Теоретична частина. Визначення коефіцієнту теплопровідності будівельних матеріалів відносним методом

Лабораторна робота № 2

1. Тема роботи

Визначення коефіцієнту теплопровідності будівельних матеріалів відносним методом

Навчальна мета роботи

• Поглибити розуміння поняття «теплопровідність».

• Ознайомитися з теорією і практикою визначення теплопровідності відносним методом.

• Розвити навички проведення самостійних досліджень.

• Практично визначити теплопровідність зразка будівельної кераміки.

• Поглибити навички аналізу експериментальних результатів.

Теоретична частина

Теплопровідність є одним з шляхів передачі теплоти від більш нагрі­тої області до менш нагрітої. Тепло може передаватися теплопровідніс­тю в газах, рідинах і в твердих тілах. Передача теплоти теплопровідністю у рідинах і газах пов'язана з рухом молекул тіла на відстань їх вільного пробігу. Передача теплоти теплопровідністю у рідинах і газах не є єдиним механізмом. В цьому випадку провідним механізмом передачі те­плоти є конвекція, яка пов'язана з переносом молекул на значні відстані. Для твердих непрозорих матеріалів, на відміну від рідин і газів, передача тепла теплопровідністю є єдиним способом. В цьому випадку теплопрові­дність грунтується на двох механізмах: русі електронів і коливному русі атомів (молекул) навколо рівноважного стану. Перший обумовлює тепло­провідність металів (провідників), другий - теплопровідність неметалів (діелектриків).

Теплопровідність твердих тіл у стаціонарному режимі (див. рис. 2.1) описується законом Фур'є, який для одномірного поля має вигляд

, або (2.1)

, (2.2)

де dQ - кількість теплоти [Дж], перенесеної за час [с] через поверх­ню площею ∆ S [м²] у напрямку x до цієї поверхні в бік зменшення тем­ператури; dt/dx - градієнт температури [°С/м]: q - поверхнева густина теплового потоку [Вт/м²]; - коефіцієнт теплопровідності [Вт/(м°С). Знак «мінус» у формулах 2.1. і 2.2. показує, що напрямок, теплопереносу і гра­дієнта температури протилежні.

Фізичний зміст коефіцієнта l випливає з рівняння 2.2. Коефіцієнт теплопровідності чисельно дорівнює такій густині теплового потоку q, яка встановлюється в тілі при градієнті температур dt / dx = 1 °С/м.

Коефіцієнт теплопровідності твердих тіл є функцією температури, а для рідин і газів залежить також і від тиску. Залежність коефіцієнту теп­лопровідності для певного інтервалу температур можна описати лінійною функцією:

(2.3)

де l _о - коефіцієнт теплопровідності при температурі t = 0°С: t -температура тіла: - емпиричний коефіцієнт.

Для анізотропних речовин коефіцієнт теплопровідності залежить від напрямку передачі тепла. Наприклад, для деревини коефіцієнт тепло­провідності при передачі тепла вздовж волокон в три - чотири рази біль­ший, ніж при передачі тепла поперек волокон. Вологі матеріали ма­ють більший коефіцієнт теплопровідності, ніж сухі. Це пояснюється тим, що теплопровідність води, яка займає пори більша ніж теплопровідність повітря, яке було в порах перед тим.

В залежності від коефіцієнту теплопровідності будівельні матеріали поділяють:

• конструкційні (l > 0.40 Вт/(м °С))

• конструкційно-теплоізоляційні (l = 0.18...0.40 Вт/(м °С))

• теплоізоляційні (l < 0.18 Вт/(м °С)).

В залежності від коефіцієнту теплопровідності теплоізоляційні мате­ріали також поділяють на три класи

• малотеплопровідні - клас А (l < 0.058 Вт/(м °С))

• середньої теплопровідності - клас Б (l = 0.058...0.116 Вт/(м°С))

• підвищеної теплопровідності - клас В (l = 0.116...0.18 Вт/(м°С)).

Коефіцієнти теплопровідності деяких речовин і будівельних матеріа­лів наведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1. Теплопровідність деяких речовин і будівельних матеріалів при 20°С.