Теплопроводность

Теплопрово́дность — способность материальных тел проводить энергию (теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела путём хаотического движения частиц тела (атомов, молекул, электронов и т. п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.

Теплопроводностью называется также количественная характеристика способности тела проводить тепло. В сравнении тепловых цепей с электрическими это аналог проводимости.

Количественно способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Эта характеристика равна количеству теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К). В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения коэффициента теплопроводности является Вт/(м·K).

Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием гипотетического теплорода от одного тела к другому. Однако с развитием молекулярно-кинетической теории явление теплопроводности получило своё объяснение на основе взаимодействия частиц вещества. Молекулы в более нагретых частях тела движутся быстрее и передают энергию посредством столкновений медленным частицам в более холодных частях тела.

Источник: Википедия

Упоминания в литературе

Одним из простейших случаев такой самоорганизации являются ячейки Бенара. Если равномерно нагревать снизу тонкий слой вязкой жидкости, на поверхности станут видны структуры правильной, в классическом варианте шестиугольной формы (рис. 5.4). Это и есть ячейки Бенара. Их появление связано с особенностями перераспределения тепла в слое жидкости высокой плотности. Поначалу тепло будет проходить через жидкость только за счет теплопроводности. Но если греть достаточно сильно, то в какой-то момент в жидкости начнется конвекция: молекулы начнут движение, организуясь в упорядоченные структуры. Это противоречит классической термодинамике, где тепловой поток – это источник потерь (диссипации), разупорядочивания, а не порядка. Если в классической термодинамике тепловой поток считается источником потерь, то в ячейках Бенара он становится источником порядка. Пригожин характеризует возникшую ситуацию как гигантскую флуктуацию, стабилизируемую путем обмена энергией с внешним миром. Похожим образом возникают циклоны – самоорганизующиеся структуры в атмосфере Земли.

Михаил Никитин, Происхождение жизни. От туманности до клетки, 2016

Ученые подсчитали, что при температуре воздуха в помещении от 18° C до 20° C человек теряет около 116 Вт тепловой энергии. Причем 50 % составляет собственно излучение, еще 20 % приходится на испарение, а оставшаяся часть растрачивается на теплопроводность и конвекцию. Подобное соотношение между разными видами теплопотерь принято считать нормальным. При этом любое изменение температурного режима становится причиной нарушения указанной пропорции (рис. 5).

Светлана Хворостухина, Утепление квартиры и дома современными материалами, 2011

Явление переноса теплоты получило название теплопроводности. Характерной особенностью теплопроводности является равномерное распределение тепла по всему объекту, передача тепла из нагретых областей до тех пор, пока система не придет в равновесие. Процесс передачи тепла зависит от времени и необратим (то есть идет в одну сторону и не может быть повернут вспять). Необратимость теплопроводности экспериментальным путем установил Карно, описав действие паровой машины.

Группа авторов, Концепции современного естествознания, 2010

Поглощение электромагнитной энергии живыми тканями сопровождается повышением их температуры, если поглощаемая мощность превосходит мощность рассеяния тепловой энергии. Последняя определяется теплоотдачей, которая осуществляется с поверхности тела посредством излучения, конвекции, теплопроводности и испарения влаги. Отведение тепловой энергии от глубоких тканей к поверхности тела обеспечивается кровообращением. Механизмы теплоотдачи функционируют в организме непрерывно, поскольку ему свойствен постоянный высокий уровень производства теплоты в ходе обмена веществ. Нарушение теплового гомеостаза в организме в результате облучения ЭМИ наступает в тех случаях, когда возникшая в результате этого дополнительная тепловая нагрузка, по меньшей мере, вдвое превышает уровень основного обмена [2].

Г. В. Верещако, Влияние электромагнитного излучения мобильных телефонов на состояние репродуктивной системы и потомство, 2015

Влияние различных факторов на жидкотекучесть. Величина жидкотекучести непосредственно не связана с вязкостью и поверхностным натяжением жидкого металла, а определяется интервалом кристаллизации и совокупностью теплофизических свойств металлов: теплотой кристаллизации, теплоемкостью и теплопроводностью, вязкостью, окисляемостью. При этом теплота кристаллизации является основным фактором: чем больше теплота кристаллизации, тем выше жидкотекучесть. Минимумы и максимумы жидкотекучести (X) сплавов в зависимости от состава отвечают определенным участкам и критическим точкам на диаграммах состояния (рис. 5.1). Сплавы с широким интервалом кристаллизации, как правило, обладают минимальной жидкотекучестью, а максимумы на диаграммах состав – жидкотекучесть соответствуют эвтектическим сплавам и химическим соединениям.

В. Б. Лившиц, Материалы для ювелирных изделий, 2012

Определение толщины льда по данным измерений в ИК-диапазоне. ИК-диапазон исторически стал первым из известных диапазонов электромагнитного спектра, дистанционные наблюдения в котором позволили разработать реально действующие технологии оценки толщины льда. Уже в 1970-е гг. были получены первые успешные результаты оценки толщины льда по данным авиационных ИК-радиометров (Kuhn, 1975). В 1980-х начались разработки технологий использования спутниковых ИК-каналов для оценки толщины льда (Лощилов, Парамонов, 1987; Groves, Stringer, 1991). Технологии базировались на решении уравнений теплопроводности сред вода – лед – снег – воздух и эмпирических зависимостях, полученных в ходе полевых наблюдений в полярных районах. Было установлено, что при отрицательных температурах воздуха между температурой поверхности льда и его толщиной до определенных критических толщин льда существует обратно пропорциональная зависимость: чем толще лед, тем ниже температура его поверхности. При толщине льда 240–250 см наблюдался эффект насыщения, когда температура поверхности льда приобретала минимальные для данных гидрометеорологических условий значения, которые не менялись при дальнейшем увеличении толщины. Такие льды получили наименование «толстые».

Коллектив авторов, Океанография и морской лед, 2011

Строение воды. Вода – уникальное вещество и все её аномальные свойства (высокая температура кипения, значительная растворяющая и диссоциирующая способность, малая теплопроводность, большая теплота испарения и плавления, большая теплоёмкость, большое поверхностное натяжение и когезия и другие) обусловлены строением её молекулы и пространственной структурой. У отдельно взятой молекулы воды есть качество, которое проявляется только в присутствии других молекул: способность образовывать водородные мостики между атомами кислорода двух оказавшихся рядом молекул, так, что атом водорода располагается на отрезке, соединяющем атомы кислорода. Молекулы H2O, благодаря неравномерно распределенному по их объему электрическому заряду, способны притягиваться друг к другу и образовывать беспорядочные роевые формы и упорядоченные «водяные кристаллы». Свободные, не связанные в ассоциаты молекулы H2O присутствуют в воде лишь в очень небольшом количестве. В основном же вода – это совокупность беспорядочных роев и «водяных кристаллов».

Н. Б. Панкова, План-конспект ответов на вопросы экзамена по физиологии, 2009

Еще одной важной характеристикой почв является их теплопроводность. Данный термин означает способность грунта проводить тепловую энергию. Было замечено, что сухая почва отличается меньшей теплопроводностью по сравнению с увлажненной. Такое явление можно объяснить значительным тепловым контактом, происходящим между частичками почвенного комка, разделенными водной пленкой.

С. П. Кашин, Секреты плодородной почвы. Самые эффективные удобрения, 2015

Степень прироста мощности от использования покрытий из тепловых барьеров зависит от конструкции головки, размера камеры сгорания и от материала головки (как уже говорилось, алюминий имеет лучшую теплопроводность и может получить больше преимуществ от изолирующих покрытий). Вообще говоря, обычным является прирост мощности порядка 3 %. Также и прирост в экономии топлива при «полном дросселе» часто составляет около 3 % с возможно большими улучшениями в экономичности при работе с частично открытой дроссельной заслонкой. Как было отмечено, изолирующие покрытия на поршнях могут также улучшить термическую (тепловую) эффективность примерно на 4–8%.

Игорь Скрипник, Тюнинг автомобиля своими руками, 2012

Величина каждой из составляющих эффекта Ярковского зависит от наклона оси вращения тела к плоскости его орбиты. Суточная составляющая максимальна, если ось вращения перпендикулярна к орбите, и обращается в нуль, если ось вращения лежит в плоскости орбиты. Сезонная составляющая, напротив, обращается в нуль в первом случае и максимальна во втором. В реальности обе составляющие действуют совместно, производя тот или иной эффект. На крупные тела (D > 20 км) эффект не оказывает заметного действия за приемлемые промежутки времени. То же самое можно сказать и об очень малых телах, в которых устанавливается постоянная температура. Для тел промежуточных размеров величина эффекта зависит от теплопроводности вещества, в особенности для тел размером 0,1–1,5 м.

Коллектив авторов, Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра, 2010

Относительно теплопроводности данного материала можно сказать следующее: поскольку полости сухой древесины заполнены воздухом, который является плохим проводником тепла, то и ее теплопроводность невелика – 0,1–0,35 ккал/(м × °С × ч). При увеличении влажности этот параметр возрастает. Кроме того, он зависит и от направления роста волокон (вдоль них он в 2 раза больше, чем поперек) и породы древесины.

Г. А. Серикова, Столярно-плотничные работы, 2017

Сварка этих видов сталей затруднена по ряду причин. В процессе сварки происходит частичное выгорание легирующих примесей и углерода. Вследствие малой теплопроводности возможен перегрев свариваемого металла. Эти стали отличает повышенная склонность к образованию закалочных структур, а больший, чем у низкоуглеродистых сталей, коэффициент линейного расширения может вызвать значительные деформации и напряжения, связанные с тепловым влиянием дуги. Причем, чем больше в стали углерода и легирующих примесей, тем сильнее проявляются эти свойства. Для устранения влияния перечисленных причин на качество сварного соединения рекомендуется:

И. В. Мельников, Cварка легированных сталей, 2012

К свойствам расплавов стекломассы относятся вязкость, связанная с ней скорость твердения, поверхностное натяжение и кристаллизация, а также теплоемкость, теплопроводность, электрическая проводимость. Значение этих свойств при производстве стекла очень велико, их необходимо знать для правильной обработки изделий из стекла.

И. В. Мельников, Стекло и его свойства. Сырьевые материалы для стекловарения. Приготовление шихты, 2013

Особое значение имеет терморегулирование организма человека, которое зависит от параметров микроклимата. Теплообмен осуществляется благодаря теплопроводности, конвекции, тепловому испарению и теплоизлучению.

И. А. Наумов, Защита населения и объектов от чрезвычайных ситуаций. Радиационная безопасность, 2015

Индукционный нагрев токами высокой частоты стальных и чугунных изделий с каждым годом занимает все более важное место в технологии современного машиностроения благодаря своим неоспоримым преимуществам. При нагреве под ковку и штамповку решающие преимущества индукционного нагрева заключаются в возможности значительного повышения скорости нагрева и отсутствии длительного периода разогрева оборудования (первые заготовки разогреваются до заданной температуры уже через 3–5 мин после включения оборудования без необходимости разогрева многотонной массы печей, так как нагреву подвергаются только сами обрабатываемые изделия). По этой же причине нет ограничений и потерь, связанных с жаропрочностью, жаростойкостью и теплопроводностью материалов нагревательных устройств. При индукционном нагреве благо даря высоким скоростям нагрева отсутствуют окалина и угар металла на обрабатываемых изделиях.

П. С. Гурченко, История и направления развития исследований и технологий индукционного нагрева в Беларуси, 2015

К физическим свойствам относятся механические (прочность, деформация, твердость, усталость и др.), термические (теплоемкость, теплопроводность, огнестойкость, термостойкость, термическое расширение и др.), оптические (цвет, блеск, прозрачность, лучепреломляемость и др.), акустические (тембр, высота звука, звуковое давление и др.), электрические, а также общие физические свойства (масса, плотность, пористость).

И. В. Мельников, Товароведение, 2012

7) коэффициент теплопроводности материалов, используемых для покрытия поверхности вибрирующего оборудования в местах контакта с руками работающего;

М. А. Краснова, Полный справочник санитарного врача, 2013

– передачу теплоты за счет теплопроводности (передачу частицам атмосферы теплоты земной поверхности);

М. Г. Меркулова, Контрольные работы по географии. 7 класс, 2009

Поглощая огромное количество теплоты, сама вода существенно не нагревается. Удельная теплоемкость ее в 5 раз выше, чем у песка, и почти в 10 раз выше, чем у железа. Вот эту теплоту и отдает вода, превращаясь в лед. А теплопроводность льда намного меньше, чем у воды, поэтому «ледовая» шуба защищает цветки.

А. Н. Джерелей, Вода для вашего здоровья, 2011

Обрабатываются, в основном зональные почвы. Профиль почвы этого типа показан на рис. 7, где: 1 – гумусный слой, 2 – выщелоченная почва, 3 – глина, содержащая 3-х валентное железо, 4 – материковая порода в стадии разрушения. Физические характеристики каждого из таких горизонтов зависят от типа почвы. Из физических свойств наиболее важны: плотность, капиллярность, пористость, влажность, теплопроводность, поглощательная способность.

А. П. Рыженков, Физика окружающей среды, 2018

Следует отметить, что такая конструкция применяется в котлостроении уже лет, наверное, сто, за это время появилось множество новых материалов и технологий, однако серый чугун, из которого отливаются секции теплообменника, по-прежнему привлекателен благодаря сочетанию приличной теплопроводности с высокой прочностью и коррозионной стойкостью.

С. В. Зотов, Твердотопливный котел в вашем доме, 2010