 0,6 W/mK i z reguły zmniejsza się ze wzrostem temperatury (nie zależy od ciśnienia),
- dla metali od 7 do 360 W/mK i powoli zmniejsza się ze wzrostem temperatury
Zwykle przyjmuje się liniową zależność współczynnika przewodnictwa cieplnego od temperatury w postaci:  = a + b T, gdzie a i b - stałe właściwe dla danego materiału. W niskich temperaturach należy w tej zależności uwzględnić człon nieliniowy, dodając wyrażenie c T2.
W tablicach są podawane wartości współczynnika dla różnych materiałów i mediów. Występujące różnice wartości  wynikają często z trudnych do określenia własności materiałów szczególnie budowlanych. Nawilżenie, róznice w składzie chemicznym, czy gęstości, zmieniają zasadniczo przewodność cieplną materiału i dlatego w przypadku braku danych zaleca się wyznaczać wartość  przy pomocy pomiarów.
... zobacz całą notatkę