Презентация "Теплопроводность различных материалов"

Исследование теплопроводности в различных материалах

Актуальность темы : Часто ли мы задумываемся о том, что в жизни мы встречаем множество ситуаций, связанных с теплопроводностью. Актуальность данной темы обусловлена необходимостью определения оптимальных материалов в зависимости от целей использования, с учётом их теплопроводных свойств.

Объект исследования : Теплопроводность различных материалов

Предмет исследования : Исследование теплопроводности в различных материалах

Цель проекта : Изучить теплопроводность разных металлов на основе статей и интернет-ресурсов, и создать проектный продукт на основе изученной информации.

Задачи :

• Познакомиться с теплопроводностью различных материалов;
• Сравнить теплопроводность различных материалов в строительстве и в промышленности;
• Сделать выводы о использовании разных материалов.

Теоритическая часть

Теплопроводность – это физическое свойство материалов, определяющее их способность передавать тепло от более нагретых областей к менее нагретым. Теплопроводность измеряется в ваттах на метр на Кельвин (Вт/(м·К)) и представляет собой важный параметр, используемый при различных инженерных системах.

Основные законы базируются на термодинамических принципах и законах сохранения энергии. Один из наиболее известных законов — закон Фурье, открытый в 1807 году, который гласит:

"тепловой поток, проходящий через единичную площадь материала, пропорционален градиенту температуры вдоль этого материала" .

Математическая запись з-на Фурье

q = -λ grad T

q - вектор плотности теплового потока (Вт);

- коэффициент теплопроводности (удельная теплопроводность) ();

Т - температура (К);

grad - температурный градиент, который показывает, на сколько изменяется температура.

Коэффициент теплопроводности ( ) — это физическая характеристика вещества, отражающая его свойство проводить тепловую энергию. Чем больше значени коэффициента, тем лучше материал проводит тепло.

Теплопроводность в повседневной жизни

Примеры этого свойства в повседневной жизни человека:

Факторы, влияющие на теплопроводность

• Температура . С увеличением температуры большинство материалов демонстрируют рост теплопроводности, так как на высоких температурах увеличивается интенсивность движения частиц, что способствует быстрой передаче тепловой энергии.
• Структура . Структура материала также существенно влияет на его теплопроводность. В кристаллических материалах, таких как металлы, тепло передаётся благодаря свободным электронам. В то время как в аморфных или полимерных материалах основным механизмом передачи тепла является колебание атомов и молекул.
• Внешнее воздействие . Влияние внешних условий, таких как давление, механические деформации или радиация, также способны изменять теплопроводность. При увеличении давления структура металла становится более плотной, что может изменять его теплопроводность.
• Влажность . При увеличении содержания влаги в материале, например, в древесине, теплопроводность обычно возрастает, поскольку вода, обладая высокой теплопроводностью по сравнению с воздухом, улучшает теплопередачу.

Выбор металлов

• Металлы . Первая категория включает в себя распространённые металлы, такие как медь, алюминий и сталь.

Теплопроводность стали зависит от структуры, состава, температуры и метода обработки. Некоторые значения теплопроводности стали:

- углеродистая － 50-90 ;

- низкоуглеродистая  － 47-54 ;

- нержавеющая － 12-22 .

• Изоляционные материалы . Вторая категория включает в себя различные утеплители, такие как стекловата, пенополистирол и минеральная вата. Эти материалы выбраны для того, чтобы продемонстрировать низкий уровень теплопроводности и их эффективность в качестве теплоизоляции. Исследование этого свосйтсва в этих материалах также даст возможность понять, как они могут сочетаться с высокопроводящими металлами в конструкциях.

Материал

Теплопроводность (Вт/м·К)

Пенопласт

-ПСБ-С 15

Стекловата

0,043

0,05

-ПСБ-С 25

Пеноплекс

0,031

0,041

-ПСБ-С 35

Минеральная вата

0,038

от 0,056 до 0,07

Керамзит

от 0,1 до 0,18

• Смешанные материалы . Третья категория включает смешанные материалы, такие как углеродные волокна и стеклопластик. Эти материалы были выбраны благодаря их уникальным теплофизическим свойствам и способности сочетать низкую плотность с устойчивостью к внешним воздействиям. Смешенные материалы, обладая комплексной структурой, могут иметь различные теплопроводные характеристики в зависимости от их компонентов.

Тип стеклопластика

Однокамерный

Толщина стеклопакета

Теплопроводность (Вт/м·К)

20

Однокамерный

(мм)

Двухкамерный

0,32-0,34

24

Двухкамерный

0,34-0,37

28

Двухкамерный

0,48-0,5

32

0,53-0,55

36

0,55-0,58