Коэффициент теплопроводности твердых тел

В металлах основным передатчиком теплоты являются свободные электроны, которые можно уподобить идеальному одноатомному газу. Вследствие движения свободных электронов происходит выравнивание температуры во всех точках нагревающегося или охлаждающегося металла. Свободные электроны движутся как из областей более нагретых в области менее нагретые, так и в обратном направлении. В первом случае они отдают энергию атомам, во втором отбирают. Так как в металлах носителем тепловой и электрической энергии являются электроны, то коэффициенты теплопроводности и электропроводности пропорциональны друг другу.

При повышении температуры в следствие усиления тепловых неоднородностей рассеивание электронов увеличивается. Это приводит к уменьшению коэффициентов теплопроводности и электропроводности.

При наличии разного рода примесей металлов резко убывает. Это можно объяснить увеличением структурных неоднородностей, которые приводят к рассеиванию электронов.

В отличие от чистых металлов сплавов при повышении температуры увеличивается.

Многие строительные и теплоизоляционные материалы имеют пористое строение (кирпич, бетон, асбест и т.д.) и применение закона Фурье к таким телам является в известной мере условным. Наличие пор в материале не позволяет рассматривать такие тела как сплошную среду. Условной является также и величина пористого материала.

Коэффициент порошкообразных и пористых тел сильно зависит от их объемной плотности . Так, с увеличением от 400 до 800 кг/м³ асбеста увеличивается от 0, 105 до 0, 248 Вт/(м·^оС). Это можно объяснить тем, что заполняющего поры воздуха значительно меньше, чем твердых компонентов пористого материала.

Эффективный зависит от влажности. Для влажных материалов больше, чем для сухих. Этот эффект может быть объяснен конвективным переносом теплоты, возникающим благодаря капиллярному движению воды внутри пористого материала.

Увеличение зернистых материалов с увеличением температуры можно объяснить тем, что с повышением температуры возрастает теплопроводность среды, заполняющей промежутки между зернами, а также увеличивается теплоотдача излучением внутри зернистого массива. Значения для разных материалов приведены ниже:

Материал Коэффициент

Металлы и сплавы 7–458 Вт/(м^оС)

Воздух 0, 024 Вт//(м^оС)

Строительные и теплоизо-

ляционные материалы 0, 023–2, 9 Вт//(м^оС)

Сталь 45, 4

Чугун 63, 0

Лед 2, 25

Снег 0, 465

Вода 4, 212 (^оС).