Коэффициент теплопроводности полистирола: Теплопроводность пенополистирола разных марок, расчет необходимого слоя

ПЕНОПЛЭКС® — оптимальное техническое решение для теплоизоляции плоских кровель » Вcероссийский отраслевой интернет-журнал «Строительство.RU»

Экструзионный пенополистирол, из которого изготовлены плиты ПЕНОПЛЭКС®, превосходит широко распространенные теплоизоляционные материалы по всем техническим критериям выбора утеплителя для плоских кровель, а для инверсионных кровель является безальтернативным.

При выборе теплоизоляционного материала главным критерием является его теплозащитная способность. Это свойство выражается коэффициентом теплопроводности (λ). У плит ПЕНОПЛЭКС^® из экструзионного пенополистирола он не превышает 0,034 Вт/м∙°С в самых неблагоприятных условиях, в том числе при эксплуатации «Б», т.е. при сочетании неблагоприятных влажностных факторов (см. таблицу 2 в п. 4.3 СП 50.13330.2012). Сразу отметим, что проектировщики используют в своих расчетах λ_А или λ_Б (при эксплуатации «А» или «Б»), т.е. расчетный коэффициент теплопроводности материала не в сухом состоянии, а в реальных условиях, в том числе при повышенной влажности, когда у большинства утеплителей теплопроводность существенно возрастает, т. е. ухудшается.

Коэффициент теплопроводности 0,034 Вт/м∙°С — это показатель, заявленный компанией «ПЕНОПЛЭКС». Выбирая материал, многие специалисты не всегда довольствуются данными производителя и предпочитают собрать информацию из нескольких источников. Резонно предположить, что наиболее авторитетным источником будет уже упомянутый нормативный документ СП 50.13330.2012, которым проектировщики и строители обязаны руководствоваться при проектировании и устройстве теплозащиты. В данном СП имеется приложение «Т» под названием «Расчетные теплотехнические показатели строительных материалов и изделий». Любопытно, что там значения λ_Б для экструзионного пенополистирола еще ниже — 0,031-0,032 Вт/м∙°С, а значит лучше, чем заявляет производитель. Это объясняется тем, что производитель учитывает срок службы материала, весьма немалый. По результатам испытаний в НИИ Строительной физики РААСН долговечность плит ПЕНОПЛЭКС^® составляет не менее 50 лет. Но у других широко распространенных теплоизоляционных материалов λ_Б существенно выше, чем даже 0,034 Вт/м∙°С. По данным приложения «Т» к СП 50.13330.2012, этот параметр составляет от 0,044 до 0,055 Вт/м∙°С (минераловатные плиты из стеклянного и каменного волокна) и 0,044–0,059 Вт/м∙°С (беспрессовый пенополистирол, ПСБ).

Вторым критерием выбора теплоизоляционного материала является влагостойкость. Теплопроводность воды более чем в 10 раз выше, чем у широко распространенных утеплителей. Попадая в структуру материала, вода резко снижает теплозащитные свойства. Именно благодаря уникальной закрытой мелкоячеистой структуре экструзионный пенополистирол не впитывает влагу. Водопоглощение плит ПЕНОПЛЭКС^® не превышает 0,5% по объему, что можно считать пренебрежимо малой величиной. Минеральная вата обладает волокнистой структурой, поэтому быстро поглощает воду и теряет теплозащитные свойства. То же можно сказать и о зернистом ПСБ.

Важно отметить, что для инверсионных плоских кровель имеется строгое нормативное требование (согласно п. 5.4.3 СП 17.13330.2017 «Кровли») по водопоглощению для теплоизоляционного материала — не более 0,7%. Этому условию соответствует только экструзионный пенополистирол.

В том же пункте норматива изложено требование к инверсионным кровлям по прочности, которому, опять-таки, отвечает только экструзионный пенополистирол. Прочность на сжатие теплоизоляционного материала должна быть не менее 100 кПа. Плиты ПЕНОПЛЭКС^®, применяемые для утепления кровель, имеют прочность на сжатие при 10%-ной деформации не менее 150 кПа (0,15 МПа), а для инверсионных кровель производитель рекомендует плиты ПЕНОПЛЭКС^® ГЕО, у которых этот показатель еще выше — от 0,3 МПа. У самой прочной минеральной ваты данный параметр не превышает 0,07 МПа.

Прочность — третий важный критерий выбора теплоизоляции для плоской кровли, которая должна выдерживать нагрузки при обслуживании крыши.

Таким образом, экструзионный пенополистирол имеет явные преимущества перед другими широко распространенными утеплителями по теплопроводности, влагостойкости, прочности и долговечности. Но это еще не полный список. Плиты ПЕНОПЛЭКС^® из экструзионного пенополистирола экологически безопасны, биостойки, удобны в монтаже.

В заключение следует упомянуть о пожарной безопасности кровель с применением теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС^®. Все кровельные системы, разработанные компанией «ПЕНОПЛЭКС», прошли оценку противопожарных характеристик во ВНИИПО МЧС России и имеют класс пожарной опасности К0. 

На рис.: кровельная система «ЭКСТРА» с применением ПЕНОПЛЭКС^® в качестве теплоизоляции и уклонообразующего слоя

 

1 — Гидроизоляция PLASTFOIL^® производства компании «ПЕНОПЛЭКС»

2 — Крепеж

3 — Разделительный слой из геотекстиля

4 — Уклонообразующий слой из сборных элементов ПЕНОПЛЭКС^® УКЛОН

5 — Теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС^®

6 — Пароизоляция

7 — Основание

 

Для многих технических решений кровель с теплоизоляцией ПЕНОПЛЭКС^® разработаны BIM-модели, которые можно скачать с официального сайта компании.

На первой фотографии: теплоизоляция кровли цеха магнезитных изделий (ЦМИ) № 2 завода «Группы Магнезит» в городе Сатке Челябинской области

 

что это такое, от чего зависит?

Пенополистирол (ППС) – популярный утеплитель. Изготавливается материал методом экструзии, что обеспечивает ему высокие эксплуатационные качества. Главное преимущество – низкая теплопроводность, что позволяет сохранить тепло внутри помещения, оптимизируя расходы на отопление.

К важным достоинствам данного материала относятся также:

• Высокая прочность.
• Простота обработки.
• Легкость монтажа.
• Малый вес.
• Гидроизоляционные свойства.
• Экологичность.
• Долговечность.
• Приемлемая стоимость.

Пенополистирол подходит для утепления фасада малоэтажных зданий из кирпича, шлакоблока, жб плит и пр. Коэффициент теплопроводности пенополистирола – это объем  перенесенной тепловой энергии от теплого участка строительной конструкции к холодному, и чем она меньше, тем хорошо сохраняет тепло внутри помещения.

Содержание:

• 1 От чего зависит теплопроводность ппс, сравнение с пенопластом
• 2 Коэффициент теплопроводности и толщина плиты
• 3 Выбор утеплителя, теплотехнический расчет
• 4 Влияние различных факторов на теплопроводность  ППС

От чего зависит теплопроводность ппс, сравнение с пенопластом

Экструдированный пенополистирол – материал с низкой теплопроводностью, что обусловлено его пористой структурой, способствующей сохранению тепловой энергии. Технология производства основана на смешивание гранул при высокой температуре, с последующей прессовкой, за счет чего получается довольно плотный материал с закрытой пористой структурой и мелкими гранулами. При этом теплопроводность пенополистирола, изготовленного экструзивным методом, составляет 00,028–0,034 Вт/(м·K). Этот показатель существенно ниже, чем у других утеплителей.

В целом показатель теплопроводности зависит от плотности материала. По сравнению с коэффициентом теплопроводности пенополаста, у пенополистирола он ниже.

При этом его плотность существенно выше (100 кг/м3), чем у пенопласта (30 кг/м3). Обусловлено это и тем, что ячейки пенопласта заполнены газом, а у ппс – воздухом, который не испаряется, соответственно сохраняет внутри себя тепловую энергию независимо от климатических условий.

Низкая теплопроводность связана также с его строением. В нем малый объем твердого вещества, менее трех процентов. Размеры ячеек варьируются от 0,1 до 0,2 мм, соответственно меньше и размеры гранул. А чем они мельче и равномернее, тем выше качественные показатели материала.

Это связано с технологией производства, в случае с пенопластом она основана на соединение гранул за счет теплового расширения (исходное сырье обрабатывается сухим паром). В результате получается материал с неоднородными ячейками и крупными гранулами, которые скреплены между собой не очень сильно.

Именно поэтому пенопласт существенно отстает по прочности, соответственно и может пропускать тепло. Хотя за последние годы производители предлагают пенопласт, изготовленный экструзивным методом, который по показателям плотности (30, 50 кг/м3) и теплопроводности (около 0,002 Вт/(м·K)) мало отстает от ППС.

В целом показатель теплопроводности пенополистирола хоть и незначительно, но может варьироваться, в зависимости от марки материала, которая определяется технологией изготовления:

• Беспрессовый.
• Прессовый.
• Экструзионный.
• Автоклавный.
• Автоклавно-экструзионный.

Каждый вид отличается плотностью, при этом самая низкая теплопроводность у пенополистирола, удельный вес которого составляет около 30 кг/м3, но в среднем данный показатель варьируется в пределах 0,031 — 0,035 Вт/м·К.

Коэффициент теплопроводности и толщина плиты

Производители предлагают ППС плиты толщиной 10–200 мм. Но данный показатель мало влияет на коэффициент теплопроводности. Для листов толщиной до 30 мм этот показатель составляет до 0,035 Вт/(м·K), применяются для теплоизоляции межкомнатных перегородок.

ППС толщиной до 100 мм обладает более низкой теплопроводностью 0,3–0,031 Вт/(м·K), используют их для изоляции фасадов, внутренних стен, чтобы сократить расходы на отопление. Образцы толщиной от 100 мм обладают теплопроводностью 0,31-0,32 Вт/(м·K), наиболее эффективно их использование в суровых климатических условиях для теплоизоляции фундамента.

Выбор утеплителя, теплотехнический расчет

Теплопроводность утеплителя является главным показателем при организации работ по теплоизоляции помещения. Чтобы достичь нужного эффекта осуществляется теплотехнический расчет, при этом обязательно учитывается назначение помещения, конструкция постройки, климатические условия региона и другие особенности.

Для утепления фундаментов, подвалов, полов и перекрытий используется пенополистирол теплопроводностью 0,033 – 0,038 Вт/м·К. Образцы с показателями 0,037 Вт/м·К применяются для утепления фасадов.

Влияние различных факторов на теплопроводность  ППС

Практика показывает, что в процессе эксплуатации величина теплопроводности может ухудшаться. Например, утеплитель теряет свою эффективность при длительном использовании в условиях высоких температур (максимально допустимый показатель составляет 80 градусов).

Изменение структуры, соответственно, ухудшение теплоизоляционных качеств наблюдается вследствие длительного воздействия прямых солнечных лучей. Поэтому после установки пенополистирола обязательно требуется отделка плит ППС с использованием штукатурки или сайдинга.

Но и последнее, не менее важное требование для обеспечения эффективной теплоизоляции с помощью ППС плит – это соблюдение всех технологических правил при их установке, иначе пенополистирол даже самой низкой теплопроводности не может обеспечивать желаемый результат.

Влияние модифицированного AlN на теплопроводность, механические и термические свойства композитов AlN/полистирол

Влияние модифицированного AlN на теплопроводность, механические и термические свойства композитов AlN/полистирол

Гуанлей Ву, * ^и Ийцюнь Ван, ^б Куйкуи Ван ^и и Больной Фэн* ^с

Принадлежность автора

* Соответствующие авторы

^и Институт материалов для энергетики и окружающей среды, Государственная ключевая лаборатория, база по разведению новых волокнистых материалов и современного текстиля, Колледж материаловедения и инженерии, Университет Циндао, Циндао 266071, КНР

Электронная почта: wuguanglei@mail. xjtu.edu.cn, [email protected]

^б Ключевая лаборатория химии минеральных ресурсов высших учебных заведений провинции Сычуань, Колледж материалов, химии и химического машиностроения, Технологический университет Чэнду, Чэнду 610059, КНР

^с Институт физики и оптоэлектронных технологий, Университет искусств и наук Баоцзи, Баоцзи 721016, КНР

Электронная почта: больной@mail.xjtu.edu.cn

Аннотация

Композит

rsc.org/schema/rscart38″> Модифицированные частицы нитрида алюминия/полистирол (AlN/PS) был приготовлен методом порошковой обработки. Исследованы теплопроводность, диэлектрические и теплофизические свойства композитов с различной массовой долей модифицированного AlN. По сравнению с чистым ПС теплопроводные свойства композитов AlN/ПС улучшились с 0,189 Вт (м ^-1 К ^-1 ) до 0,418 Вт (m ^-1 K ^-1

) при содержании AlN 25 мас.%. Термическая стабильность композита AlN/PS улучшалась при увеличении количества добавляемого AlN. Диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери композита 25 вес. % AlN/PS составили 3,58 и 0,0036 при 10 ⁶ Гц соответственно. Диэлектрическая проницаемость композита AlN/PS показала очень небольшое изменение в диапазоне частот от 10 ^{2 9от 0008} Гц до 10 ⁶ Гц. Прочность на растяжение композита AlN/PS увеличивалась с увеличением содержания наполнителя, когда она составляла не более 5 мас. %, а затем снижалась с дальнейшим увеличением содержания наполнителя, в то время как относительное удлинение имело аналогичные тенденции. Анализ СЭМ показал, что AlN может плотно упаковываться, и при дальнейшем добавлении AlN могут образовываться теплопроводящие каналы AlN-AlN. Теплопроводность композита AlN/PS с увеличением содержания AlN имела тенденцию к повышению при более высоких температурах. Теплопроводность композитов AlN/PS при одинаковом содержании AlN имеет тенденцию к повышению при более высоких температурах. Было использовано несколько теоретических моделей для сравнения с экспериментальными данными теплопроводности композитов.

14,5 Проводимость | Техасский шлюз

Цели обучения

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Расчет теплопроводности
• Наблюдение за теплопроводностью при столкновениях
• Исследование теплопроводности обычных веществ

Информация, представленная в этом разделе, поддерживает следующие цели обучения и научные практики AP®:

• 1. E.3.1 Учащийся может спланировать эксперимент и проанализировать полученные данные для изучения теплопроводности. (Ст. 4.1, 4.2, 5.1)
• 5.B.6.1 Учащийся может описать модели, представляющие процессы, посредством которых энергия может передаваться между системой и окружающей средой из-за различий в температуре: теплопроводность, конвекция и излучение. (СП 1.2)

Рисунок 14.13 Изоляция используется для ограничения передачи тепла изнутри наружу зимой и снаружи внутрь летом. (Джайлс Дуглас)

Ваши ноги мерзнут, когда вы идете босиком по ковру в гостиной в своем холодном доме, а затем ступаете на плиточный пол в кухне. Этот результат интригует, поскольку ковер и кафельный пол имеют одинаковую температуру. Различное ощущение, которое вы испытываете, объясняется разной скоростью теплопередачи: потеря тепла за один и тот же промежуток времени больше для кожи, соприкасающейся с плиткой, чем с ковром, поэтому перепад температуры на плитке больше.

Некоторые материалы проводят тепловую энергию быстрее, чем другие. В общем, хорошие проводники электричества — такие металлы, как медь, алюминий, золото и серебро — также являются хорошими проводниками тепла, тогда как изоляторы электричества — дерево, пластик и резина — плохо проводят тепло. На рис. 14.14 показаны молекулы в двух телах при разных температурах. Средняя кинетическая энергия молекулы в горячем теле больше, чем в более холодном. При столкновении двух молекул происходит передача энергии от молекулы с большей кинетической энергией к молекуле с меньшей кинетической энергией. Совокупный эффект от всех столкновений приводит к чистому потоку тепла от горячего тела к более холодному. Таким образом, тепловой поток зависит от разности температур ΔΤ=Τгоряч-Tхолод ΔΤ=Τгоряч-Tхолод размер 12{ΔΤ=Τ rSub {размер 8{“горячий”} } – T rSub {размер 8{“холодный”} } } {}. Поэтому от кипятка вы получите более сильный ожог, чем от горячей водопроводной воды. И наоборот, если температуры одинаковы, чистая скорость теплопередачи падает до нуля и достигается равновесие.

В связи с тем, что число соударений увеличивается с увеличением площади, теплопроводность зависит от площади поперечного сечения. Если вы коснетесь холодной стены ладонью, ваша рука остынет быстрее, чем если вы просто коснетесь ее кончиком пальца.

Рис. 14.14 Молекулы в двух телах при разных температурах имеют разные средние кинетические энергии. Столкновения, происходящие на поверхности контакта, имеют тенденцию передавать энергию из высокотемпературных областей в низкотемпературные области. На этом рисунке молекула в области более низких температур (правая сторона) имеет низкую энергию до столкновения, но ее энергия увеличивается после столкновения с контактной поверхностью. Напротив, молекула в области более высоких температур (левая сторона) имеет высокую энергию перед столкновением, но ее энергия уменьшается после столкновения с контактной поверхностью.

Третьим фактором механизма теплопроводности является толщина материала, через который передается тепло. На рисунке ниже показана плита материала с разными температурами с обеих сторон. Предположим, что размер T2T2 12{T rSub { размер 8{2} } } {} больше, чем T1,T1, размер 12{T rSub { размер 8{1} } } {}, так что тепло передается слева направо. Перенос тепла с левой стороны на правую осуществляется за счет серии столкновений молекул. Чем толще материал, тем больше времени требуется для передачи того же количества тепла. Эта модель объясняет, почему толстая одежда теплее зимой, чем тонкая, и почему арктические млекопитающие защищаются толстым жиром.

Рис. 14.15 Теплопроводность происходит через любой материал, представленный здесь прямоугольной полосой, будь то оконное стекло или моржовый жир. Температура материала T2T2 размер 12{T rSub { размер 8{2} } } {} слева и T1T1 размер 12{T rSub { размер 8{1} } } {} справа, где T2T2 размер 12 {T rSub { размер 8{2} } } {} больше, чем T1.T1. размер 12{T rSub { размер 8{1} } } {} Скорость теплопередачи за счет теплопроводности прямо пропорциональна площади поверхности A,A, размер 12{A} {} разности температур T2−T1,T2−T1 , размер 12{T rSub { размер 8{2} } – T rSub { размер 8{1} } } {} и проводимость вещества к. к. размер 12{k} {} Скорость теплопередачи обратно пропорциональна толщине dd размер 12{d} {}.

Наконец, скорость теплопередачи зависит от свойств материала, описываемых коэффициентом теплопроводности. Все четыре фактора включены в простое уравнение, которое было выведено и подтверждено экспериментами. Скорость кондуктивной теплопередачи через пластину материала, такую ​​как на рис. 14.15, определяется как

14,27 Qt=kA(T2-T1)d, Qt=kA(T2-T1)d, размер {Q} над {t} } = { { ital “kA” \( T rSub { размер 8 {2} } – T rSub { размер 8 {1} } \) } над {d} } } {}

где Q/tQ/t размер 12{Q/t} {} — скорость теплопередачи в ваттах или килокалориях в секунду, kk размер 12{k} {} — теплопроводность материала, AA размер 12{ A} {} и dd size 12{d} {} — его площадь поверхности и толщина, как показано на рис. 14.15, и (T2−T1)(T2−T1) size 12{ \( T rSub { size 8{2} } – T rSub { size 8{1} } \) } {} — разность температур поперек плиты. В таблице 14.3 приведены репрезентативные значения теплопроводности.

Пример 14.5 Расчет теплопередачи за счет теплопроводности: коэффициент теплопроводности через холодильник

Морозильная камера из пенополистирола имеет общую площадь 0,950 м20,950 м2 и среднюю толщину стенок 2,50 см. В коробке находится лед, вода и напитки в банках при температуре ºC ºC. Внутренняя часть коробки остается холодной за счет таяния льда. Сколько льда растает за один день, если хранить ящик для льда в багажнике автомобиля при температуре 35ºC35ºC размера 12{“35” “.” “0°C”} {}?

Стратегия

Этот вопрос касается как выделения тепла для фазового перехода (таяния льда), так и переноса тепла путем теплопроводности. Чтобы найти количество растаявшего льда, мы должны найти чистое переданное тепло. Это значение можно получить, рассчитав скорость теплопередачи теплопроводностью и умножив на время.

Решение

1. Определите известное.

   14,28 А=0,950 м2; d=2,50 см=0,0250 м;T1=0 ºC;T2=35 ºC,t=1 день=24 часа=86 400 с. A=0,950 м2; d=2,50 см=0,0250 м;T1=0 ºC;T2=35 ºC,t=1 сутки=24 часа=86 400 с.

2. Определите неизвестные. Нам нужно найти массу льда, мм. size 12{m} {} Нам также нужно будет найти чистую теплоту, переданную для таяния льда, Q.Q. размер 12 {Q} {}
3. Определите, какие уравнения использовать. Скорость теплопередачи за счет проводимости определяется выражением

   14,29 Qt=kA(T2−T1)d.Qt=kA(T2−T1)d. size 12{ { {Q} over {t} } = { { ital “kA” \( T rSub { size 8{2} } – T rSub { size 8{1} } \) } over {d} } } { }

4. Тепло используется для таяния льда, Q=mLf.Q=mLf. размер 12 {Q = итал “мл” rSub { размер 8 {f} } } {}
5. Вставьте известные значения.

   14,30 Qt=0,010 Дж/с⋅м⋅ºC0,950 м235,0 ºC−0 ºC0,0250 m=13,3 Дж/сQt=0,010 Дж/с⋅м⋅ºC0,950 м235,0 ºC−0 ºC0,025 0 м =13,3 Дж/с

6. Умножьте скорость теплопередачи на время (1 день = 86 400 с1 день = 86 400 с размер 12{1`”день=86 400″`с} {}).

   14,31 Q=Q/tt=13,3 Дж/с86 400 с=1,15×106 JQ=Q/tt=13,3 Дж/с86 400 с=1,15×106 Дж размер 12{Q= левый ( {Q} косая черта {t } right )t= left (“13” “. ” 3`”J/s” right ) left (“86”,”400″s right )=1 “.” “15” умножить на “10” rSup { размер 8{6} } `J} {}

7. Установите это значение равным теплу, переданному для таяния льда: Q=mLf.Q=mLf. size 12{Q= ital “mL” rSub { size 8{f} } } {} Найдите массу mm size 12{m} {}.

   14,32 м=QLf=1,15×106 Дж334×103 Дж/кг=3,44 кгm=QLf=1,15×106 Дж334×103 Дж/кг=3,44 кг размер 12{m= { {Q} более {L rSub { размер 8{ f} } } } = { {1 “.” “15” умножить на “10” rSup { размер 8{6} } `J} более {“334” умножить на “10” rSup { размер 8{3} } `”Дж/кг”} } =3 “.” “44”`”кг”} {}

Обсуждение

Результат 3,44 кг или около 7,6 фунта кажется правильным, исходя из опыта. Вы можете рассчитывать на то, что будете использовать около 4 кг (7–10 фунтов) мешка со льдом в день. Если вы добавляете какие-либо теплые блюда или напитки, требуется немного дополнительного льда.

Проверка проводимости в таблице 14.3 показывает, что пенополистирол является очень плохим проводником и, следовательно, хорошим изолятором. Другие хорошие изоляторы включают стекловолокно, шерсть и гусиный пух. Как и пенополистирол, все они включают в себя множество небольших карманов с воздухом, использующих плохую теплопроводность воздуха.

Вещество	Теплопроводность k (Дж/с⋅м⋅ºC) k (Дж/с⋅м⋅ºC)
Серебро	420
Медь	390
Золото	318
Алюминий	220
Стальной чугун	80
Сталь (нержавеющая)	14
Лед	2,2
Стекло (среднее)	0,84
Бетонный кирпич	0,84
Вода	0,6
Жировая ткань (без крови)	0,2
Асбест	0,16
Гипсокартон	0,16
Дерево	0,08–0,16
Снег (сухой)	0,10
Пробка	0,042
Стекловата	0,042
Шерсть	0,04
Пуховые перья	0,025
Воздух	0,023
Пенополистирол	0,010

Таблица 14. 3 Теплопроводность обычных веществ ⁷

Для создания хороших изоляторов часто используют комбинацию материала и толщины: чем меньше проводимость kk размер 12{k} {} и больше толщина dd размер 12 {d}{}, тем лучше. Таким образом, отношение d/kd/k размера 12{d/k} {} будет большим для хорошего изолятора. Отношение d/kd/k size 12{d/k} {} называется фактором RR size 12{R} {}. Скорость кондуктивной теплопередачи обратно пропорциональна размеру R.R. 12{R} {}. Чем больше значение R, R, размер 12{R} {}, тем лучше изоляция. Коэффициенты размера RR 12{R} {} чаще всего указываются для бытовой изоляции, холодильников и т.п., к сожалению, они по-прежнему указаны в неметрических единицах футов. ² ·°F·ч/БТЕ, хотя единица измерения обычно не указывается — 1 британская тепловая единица [БТЕ] представляет собой количество энергии, необходимое для изменения температуры 1,0 фунта воды на 1,0 °F. Несколько репрезентативных значений: размер RR 12{R} {} с коэффициентом 11 для стекловолоконных плит толщиной 3,5 дюйма — кусков изоляции и размер RR 12{R} {} с коэффициентом 19 для 6,5 дюймов. – толстые стекловолоконные войлочные панели. Стены обычно утепляют 3,5-дюймовым. ваты, а потолки обычно утеплены 6,5-дюймовыми. биты. В холодном климате для потолков и стен можно использовать более толстые войлочные панели.

Рисунок 14.16 Стекловолоконная плита используется для изоляции стен и потолков, чтобы предотвратить передачу тепла между внутренней частью здания и внешней средой.

Обратите внимание, что в таблице 14.3 лучшие теплопроводники — серебро, медь, золото и алюминий — также являются лучшими проводниками электричества, опять же в зависимости от плотности свободных электронов в них. Кухонная утварь обычно изготавливается из хороших проводников.

Пример 14.6 Расчет разницы температур, поддерживаемой теплопередачей: теплопроводность через алюминиевый поддон

Вода кипит в алюминиевой кастрюле, поставленной на электрический элемент на плите. Сотейник имеет дно толщиной 0,8 см и диаметром 14 см. Кипящая вода испаряется со скоростью 1 г/с. Какова разница температур поперек — через — дно кастрюли?

Стратегия

Теплопроводность через алюминий является здесь основным способом передачи тепла, поэтому мы используем уравнение для скорости теплопередачи и находим разность температур.

14.33 T2-T1=QtdkAT2-T1=QtdkA размер 12{T rSub { размер 8{2} } – T rSub { размер 8{1} } = {{Q} над {t} } слева ( { {d} над { ital “kA”} } right )} {}

Решение

1. Определите известные значения и переведите их в единицы СИ.

   Толщина поддона, d=0,800 см=8,0×10-3 м, d=0,800 см=8,0×10-3 м, площадь поддона A=π(0,14/2)2 м2=1,54×10 −2 м2A=π(0,14/2)2 м2=1,54×10−2 м2, а теплопроводность k=220 Дж/с⋅м⋅°C.k=220 Дж/с⋅м⋅°C.

2. Рассчитайте необходимую теплоту парообразования 1 г воды.

   14,34 Q=mLv=1,00×10-3 кг2,256×103 Дж/кг=2,256 JQ=mLv=1,00×10-3 кг2,256×103 Дж/кг=2,256 Дж размер 12{Q= итал. “мл” rSub {размер 8{v}} = левый (1 “.” 0 раз “10” rSup { размер 8{- 3} } `”кг” правый) левый (“2256” умножить на “10” rSup { размер 8{6 } } `”Дж/кг” справа )=”2256″`Дж} {}

3. Рассчитайте скорость теплопередачи, учитывая, что 1 г воды тает за одну секунду.

   14,35 Q/t=2256 Дж/с или 2,26 кВтQ/t=2256 Дж/с или 2,26 кВт Размер 12{Q/t=”2256″`”Дж/с”} {}

4. Подставьте известные значения в уравнение и найдите разницу температур.

   14,36 T2-T1=QtdkA=2256 Дж/с8,00 × 10-3м220 Дж/с⋅м⋅ºC1,54×10-2 м2=5,33 ºCT2-T1=QtdkA=2256 Дж/с8,00 × 10-3м220 Дж/с⋅м⋅ºC1,54×10−2 м2=5,33 ºC

Обсуждение

Значение теплопередачи Q/t = 2,26 кВт или 2 256 Дж/с Q/t = 2,26 кВт или 2 256 Дж/с Размер 12{Q/t”=2″ “.” “26”`”кВт”`”или”””2256″`”Дж/с”} {} характерно для электрической плиты. Это значение дает удивительно малую разницу температур между плитой и кастрюлей. Учтите, что горелка плиты раскалена докрасна, в то время как температура внутри кастрюли составляет почти 100 ºC100 ºC размера 12{“100°C”} {} из-за ее контакта с кипящей водой. Этот контакт эффективно охлаждает дно кастрюли, несмотря на его близость к очень горячей горелке плиты. Алюминий является настолько хорошим проводником, что достаточно этой небольшой разницы температур для передачи тепла в кастрюле мощностью 2,26 кВт.

Проводимость вызвана беспорядочным движением атомов и молекул. Таким образом, это неэффективный механизм переноса тепла на макроскопические расстояния и короткие временные расстояния. Возьмем, к примеру, температуру на Земле, которая была бы невыносимо холодной ночью и очень жаркой днем, если бы перенос тепла в атмосфере осуществлялся только за счет теплопроводности. В другом примере автомобильные двигатели перегревались бы, если бы не было более эффективного способа отвода избыточного тепла от поршней.

Проверьте свои знания

Как изменится скорость теплопередачи за счет теплопроводности, если все пространственные измерения удвоятся?

Решение

Поскольку площадь является произведением двух пространственных измерений, она увеличивается в четыре раза при удвоении каждого измерения Afinal=(2d)2=4d2=4AinitialAfinal=(2d)2=4d2=4Ainitial size 12{A rSub { размер 8 {“конечный”} } = \( 2d \) rSup { размер 8 {2} } = 4d rSup { размер 8 {2} } = 4A rSub { размер 8 {i”начальный”} } } {} . Расстояние, однако, просто удваивается. Поскольку разность температур и коэффициент теплопроводности не зависят от пространственных размеров, скорость теплопередачи за счет теплопроводности увеличивается в четыре раза, деленное на два, или в два раза:

 

14.37 . размер 12 { левый ( { {Q} над {t} } правый ) rSub { размер 8 {“конечный”} } = { { ital “kA” rSub { размер 8 {“конечный”} } левый (T rSub { размер 8 {2} } – T rSub {размер 8{1} } справа )} над {d rSub {размер 8{“конечный”} } } } = {{k слева (4A rSub {размер 8{“начальный”}} справа ) слева (T rSub { размер 8 {2} } – T rSub { размер 8 {1} } справа )} над {2d rSub { размер 8 {“начальный”} } } } = 2 { { ital “kA” rSub { размер 8 {“начальный”} } слева (T rSub { размер 8 {2} } – T rSub { размер 8 {1} } справа )} над {d rSub { размер 8 {“начальный”} } } } = 2 слева ( { {Q} над {t} } справа ) rSub { size 8 {“initial”} } } {}

Применение научных методов: оценка теплопроводности

Следующее оборудование и материалы доступны для проведения эксперимента по теплопроводности:

• 1 цилиндрический контейнер из полиэтилена высокой плотности
• 1 стальной цилиндрический контейнер
• 1 стеклянный цилиндрический контейнер
• 3 пробки
• 3 стеклянных термометра
• 1 маленький инкубатор
• 1 пробковая основа (толщина 2 см)
• дробленый лед
• 1 цифровой таймер
• 1 метрические весы
• 1-метровая линейка или линейка
• 1 Штангенциркуль
• 1 микрометр

Примечания. Три цилиндрических контейнера имеют одинаковый объем и последовательно тестируются. Все пробки плотно прилегают к открытым крышкам емкостей и имеют небольшие отверстия, через которые можно надежно поместить термометр. Льда достаточно, чтобы заполнить каждый из контейнеров. Каждый контейнер с термометром помещается внутрь инкубатора на пробковом основании. Инкубатор был предварительно равномерно прогрет до температуры 40°С. За термометрами можно наблюдать через окно инкубатора 9.0021 Упражнение 1

Опишите экспериментальную процедуру для оценки теплопроводности ( k ) для каждого из материалов контейнера. Укажите, какие свойства необходимо измерить и как можно использовать имеющееся оборудование для выполнения всех необходимых измерений. Определите источники ошибок в измерениях. Объясните назначение пробковых пробок и основания, причину использования инкубатора и когда следует запускать и останавливать таймер. Нарисуйте маркированную схему вашей установки, чтобы помочь в вашем описании. Включите достаточно подробностей, чтобы другой студент мог выполнить вашу процедуру. Для справки просмотрите информацию и анализ в Примере 14.5: Расчет теплопередачи посредством теплопроводности.

Измеряются размеры каждого контейнера, чтобы определить площадь боковой поверхности ( A ) и толщину сторон ( d ). Взвесьте пустой контейнер, наполните его льдом, снова взвесьте, вставьте корковую пробку и вставьте термометр через пробку так, чтобы груша находилась у дна контейнера. Поместите контейнер в инкубатор на пробковом основании. Инкубатор обеспечивает равномерную высокую температуру, которая равномерно окружает контейнер и растапливает лед в течение 20 минут. Поскольку пробка является эффективным изолятором, большая часть теплопередачи будет происходить через стенки контейнеров. При использовании температуры инкубатора 40 °C ( T ₂ ) и температура льда ( T ₁ = 0 °C), разница температур остается постоянной до тех пор, пока весь лед не растает, а температура воды в сосуде не повысится.