Wabashpress.ru

Техника Гидропрессы
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Глоссарий. Физика

Теплообмен

Теплопроводность — явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте.
Наибольшей теплопроводностью обладают металлы — она у них в сотни раз больше, чем у воды. Исключением являются ртуть и свинец, но и здесь теплопроводность в десятки раз больше, чем у воды.
При опускании металлической спицы в стакан с горячей водой очень скоро конец спицы становился тоже горячим. Следовательно, внутренняя энергия, как и любой вид энергии, может быть передана от одних тел к другим. Внутренняя энергия может передаваться и от одной части тела к другой. Так, например, если один конец гвоздя нагреть в пламени, то другой его конец, находящийся в руке, постепенно нагреется и будет жечь руку.
Нагревание кастрюли на электрической плитке происходит через теплопроводность.
Изучим это явление, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостью и газом.
Внесем в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится. Другой конец палки, находящийся снаружи, будет холодным. Значит, дерево обладает плохой теплопроводностью.
Поднесем к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец, останется холодным. Следовательно, и стекло имеет плохую теплопроводность.
Если же мы будем нагревать в пламени конец металлического стержня, то очень скоро весь стержень сильно нагреется. Удержать его в руках мы уже не сможем.
Значит, металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность. Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь.
Теплопроводность у различных веществ различна.
Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство). Объясняется это тем, что теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.
Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводностью. Так, для кастрюль, сковородок ручки из пластмассы. Дома строят из бревен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняют от охлаждения.

Конвекция

  • естественная (или свободная)
  • вынужденная

Излучение

Излучение — электромагнитное излучение, испускаемое за счет внутренней энергии веществом, находящимся при определенной температуре.
Мощность теплового излучения объекта, удовлетворяющего критериям абсолютно черного тела, описывается законом Стефана — Больцмана.
Отношение излучательной и поглощательной способностей тел описывается законом излучения Кирхгофа.
Передача энергии излучением отличается от других видов теплопередачи: она может осуществляться в полном вакууме.
Излучают энергию все тела: и сильно нагретые, и слабо, например тело человека, печь, электрическая лампочка и др. Но чем выше температура тела, тем больше энергии передает оно путем излучения. При этом энергия частично поглощается этими телами, а частично отражается. При поглощении энергии тела нагреваются по-разному, в зависимости от состояния поверхности.
Тела с темной поверхностью лучше поглощают и излучают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность. В то же время тела с темной поверхностью охлаждаются быстрее путем излучения, чем тела со светлой поверхностью. Например, в светлом чайнике горячая вода дольше сохраняет высокую температуру, чем в темном.

Теплопроводность

Внутренняя энергия тела может изменяться без совершения работы – за счет теплопередачи. Когда мы подносим металлическую палку к пламени свечи, ее конец тоже становится горячим.

На этом примере видно, что внутренняя энергия может передаваться от одних тел к другим. Также внутренняя энергия может передаваться от одной части тела к другой – ведь нижняя часть палки не касается свечи, но нагревается.

То же явления мы можем наблюдать, опустив железную ложку в кипяток. Вскоре конец ложки, не погружённый в воду, станет горячим (рисунок 1).

Одним из видов теплопередачи является теплопроводность. Именно его мы наблюдаем в приведенном примере. В данном уроке мы более подробно рассмотрим это явление.

Определение тепловодности

Теплопроводность – это явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте.

  • теплопроводность свойственна веществам во всех трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном
  • разные вещества обладают разной теплопроводностью

Рассмотрим подробнее последнее утверждение. Поднесем к огню конец деревянной палочки (рисунок 2). Он загорится. Тем не менее, другой ее конец останется холодным. Следовательно, дерево обладает плохой теплопроводностью.

Если мы заменим деревянную палочку на металлическую, то она вся довольно быстро нагреется. Держа такой предмет, можно легко обжечься.

Это говорит о том, что металлы имеют большую теплопроводность. Серебро медь и золото имеют наибольшую теплопроводность.

Теплопроводность твердых тел

Рассмотрим опыт, изображенный на рисунке 3.

Прикрепляем к штативу один конец толстой медной проволоки. Под другим концом проволоки расположим спиртовую горелку. К проволоке прикрепим с помощью воска небольшие гвоздики (рисунок 3, а).

Начнем нагревать свободный конец проволоки с помощью спиртовки (рисунок 3, б). Воск постепенно начнет таять.

Поочередно гвоздики начнут отваливаться, начиная с тех, что находятся ближе к огню спиртовки (рисунок 3, в).

Объясним происходящее со стороны физики:

  1. Частицы металла находятся очень близко к друг другу. Они колеблются в определенных положениях
  2. Скорость колебательного движения частиц при нагревании металла сначала увеличивается в той части проволоки, которая находится ближе к огню
  3. За счет взаимодействия частиц металла друг с другом, увеличивается скорость движения соседних частиц
  4. При увеличении скорости их движения, начинает подниматься температура

Этот процесс будет постепенно проходить по всей длине проволоки.

При теплопроводности не происходит переноса вещества от одного конца тела к другому.

Рассмотрим еще один опыт (рисунок 3). На этот раз с другой стороны подставим к горелке еще один штатив с закрепленной на нем проволокой. Различие будет в ее материале – проволока сделана из стали.

В процессе нагревания мы увидим, что гвоздики на медной проволоке отваливаются быстрее. Медь быстрее нагревается по всей длине. Это показывает нам, что тепловодность различных металлов неодинакова. Медь имеет большую тепловодность, чем сталь.

Теплопроводность жидкостей

Проведем простой опыт. Наполним пробирку водой и начнем подогревать ее верхнюю часть (рисунок 4).

Читайте так же:
Редуктор пропановый рдсг с регулировкой

Вода в верхней части пробирки быстро закипит, а у дна просто нагреется. Это говорит о том, что у жидкостей теплопроводность невелика (исключение составляют ртуть и расплавленные металлы).

Причина небольшой теплопроводности жидкостей – расположение молекул в их строении. Расстояние между молекулами жидкости больше, чем в твердых телах.

Теплопроводность газов

Исследуем на опыте теплопроводность газов. Наденем на палец пробирку. Будем нагревать ее дно в пламени спиртовки (рисунок 5).

Нам придется долго ждать, чтобы почувствовать тепло нагретого в пробирке воздуха. Расстояние между молекулами газа еще больше, чем у жидкостей и твердых тел. Значит, теплопроводность газов еще меньше.

Волосы, шерсть, перья птиц обладают плохой теплопроводностью. Причина этому – между волокнами этих веществ содержится воздух.

Теплопроводность объясняется переносом энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии частиц вещества. Чем больше расстояние между частицами и слабее взаимодействие между ними, тем меньшей теплопроводностью обладает тело. Поэтому наименьшей теплопроводностью обладает вакуум (безвоздушное пространство). Нет частиц – нет теплопроводности.

Применение

Иногда необходимо предохранить тело от нагревания или охлаждения. Для этого используют тела с малой теплопроводностью. Если кастрюли и сковородки делают из металла (позволяет быстрее нагреваться), то их ручки делают из дерева или пластмассы. Это позволяет нам не обжигаться. По этой же причине кружки и стаканы изготавливают преимущественно из пластмассы, стекла, фарфора.

Материалы, которые используют при строительстве домов (бревна, кирпичи, бетон) обладают плохой теплопроводностью. Таким образом строения меньше охлаждаются.

В устройстве термоса тоже применяется явление теплопроводности (рисунок 6). Из пространства между колбой и кожухом выкачан воздух, так почти не осуществляется теплопередача.

Снежный покров имеет плохую теплопроводность. Это имеет огромное значение для живых организмов: многие зимующие растения защищены от вымерзания; крупные животные ночуют, зарывшись в снег; мелкие могут вести активную жизнь в норах, вырытых под снегом.

9 теплопроводов и их характеристики

В проводники тепла Это те материалы, структура которых такова, что тепло может проходить через них очень легко. Следует помнить, что вся материя состоит из атомов и молекул, находящихся в постоянном колебательном движении, и что тепло приводит к еще большему возбуждению этих частиц.

Некоторые материалы проводят тепло лучше, чем другие, потому что их внутренняя конфигурация облегчает поток энергии. Например, дерево не является хорошим проводником тепла, потому что для его нагрева требуется много времени. Но с другой стороны, железо, медь и другие металлы есть, а это означает, что их частицы очень быстро приобретают кинетическую энергию.

Вот почему металлы являются фаворитом для изготовления кухонной утвари, такой как кастрюли и сковороды. Они быстро нагреваются и достигают температуры, достаточной для правильного приготовления пищи.

Однако ручки и ручки, контактирующие с руками пользователя, изготовлены из других теплоизоляционных материалов. Таким образом, с кастрюлями легко обращаться, даже если они горячие.

Типы проводников

В зависимости от способа отвода тепла материалы подразделяются на:

Теплопроводники: алмаз и металлы, среди которых медь, железо, цинк и алюминий. Хорошие проводники электричества обычно также хорошо проводят тепло.

Теплоизоляция: дерево, резина, стекловолокно, пластик, бумага, шерсть, аниме, пробка, полимеры — хорошие примеры. Газы тоже не являются хорошими проводниками.

Теплопроводность материалов

Свойство, которое по сути характеризует способ, которым каждый из них проводит тепло, называется Теплопроводность. Чем выше теплопроводность вещества, тем лучше оно проводит тепло.

Теплопроводность веществ определяется экспериментально. В Международной системе единиц SI теплопроводность измеряется в ватт / (метр x кельвин) или Вт / (м · К). Это трактуется следующим образом:

1 Вт / (м · К) эквивалентен 1 ватту мощности, передаваемой на длину, равную 1 метру, когда разница температур между двумя крайними значениями составляет 1 кельвин.

Другой единицей теплопроводности, используемой в англосаксонских странах, является BTUH / (ft.ºF), где инициалы BTUH соответствуют Британская тепловая единица в час.

Значения теплопроводности

Ниже приведены значения теплопроводности некоторых элементов и материалов, встречающихся в природе и часто используемых в промышленности.

Однако следует отметить, что есть синтетические соединения, все еще находящиеся на стадии экспериментов, чья теплопроводность намного превышает теплопроводность алмаза, который возглавляет таблицу.

Температура имеет решающее значение для теплопроводности металлов. С повышением температуры увеличивается и теплопроводность (хотя электропроводность уменьшается). Для неметаллов теплопроводность примерно постоянна в широком диапазоне температур.

Значения в таблице указаны при 25ºC и давлении 1 атмосфера.

При выборе материала по его тепловым свойствам необходимо учитывать, что он расширяется при нагревании. Эта емкость определяется Коэффициент температурного расширения.

Основные теплопроводы

Алмаз

Это лучший проводник тепла при комнатной температуре, намного лучше, чем медь и любой другой металл. В алмазе, который является электрическим изолятором, тепло течет не через электроны проводимости, а через распространение колебаний в его высокоорганизованной кристаллической структуре. Эти колебания называются фононами.

Также он имеет низкий коэффициент теплового расширения, а это значит, что его размеры при нагревании останутся близкими к исходным. Когда требуется хороший проводник тепла, который не проводит электричество, лучшим вариантом будет алмаз.

Из-за этого он широко используется для отвода тепла, выделяемого компьютерными схемами и другими электронными устройствами. Но у него есть серьезный недостаток: это очень дорого. Хотя есть синтетические алмазы, их нелегко сделать, и они также дороги.

Серебряный

Это очень ценный металл для украшения благодаря своей яркости, цвету и пластичности. Он устойчив к окислению и среди всех металлов имеет самую высокую теплопроводность, а также отличную электропроводность.

По этой причине он имеет множество применений в промышленности, как отдельно, так и в сплавах с другими элементами, такими как никель и палладий.

С помощью печатных схем из чистого серебра изготавливаются высокотемпературные сверхпроводящие кабели и покрываются проводники для использования в электронике, а также используются сплавы для создания электрических контактов.

Его недостаток состоит в том, что он относительно редок и поэтому дорог, но уникальное сочетание физических свойств для этих применений делает его отличной альтернативой, поскольку он очень гибкий и с его помощью можно получить проводники хорошей длины.

Медь

Это один из наиболее часто используемых металлов, когда требуется хорошая теплопроводность, потому что он не подвержен коррозии, а его температура плавления довольно высока, что означает, что он не будет плавиться легко при воздействии тепла.

Читайте так же:
Погружные циркулярные пилы с направляющей шиной

Другими преимуществами, которые он имеет, является его пластичность, а также отсутствие магнитных полей. Медь пригодна для вторичной переработки и намного дешевле серебра. Однако у него высокий коэффициент теплового расширения, а это значит, что его размеры заметно изменяются при нагревании.

Благодаря хорошим тепловым свойствам он широко используется в кухонной утвари, например, в медных горшках, покрытых сталью. Также для производства теплообменников в резервуарах для горячей воды, в системах центрального отопления, автомобильных радиаторах и для отвода тепла в электронных устройствах.

Золото

Это по преимуществу драгоценный металл, занимающий ведущее место в истории человечества. Помимо этого особого значения, золото является пластичным, прочным и отличным проводником тепла и электричества.

Поскольку золото не подвержено коррозии, оно используется для переноса малых токов в твердотельные электронные компоненты. Эти токи настолько малы, что их можно легко прервать при малейшем признаке коррозии, поэтому золото гарантирует надежность электронных компонентов.

Он также используется для изготовления разъемов для наушников, контактов, реле и соединительных кабелей. Такие устройства, как смартфоны, калькуляторы, ноутбуки, настольные компьютеры и телевизоры, содержат небольшое количество золота.

Специальные стекла для помещений с кондиционированием воздуха также содержат диспергированное золото таким образом, что они помогают отражать солнечное излучение наружу, сохраняя свежесть внутри, когда очень жарко. Таким же образом они помогают поддерживать внутреннее тепло в доме зимой.

Литий

Это самый легкий из всех металлов, хотя он очень реактивен, поэтому легко подвергается коррозии. С ним также нужно обращаться с большой осторожностью, поскольку он легко воспламеняется. В связи с этим, хотя его много, он находится не в свободном состоянии, а в соединениях, для которых он должен быть выделен обычно электролитическими методами.

Его теплопроводность аналогична теплопроводности золота, но намного дешевле. Карбонат лития — это соединение, используемое при производстве термостойкого стекла и керамики.

Другое широко распространенное применение лития — производство долговечных и легких батарей, в которых хлорид лития используется для извлечения металлического лития. Добавленный при обработке алюминия, он увеличивает его электрическую проводимость и снижает рабочие температуры.

Алюминий

Этот легкий, недорогой, высокопрочный и простой в эксплуатации металл является одним из основных материалов, используемых для изготовления теплообменников в оборудовании для кондиционирования воздуха, таком как кондиционеры и обогреватели.

Как внутри страны, так и в промышленности алюминиевая посуда широко используется на кухнях по всему миру.

Алюминиевая посуда, такая как кастрюли, сковороды и противни, чрезвычайно эффективна. Они не меняют вкус пищи и позволяют теплу быстро и равномерно распространяться во время приготовления.

Тем не менее, алюминиевые кастрюли и сковороды были заменены нержавеющей сталью, которая не так хорошо проводит тепло. Это связано с тем, что нержавеющая сталь не вступает в реакцию с более сильными кислотами, например, с томатным соусом.

Вот почему предпочтительно делать томатные соусы в стальной посуде, чтобы предотвратить попадание алюминия в пищу, поскольку некоторые из них связывают алюминий — присутствующий в антацидах, тальках, дезодорантах и ​​многих других продуктах — с появлением дегенеративных заболеваний, хотя большинство экспертов, а также FDA отвергают эту гипотезу.

Посуда из анодированного алюминия не имеет риска высвобождения частиц алюминия и, в принципе, может использоваться с большей безопасностью.

Бронза

Бронза — это сплав меди и олова, в меньшей степени, других металлов. Он присутствует в истории человечества с давних времен.

Это настолько важно, что период предыстории даже был назван бронзовым веком, временем, когда люди открыли и начали использовать свойства этого сплава.

Бронза устойчива к коррозии, с ней легко работать. Первоначально из него изготавливали различную утварь, инструменты, украшения, предметы искусства (например, скульптуры) и оружие, а также чеканили монеты. Сегодня он все еще используется для изготовления трубок, механических деталей и музыкальных инструментов.

Цинк

Это очень ковкий и пластичный голубовато-белый металл, с которым легко работать, хотя и с низкой температурой плавления. Он известен с древних времен, в основном используется в сплавах.

В настоящее время он используется для цинкования стали и защиты от коррозии. Также для производства батарей, пигментов и производства специальных цинковых листов для строительной индустрии.

Железо

Железо — еще один металл, имеющий большое историческое значение. Как и бронза, железо связано с периодом доисторической эпохи, когда произошел великий технический прогресс: железным веком.

Сегодня чугун по-прежнему находит широкое применение в производстве инструментов, посуды, в строительстве и в качестве материала для изготовления автомобильных деталей.

Как мы видели, железо является очень хорошим проводником тепла. Железные предметы очень хорошо распределяют тепло и сохраняют его надолго. Он также имеет высокую температуру плавления, что делает его устойчивым к высоким температурам, поэтому его можно использовать при производстве всех типов печей, как промышленных, так и бытовых.

Теплопроводность. Просто о сложном.

При выборе качественного теплоизоляционного материала потребитель должен принимать во внимание целый ряд параметров, среди которых неизменно присутствует показатель теплопроводности. Высокой или низкой должна быть теплопроводность, что такое «лямбда», на какие показатели теплопроводности ориентироваться – ответы на эти и другие самые распространенные вопросы, возникающие при покупке утеплителя, вы найдете в данной статье.

Слово «теплопроводность» или еще более запутанное «лямбда» знакомо каждому школьнику из курса физики за восьмой класс. Однако со временем информация, которой мы не пользуемся, забывается. Попробуем освежить в памяти эти несложные и очень полезные знания.

Теплопроводность, как уже было сказано выше, — одно из ключевых понятий в современном строительстве, особенно когда речь заходит о теплоизоляционных материалах. От теплопроводности зависит толщина вашей стены или кровли, вес всего дома, а следовательно, и прочность (несущая способность) фундамента, долговечность конструкций и многое другое.

Современное определение теплопроводности – понятие комплексное. И состоит из нескольких составных частей, отвечающих за перенос тепла (теплообмен).

Теплопроводность. Просто о сложном. - фото 1

На первый взгляд формула кажется пугающей, но на самом деле все просто.

Суммарная или итоговая теплопроводность состоит из теплопроводности за счет конвекции, теплопроводности твердой и газообразной фазы, а также теплопроводности, учитывающей теплообмен за счет излучения.

Запутались еще сильнее? Тогда по порядку. Разберем каждый элемент этой формулы более подробно.

Читайте так же:
Стационарное рабочее место сварщика

Теплообмен (или теплопередача) – это способ изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.

Теплопередача всегда происходит в определенном направлении: от тел с более высокой температурой к телам с более низкой.

Из курса физики нам известно, что теплообмен включает в себя три вида передачи тепла: теплопроводность, конвекцию и излучение.

Теплопроводность. Просто о сложном. - фото 2

Теплопроводность — явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их
непосредственном контакте.

Если вы опустите ложку в стакан с горячим напитком, нагреется не только та часть ложки, которая погружена в жидкость, но и та ее часть, которая находится над водой.

Теплопроводность. Просто о сложном. - фото 3

Теплопроводность различных веществ неодинакова, она может быть плохой (низкой) и хорошей (высокой). Хорошая теплопроводность у металлов. Плохая — у шерсти, дерева и пластиков. Самым плохим проводником тепла является вакуум.

Для примера вспомните кухонную посуду: кастрюли и сковородки. Вы вряд ли станете снимать металлическую кастрюлю, полную вкусного супа, с горячей плиты голыми руками, потому что существует реальная опасность обжечь руки. Вместо этого вы используете кухонное полотенце, силиконовые или тряпичные прихватки, то есть те материалы, которые плохо проводят тепло.

Именно поэтому «правильные» кастрюли и сковородки снабжены пластмассовыми или деревянными ручками, плохо проводящими тепло. Вспомнить хотя бы старую бабушкину сковородку с деревянной ручкой: сковородка горячая, а за ручку схватиться можно безо всяких прихваток.

Как объясняется это явление? Рассмотрим на примере нагревания металлического стержня (или ложки из примера со стаканом).

Теплопроводность. Просто о сложном. - фото 4

В металле, как и во всех твердых телах, молекулы совершают колебательные движения около некоторых положений равновесия. Скорость колебательного движения молекул металла при нагревании увеличивается в той части, которая ближе расположена к пламени или источнику тепла. Эти молекулы, взаимодействуя с соседними молекулами, передают им часть своей энергии. В результате чего повышается температура отрезка стержня. Затем увеличивается скорость колебательного движения молекул в следующих отрезках стержня и так далее, до тех пор, пока не прогреется весь стержень. Именно поэтому вакуум обладает самой плохой теплопроводностью: в нем практически отсутствуют молекулы, которые бы передавали энергию друг другу. Важно отметить, что сами молекулы, передавая кинетическую энергию, не меняют свое местоположение, то есть само вещество не перемещается.

С первым понятием разобрались, посмотрим, что же дальше.

Теплопроводность. Просто о сложном. - фото 5

Следующая составляющая теплопроводности – это конвекция. У многих из вас на слуху такой прибор, как «конвектор». А вот почему он так называется, наверное, знает далеко не каждый. Хотя логично предположить, что название свое он получил за принцип работы – конвекцию.

Из курса физики следует, что конвекция — это перенос энергии струями жидкости или газа. Если в случае с теплопроводностью при теплообмене происходит перенос энергии, то при конвекции происходит перенос именно вещества.

Конвекторы (как и любые другие отопительные приборы) нагревают окружающий воздух, вследствие чего температура в комнате повышается и вам становится тепло. При этом струи теплого воздуха поднимаются вверх, а струи холодного опускаются вниз. Аналогично происходит процесс нагревания воды в чайнике: горячая вода поднимается, а холодная опускается на ее место. Этот же принцип заложен в отопительной системе для обогрева домов.

Различают два вида конвекции: естественная и вынужденная.

Нагревание воздуха в комнате солнечными лучами – это пример естественной конвекции. А вот если воздух нагревается тепловым вентилятором, то это уже вынужденная конвекция. Вентилятор заставляет воздух в комнате двигаться, при этом нагревая его до необходимой температуры. В качестве других примеров конвекции можно привести холодные и теплые морские течения, а также образование и движение облаков и ветров.

Переходим к следующей составляющей: излучение (лучистый теплообмен).

Теплопроводность. Просто о сложном. - фото 6

Излучение – это способ переноса энергии от одного тела к другому в виде электромагнитных волн. Как правило, это инфракрасное (IR) излучение. Этот принцип заложен еще в одном уникальном приборе – инфракрасном обогревателе.

Принцип его работы построен на том, что любое нагретое тело является источником излучения. Самый впечатляющий пример – Солнце. Пример поменьше – костер, распространяющий тепло на достаточно большое расстояние. В случае с обогревателем окружающие предметы нагреваются за счет электромагнитного излучения и в комнате становится тепло.

Этот вид теплообмена отличается тем, что может происходить и в вакууме. Ведь солнечная энергия как-то доходит до Земли.

Примечательно, что темные тела лучше поглощают и отдают энергию. Если необходимо максимально нагреть материал, его окрашивают в черный цвет. В качестве примера можно привести солнечные коллекторы (водонагреватели), которые устанавливаются на крышах домов. Эти устройства позволяют собирать тепло от солнца и нагревать теплоноситель, который затем передает тепло внутрь дома для обогрева помещений или нагрева воды.

Теплопроводность. Просто о сложном. - фото 7

Хуже всего поглощают энергию светлые материалы или материалы с отражающей способностью. Способность светлых тел хорошо отражать лучистую энергию учитывают в самых разных сферах: при строительстве самолетов, при возведении высотных зданий в жарких странах, даже при выборе цвета одежды в теплое время года. На окнах часто применяют металлизированные пленки, которые частично отражают солнечное тепло и спасают помещение от перегрева.

С базовыми принципами разобрались. Пришло время вернуться к нашей формуле.

Теплопроводность. Просто о сложном. - фото 8

Её разбор проведем на примере теплоизоляционного материала из пенополиизоцианурата (ПИР/PIR) — LOGICPIR .

LOGICPIR – это инновационный утеплитель, обладающий уникальными показателями теплопроводности – всего 0,021 Вт/м*К, позволяющий добиться максимальной экономии пространства при минимальной толщине теплоизоляции. Кроме того, PIR-плиты не впитывают влагу, тем самым предотвращая образование конденсата и надежно защищая ваш дом от появления плесенных грибов, клещей и бактерий, представляющих опасность для здоровья. LOGICPIR относится к новому поколению полиуретанов, окружающих нас повсеместно: начиная от деталей интерьера автомобилей, матрацев и обуви и заканчивая медициной, где самая поразительная сфера их применения – изготовление протезов для сердечно-сосудистой системы. Стоит ли говорить, что материал экологически безопасен, что подтверждено целым рядом сертификатов и заключений.

Итак, вернемся к теплопроводности.

Структурная и газовая теплопроводность – это теплопроводность компонентов, из которых состоит материал, а именно:

Теплопроводность. Просто о сложном. - фото 9

  • твердой фазы – теплопроводности полимерного каркаса с множеством ячеек с очень тонкими, но прочными стенками;
  • газообразной фазы – теплопроводность газа, который находится в ячейках.
Читайте так же:
Транзисторы содержащие драгметаллы фото цены

Если сравнивать теплоизоляцию PIR с пеностеклом или пенобетоном, то по структуре эти материалы схожи. Все они ячеистые и наполнены газом. Однако теплопроводности этих материалов будут отличаться.

Стекло и бетон, в отличие от пластиков, проводят тепло интенсивнее, соответственно, пеностекло и пенобетон обладают большей теплопроводностью и их показатели в качестве теплоизоляторов несколько хуже. Даже полимеры отличаются друг от друга теплопроводностью.

Как было сказано ранее, представленные материалы ячеистые и в каждом находятся какие-то газы. В пеностекле и пенобетоне это, как правило, окружающий воздух, в PIR – инертные газы. Хуже всего тепло проводят инертные газы, содержание молекул в 1 м3 очень маленькое, расстояние между молекулами очень большое, поэтому передать энергию между молекулами довольно сложно. Намного лучше тепло проводит воздух, поскольку он состоит из смеси разных газов, молекул очень много и все они друг с другом взаимодействуют.

Конвекционную составляющую у мелкоячеистой теплоизоляции обычно не рассматривают, поскольку размер ячеек теплоизоляции PIR ничтожно мал (меньше 1мм) и газ в этих ячейках неподвижен.

Последняя составляющая – излучение. Снизить ее влияние можно за счет применения дополнительных материалов, способных отражать тепловой поток. Для этого можно окрасить материал, скажем, в белый цвет. В случае с теплоизоляционными плитами PIR за отражение тепла отвечает фольга, которая покрывает материал с обеих сторон. Помимо функции отражения тепла фольга также несет защитную функцию с точки зрения утечки вспенивающего газа. По своим свойствам фольга является практически идеальным пароизоляционным материалом, а значит, способна задерживать миграции газов во внешнюю среду из ячеек теплоизоляции.

В процессе эксплуатации легкие инертные газы замещаются на более тяжелый окружающий воздух с хорошей теплопроводностью. Это происходит у всех пористых материалов за счет диффузных процессов.

Рассмотрим в качестве примера обычный воздушный шарик, наполненный гелием, который можно сравнить с одной ячейкой вспененной теплоизоляции. Новый шарик все время стремится улететь высоко в небо. Если утром он еще висел под потолком, то со временем он постепенно опустится и будет висеть в центре комнаты, а еще через несколько часов лежать на полу. Т.е. все это время газ за счет диффузии медленно выходит из шарика, и тот теряет свою «летучесть».

Так же и с теплоизоляцией. «Шарики» (ячейки), которые ближе всего расположены к границе с окружающим воздухом постепенно изменяют свой газовый состав. Однако те «шарики», которые находятся глубоко в материале, делают это очень медленно или не делают вовсе, поскольку инертному газу очень сложно пройти огромное количество стенок соседних «шариков» и вырваться наружу.

Кроме того, поверхность теплоизоляции покрыта фольгой, препятствующей выходу газа, соответственно, теплопроводность материала (ее газовая составляющая) сохраняется.

Итоговую формулу теплопроводности PIR можно записать в виде:

Теплопроводность. Просто о сложном. - фото 10

Подведем итог. Теплоизоляция – это очень важный показатель. От нее зависит, насколько теплым будет ваш дом. У наиболее эффективной теплоизоляции все ее составляющие () должны быть как можно ниже. У современной изоляции на примере LOGICPIR это достигается за счет применения инертных газов, полимеров и специальных покрытий, отражающих тепловой поток. Уверены, что теперь вы не только сможете безошибочно выбрать теплоизоляционный материал, отвечающий самым высоким требованиям, но и поможете своим детям сдать физику на высший балл.

Спасибо компании «Технониколь» за помощь в подготовке материала

Что такое теплоизоляционные материалы: сравнительные характеристики теплопроводности

SIP-панели обрез

Теплоизоляционный материал — это продукция, которую применяют для теплоизоляции зданий, сооружений и оборудования. В специализированных магазинах изоляторы представлены в широком ассортименте. При выборе теплоизоляции важно знать информацию о качествах материала.

Утеплители бывают бытового и промышленного типа. Имеют различия по форме выпуска, по происхождению, типу сырья. А также имеют отличительные особенности по своим характеристикам. К характеристикам теплоизоляции относится гигроскопичность.

Анализ гигроскопичности теплоизоляции

Все теплоизоляционные материалы обладают общим минусом. У них есть способность впитывать влагу из воздуха. Эта способность называется гигроскопичностью теплоизоляции. Такой недостаток необходимо ликвидировать, чтобы эффективность утеплителя оставалась на высоком уровне. Гигроскопичность измеряется процентным соотношением массы поглощенной влаги к массе веса материала.

Наименование продуктаВодопоглощение,% от массы
Минвата1.5
Пенопласт3
Эковата1
Пеноизол18

Из данной таблицы видно, что у пеноизола высокий процент поглощения влаги. Но при этом пеноизол способен равномерно распределять и выводить воду. А это значит, что он не теряет своих свойств. Минеральная вата, напротив, имеет низкий процент гигроскопичности. Но если влага попадет в ее волокна, то удерживается внутри. Коэффициент теплопроводности понижается.

Таблица теплопроводности материалов и утеплителей

Теплопроводность основное свойство теплоизоляции. Это качество материала передавать тепло. Обозначается коэффициент теплопроводности символом «лямбда». Если данный коэффициент имеет низкое значение, эффективность утеплителя возрастает.

Для поддержания в помещении комфортного климата, показатели теплопроводности рассчитаны для каждого региона.

Теплопроводность утеплителей таблица

Наименование материалаКоэффициент теплопроводности Вт/(м·°C)
В сухом состоянииПри нормальной влажностиПри повышенной влажности
Каменная минеральная вата 25-50 кг/м30.0360.0420.045
Каменная минеральная вата 40-60 кг/м30.0350.0410.044
Каменная минеральная вата 80-125 кг/м30.0360.0420.045
Каменная минеральная вата 140-175 кг/м30.0370.0430.0456
Каменная минеральная вата 180 кг/м30.0380.0450.048
Стекловата 15 кг/м30.0460.0490.055
Стекловата 17 кг/м30.0440.0470.053
Стекловата 20 кг/м30.040.0430.048
Стекловата 30 кг/м30.040.0420.046
Стекловата 35 кг/м30.0390.0410.046
Стекловата 45 кг/м30.0390.0410.045
Стекловата 60 кг/м30.0380.040.045
Стекловата 75 кг/м30.040.0420.047
Стекловата 85 кг/м30.0440.0460.05
Пенополистирол (пенопласт, ППС)0,036-0,0410,038-0,0440,044-0,050
Экструдированный пенополистирол (ЭППС, XPS)0.0290.030.031
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 600 кг/м30.140.220.26
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 400 кг/м30.110.140.15
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 600 кг/м30.150.280.34
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 400 кг/м30.130.220.28
Пеностекло, крошка, 100 — 150 кг/м30,043-0,06
Пеностекло, крошка, 151 — 200 кг/м30,06-0,063
Пеностекло, крошка, 201 — 250 кг/м30,066-0,073
Пеностекло, крошка, 251 — 400 кг/м30,085-0,1
Пеноблок 100 — 120 кг/м30,043-0,045
Пеноблок 121- 170 кг/м30,05-0,062
Пеноблок 171 — 220 кг/м30,057-0,063
Пеноблок 221 — 270 кг/м30.073
Эковата0,037-0,042
Пенополиуретан (ППУ) 40 кг/м30.0290.0310.05
Пенополиуретан (ППУ) 60 кг/м30.0350.0360.041
Пенополиуретан (ППУ) 80 кг/м30.0410.0420.04
Пенополиэтилен сшитый0,031-0,038
Вакуум
Воздух +27°C. 1 атм0.026
Ксенон0.0057
Аргон0.0177
Аэрогель (Aspen aerogels)0,014-0,021
Шлаковата0.05
Вермикулит0,064-0,074
Вспененный каучук0.033
Пробка листы 220 кг/м30.035
Пробка листы 260 кг/м30.05
Базальтовые маты, холсты0,03-0,04
Пакля0.05
Перлит, 200 кг/м30.05
Перлит вспученный, 100 кг/м30.06
Плиты льняные изоляционные, 250 кг/м30.054
Полистирол бетон, 150-500 кг/м30,052-0,145
Пробка гранулированная, 45 кг/м30.038
Пробка минеральная на битумной основе, 270-350 кг/м30,076-0,096
Пробковое покрытие для пола, 540 кг/м30.078
Пробка техническая, 50 кг/м30.037

В таблице приведены показатели нормативных документов.

Так как материалы разных производителей отличаются по характеристикам, необходимо обращать на это внимание при покупке.

Теплопроводность зависит от толщины строительных материалов. Чем тоньше продукция, тем меньше теплоизоляции потребуется, чтобы осуществить монтаж.

Сравнение теплопроводности строительных материалов по толщине

Таблица

Сравнение утеплителей по виду и свойствам

Минеральная вата имеет низкую теплопроводность. Это качество дает данному материалу преимущество перед большинством современных утеплителей. Компания “ТехноНиколь” предлагает разнообразный ассортимент минваты для теплоизоляции и отделки помещений.

Плиты «Роклайт»

Роклайт это теплоизоляционные плиты из каменной ваты для тепло-, звукоизоляционного покрытия. Этот вид плит применяется в частном домостроении. Идеально подходит для теплоизоляции кровель и других конструкций. Является одним из лучших теплоизоляционных материалов.

Основные плюсы «Роклайт»

  1. Правильно выбранный утеплитель способен очень долго прослужить в эксплуатации.
  2. Простой монтаж (монтаж теплоизоляции с плитами Роклайт очень удобно осуществлять за счет легкого веса. Плиты выпускаются в пачках, листы размером 1200*60*50мм. Их удобно устанавливать в каркасы, комбинировать между собой и использовать для утепления в несколько слоев)
  3. Пожаробезопасность (негорючий материал)
  4. Отсутствие влияние влаги на плиты (вата практически не впитывает влагу)
  5. Хорошие показатели теплоизоляционных свойств (минеральная вата, из которой изготовлены плиты прекрасно оказывает сопротивление холоду. Теплопроводность соответствует холодному климату и составляет 0,036 Вт/м.

Плиты «Техноблок»

Изолятор в виде плит из минеральной ваты. Материал средней плотности от 40 до 50 кг/м3. Поэтому этот вид не выдерживает высоких нагрузок и применяется в строительстве малоэтажный зданий. Применяется в отделке фасадов домов, под сайдинг. Можно использовать утеплитель укладывая его в два слоя.

Достоинства «Техноблок»:

  • Звукопоглощение (за счет плит снижается проникновение шума)
  • Паропроницаемость(циркуляция воздуха)
  • Влагостойкость
  • Длительный срок службы (производитель предоставляет гарантию до 80 лет)
  • Низкая теплопроводность. Составляет не более 0,034 Вт/м.
  • Благодаря высоким теплоизоляционным свойствам изолятор сохраняет комфортный микроклимат в жилых помещениях, что позволяет экономить на расходах за отопление.

«Техноруф»

Негорючие плиты из каменной ваты, для создания теплоизоляционного слоя.Изделия «Техноруф» устойчивы к деформации, поэтому прекрасно сохраняют свои качества. Плиты устойчивы к воздействию влаги, поэтому предотвращает появление сырости внутри помещения.

Назначение:

  1. Стена
  2. Пол
  3. Мансарды
  4. Чердачные перекрытия

Изделия сформированы из тесно переплетенных тонких волокон ваты происхождения. Имеют высокий уровень звукоизоляции, что способствует снижению воздушного и ударного уровня шума.

Качество:

  1. Долговечность (плиты состоят из вертикальных и горизонтальных волокон, что делает их прочными и увеличивает срок службы)
  2. Устойчивость утеплителя к возгоранию (плиты из негорючего материала, благодаря этому их можно использовать в помещениях любого назначения)
  3. Небольшой вес плит (это качество позволяет производить монтаж быстро и на любой поверхности).
  4. Низкая теплопроводность 0,041 Вт/м

«Техновент»

«Техновент» – утеплители нового поколения на основе минеральной базальтовой ваты.

В ассортименте 3 линейки материала:

  1. «Стандарт»;
  2. «Оптима»;
  3. «Проф».

Различие этих материалов состоит:

  • твердость материала;
  • плотность.

Все три разновидности материла предназначаются для утепления вентилируемых фасадных конструкций, причем оптимизированы для создания однослойной защитной теплоизоляции.

Высокие показатели по:

  • несгораемости;
  • экологической чистоте;
  • легкости монтажа.

«Технофлор»

«Технофлор» это материал, который предназначен для тепловой и звуковой изоляции пола. Панель из жесткой минеральной ваты используются для поверхностей, испытывающих большие нагрузки. Энергосберегающий материал, который не подвергается перепадам температурного режима. Обеспечивает изоляцию звука на 100%.

Огнестойкий, не гниет и не поддается негативным воздействиям окружающей среды. Незаменим для утепления полов спортивного типа, на который оказывается весовая механическая нагрузка. Используется для утепление полов плавающего типа, для теплого пола с методом укладки ваты на грунт либо с монтажом ваты на бетонное основание.

Продукт «Технофлор» производится в листах размерами: 1000х500х40мм и 1200х600х200мм. Сроки эксплуатации данного продукта из серии «ТехноНиколь», достигает 80 лет.

«Техноакустик»

Экологически чистый материал, предназначенный для использования в качестве звукоизоляции:

  • используется для внутренних и наружных работ;
  • для поглощения шума;
  • каркасных перегородок;
  • подвесных потолков;
  • перекрытий.

Обладает способностью удерживать и поглощать шумы до 60 дБ. В связи с этим обеспечивает высокий уровень акустической защиты стен.

«Теплоролл»

«Теплоролл» — это рулонная теплоизоляция нового поколения. Выпускается в виде матов. Маты обладают высокой прочностью. Обеспечивают высокие теплоизоляционные и звукоизоляционные качества. Используется в утеплении и изоляции кровли, перегородок и перекрытий. Широко используется в строительстве частных домов.

Особенности:

  • материал не горит и не гниет;
  • имеет низкий уровень теплопроводности;
  • устойчив к образованию плесени и грибка, не разрушается при высокой влажности;
  • не подвергается разрушению;
  • не токсичен и абсолютно безопасен для человеческого здоровья.

Теплоизоляция имеет хороший уровень заглушки шумов. Удобна в монтаже за счет небольшой длины.

«Техно Т»

Это жесткие плиты из каменной ваты, которые используют в гражданском и промышленном строительстве для тепловой термоизоляции. За счет этого этот материал имеет ограничения в использовании. Выдерживает широкий диапазон температур от −180 С до +750 С.

Это является особенностью материала и главным отличием от обычной строительной изоляции. Позволяет осуществлять монтаж тепловой изоляции воздуховодов, газоходов, промышленных печей.

Плиты могут выпускаться обработанные алюминиевой фольгой или стеклохолстом с одной стороны. Фольгированная изоляция дает ряд преимуществ. Фольгированное покрытие утеплителя не позволяет влаге попасть под покрытие, тем самым обеспечивает проникновение влаги. Фольга не пропускает холодный воздух и не выпускает тепло. Благодаря высокому коэффициенту теплообмена выдерживает перепады температур. Способна отражать ультрафиолетовые лучи.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector