Таблица теплопроводности материалов и утеплителей

Минеральная вата

Минвата – это утеплитель, который можно отнести к природным и экологически чистым. Минеральная вата обладает низким коэффициентом проводимости тепла и совершенно не поддается влиянию огня. Производится утеплитель в виде плит и рулонов, каждый из которых имеет свои показатели жесткости. В статье вы можете почитать о том, чем хороша минеральная или каменная вата Технониколь.


На фото – минеральная вата

Если нужно изолировать горизонтальную поверхностность, то стоит задействовать плотные маты, а для вертикальных – жесткие и полужесткие плиты. Что касается минусов, то утеплитель минвата имеет низкую стойкость к влаге, так что при ее монтаже необходимо позаботиться про влаго-и пароизоляцию. Применять минвату не стоит для обустройства подвала, погреба, парилки в бане. Хотя если грамотно выложить гидроизоляционный слой, то минвата будет служить долго и качественно. А вот какова теплопроводность минваты, поможет понять информация из статьи.

Монтаж различных видов

  • керамзит. Применяется исключительно для полов и межэтажных перекрытий. Нужен шанцевый инструмент и дополнительные стройматериалы (стяжка или доски). Также потребуется гидроизоляционный слой в виде рубероида или другого аналогичного материала.
  • минеральная вата. Правильный монтаж предполагает использование ручного инструмента для крепления каркаса. Минеральная вата очень просто устанавливается в заранее подготовленные ячейки, но требуется равномерное крепление по всей плоскости. Гидроизоляционный слой поверх утеплителя – обязательное условие продолжительной эксплуатации. Может использоваться для вертикальных и горизонтальных поверхностей.

Обратите внимание: занимаясь монтажом любого вида утеплителя важно помнить о гидро- и пароизоляции. Защитить отделку от прямого воздействия влаги очень важно.

  • пенопласт. Плиты крепятся к поверхности дюбелями с «пятаками». Среди необходимых инструментов шуруповерт, перфоратор, строительный нож и дюбеля. Форма стройматериала и легкий вес позволяет даже самостоятельно выполнить весь объем работ за короткий период времени.
  • пеностекло. Для плотного соединения с поверхностью используются механические крепления или же растворы (цемента, мастик и других клеевых составов). Выбор зависит от материала стен. Большой популярностью пользуются блоки, но также в ассортименте имеются плиты и гранулы.

Как рассчитать толщину утепления крыши и чердака

Показатели теплопроводности для готовых построек. Виды утеплений

При создании проекта нужно учитывать все способы утечки тепла. Оно может выходить через стены и крышу, а также через полы и двери. Если вы неправильно проведете расчеты проектирования, то придется довольствоваться только тепловой энергией, полученной от отопительных приборов. Здания, построенные из стандартного сырья: камня, кирпича либо бетона нужно дополнительно утеплять.


Монтаж минеральной ваты

Дополнительная теплоизоляция проводится в каркасных зданиях. При этом деревянный каркас придает жесткости конструкции, а утепляющий материал прокладывается в пространство между стойками. В зданиях из кирпича и шлакоблоков утепление производится снаружи конструкции.

Выбирая утеплители необходимо обращать внимание на такие факторы, как уровень влажности, влияние повышенных температур и типа сооружения. Учитывайте определенные параметры утепляющих конструкций:

  • показатель теплопроводности оказывает влияние на качество теплоизолирующего процесса;
  • влагопоглощение имеет большое значение при утеплении наружных элементов;
  • толщина влияет на надежность утепления. Тонкий утеплитель помогает сохранить полезную площадь помещения;
  • важна горючесть. Качественное сырье имеет способность к самозатуханию;
  • термоустойчивость отображает способность выдерживать температурные перепады;
  • экологичность и безопасность;
  • звукоизоляция защищает от шума.


Характеристики разных видов утеплителей

В качестве утеплителей применяются следующие виды:

минеральная вата устойчива к огню и экологична. К важным характеристикам относится низкая теплопроводность;


Данный материал относится к самым доступным и простым вариантам

  • пенопласт – это легкий материал с хорошими утеплительными свойствами. Он легко устанавливается и обладает влагоустойчивостью. Рекомендуется для применения в нежилых строениях;
  • базальтовая вата в отличие от минеральной отличается лучшими показателями стойкости к влаге;
  • пеноплэкс устойчив к влажности, повышенным температурам и огню. Имеет прекрасные показатели теплопроводности, прост в монтаже и долговечен;


Для пеноплекса характерна пористая структура

  • пенополиуретан известен такими качествами, как негорючесть, хорошие водоотталкивающие свойства и высокая пожаростойкость;
  • экструдированный пенополистирол при производстве проходит дополнительную обработку. Обладает равномерной структурой;


Данный вариант бывает разной толщины

пенофол представляет из себя многослойный утепляющий пласт. В составе присутствует вспененный полиэтилен. Поверхность пластины покрывается фольгой для обеспечения отражения.

Для теплоизоляции могут применяться сыпучие типы сырья. Это бумажные гранулы или перлит. Они имеют стойкость к влаге и к огню. А из органических разновидностей можно рассмотреть волокно из древесины,  лен или пробковое покрытие

При выборе, особое внимание уделяйте таким показателям как экологичность и пожаробезопасность

Какими бывают габариты материала?

В случае если теплоизоляционный материал очень тонок, сквозь стенку просачивается холод и сырость, но и излишняя толщина также ни к чему.

Стандартными габаритами материала считаются такие:

  • 75 мм;
  • 150 мм;
  • 60 мм;
  • 200 мм;
  • 70 мм;
  • 80 мм;
  • 50 мм;
  • 15 мм.

Например, точка росы, которая располагается снаружи сооружения, сместится немного вовнутрь стенки, вследствие того, что теплоизоляционный материал не сможет ее удержать. В итоге – на плоскости стенки станет появляться конденсат, она станет медленно отсыревать, рушиться, будет появляться плесень и грибок.

Очень толстый слой теплоизоляции приведет к неоправданным расходам. Любой хороший хозяин желает построить не просто качественный и надежный дом, но и сэкономить по максимуму, а толстый слой изоляции стоит неплохих денег. Также при большой толщине термоизоляции не соблюдается естественная вентиляция изнутри стенок, вследствие чего внутри здания становится весьма душно и дискомфортно. Кроме того, в случае если утепление выполняется на внутренней части стенки, толстый слой материала заберет весьма большое количество свободного места, уменьшив квадратуру комнаты как визуально, так и физически.

Именно поэтому важно уметь рассчитывать толщину теплоизоляции. Ещё один весьма значимый момент – определение толщины теплоизолятора зависит напрямую от сырья, из которого изготовлена стенка

Исходя из этой информации, можно сделать вывод о теплопроводимости и теплотехнических свойствах этой части сооружения. Такие данные дают возможность квалифицировать теплоотдачи на любом квадратном метре площади. Абсолютный перечень данных материалов указан в СНиП No2-3-79. Плотность утеплителя бывает разной, но обычно используют от 0,6 – 1000 кг/м3

Ещё один весьма значимый момент – определение толщины теплоизолятора зависит напрямую от сырья, из которого изготовлена стенка. Исходя из этой информации, можно сделать вывод о теплопроводимости и теплотехнических свойствах этой части сооружения. Такие данные дают возможность квалифицировать теплоотдачи на любом квадратном метре площади. Абсолютный перечень данных материалов указан в СНиП No2-3-79. Плотность утеплителя бывает разной, но обычно используют от 0,6 – 1000 кг/м3.

В современном строительстве зачастую используют пеноблоки, на которые распространяются определенные требования к термоизоляции:

  • ГСОП – 6000;
  • сопротивление в теплоотдаче и термопередаче стен – свыше 3,5 С/кв. м/Вт;
  • сопротивление в теплоотдаче и термопередаче потолков – свыше 6С/кв. м/Вт.

В случае если вы намереваетесь положить некоторое количество слоев теплоизолятора, характеристики сопротивления теплопередачи рассчитываются в виде суммы всех слоев

При этом нужно принимать во внимание теплопроводимость и свойства материала, из которого приготовлены стенки

Рейтинг ТОП 7 лучших пластиковых окон

В ТОП попали следующих производителей:

  • Rehau;
  • VEKA;
  • KBE;
  • Salamander;
  • Montblanc;
  • Kaleva;
  • Proplex.

Пришло время взглянуть на них поближе.

Rehau

Компания занимается производством пластиковых окон высокого качества с 2002 года, с учетом Немецких технологий и большой гарантией, данный вариант стал любимчиком покупателей и получил высокую оценку “зрительских симпатий”. Широкий выбор с диапазоном от 3 до 6 камер, но отсутствуют модели с 4 камерами.

Профили
  • GENEO — 6 камер, ширина 86 мм;
  • INTELIO — 6 камер, 86 мм;
  • BRILLANT-DESIGN — 5 (6) камер, ширина 70 (80 мм);
  • DELIGHT-DESIGN — 5 камер, 70 мм;
  • SIB-DESIGN — 3 + термоблок (5) камер, 70 мм;
  • EURO-DESIGN — 3 камеры, 60 мм; BLITZ — 3 камеры, 60 мм
Гарантия на монтаж7-8 лет
Технологии компанииНемецкие

Ценовой диапазон: от 8300 до 21000 рублей.

пластиковые окна Rehau

Плюсы

  • высокая гарантия (до 8 лет на монтаж);
  • немецкие технологии;
  • широкий выбор профиля;
  • большая распространенность производителя в России.

Минусы

недостатков не обнаружено.

VEKA

Наиболее известная компания среди Российских покупателей и претендент на первое место нашего рейтинга. Высокое качество и широкая линейка продукции заставят вас задуматься о выборе определенной модели.

Профили
  • EUROLINE — три камеры, 58 мм;
  • PROLINE — четыре камеры, 70 мм;
  • SOFTLINE — пять камер, 70 мм;
  • SWINGLINE — пять камер, 82 мм;
  • SOFTLINE 82 — шесть-семь камер, 70 мм;
  • ALPHLINE — шесть камер, 90 мм
Завод производстваПодмосковье
Широкая линейка продукциида

Ценник составит от 9200 до 24000 рублей.

пластиковые окна VEKA

  • стандартная гарантия (3 года на монтаж);
  • большой выбор моделей;
  • высокое качество производства.

Минусы

недостатков не обнаружено.

KBE

Немецкая компания, которая более 20 лет существует на Российском рынке и занимает лидирующие позиции в рейтингах пластиковых окон. Стандартная гарантия и высокое качество именно то, что нужно покупателю.

Профили
  • «Эталон» и «Энджин» — 3 камеры, 58 мм;
  • «Эталон +» — модификация «Эталон» с дополнительной камерой, монтажная ширина 127 мм;
  • «КБЕ_СЕЛЕКТ» — 5 камер, ширина 70 мм;
  • «КБЕ_Эксперт» — 5 камер, ширина 70 мм;
  • «КБЕ_Эксперт+» — модификация, имеющая монтажную ширину 127 мм;
  • «КБЕ_Энергия» — 3 камеры, 70 мм;
  • «КБЕ_88» — 6 камер, 88 мм
Расположение заводовХабаровск и Воскресенск
Минимальная гарантия3 года

Цена: от 7400 до 19000 рублей.

пластиковые окна KBE

Плюсы

  • стандартная гарантия (3 года);
  • широкая линейка продукции;
  • высокое качество.

Минусы

недостатков не обнаружено.

Salamander

Премиальные окна от известного Немецкого бренда, существующего с 1885 года и радующего своими новинками покупателей. Производство ПВХ исключительно на заводах в Европе, существует один в Белоруссии (г.Брест).

Профили
  • Design 2D — 3 (4) камеры, 60 мм;
  • Design 3D — 4 (5) камер, 76 мм;
  • Streamline — 5 камер, 76 мм
Сегментпремиальный
Гарантия на эксплуатацию3 года

Цена: от 22000 до 47000 рублей.

пластиковые окна Salamander

Плюсы

  • уникальная технология профиля (2D & 3D);
  • произведены в Европе;
  • дизайн на высоком уровне.

Минусы

небольшая линейка продукции.

Montblanc

Компания существующая тринадцать лет на Российском рынке проявила себя во множестве факторов, но самое главное – качество, которое остается неизменным вот уже многие годы.

Профили
  • TERMO 60 — 5 камер, 60 мм;
  • QUADRO 70 — 4 камеры, 70 мм;
  • NORD 70 — 5 камер, 70 мм;
  • LOGIC — 3 камеры, 58 мм;
  • GRAND 80 — 6 камер, 80 мм;
  • ECO 60 — 3 камеры, 60 мм;
  • CITY 120 — 5 камер, 120 мм
Сегментбюджетный
Большой выбор моделейда

Стоимость: от 7400 до 16000 рублей.

пластиковые окна Montblanc

Плюсы

  • съемная панель;
  • стандартная гарантия (3 года);
  • высокое качество продукции.

Минусы

недостатков не обнаружено.

Kaleva

Гарантия на окна составит всего два года, но на этот минус никто не обратит внимание из-за особенностей дизайна, который так и манит большинство покупателей. Проработанная до мелочей эргономика позволяет назвать продукцию данной компании серединой между премиальным и бюджетным сегментом

Профили
  • Kaleva Standart — 4 камеры, 70 мм;
  • Kaleva Vita — 4 камеры, 70 мм;
  • Kaleva Design — 4 камеры, 70 мм;
  • Kaleva Design+ — 4(5) камеры, 70 мм;
  • Kaleva Deco — 5(6) камер, 70 мм
Город производстваМосква
Цикл изготовленияполный

Стоимость: от 9800 до 26000 рублей.

пластиковые окна Kaleva

Плюсы

  • уникальный дизайн профилей;
  • полный цикл изготовления;
  • широкий выбор моделей.

Минусы

небольшая гарантия на монтаж (2 года).

Proplex

Большой опыт в проектировании и работа с Европейскими специализированными компаниями дает надежду на развитие данного бренда, который в России оценивается не по достоинству.

Профили
  • PROPLEX-Optima — 3 камеры, 58 мм;
  • PROPLEX-Optima — 3 камеры, 58 мм;
  • PROPLEX-БАЛКОН — 3 камеры,46 мм;
  • PROPLEX-Comfort — 4 камеры, 70 мм;
  • PROPLEX-Premium — 5 камер, 70 мм;
  • PROPLEX-Lux — 5 камер, 127 мм
Гарантия на монтаж5 лет
Город производстваПодольск

Ценник колеблется в районе 7200 – 14700 рублей.

пластиковые окна Proplex

Плюсы

  • гарантия до 5 лет;
  • широкий выбор моделей;
  • современный дизайн.

Минусы

отсутствие международной сертификата качества.

Как рассчитать толщину стен

Для того чтобы зимой в доме было тепло, а летом прохладно, необходимо чтобы ограждающие конструкции (стены, пол, потолок/кровля) должны иметь определенное тепловое сопротивление. Для каждого региона эта величина своя. Зависит она от средних температур и влажности в конкретной области.

Термическое сопротивление ограждающихконструкций для регионов России

Для того чтобы счета за отопление не были слишком большими, подбирать строительные материалы и их толщину надо так, чтобы их суммарное тепловое сопротивление было не меньше указанного в таблице.

Расчет толщины стены, толщины утеплителя, отделочных слоев

Для современного строительства характерна ситуация, когда стена имеет несколько слоев. Кроме несущей конструкции есть утепление, отделочные материалы. Каждый из слоев имеет свою толщину. Как определить толщину утеплителя? Расчет несложен. Исходят из формулы:

Формула расчета теплового сопротивления

R — термическое сопротивление;

p — толщина слоя в метрах;

k — коэффициент теплопроводности.

Предварительно надо определиться с материалами, которые вы будете использовать при строительстве. Причем, надо знать точно, какого вида будет материал стен, утепление, отделка и т.д. Ведь каждый из них вносит свою лепту в теплоизоляцию, и теплопроводность строительных материалов учитывается в расчете.

Сначала считается термическое сопротивление конструкционного материала (из которого будет строится стена, перекрытие и т.д.), затем «по остаточному» принципу подбирается толщина выбранного утеплителя. Можно еще принять в расчет теплоизоляционных характеристики отделочных материалов, но обычно они идут «плюсом» к основным. Так закладывается определенный запас «на всякий случай». Этот запас позволяет экономить на отоплении, что впоследствии положительно сказывается на бюджете.

Пример расчета толщины утеплителя

Разберем на примере. Собираемся строить стену из кирпича — в полтора кирпича, утеплять будем минеральной ватой. По таблице тепловое сопротивление стен для региона должно быть не меньше 3,5. Расчет для этой ситуации приведен ниже.

  1. Для начала просчитаем тепловое сопротивление стены из кирпича. Полтора кирпича это 38 см или 0,38 метра, коэффициент теплопроводности кладки из кирпича 0,56. Считаем по приведенной выше формуле: 0,38/0,56 = 0,68. Такое тепловое сопротивление имеет стена в 1,5  кирпича.
  2. Эту величину отнимаем от общего теплового сопротивления для региона: 3,5-0,68 = 2,82. Эту величину необходимо «добрать» теплоизоляцией и отделочными материалами.

  3. Считаем толщину минеральной ваты. Ее коэффициент теплопроводности 0,045. Толщина слоя будет: 2,82*0,045 = 0,1269 м или 12,7 см. То есть, чтобы обеспечить требуемый уровень утепления, толщина слоя минеральной ваты должна быть не меньше 13 см.

Если бюджет ограничен, минеральной ваты можно взять 10 см, а недостающее покроется отделочными материалами. Они ведь будут изнутри и снаружи. Но, если хотите, чтобы счета за отопление были минимальными, лучше отделку пускать «плюсом» к расчетной величине. Это ваш запас на время самых низких температур, так как нормы теплового сопротивления для ограждающих конструкций считаются по средней температуре за несколько лет, а зимы бывают аномально холодными

Потому теплопроводность строительных материалов, используемых для отделки просто не принимают во внимание

Фартук или скинали

Методы определения КТП

Существует 2 метода определения КТП:

  1. Стационарный – предполагает работу с параметрами, которые не будут изменяться в течение длительного времени или изменяющиеся незначительно. Преимущество этого метода в высокой точности вычисления результата. К недостаткам относится сложность регулировки эксперимента, большое количество используемых термопар, а также длительность затраченного времени на подготовку и проведение опыта. Этот метод подходит для вычисления КТП жидкостей и газов, если не учитывать передачу энергии конвекцией и излучением. 
  2. Нестационарный – визуально выглядит более простой и требует для выполнения от 10 до 30 минут. Нашла своё широкое применение из-за того, что в процессе исследования можно узнать не только КТП, но и температурную проводимость, а также теплоёмкость образца. 

Для проведения анализа теплопроводности строительных материалов применяются электронные приборы, например, ИТП-МГ4 «Зонд». Такие средства для вычисления КТП отличаются рабочим диапазоном температур, а также процентом погрешности.
 

Видео описание

Как выполняется вычисление КТП с помощью электронного прибора, смотрите в видео:

Таблица тепловой эффективности материалов

Большинство сырья, которое используется при строительстве, не нуждается в самостоятельном измерении КТП. Для этого существует таблица теплопроводности материалов, которая показывает основные характеристики, требуемые для расчёта тепловой эффективности. 

МатериалПлотность, кг/м3Теплопроводность, Вт/(м*градусы)ТеплоёмкостьДж/(кг*градусы)
Железобетон25001,7840
Бетон на гравии или щебне из природного камня24001,51840
Керамзитобетон лёгкий500-12001,19-0,45840
Кирпич строительный800-15000,24-0,3800
Силикатный кирпич1000-22000,51-1,29750-840
Железо787070-80450
Пенополистирол Пеноплэкс110-1400,042-0,051600
Плиты минераловатные150-2500,043-0,063

Большинство материалов отличается по своему составу. Например, теплопроводность кирпича зависит от того, из чего он сделан. Клинкерный имеет КТП от 0,8 до 1,6, а кремнезёмный 0,15. Также есть отличия по методу изготовления и стандартам ГОСТ. 

Пенополистирол разной толщиныИсточник cmp24.com.ua

Коротко о главном

Коэффициент теплопроводности – это скорость передачи тепла через материал в течение определённого времени.

Знание КТП нужно для улучшения тепловой эффективности конструкции. Например, если она должна быстро отдавать тепло, то её нужно делать из сырья с высокой передачей энергии, а для закрытых помещений наоборот нужны дополнительные утеплители. Это поможет сэкономить деньги на отоплении.

На теплопроводность материала влияет его плотность, влажность и волокнистость.
 

Экструдированный пенополистирол

Этот материал не боится влияния влаги и гниению. Он прочный и удобный в плане монтажа. Легко поддается механической обработке. Имеет низкий уровень водоплоглощения, поэтому при повышенной влажности экструдированный пенополистирол сохраняет свои свойства. Утеплитель относится к пожаробезопасным материалам, он имеет продолжительный срок службы и простоту монтажа.


На фото – экструдированный пенополистирол

Представленные характеристики и низкая проводимость тепла позволят назвать экструдированный пенополистирол самым лучшим утеплителем для ленточных фундаментов и отмосток. При установке лист с толщиной 50 мм можно заменить пеноблок с толщиной 60 мм по проводимости тепла. При этом утеплитель не пропускает вод, так что не нужно заботиться про вспомогательную гидроизоляцию.

Понятие теплопроводности

Утеплители имеют разный коэффициент теплопроводности – это главный показатель материала

Под теплопроводностью понимается передача энергии тепла от объекта к объекту до момента теплового равновесия, т.е. выравнивания температуры. В отношении частного дома важна скорость процесса – чем дольше происходит выравнивание, тем меньше остывает конструкция.

В числовом виде явление выражается через коэффициент теплопроводности. Показатель наглядно выражает прохождение количества тепла за определенное время через единицу поверхности. Чем больше величина, тем быстрее утекает тепловая энергия.

Что представляет собой пенополистирол

Изготавливается этот материал примерно по тому же принципу, что и любые другие вспененные утеплители. Сначала в специальную установку наливается жидкий стирол. После добавления в него особого реагента происходит реакция с выделением большого количества пены. Готовая вспененная густая масса до застывания пропускается через формовочный аппарат. В результате получаются листы материала с огромным количеством мелких воздушных камер внутри.

Такая структура плит и объясняет высокие изоляционные качества пенополистирола. Ведь воздух, как известно, тепло сохраняет очень хорошо. Существуют виды пенополистирола, в ячейках которых содержатся и другие газы. Однако самыми эффективными изоляторами все же считаются плиты именно с воздушными камерами.

Входящие в структуру пенополистирола ячейки могут иметь размер от 2 до 8 мм. На их стенки при этом приходится примерно 2% массы материала. Таким образом, пенополистирол на 98% состоит из воздуха.

Закон теплопроводности Фурье

В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:

q→=−ϰgrad(T),{\displaystyle {\vec {q}}=-\varkappa \,\mathrm {grad} (T),}

где q→{\displaystyle {\vec {q}}} — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, ϰ{\displaystyle \varkappa } — коэффициент теплопроводности (удельная теплопроводность), T{\displaystyle T} — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad(T){\displaystyle \mathrm {grad} (T)} (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.

В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):

P=−ϰSΔTl,{\displaystyle P=-\varkappa {\frac {S\Delta T}{l}},} [Вт/(м·К) · (м2·К)/м = Вт/(м·К) · (м·К) = Вт]

где P{\displaystyle P} — полная мощность тепловой передачи, S{\displaystyle S} — площадь сечения параллелепипеда, ΔT{\displaystyle \Delta T} — перепад температур граней, l{\displaystyle l} — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.

Связь с электропроводностью

Связь коэффициента теплопроводности ϰ{\displaystyle \varkappa } с удельной электрической проводимостью σ{\displaystyle \sigma } в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:

ϰσ=π23(ke)2T,{\displaystyle {\frac {\varkappa }{\sigma }}={\frac {\pi ^{2}}{3}}\left({\frac {k}{e}}\right)^{2}T,}
где k{\displaystyle k} — постоянная Больцмана,
e{\displaystyle e} — заряд электрона,
T{\displaystyle T} — абсолютная температура.

Коэффициент теплопроводности газов

В газах коэффициент теплопроводности может быть найден по приближённой формуле

ϰ∼13ρcvλv¯,{\displaystyle \varkappa \sim {\frac {1}{3}}\rho c_{v}\lambda {\bar {v}},}

где ρ{\displaystyle \rho } — плотность газа, cv{\displaystyle c_{v}} — удельная теплоёмкость при постоянном объёме, λ{\displaystyle \lambda } — средняя длина свободного пробега молекул газа, v¯{\displaystyle {\bar {v}}} — средняя тепловая скорость. Эта же формула может быть записана как

ϰ=ik3π32d2RTμ,{\displaystyle \varkappa ={\frac {ik}{3\pi ^{3/2}d^{2}}}{\sqrt {\frac {RT}{\mu }}},}

где i{\displaystyle i} — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5{\displaystyle i=5}, для одноатомного i=3{\displaystyle i=3}), k{\displaystyle k} — постоянная Больцмана, μ{\displaystyle \mu } — молярная масса, T{\displaystyle T} — абсолютная температура, d{\displaystyle d} — эффективный (газокинетический) диаметр молекул, R{\displaystyle R} — универсальная газовая постоянная. Из формулы видно, что наименьшей теплопроводностью обладают тяжелые одноатомные (инертные) газы, наибольшей — легкие многоатомные (что подтверждается практикой, максимальная теплопроводность из всех газов — у водорода, минимальная — у радона, из нерадиоактивных газов — у ксенона).

Теплопроводность в сильно разреженных газах

Приведённое выше выражение для коэффициента теплопроводности в газах не зависит от давления. Однако если газ сильно разрежен, то длина свободного пробега определяется не столкновениями молекул друг с другом, а их столкновениями со стенками сосуда. Состояние газа, при котором длина свободного пробега молекул ограничивается размерами сосуда называют высоким вакуумом. При высоком вакууме теплопроводность убывает пропорционально плотности вещества (то есть пропорциональна давлению в системе): ϰ∼13ρcvlv¯∝P{\displaystyle \varkappa \sim {\frac {1}{3}}\rho c_{v}l{\bar {v}}\propto P}, где l{\displaystyle l} — размер сосуда, P{\displaystyle P} — давление.

Таким образом коэффициент теплопроводности вакуума тем ближе к нулю, чем глубже вакуум. Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тем не менее, энергия в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому, например, для уменьшения теплопотерь стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность лучше отражает излучение), а воздух между ними откачивают.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwittervKontakte
Напишите комментарий

Adblock
detector