Этот физический па­раметр характеризует способность вещества проводить теплоту; чем больше значение λ , тем лучше данное ве­щество проводит теплоту.

Несмотря на то, что теплопроводность всегда связана с движением микрочастиц вещества, характер этого движения различен для газов, жидкостей и твердых тел.

 В газах при обычных давлениях и температурах перенос теплоты осуществляется за счет перемещения молекул, обладающих определенной кинетической энергией. Вся совокупность молекул газа движется хаотически, моле­кулы сталкиваются между собой. Процесс теплопровод­ности осуществляется в газе в том случае, если в нем имеется неоднородное поле температуры . Можно представить себе две области газа с различной температурой, между которыми происходит обмен молекулами. Количество молекул, переходящих изнагретой области в более холодную, равно в среднем количеству молекул, движущихся в обратном направле­нии (из-за хаотического характера движения всех моле­кул газа). Но молекулы нагретой области несут с собой большее количество энергии молекулярного движения, чем молекулы холодной области. Таким образом, в энер­гетическом отношении эти потоки молекул неодинаковы. Если составить баланс энергии для обоих потоков мо­лекул, получим некоторый результирующий тепловой по­ток, направленный из нагретой области в холодную. Это и есть тепловой поток теплопроводности.

Коэффициент теплопроводности газов лежит в пределах 0,006— 0,6 Вт/(м-К). Высоким коэффициентом теплопроводно­сти отличаются гелий и водород; это связано с малой массой молекул этих газов и их большой подвижностью.

Коэффициент теплопроводности воздуха при 20°С и 0,1 МПа равен 0,026 Вт/(м-К).

В жидкостях молекулы расположены почти вплот­ную друг к другу. Каждая молекула колеблется около положения равновесия, сталкиваясь при этом с сосед­ними молекулами. Время от времени молекула перехо­дит в новое положение равновесия, находящееся непо­далеку от предыдущего. Время перехода примерно в 100 раз меньше, чем время пребывания в положении равно­весия. Теплота в жидкости передается путем распрост­ранения этих беспорядочных колебаний.

Коэффициент теплопроводности различных жидкостей меняется от 0,07 до 0,7Вт/(м-К). Коэффициент теплопроводности воды при 20°С п 0J МПа равен 0,6 Вт/(м-К).

Механизм распространения теплоты в твердых телах зависит от того, является ли данное твердое тело метал­лом или диэлектриком. В металлах носителями теплоты являются свободные электроны, своеобразный «элек­тронный газ». Роль свободных электронов приблизитель­но соответствует роли хаотически движущихся молекул газообразного вещества. Поскольку свободные электро­ны являются носителями и электрической энергии в ме­таллах, коэффициенты теплопроводности и электропро­водности их пропорциональны между собой.

Коэффици­енты теплопроводности чистых металлов могут достигать больших значений.

                                               λ, Вт/(м-К)

Медь…………………………… 396

Алюминий ……………………...250

Углеродистая сталь…………… 50

Легированная сталь ……………20

 

Диэлектрики используются на практике чаще всего как строительные или теплоизоляционные материалы. Многие такие тела имеют пористую структуру. Поэтому они характеризуются некоторым условным (эффектив­ным) коэффициентом теплопроводности, зависящим от теплопроводности вещества твердых зерен и теплопро­водности газа (например, воздуха с определенной влаж­ностью), заполняющего поры.

Коэффициент теплопро­водности пористого материала возрастает с увеличением объемной плотности (масса твердого вещества, прихо­дящаяся на объем, занятый твердым веществом и пора­ми). Так, например, при возрастании плотности асбеста от 400 до 800 кг/м³ его коэффициент теплопроводности увеличивается от 0,105 до 0,248 Вт/ (м-К). Это проис­ходит потому, что теплопроводность воздуха, заполня­ющего поры, значительно меньше, чем твердого асбеста. При увеличении объемной плотности на единицу объема, занятого материалом, приходится большая доля твердо­го асбеста, чем раньше, и эффективная теплопровод­ность становится больше.

Эффективная теплопроводность пористых материалов зависит также от их влажности. С увеличением влажно­сти λвозрастает.

Коэффициенты теплопроводности строительных и те­плоизоляционных материалов меняются в пределах при­мерно от 0,023 до 2,9 Вт/(м-К). При этом теплоизо­ляционными считаются материалы с низким значе­нием коэффициента теплопроводности — менее 0,25 Вт/ (м- К).

Коэффициенты теплопроводности различных веществ определяются опытным путем. Результаты таких экспериментов представляют в виде таблиц в справочниках.

Коэффициент теплопроводности λ, Вт, [м   °С], некоторых материалов