Теория рассматриваемого вопроса. Теплопроводность представляет собой процесс распространения тепла внутри неподвижных тел при непосредственном соприкосновении частиц тела

Теплопроводность представляет собой процесс распространения тепла внутри неподвижных тел при непосредственном соприкосновении частиц тела, имеющих различные температуры. Она обусловлена движением микрочастиц вещества.

Механизм переноса тепла зависит от природы тела: в твердых телах теплопроводность связана с электронной проводимостью, объясняемой движением свободных электронов и, так называемой, ионной проводимостью, обусловленной тепловыми колебаниями кристаллической решетки. Вклад указанных проводимостей в различных телах различен.

Для большинства металлов ионная проводимость пренебрежительно мала по сравнению с переносом за счет движения свободных электронов, тепловая скорость движения которых очень велика. Поэтому металлы являются лучшими проводниками теплоты по сравнению с другими телами.

Для расчета процессов стационарной теплопроводности используется

закон Ж. Фурье, который устанавливает связь между количеством тепла Q, проходящим через изотермическую площадку F, и температурным градиентом

grad t:

Q = – λ grad t F, Вт (6.1)

Здесь λ – коэффициент пропорциональности (коэффициент теплопроводности),

Вт / (м·град); характеризует способность вещества проводить тепло и

численно равен количеству тепла, проходящему через единичную

изотермическую площадку, нормальную тепловому потоку, в единицу

времени при градиенте температуры в 1 град/м;

F – поверхность нагрева, м ;

grad t – градиент температуры (векторная величина, характеризующая

скорость возрастания температуры в пространстве и направленная по

нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания

температуры):

grad t = , град / м

За положительное направление градиента принимается направление возрастания температуры.

Знак минус в уравнении (6.1) указывает на то, что температурный градиент и тепловой поток направлены в противоположные стороны.

Решение уравнения (6.1) при стационарном температурном поле для тел простой геометрической формы позволяет найти коэффициент теплопроводности из соотношения:

λ = – = – , Вт / (м·град) (6.2)

Коэффициент теплопроводности металлов и сплавов определяется опытным путём.

В основном у чистых металлов коэффициент теплопроводности линейно снижается при повышении температуры. Напротив, у сплавов коэффициент теплопроводности при повышении температуры увеличивается. В целом, коэффициент теплопроводности металлов изменяется от 3 до 418 Вт / (м·град).

Из уравнения (6.2) следует, что стационарный метод измерения коэффициента теплопроводности основывается на измерении плотности теплового потока q, Вт/м , проходящего через опытный образец, и градиента температуры в нем.

Для технических расчётов значения коэффициентов теплопроводности металлов и сплавов принимаются по справочным таблицам, полученным на основе экспериментальных данных.