Материалы с малой теплопроводностью: 1. Какие материалы, обладающие малой теплопроводностью, вы знаете? Какие их них используются

alexxlab | 28.11.1978 | 0 | Разное

Содержание

Какой материал обладает наименьшей теплопроводностью

Проверено экспертом

1. Какие материалы, обладающие малой теплопроводностью, вы знаете?

Какие их них используются для строительства жилых зданий?

Древесина, газобетон, пенобетон, минеральные и прочие ваты, пеностекло, пенопласт и многое другое. И все они используются в строительстве.

2. Стеклянный баллон термоса имеет двойные стенки. Зачем из пространства, заключенного между ними, откачивают воздух?

Когда откачан воздух, исключается теплопередача через конвекцию, остается только через ИК-лучи. Поэтому термос лучше сохраняет тепло.

3. В каком случае ночное охлаждение земной поверхности через лучеиспускание происходит сильнее: при ясном или облачном небе? Почему?

При ясной погоде. ИК-лучи несут с собой энергию (так происходит остывание) и при ясной погоде уносят ее в верхнюю часть атмосферы. У ИК-лучей сравнительно большая длина волны и водяные пары воздуха поглощают их вместе с энергией, причем недалеко от земной поверхности, так как при облачном небе всегда высокая влажность. Пары воды, специалисты называют парниковыми газами, за высокую способность поглощать ИК излучение. Таким образом, при облачном небе над землей появляется более теплый слой воздуха, мешающий остыванию.

Источник: znanija.com

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 ).

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.

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 — 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 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).

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.

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).

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.

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.

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:

  • твердой фазы – теплопроводности полимерного каркаса с множеством ячеек с очень тонкими, но прочными стенками;
  • газообразной фазы – теплопроводность газа, который находится в ячейках.

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:

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.

Источник: zen.yandex.ru

Теплопроводность и коэффициент теплопроводности. Что это такое.

Теплопроводность.

Так что же такое теплопроводность? С точки зрения физики теплопроводность – это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).

Можно сказать проще, теплопроводность – это способность материала проводить тепло. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Передача тепла происходит за счет передачи энергии при столкновении молекул вещества. Происходит это до тех пор, пока температура внутри тела не станет одинаковой. Такой процесс может происходить в твердых, жидких и газообразных веществах.

На практике, например в строительстве при теплоизоляции зданий, рассматривается другой аспект теплопроводности, связанный с передачей тепловой энергии. В качестве примера возьмем “абстрактный дом”. В “абстрактном доме” стоит нагреватель, который поддерживает внутри дома постоянную температуру, скажем, 25 °С. На улице температура тоже постоянная, например, 0 °С. Вполне понятно, что если выключить обогреватель, то через некоторое время в доме тоже будет 0 °С. Все тепло (тепловая энергия) через стены уйдет на улицу.

Чтобы поддерживать температуру в доме 25 °С, нагреватель должен постоянно работать. Нагреватель постоянно создает тепло, которое постоянно уходит через стены на улицу.

Коэффициент теплопроводности.

Количество тепла, которое проходит через стены (а по научному – интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности) зависит от разности температур (в доме и на улице), от площади стен и теплопроводности материала, из которого сделаны эти стены.

Для количественной оценки теплопроводности существует коэффициент теплопроводности материалов. Этот коэффициент отражает свойство вещества проводить тепловую энергию. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лучше он проводит тепло. Если мы собираемся утеплять дом, то надо выбирать материалы с небольшим значением этого коэффициента. Чем он меньше, тем лучше. Сейчас в качестве материалов для утепления зданий наибольшее распространение получили утеплители из минеральной ваты, и различных пенопластов. Набирает популярность новый материал с улучшенными теплоизоляционными качествами – Неопор.

Коэффициент теплопроводности материалов обозначается буквой ? (греческая строчная буква лямбда) и выражается в Вт/(м2*К). Это означает, что если взять стену из кирпича, с коэффициентом теплопроводности 0,67 Вт/(м2*К), толщиной 1 метр и площадью 1 м2., то при разнице температур в 1 градус, через стену будет проходить 0,67 ватта тепловой энергии. Если разница температур будет 10 градусов, то будет проходить уже 6,7 ватта. А если при такой разнице температур стену сделать 10 см, то потери тепла будут уже 67 ватт. Подробней о методике расчета теплопотерь зданий можно посмотреть здесь.

Следует отметить, что значения коэффициента теплопроводности материалов указываются для толщины материала в 1 метр. Чтобы определить теплопроводность материала для любой другой толщины, надо коэффициент теплопроводности разделить на нужную толщину, выраженную в метрах.

В строительных нормах и расчетах часто используется понятие “тепловое сопротивление материала”. Это величина обратная теплопроводности. Если, на пример, теплопроводность пенопласта толщиной 10 см – 0,37 Вт/(м2*К), то его тепловое сопротивление будет равно 1 / 0,37 Вт/(м2*К) = 2,7 (м2*К)/Вт.

Коэффициент теплопроводности материалов.

Ниже в таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов применяемых в строительстве.

Источник: www.econel.ru

Обзор строительных материалов с различной теплопроводностью

Теплоизоляция необходима в любом помещении, где температура в какое-либо время года не должна быть равной температуре окружающей среды.

Оптимальная температура в помещении достигается с помощью работы обогревательных или охлаждающих устройств.

Чтобы искусственно настроенная температура внутри здания не изменялась из-за диффузии неодинаково нагретых частей внутри и снаружи здания, используют строительные материалы с наименьшим коэффициентом теплопроводности.

Что такое теплопроводность?

Теплопроводность — физическое свойство тела (тел) обменивать внутреннюю энергию с помощью диффузии атомов и молекул, которые хаотически перемещаются от более нагретых частей к более холодным.

Атомы и молекулы двигаются в хаотичном порядке до тех пор, пока температура по всему занимаемому объёму не выровняется.

Чем больше теплопроводность вещества, тем быстрее сквозь него передаётся более высокая или более низкая температура.

Теплопроводность определяется количеством теплоты в Дж, которая, при разнице температур в противоположно расположенных параллельных плоскостях в 1 К, проходит через 1 м² за 1 ч.

Коэффициент теплопроводности выражают в Вт/м*К.

Роль коэффициента теплопроводности при принятии архитектурно-строительного решения

Теплопроводность твёрдых тел, каковыми являются все строительные материалы, проявляется за счёт переноса тепла, происходящего в результате колебаний кристаллической решётки.

Большая теплопроводность строительного материала недопустима для возведения архитектурных сооружений. Чем больше теплопроводность, тем меньше теплоизоляционные качества материала, необходимые для поддержания в помещении температуры, отличной от температуры окружающей среды.

Строительные материалы с низкой теплопроводностью помогают сохранить достигнутый градус в помещении вне зависимости от погодных условий, благодаря минимальному поддержанию диффузии между разными по температуре частицами.

Чем меньше коэффициент теплопроводности материала, тем лучше его теплоизоляционные качества.

Хорошая теплоизоляция избавит от сквозняков, холодных стен, быстрого остывания, промерзания или нагрева помещения, позволит существенно сэкономить на устройствах обогрева или охлаждения.

Или почитайте ЗДЕСЬ об установке пластиковых окон своими руками.

Конструкционные материалы и их теплопроводность

Теплопроводность вещества зависит от его плотности. Чем больше плотность вещества, тем выше теплопроводность. С увеличением пористости понижается ее коэффициент.

Низкий коэффициент теплопроводности материала определяет его хорошие теплоизоляционные качества.

  • Плотность: 500 кг/м³–2 500 кг/м³. Показатель зависит от состава смеси.
  • Теплопроводность: 1,28–1,51 Вт/м*К. Показатель меняется в зависимости от консистенции бетона.

Бетонная смесь используется для заливки монолитного фундамента, а бетонные блоки – для закладки фундамента и возведения стен.

Железобетон

  • Плотность: 2 500 кг/м3; бетонная смесь без вибрирования (применения глубинного вибратора) – 2 400 кг/м3.
  • Теплопроводность: 1,69 Вт/м*К.

Лёгкий бетон на пористых заполнителях называют ячеистым бетоном.

Используют в качестве конструкционного и теплоизоляционного материала. Самые распространённые строительные материалы из бетона на пористых заполнителях — газобетон, пенобетон, керамзитобетон.

Данные материалы применяются для возведения многоэтажных, частных домов и для дополнительных пристроек: бань, гаражей, сараев.

Керамзитобетон

Полнотелые керамзитобетонные блоки производятся с помощью вибропрессования. Не имеют пустот и отверстий. Часто используются для кладки несущих стен или закладки фундамента.

Пустотелые керамзитобетонные блоки делают с применением специальных форм, позволяющих при заливке смеси сформировать герметичные или сквозные пустоты.

Обладают меньшей прочностью по сравнению с полнотелыми керамзитобетонными блоками. Имеют меньшую теплопроводность, что делает их оптимальным материалом для возведения нетяжёлых конструкций с требуемой высокой теплоизоляцией.

  • Плотность: 500 кг/м³–1 800 кг/м³.
  • Теплопроводность: 0,14–0,66 Вт/м*К.

Изготавливается из газосиликата. С помощью специализированных газообразователей внутри блока формируют приблизительно сферические поры (пустоты), их диаметр 1–3 мм.

  • Плотность: 300–800 кг/м3. Зависит от количества и размера пустот.
  • Теплопроводность: 0,1–0,3 Вт/м*К.

Изготавливается с применением пенообразующих добавок. Имеет пористую структуру.

  • Плотность: 600–1 000 кг/м3.
  • Теплопроводность: 0,1–0,38 Вт/м*К.

Саманный кирпич

Изготавливается из глины и наполнителя.

  • Плотность: 500 кг/м³–1 900 кг/м³;
  • Теплопроводность: 0,1–0,4 Вт/м*К.

Керамический кирпич

Изготавливается из обожжённой глины.

  • Плотность: полнотелый – 1 600 кг/м³–1 900 кг/м³; пустотелый – 1 100 кг/м³–1 400 кг/м³;
  • Теплопроводность: полнотелый – 0,56–0,86 Вт/м*К; пустотелый–0,35–0,41 Вт/м*К.

Силикатный кирпич

Изготавливается из песка и извести.

  • Плотность: 1 100 кг/м³–1 900 кг/м³;
  • Теплопроводность: 0,81–0,87 Вт/м*К.
  • Плотность: 150 кг/м³–2 100 кг/м³;
  • Теплопроводность: 0,2–0,23 Вт/м*К.

Строительные конструкционные материалы, даже с низкой теплопроводностью, нуждаются в дополнительном утеплении.

Или почитайте ЗДЕСЬ о несъемной опалубке из пенополистирола.

Утеплители и их теплопроводность

Используются для утепления фундамента, пола, стен здания внутри и снаружи, потолка и крыши.

  • Плотность: 15 кг/м³–50 кг/м³;
  • Теплопроводность: 0,31–0,33 Вт/м*К.

Пенополистирол

  • Плотность: 15 кг/м³–50 кг/м³;
  • Теплопроводность: 0,028–0,035 Вт/м*К.

Минеральная вата

Минеральная вата имеет способность впитывать влагу. Вода легко накапливается, но очень долго испаряется из данного звуко- и теплоизоляционного материала.

Если минвата перенасытится влагой, то потеряет свои основные изоляционные свойства. Чтобы не допустить впитывание влаги, минвату с двух сторон герметично закупоривают слоем гидроизоляции.

Стекловата

  • Плотность: 15 кг/м³–45 кг/м³;
  • Теплопроводность: 0,038–0,046 Вт/м*К.

Базальтовая (каменная) вата

  • Плотность: 30 кг/м³–200 кг/м³;
  • Теплопроводность: 0,035–0,042 Вт/м*К.
  • Плотность: 30 кг/м³–110 кг/м³;
  • Теплопроводность: 0,032–0,041 Вт/м*К.

Сравнительные характеристики теплопроводности конструкционных строительных материалов и утеплителей необходимо проанализировать, выбрав для постройки или дополнительной теплоизоляции самый подходящий материал.

Видео о характеристиках теплоизоляционных материалов

Источник: realconstruct.ru

Сравнение теплопроводности строительных материалов — изучаем важные показатели

Точные данные позволит получить таблица теплопроводности строительных материалов. Правильное возведение зданий способствует оптимальным климатическим параметрам в помещении.

Строительство каждого объекта лучше начинать с планировки проекта и тщательного расчета теплотехнических параметров. Точные данные позволит получить таблица теплопроводности строительных материалов. Правильное возведение зданий способствует оптимальным климатическим параметрам в помещении. А таблица поможет правильно подобрать сырье, которое будут использоваться для строительства.

Назначение теплопроводности

Теплопроводность является показателем передачи тепловой энергии от нагреваемых предметов в помещении к предметам с более низкой температурой. Процесс теплообмена производится, пока температурные показатели не уравняются. Для обозначения тепловой энергии используется специальный коэффициент теплопроводности строительных материалов. Таблица поможет увидеть все требуемые значения. Параметр обозначает, сколько тепловой энергии пропускается через единицу площади в единицу времени. Чем больше данное обозначение, тем качественнее будет теплообмен. При возведении зданий необходимо применять материал с минимальным значением тепловой проводимости.

Коэффициент теплопроводности это такая величина, которая равна количеству теплоты, проходящей через метр толщины материала за час. Использование подобной характеристики обязательно для создания лучшей теплоизоляции. Теплопроводность следует учесть при подборе дополнительных утепляющих конструкций.

Что оказывает влияние на показатель теплопроводности?

Теплопроводность определяется такими факторами:

• Пористость определяет неоднородность структуры. При пропуске тепла через такие материалы процесс охлаждения незначительный;

• Повышенное значение плотности влияет на тесные соприкосновения частиц, что способствует более быстрому теплообмену;

• Повышенная влажность увеличивает данный показатель.

Использование значений коэффициента теплопроводности на практике.

Материалы представлены конструкционными и теплоизоляционными разновидностями. Первый вид обладает большими показателями теплопроводности. Они применяются для строительства перекрытий, ограждений и стен.

При помощи таблицы определяются возможности их теплообмена. Чтобы данный показатель был достаточно низким для нормального микроклимата в помещении стены из некоторых материалов должны быть особенно толстыми. Чтобы этого избежать, рекомендуется использовать дополнительные теплоизолирующие компоненты.

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.

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.

В качестве утеплителей применяются следующие виды:

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

• 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;

• Пенополиуретан известен такими качествами, как негорючесть, хорошие водоотталкивающие свойства и высокая пожаростойкость;

• Экструдированный пенополистирол при производстве проходит дополнительную обработку. Обладает равномерной структурой;

• 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.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! При конструировании теплоизоляции, важно продумать монтаж гидроизолирующей прослойки. Это позволит избежать высокой влажности и повысит сопротивляемость теплообмену.

Таблица теплопроводности строительных материалов: особенности показателей.

Таблица теплопроводности строительных материалов содержит показатели различных видов сырья, которое применяется в строительстве. Используя данную информацию, вы можете легко посчитать толщину стен и количество утеплителя.

Как использовать таблицу теплопроводности материалов и утеплителей?

В таблице сопротивления теплопередаче материалов представлены наиболее популярные материалы. Выбирая определенный вариант теплоизоляции важно учитывать не только физические свойства, но и такие характеристики как долговечность, цена и легкость установки.

Знаете ли вы, что проще всего выполнять монтаж пенооизола и пенополиуретана. Они распределяются по поверхности в виде пены. Подобные материалы легко заполняют полости конструкций. При сравнении твердых и пенных вариантов, нужно выделить , что пена не образует стыков.

Значения коэффициентов теплопередачи материалов в таблице.

При произведении вычислений следует знать коэффициент сопротивления теплопередаче. Данное значение является отношением температур с обеих сторон к количеству теплового потока. Для того чтобы найти теплосопротивление определенных стен и используется таблица теплопроводности.

Все расчеты вы можете провести сами. Для этого толщина прослойки теплоизолятора делится на коэффициент теплопроводности. Данное значение часто указывается на упаковке, если это изоляция. Материалы для дома измеряются самостоятельно. Это касается толщины, а коэффициенты можно отыскать в специальных таблицах.

Коэффициент сопротивления помогает выбрать определенный тип теплоизоляции и толщину слоя материала. Сведения о паропроницаемости и плотности можно посмотреть в таблице.

При правильном использовании табличных данных вы сможете выбрать качественный материал для создания благоприятного микроклимата в помещении. опубликовано econet.ru

Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:

Источник: econet.ru

Эксперимент подтверждающий малую теплопроводность бумаги. Исследовательская работа “теплопроводность”

Вариант 1. Оборудование: Пробирка с водой и спиртовка.

Для демонстрации плохой теплопроводности жидкости в пробирку на ¾ объема наливают воды. Держа пробирку в руках под небольшим углом над пламенем спиртовки, нагревают воду у открытого конца (рис. 130). Показывают, что вода здесь быстро закипает, однако внизу большого нагрева не ощущается.

Рис. 130 Рис. 2.105 Рис. 131

Опыт 4. Теплопроводность газов

Вариант 1 . Оборудование: две пробирки, две пробки, два стержня, два шарика, спиртовка, штатив, подвес.

Плохую теплопроводность воздуха демонстрируют с помощью двух одинаковых пробирок, закрытых пробками, через которые пропущены короткие стержни. К концам стержней прикрепляют пластилином или парафином стальные шарики (рис. 131). Про­бирки над спиртовкой располагают так, чтобы в одной из них про­исходила конвекция, а в другой теплопроводность воздуха. Замечают, что в одной пробирке ша­рик быстро отпадает от стержня.

Вариант 2. См. рис. 2.105

Опыт 5. Конвекция жидкостей

Вариант 1. Оборудование: прибор для демонстрации конвекции жидкости, марганцовокислый калий, спиртовка, штатив.

Прибор, представляющий собой замкнутую стеклянную трубку (рис. 132), укрепляют в лапке штатива. (Лучше подвесить, чем зажимать трубку в нижней части, ибо в последнем случае больше вероятности разрушить стекло.) Через верхнее отверстие любого колена трубку наполняют водой так, чтобы по всему замкнутому пути внутри трубки не было пузырьков воздуха.

При выполнении опыта в ложечку с сеткой помещают кристаллики марганцовокислого калия и oпускают ее в колено (можно одновременно опустить две ложечки с кристалликами марганцовокислого калия в оба колена). Затем к нижней части этого колена подносят спиртовку и наблюдают конвекцию.


Рис. 132 Рис. 133

Опыт 6. Конвекция газов

Вариант 1. Оборудование: спиртовка, спички, бумажная змейка, металлическое острие.

Для демонстрации конвекции газа изготовляют бумажную змейку, которая вращается в потоке восходящего горячего воздуха, идущего от спиртовки или электроплитки (рис. 133). (При установке змейки на острие нельзя прокалывать бумагу.)

Опыт 7. Нагревание излучением

Вариант 1. Оборудование: теплоприемник, манометр открытый демонстрацион­ный, настольная лампа (или электроплитка).

Теплоприемник, соединенный трубкой с демонстрационным мано­метром (см. рис. 123), укрепляют в штативе напротив излучателя. В качестве излучающего тела можно взять электроплитку, сосуд с горячей водой и пр. К нему сбоку подносят теплоприемник темной стороной и наблюдают за показаниями манометра в тече­ние 1-2 мин.

Затем поворачивают теплоприемник блестящей по­верхностью к лампе, расположенной на том же расстоянии от теплоприемника, и в течение того же времени следят за показанием манометра. Делают вывод.

Во второй серии опытов накал лампы (или расстояние до излучателя) уменьшают и вновь наб­людают изменение показаний манометра в прежних условиях. Делают вывод.

Вариант 2. См. Рис. 2.99; 2.101.

Вопрос. В каком случае изменение показаний жидкостного манометра

происходит быстрее, если теплопередатчик и теплоприемник обращены друг к другу блестящими поверхностями или если они об­ращены друг к другу зачерненными поверхностями?



Рис. 123 Рис. 2.101 Рис. 2.99

Внимание! Администрация сайта сайт не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.

  • Участник: Шароглазова Ксения Сергеевна
  • Руководитель: Печерская Светлана Юрьевна
Цель данной работы: изучение явления теплопроводности, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостями и газами.

Актуальность: В наше время разрабатываются новые материалы. Знания о теплопроводности различных веществ позволяет не только широко использовать их, но и предотвращать их вредное воздействие в быту, технике и природе.

Цель: изучение явления теплопроводности, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостями и газами.

Задачи:

  • изучить теоретический материал по данному вопросу;
  • исследовать теплопроводность твердых тел;
  • исследовать теплопроводность жидкостей;
  • исследовать теплопроводность газов;
  • сделать выводы о полученных результатах.

Гипотеза: все вещества (твердые, жидкие и газообразные) имеют разную теплопроводность.

Оборудование: спиртовка, штатив, деревянная палочка, стеклянная палочка, медная проволока, пробирка с водой.

Элементы УМК к учебнику А.В.Перышкина: учебник «Физика. 8 класс» А.В.Перышкина

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. Явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте называется теплопроводностью.

Изучим это явление, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостью и газом.

Видео: https://cloud.mail.ru/public/JCFY/CFTcCeqhE

. Исследование теплопроводности твердых тел на примере деревянной палочки, стеклянной палочки и медного стержня

Внесем в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится.

Вывод: дерево обладает плохой теплопроводностью.

Поднесем к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец останется холодным.

Вывод: 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.

Вывод: металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность. Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь.

Рассмотрим передачу тепла от одной части твердого тела к другой на следующем опыте. Закрепим один конец толстой медной проволоки в штативе. К проволоке прикрепим воском несколько гвоздиков (рис. 6). При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск будет таять. Гвоздики начнут постепенно отваливаться. Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные.

Выясним, как происходит передача энергии по проволоке. Скорость колебательного движения частиц металла увеличивается в той части проволоки, которая ближе расположена к пламени. Поскольку частицы постоянно взаимодействуют друг с другом, то увеличивается скорость движения соседних частиц. Начинает повышаться температура следующей части проволоки и т. д. Следует помнить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества от одного конца тела к другому.

Опыт 2. Исследование теплопроводности жидкостей на примере воды

Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмем пробирку с водой и станем нагревать ее верхнюю часть. Вода у поверхности скоро закипит, а у дна пробирки за это время она только нагреется (рис. 7). Значит, у жидкостей теплопроводность невелика, за исключением ртути и расплавленных металлов. Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых телах.

Вывод: теплопроводность жидкостей меньше теплопроводности металлов.


Опыт 3. Исследование теплопроводности газов

Исследуем теплопроводность газов.

Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышком вверх (рис. 8). Палец при этом долго не почувствует тепла. Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа еще больше, чем у жидкостей и твердых тел.

Вывод : теплопроводность у газов еще меньше, чем у жидкостей. Итак, теплопроводность у различных веществ различна.


Выводы и их обсуждение

Вывод: Проведенные опыты показывают, что теплопроводность у различных веществ различна. Наибольшей теплопроводность обладают металлы, у жидкостей теплопроводность невелика и самая малая теплопроводность у газов.

Используя §4 учебника физики для 8 класса, представим результаты в виде таблицы:

Объяснение явления теплопроводности с молекулярно-кинетической точки зрения: теплопроводность – это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В металлах частицы расположены близко, они постоянно взаимодействуют друг с другом. Скорость колебательного движения в нагретой части металла увеличивается и быстро передается соседним частицам. Повышается температура следующей части проволоки. В жидкостях и газах молекулы расположены на больших расстояниях, чем в металлах. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Применение теплопроводности

Теплопроводность на кухне

Теплопроводность и ее регулировка важны в процессе приготовления пищи. Часто во время тепловой обработки продукта необходимо поддерживать высокую температуру, поэтому на кухне используют металлы (медь, алюминий…), так их теплопроводность и прочность выше, чем у других материалов. Из металла делают кастрюли, сковородки, противни, и другую посуду. Когда они соприкасаются с источником тепла, это тепло легко передается пище. Иногда бывает необходимо уменьшить теплопроводность – в этом случае используют кастрюли из материалов с более низкой теплопроводностью, или готовят способами, при которых пище передается меньшее количество тепла. Приготовление блюд на водяной бане – один из примеров уменьшения теплопроводности. Для посуды, предназначенной для приготовления пищи, не всегда используют материалы с высокой теплопроводностью. В духовом шкафу, например, часто используют керамическую посуду, теплопроводность которой намного ниже, чем у металлической посуды. Их самое главное преимущество – способность держать температуру. Хороший пример использования материалов с высокой теплопроводностью на кухне – плита. Например, конфорки электроплиты сделаны из металла, чтобы обеспечить хорошую передачу тепла от раскаленной спирали нагревательного элемента к кастрюле или сковородке. Люди используют материалы с низкой теплопроводностью между руками и посудой, чтобы не обжечься. Ручки многих кастрюль сделаны из пластмасс, а противни вынимают из духовки прихватками из ткани или пластмассы с низкой теплопроводностью.

Материалы с невысокой теплопроводностью также используют для поддержания температуры пищи неизменной. Так, например, чтобы утренний кофе или суп, который берут в путешествие или на обед на работу, оставался горячим, его наливают в термос, чашку или банку с хорошей теплоизоляцией. Чаще всего в них пища остается горячей (или холодной) благодаря тому, что между их стенками находится материал, плохо проводящий тепло. Это может быть пенопласт или воздух, который находится в закрытом пространстве между стенками сосуда. Он не дает теплу перейти в окружающую среду, пище – остыть, а рукам – получить ожог. Пенопласт используют также для стаканчиков и контейнеров для пищи навынос. В вакуумном сосуде Дьюара (известном как «термос», по названию торговой марки) между наружной и внутренней стенкой почти нет воздуха – это еще больше уменьшает теплопроводность.

Отопительная система

Задача любой системы отопления является эффективная передача энергии от теплоносителя (горячей воды) в помещение. Для этого используют специальные элементы системы отопления – радиаторы. Радиаторы предназначены для повышения теплопередачи накопившейся в системе тепловой энергии в помещение. Они представляют собой секционную или монолитную конструкцию, внутри которой циркулирует теплоноситель. Основные характеристики радиатора отопления: материал изготовления, тип конструкции, габаритные размеры (кол-во секций), теплоотдача. Чем выше этот показатель, тем меньше тепловых потерь будет при передаче энергии от теплоносителя в помещение. Лучший материал для изготовления радиаторов – это медь. Наиболее часто используют чугунные радиаторы; алюминиевые радиаторы; стальные радиаторы; биметаллические радиаторы.

Теплопроводность для тепла

Мы используем материалы с низкой теплопроводностью для поддержания постоянной температуры тела. Примеры таких материалов – шерсть, пух, и синтетическая шерсть. Кожа животных покрыта мехом, а птиц – пухом с низкой теплопроводностью, и мы заимствуем эти материалы у животных или создаем похожие на них синтетические ткани, и делаем из них одежду и обувь, которые защищают нас от холода. Кроме этого мы делаем одеяла, так как спать под ними удобнее, чем в одежде. Воздух имеет низкую теплопроводность, но проблема с холодным воздухом в том, что обычно он может свободно двигаться в любом направлении. Он вытесняет теплый воздух вокруг нас, и нам становится холодно. Если движение воздуха ограничить, например, заключив его между внешней и внутренней стенками сосуда, то он обеспечивает хорошую термоизоляцию. У снега и льда тоже низкая теплопроводность, поэтому люди, животные и растения используют их для теплоизоляции. В свежем не утрамбованном снеге внутри находится воздух, что еще больше уменьшает его теплопроводность, особенно потому, что теплопроводность воздуха ниже теплопроводности снега. Благодаря этим свойствам, ледяной и снежный покров защищает растения от замерзания. Животные роют ямки и целые пещеры для зимовья в снегу. Путешественники, переходящие через заснеженные районы, иногда роют подобные пещеры, чтобы в них переночевать. С древнейших времен люди строили убежища изо льда, а сейчас создают целые развлекательные центры и гостиницы. В них часто горит огонь, и люди спят в мехах и синтетических спальных мешках.

Для обеспечения нормальной жизнедеятельности в организме людей и животных необходимо поддерживать определенную температуру в очень узких пределах. У крови и других жидкостей, а также у тканей разная теплопроводность и ее можно регулировать в зависимости от потребностей и окружающей температуры. Так, например, организм может изменить количество крови на участке тела или во всем организме с помощью расширения или сужения сосудов. Наше тело также может сгущать и разжижать кровь. При этом теплопроводность крови, а, следовательно, и части тела, где эта кровь течет, изменяется.

Теплолечение

Современные методы лечения теплом могут быть разделены на три большие группы: 1) контактное приложение нагретых сред; 2) светотепловое облучение и 3) использование теплоты, образующейся в тканях при прохождении высокочастотного электрического тока. Остановимся на использовании нагретых сред. Для теплолечения выбираются среды, позволяющие создать в них значительный запас теплоты. Эта теплота затем должна медленно и постепенно передаваться организму во все время процедуры. Для этого среда должна иметь, возможно, высокую теплоемкость и сравнительно низкие теплопроводность и конвекционную способности. Для теплолечения в основном применяют следующие среды: воздух, воду, торф, лечебные грязи и парафин.

Теплопроводность в бане

Многие любят отдыхать в саунах или банях, но сидеть там на скамейках из материала с высокой теплопроводностью – было бы невозможно. Требуется много времени, чтобы сравнять температуру таких материалов с температурой тела, поэтому вместо них используют материалы с низкой теплопроводностью, например дерево, верхние слои которого намного быстрее принимают температуру тела. Так как в сауне температура поднимается достаточно высоко, люди часто надевают на голову шапочки из шерсти или войлока, чтобы защитить голову от жары. В турецких банях хамамах температура намного ниже, поэтому там для скамеек используют материал с более высокой теплопроводностью – камень.

Тепло ли колючим зверям в иголках?

Шерсть не только спасает зверей от холода, но и служит средством защиты. А чтобы защита была внушительнее и надежнее, волосяной покров порой видоизменяется, превращаясь в своеобразные доспехи. Иглы, например. Но вот сохраняет ли такое облачение присущие шерсти свойства, не зябнут ли ежи и дикобразы в своих колючих шубках?

Ученые Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северова РАН обстоятельно изучили теплопроводные и теплоизоляционные свойства иголок, взятых со спины взрослого самца североамериканского дикобраза из коллекции Зоологического музея МГУ, и убедились, что греют эти самые иголки очень даже неплохо. Чтобы понять внутреннюю структуру игл, на них делали тонкие срезы, на которые напыляли золото для исследования в электронном микроскопе. Кератин – главная составляющая иголок – проводит тепло в 10 раз лучше, чем воздух. И благодаря этому иглы увеличивают теплопроводность «доспехов». Следовательно, возрастают и потери тепла с тела животного. Однако внутренняя пористая структура игл создает дополнительное экранирование теплового излучения, что, скорее всего, и компенсирует увеличение теплопроводности. Так что дикобраз, как и другие колючие звери, вовсе не страдает от холода. Иглистый покров сохраняет ровно столько тепла, сколько нужно теплокровному животному такого размера.

Полипропилен

Пока является лучшей основой для материалов (волокон, нитей, пряжи, полотен, тканей), используемых в производстве нательной спортивной одежды, термобелья и термоносков. Среди всех синтетических материалов, применяемых в этой области, он обладает самой низкой теплопроводностью. Поэтому одежда из полипропилена позволяет наилучшим образом сохранить тепло зимой и прохладу летом.

Какой материал имеет самую высокую теплопроводность?

Материалом с наивысшей теплопроводностью является вовсе не какой-нибудь металл (серебро или медь), как думают многие. Самую высокую теплопроводность имеет материал, который похож на стекло – алмаз. Его теплопроводность почти в 6 раз больше, чем у серебра или меди. Если изготовить чайную ложечку из алмаза, то воспользоваться ею не удастся, так как она будет обжигать пальцы в ту же секунду.

Из чего изготавливают сваи при строительстве зданий в регионах с вечной мерзлотой?

Большие трудности строителям зданий доставляет просадка фундамента особенно в регионах с вечной мерзлотой. Дома часто дают трещины из-за подтаивания грунта под ними. Фундамент передает почве какое-то количество теплоты. Поэтому здания начали строить на сваях. В этом случае тепло передается только теплопроводностью от фундамента свае и далее от сваи грунту. Из чего же надо делать сваи? Оказывается, сваи, выполненные из прочного твердого материала, внутри должны быть заполнены керосином. Летом свая проводит тепло сверху вниз плохо, т.к. жидкость обладает низкой теплопроводностью. Зимой свая за счет конвекции жидкости внутри неё, наоборот, будет способствовать дополнительному охлаждению грунта.

«Огнеупорный шарик»

Обычный воздушный шарик, надутый воздухом, легко воспламеняется в пламени свечи. Он тут же лопается. Если же к пламени свечи поднести такой же шарик, заполненный водой, он становится «огнеупорным». Теплопроводность воды в 24 раза больше, чем у воздуха. Значит, вода проводит тепло в 24 раза быстрее, чем воздух. Пока вода не испарится внутри шарика – он не лопнет.

Коробицын Денис

Теплопроводность различных материалов при увеличении температуры нагрева.

Скачать:

Предварительный просмотр:

IВВЕДЕНИЕ

Однажды, я задал вопрос маме, почему она всегда дает нам деревянные ложки, когда мы садимся кушать. Она ответила, что деревянные нагреваются медленнее, чем железные и ими не обожжешься. Я задумался, ведь я замечал, что металлические предметы очень быстро нагреваются, а вот почему? Оказалось, что у всех твердых материалов есть такое свойство, называется – теплопроводность. Мне стало интереснокакие материалы проводят тепло быстрее, а какие медленнее, и что случится если увеличить температуру нагрева, будут ли эти материалы нагреваться в таком же порядке?

Гипотеза: я думаю, что разные материалы имеют разную теплопроводность и что с увеличением температуры нагрева, они будут нагреваться в том же порядке.

Объект: теплопроводность.

Предмет: теплопроводность некоторых материалов.

Цель: Определить, почему по-разному нагреваются различные предметы, притом, что они нагревались в одинаковых условиях, но были изготовлены из разных материалов.

Задачи:

1) изучить литературу и материалы интернета по вопросу теплопроводности материалов;

2) провести опыт, с целью определения, теплопроводности материалов;

3) познакомить одноклассников с изученной темой.

Для реализации данных задач и подтверждения гипотезы:

  1. Подберу научную литературу по по вопросу теплопроводности материалов;
  2. Изучу данную литературу и сделаю выводы;
  3. Для подтверждения теоритических выводов проведу зксперемент;
  4. По результатам эксперимента сделаю выводы;
  5. С результатами данных выводов познакомлю одноклассников

II ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Что такое теплопроводность?

Основной источник тепла на Земле – Солнце. Но, кроме того, люди используют много искусственных источников тепла: костер, печку, водяное отопление, газовые и электрические нагреватели и т.д.

Ответить на вопрос, что такое теплота, удалось не сразу. Лишь в XVIII веке стало ясно, что все тела состоят из молекул, что молекулы движутся и взаимодействуют друг с другом. Тогда ученые поняли, что теплота связана со скоростью движения молекул. При нагревании тел скорость молекул увеличивается, а при охлаждении – уменьшается.

Вы знаете, что если в горячий чай опустить холодную ложку, через некоторое время она нагреется. Из примера ясно, что тепло может передаваться от тела более нагретого к телу менее нагретому.

Теплопроводность – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым, в результате теплового движения и взаимодействия частиц.

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).

1. Снег – пористое, рыхлое вещество, в нем содержится воздух. Поэтому снег обладает плохой теплопроводностью и хорошо защищает землю, озимые посевы, плодовые деревья от вымерзания.

2. Кухонные прихватки сшиты из материала, который обладает плохой теплопроводностью. Ручки чайников, кастрюль делают из материалов обладающих плохой теплопроводностью. Все это защищает руки от ожогов, при прикосновении к горячим предметам.

3. Вещества с хорошей теплопроводностью (металлы) используют для быстрого нагревания тел или деталей.

2.1 Проведение эксперимента

Для проведения эксперимента мне понадобилось: стеклянная миска, деревянная, металлическая и пластмассовая ложка, стеклянная трубка, пластилин, фишки, маргарин, секундомер, лист для записи результатов и ручка.

Приготовив все необходимые материалы я приступил к проведению опыта. Я установил ложки и стеклянную трубку вертикально в миску и прикрепил их с помощью пластилина к краям миски. Затем с помощью одинаковых кубиков маргарина я прикрепил фишки к каждому предмету. Далее заполнил миску теплой водой и включил секундомер. Я рассчитывал провести опыт с теплой водой, а затем с кипятком.

После того, как прошло 10 минут, а не одна фишка не сдвинулась с места, я решил, что температура воды недостаточная, для того, чтобы растопить маргарин.

Я слил теплую воду и аккуратно залил кипяток, включил секундомер. Далее я записал, в какой последовательности соскальзывали фишки с предметов:

металлическая ложка – 52 секунды;

стеклянная трубка – 4 минуты 13 секунд;

пластмассовая ложка – 5 минут 7 секунд;

деревянная ложка – 6 минут 18 секунд.

Хочу добавить, что когда соскользнула фишка с металлической ложки, через две минуты я добавил еще кипятка, потому, что маргарин под остальными фишками не таял.

Таким образом, я выяснил, что лучшим проводником тепла является металл, а хуже всех выбранных материалов тепло проводит деревянные предметы. Это значит, что металл имеет высокую теплопроводность, он быстро нагревается и быстро остывает, а дерево наоборот имеет низкую теплопроводность, медленно нагревается и медленно остывает. Еще, я заметил, металлическая ложка нагрелась меньше, чем за минуту, другие предметы нагревались гораздо дольше, это значит, что металл проводит тепло очень быстро, в отличии от пластмасса, стекла и дерева.

III ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в результате проведенной работы я выяснил, что теплопроводность это свойство твердых материалов, которое позволяет оценить, как быстро нагревается и остывает тот или иной материал.

В результате проведения опыта было установлено, что самая высокая теплопроводность у металлических предметов, затем у стекла, далее упластмасса и самой маленькой теплопроводностью обладает дерево.

Гипотезу удалось проверить частично, так как температура теплой воды была мала и первую часть опыта провести не удалось. Однако во второй части опыта мы подтвердили гипотезу – разные материалы имеют разную теплопроводность.

IV СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А. В. Перышкин, Учебник физики – М.: Дрофа, 2010г, – с.11-14

2. Материалы сайта http://class-fizika.narod.ru/8_3.htm

3. Материалы сайта http://elementy.ru/trefil/21095

4. Материалы сайта http://www.fizika.ru/kniga/index.ph

5. Материалы сайта http://class-fizika.spb.ru/index.php/opit/726-op-teplpr


Предварительный просмотр:

I ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………..3

II ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ…………………………….……………………………………………4

2.1 Что такое теплопроводность…………………………………………………………………4

2.2. Проведение эксперимента…………………………………………………………………..5

III ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………………….6

IV СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………………………7

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com


Подписи к слайдам:

Муниципальное автономное образовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №8 с углубленным изучением отдельных предметов г.Назарово Красноярского края» Теплопроводность материалов Автор: Коробицын Денис 4«В » класс Руководитель: Адольф Е.Я., учитель начальных классов Назарово 2015

Цель: определить, почему по-разному нагреваются различные предметы, притом, что они нагревались в одинаковых условиях, но были изготовлены из разных материалов. Гипотеза: я думаю, разные материалы имеют разную теплопроводность и что с увеличением температуры нагрева, они будут нагреваться в том же порядке.

Задачи: 1) изучить литературу и материалы интернета по вопросу теплопроводности материалов; 2) провести опыт, с целью определения теплопроводности материалов; 3) познакомить одноклассников с изученной темой.

В 18 веке ученые поняли, что теплота связана со скоростью движения молекул. При нагревании тел скорость молекул увеличивается, а при охлаждении уменьшается. Тепло передается от более нагретого тела к менее нагретому.

Теплопроводность – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым, в результате теплового движения и взаимодействия частиц.

Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух.

Для проведения эксперимента мне понадобилось: стеклянная миска, деревянная, металлическая и пластмассовая ложка, стеклянная трубка, пластилин, фишки, маргарин, секундомер, лист для записи результатов и ручка.

Последовательность соскальзывания фишки с предметов: металлическая ложка – 52 секунды; стеклянная трубка – 4 минуты 13 секунд; пластмассовая ложка – 5 минут 7 секунд; деревянная ложка – 6 минут 18 секунд.

Самая высокая теплопроводность у металла, это значит он быстро нагревается и быстро остывает. Вторым по теплопроводности оказалось стекло, третий – пластмасс. Самая плохая теплопроводность у дерева, оно медленно нагревается и медленно остывает.

Гипотезу удалось проверить частично, так как температура теплой воды была мала и первую часть опыта провести не удалось. Однако во второй части опыта я подтвердил гипотезу – разные материалы имеют разную теплопроводность.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

Тема урока: Урок занимательной физики

по теме «тепловые явления»

Цели урока :

1. Обучающая: систематизировать знания учащихся по теме «Тепловые явления» и продемонстрировать учащимся занимательные эксперименты с помощью самодельного оборудования.

2. Воспитывающая:

3. Развивающая: развивать логику, четкость и краткость речи, физическую терминологию, навыки обобщения, общую эрудицию учащихся.

Оборудование:

Демонстрации:

План урока

    Организационный момент

    Постановка цели урока

    Актуализация знаний

    Демонстрация занимательных экспериментов и их объяснение на основе пройденного ранее материала

    Домашнее задание

    Итог урока

Ход урока

    Организационный момент

    Постановка цели урока

На протяжении нескольких уроков мы с вами рассматривали различные тепловые процессы и учились объяснять их на основе современных знаний по физике.

Сегодня на уроке мы с вами рассмотрим ряд занимательных экспериментов по этой теме и объясним наблюдаемое на основе имеющихся у нас знаний.

    Актуализация знаний

Но с начала давайте вспомним изученный ранее нами материал.

Вопросы:

    1. Какие явления называются тепловыми?

      Приведите примеры тепловых явлений?

      Что характеризует температура?

      Как связана температура тела со скоростью движения его молекул?

      Чем отличается движение молекул в газах, жидкостях и твердых телах?

    Демонстрация занимательных экспериментов

Физика вокруг нас! Мы встречаемся с нею повсюду. А какие опыты можно провести дома не используя дорогостоящие приборы и оборудование? Очень простые – занимательные…

Эксперимент №1

«Фокус для новогодней ночи»

Этот фокус лучше всего показывать в новогоднюю ночь в комнате, освещенной лишь елочной гирляндой. Фокусник берет со стола две свечи. Он соединяет их фитилями, произносит “магическое заклинание” – и вот… в месте контакта фитилей появляется дымок, а вслед за ним и огонь. Фокусник разводит свечи в стороны – они горят! В чем секрет фокуса?

Ответ: Кто увлекается химией, наверно, уже додумался, в чем секрет фокуса – в самовоспламеняющейся смеси. Перед демонстрацией фокуса, приготовьте реквизиты, для этого нужно посыпать фитиль одной из свеч, порошком перманганата калия (марганцовкой), а другой пропитать жидким глицерином. Помните, воспламенение происходит не сразу, требуется некоторое время. Будьте осторожны. Огонь-то настоящий.

Эксперимент №2

« КИПЯТИЛЬНИК»

Может ли кипеть вода при комнатной температуре?

Для ответа на этот вопрос проведём такой опыт: Наполнил одноразовый медицинский шприц, в котором отсутствовала игла, на 1/8 водой. Затем закроем пальцем отверстие и резко вытянем поршень до крайнего положения. Вода внутри шприца “закипела”, оставаясь холодной. Почему “кипит” вода?

Ответ: Температура кипения зависит от давления. Чем меньше давление газа над поверхностью жидкости, тем ниже температура кипения этой жидкости.

Эксперимент №3

«Не может быть?»

Для опыта сварите вкрутую яйцо.
Очистите его от скорлупы. Возьмите листок бумаги размером
80 на 80 мм, сверните его гармошкой и подожгите. Затем опустите горящую бумагу в бутылку с широким горлом.
Через 1-2 сек горлышко накройте яйцом (см.рис) .Горение бумаги прекращается, и яйцо начинает втягиваться в графин. Объясните наблюдаемое явление.

Ответ: При горении бумаги воздух в нутрии бутылки нагрелся и расширился. Когда пламя потухло, воздух в бутылке охладился и соответственно, его давление уменьшилось, и атмосферное давление затолкнуло яйцо внутрь бутылки.

Замечание : Этот опыт можно сделать интереснее, если в горлышко бутылки вставить не до конца очищенный банан. Втягиваясь в бутылку, он одновременно и очистится

Эксперимент №4

«Ползущий стакан»

Возьмите чистое оконное стекло длиной около 30 – 40 см. Под один край стекла подложите два спичечных коробка, так, чтобы образовалась наклонная плоскость. Смочите водой край стакана из тонкого стекла и поставить вверх дном на стекло. Поднести к стенке стакана горящую свечу и стакан медленно поползет. Как это объяснить?

Ответ: Это объясняется тем, что при нагревании воздух внутри стакана расширяется и чуть приподнимает стакан. Вода мешает воздуху выйти из стакана наружу, в результате сила трения между стаканом и стеклом уменьшается и стакан ползет вниз.

Эксперимент №5

«Наблюдение испарения и конденсации»

Эксперимент №6

Пронаблюдайте конвекцию в холодной и горячей воде, используя в качестве красителя кристаллы марганцовки, каплю зеленки или любые другие красящие вещества. Сравните характер и скорость конвекции и сделайте выводы

Эксперимент №7

Интересно, что…

Самый длительный в истории научных исследований эксперимент проходит в одном из университетов Австралии. Первый декан физического факультета этого университета Т.Парнелл еще в 1927 г. расплавил немного битума, залил его в воронку с пробкой на конце, дал ему в течение трех лет охладиться и отстояться, а затем вынул пробку. С тех пор в среднем 1 раз в 9 лет из воронки падает капля смолы в подставленный внизу стакан. Последняя капля упала на Рождество в 1999 г. Полагают, что воронка опустеет не раньше, чем еще через 100 лет.

НАРОДНАЯ МУДРОСТЬ

Пословицы:

«Много снега – много хлеба» Почему?

Ответ: Снег, обладает плохой теплопроводностью, т.е. снег является “шубой” для земли, он сохраняет ее тепло. Шуба толстая, мороз не доберется до озимых, предохранит их от вымерзания.

“Без крышки самовар не кипит, без матери ребенок не резвиться”. Почему самовар без крышки долго не закипает?

Ответ: При открытой крышке часть молекул, имеющих большую кинетическую энергию, будет улетать с поверхности воды, унося с собой энергию.

“Замерз – как на дне морском.” А почему на морском дне всегда холодно?

Ответ: Солнечные лучи не прогревают глубокие слои воды: тепловые, инфракрасные лучи – поглощаются почти все водной поверхностью. Кроме того, вода имеет сравнительно низкую теплопроводность.

Задачи – загадки

Зимой – греет, весной – тлеет, летом – умирает, осенью – летает. (Снег.)

Мир обогревает, усталости не знает. (Солнце.)

Как энергия Солнца достигает Земли?

Ответ. Излучением. (Электромагнитными волнами)

Висит груша – нельзя скушать; не бойся – тронь, хоть внутри и огонь. (Электрическая лампочка. )

Без ног бежит, без огня горит. (Электричество.)

Как Солнце горит, быстрее ветра летит, дорога в воздухе лежит, по силе себе равных не имеет. (Молния.)

Кто не учившись, говорит на всех языках? (Эхо.)

По морю идет, идет, а до берега дойдет – тут и пропадет. (Волна.)

Вокруг носа вьется, а в руки не дается. (Запах.)

Без крыльев, без тела за тысячу верст прилетела. (Радиоволна. )

Как можно пронести воду в решете? (Заморозив воду.)

    Домашнее задание

Приготовьте в морозилке лед. Сложите его в целлофановый пакет и оберните пуховым платком или обложите ватой. Можно дополнительно завернуть в шубу. Оставьте этот сверток на 5–7 ч, затем проверьте сохранность льда. Объясните наблюдаемое состояние.

Предложите дома способ сохранения замороженных продуктов при размораживании холодильника.

    Итог урока

Сегодня на уроке мы с вами вспомнили, что такое тепловые явления, пронаблюдали примеры тепловых явлений на опытах, поставленных с помощью элементарного, подручного оборудования и объяснили эти явления.

Подведение итогов урока, выставление оценок.


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. Явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте называется теплопроводностью.
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.
Рассмотрим передачу тепла от одной части твердого тела к другой на следующем опыте. Закрепим один конец толстой медной проволоки в штативе. К проволоке прикрепим воском несколько гвоздиков (рис. 6). При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск будет таять. Гвоздики начнут постепенно отваливаться. Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные. Выясним, как происходит передача энергии по проволоке. Скорость колебательного движения частиц металла увеличивается в той части проволоки, которая ближе расположена к пламени. Поскольку частицы постоянно взаимодействуют друг с другом, то увеличивается скорость движения соседних частиц. Начинает повышаться температура следующей части проволоки и т. д. Следует помнить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества от одного конца тела к другому. Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмем пробирку с водой и станем нагревать ее верхнюю часть. Вода у поверхности скоро закипит, а у дна пробирки за это время она только нагреется (рис. 7). Значит, у жидкостей теплопроводность невелика, за исключением ртути и расплавленных металлов. Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых телах. Исследуем теплопроводность газов.
Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышком вверх (рис. 8). Палец при этом долго не почувствует тепла. Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа еще больше, чем у жидкостей и твердых тел. Следовательно, теплопроводность у газов еще меньше. Итак, теплопроводность у различных веществ различна. Опыт, изображенный на рисунке 9, показывает, что теплопроводность у различных металлов неодинакова. 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 изготавливают из пластмассы. Дома строят из бревен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняют помещения от охлаждения.

%d0%a2%d0%95%d0%9f%d0%9b%d0%9e%d0%98%d0%97%d0%9e%d0%9b%d0%af%d0%a6%d0%98%d0%9e%d0%9d%d0%9d%d0%ab%d0%95+%d0%9c%d0%90%d0%a2%d0%95%d0%a0%d0%98%d0%90%d0%9b%d0%ab — со всех языков на все языки

Все языкиАнглийскийРусскийКитайскийНемецкийФранцузскийИспанскийИтальянскийЛатинскийФинскийГреческийИвритАрабскийСуахилиНорвежскийПортугальскийВенгерскийТурецкийИндонезийскийШведскийПольскийЭстонскийЛатышскийДатскийНидерландскийАрмянскийУкраинскийЯпонскийСанскритТайскийИрландскийТатарскийСловацкийСловенскийТувинскийУрдуИдишМакедонскийКаталанскийБашкирскийЧешскийГрузинскийКорейскийХорватскийРумынский, МолдавскийЯкутскийКиргизскийТибетскийБелорусскийБолгарскийИсландскийАлбанскийНауатльКомиВаллийскийКазахскийУзбекскийСербскийВьетнамскийАзербайджанскийБаскскийХиндиМаориКечуаАканАймараГаитянскийМонгольскийПалиМайяЛитовскийШорскийКрымскотатарскийЭсперантоИнгушскийСеверносаамскийВерхнелужицкийЧеченскийГэльскийШумерскийОсетинскийЧеркесскийАдыгейскийПерсидскийАйнский языкКхмерскийДревнерусский языкЦерковнославянский (Старославянский)МикенскийКвеньяЮпийскийАфрикаансПапьяментоПенджабскийТагальскийМокшанскийКриВарайскийКурдскийЭльзасскийФарерскийАбхазскийАрагонскийАрумынскийАстурийскийЭрзянскийКомиМарийскийЧувашскийСефардскийУдмурдскийВепсскийАлтайскийДолганскийКарачаевскийКумыкскийНогайскийОсманскийТофаларскийТуркменскийУйгурскийУрумскийБурятскийОрокскийЭвенкийскийМаньчжурскийГуараниТаджикскийИнупиакМалайскийТвиЛингалаБагобоЙорубаСилезскийЛюксембургскийЧерокиШайенскогоКлингонский

 

Все языкиРусскийАнглийскийНемецкийЛатинскийИвритИспанскийНорвежскийКитайскийФранцузскийУкраинскийИтальянскийПортугальскийВенгерскийТурецкийПольскийДатскийТатарскийКурдскийСловенскийГреческийИндонезийскийВьетнамскийМаориТагальскийУрдуИсландскийХиндиИрландскийФарерскийБолгарскийЛатышскийАлбанскийАрабскийФинскийПерсидскийМонгольскийНидерландскийШведскийПалиЯпонскийКорейскийЭстонскийГрузинскийТаджикскийЛитовскийРумынский, МолдавскийХорватскийСуахилиКазахскийМакедонскийТайскийБелорусскийГалисийскийКаталанскийЧеченскийКарачаевскийСловацкийЧешскийСербскийАрмянскийАзербайджанскийУзбекскийКечуаГаитянскийМайяАймараШорскийЭсперантоКрымскотатарскийОсетинскийАдыгейскийЯкутскийАйнский языкКхмерскийДревнерусский языкЦерковнославянский (Старославянский)ТамильскийКвеньяАварскийАфрикаансПапьяментоМокшанскийЙорубаЭльзасскийИдишАбхазскийЭрзянскийИнгушскийИжорскийМарийскийЧувашскийУдмурдскийВодскийВепсскийАлтайскийКумыкскийТуркменскийУйгурскийУрумскийЛожбанЭвенкийскийБашкирскийМалайскийМальтийскийЛингалаПенджабскийЧерокиЧаморроКлингонскийБаскскийПушту

Теплопроводность

Что такое теплопроводность

В предыдущей главе мы рассматривали явление передачи тепла от одного предмета к другому, явление передачи внутренней энергии. Также внутренняя энергия может передаваться от одной части тела к другому. Если нагреть гвоздь с одного конца, то через некоторое время и другой его конец тоже нагреется.

Итак, теплопроводность – это процесс передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их контакте.

Какой теплопроводностью обладают вещества

Каждый предмет или объект в природе состоит из разного вещества. В каждом веществе молекулы находятся на разном расстоянии между собой. Следовательно, исходя из этого упрощенного варианты, можно прийти к выводу о том, что каждое тело (вещество) обладает разной теплопроводностью.

Если нагреть палку с одной стороны, то через время вторая сторона не нагревается или нагревается очень слабо, но если тот же опыт провести с гвоздем, то через время вторая сторона гвоздя также станет горячей. Можно сделать вывод о том, что дерево обладает малой теплопроводностью, а железо, из которого сделан гвоздь – большой.

Жидкости обладают меньшей теплопроводностью. Самой малой теплопроводностью обладают газы. Ну и почти отсутствует теплопроводность в вакууме, так как в нем расстояние между частицами очень велико. По такому принципу построены термосы, которые могут сохранять температуру внутри продолжительное время. Дело в том, что между стенками термоса откачан воздух и содержится практически вакуум. Из-за этого от одной стенки к другой внутренняя энергия передается очень медленно из-за очень низкой теплопроводности.

Рассмотрим на видеоролике эксперимент теплопроводности для разных сред. Три банки с водой охлаждаются в холодильнике, во льду и в холодной соленой воде со льдом. Какая из трех банок охладится быстрее? В какой среде теплопроводность выше?

Применение керамоволокнистых материалов в промышленности

Сегодня одной из наиболее актуальных задач в промышленности стоит внедрение новейших технологий энергосбережения. Это происходит потому, что в промышленно развитых странах до 80 – 85% энергоносителей расходуется во время эксплуатации промышленных печей, различного термического и энергетического оборудования. Одним из вариантов решения таких задач является применение волокнистых футеровочных и теплоизоляционных материалов. Волокнистые материалы – это инновационные материалы, сочетающие высокотемпературные, огнеупорные и изоляционные свойства, низкую теплопроводность и малоинеряционность. Это дает возможность широко использовать волокнистые материалы вместо традиционных материалов для футеровки практически всего парка термического оборудования. Муллитокремнеземистые волокна с применением высокотемпературных неорганических связующих являются основой при производстве волокнистых материалов. Материалы характеризуются эластичностью, малой кажущейся плотностью и малой теплопроводностью, трещиноустойчивостью, значительной прочностью на разрыв и на изгиб (особенно мягкие и полужесткие), термостойкостью.

Волокнистые материалы дают возможность создать новые, легкие конструкции футеровок стен и сводов, выполняя при этом функции и огнеупоров и теплоизоляции. Благодаря низкой теплопроводности и низкой плотности материалов толщина футеровки печи значительно сокращается, а соответственно  уменьшаются габариты печи и снижается масса футеровки  в несколько (до 10) раз. Также в несколько раз уменьшается тепло, аккумулируемое во время разогрева. Резко сокращается время разогрева печи, что дает возможность сократить потребление энергоресурсов и уменьшить непроизводительное время работы печи и обслуживающего персонала. Это позволяет говорить о том, что волокнистые материалы малоинерционные. Набольший экономический эффект  дает использование материалов в печах периодического действия и в печах, работающих в так называемом «рваном режиме».

Огромным преимуществом волокнистых материалов является и то, что их применение дает значительное снижение трудоемкости футеровочных работ и высокую ремонтопригодность футеровки при ее механическом повреждении. Волокнистые материалы легки в обработке и не критичны к циклам нагрев – охлаждение. Материалы выдерживают огромное количество теплоосмен (1000 – 2000) без видимых изменений качества материалов.

Зачастую футеровка из волокнистых материалов  многослойная. К примеру, внутренний слой – керамоволокнистая плита, второй – перлитобентонитовый кирпич, а третий – плиты на основе базальтового волокна. Многослойность футеровки позволяет применять лучшие качества всех материалов. Первый слой материалов рассчитан на более высокую температуру эксплуатации. Следующие слои подвержены меньшей тепловой нагрузке и стоят  дешевле. Комбинируюя таким образом материалы можно добиться наилучшего соотношения цены и качества.

Еще одним преимуществом керамоволокнистых материалов является высокая степень черноты. При диапазоне температур 1000 – 1200°С она составляет 0.9 – 0.95. Степень черноты шамота, при таких же температурах, 0.6 – 0.72. Это качество дает возможность создавать на основе керамоловкнистых материалов печи с системами радиационного нагрева. Такие системы включают в себя плоскопламенные и дискофакельные газовые горелки, а также футеровку из огнеупорных материалов на основе керамического волокна, на поверхности такой футеровки происходит полное и эффективное сгорание газа с радиационным излучением тепловой энергии во внутренний объем печи. Системы радиационного нагрева обеспечивают равномерный нагрев, значительное снижение образования окалины на термообрабатываемых изделиях из металла.

Вывод: применение инновационных малоинерционных материалов на основе керамического волокна дает возможность снизить эксплуатационные затраты на энергоресурсы до 40% (в печах периодического действия) и до 25% (в печах непрерывного действия), а при реконструкции старых печей  энергоэффективность становится ещё больше (до 60%). Срок окупаемости материалов при использовании для печей периодического действия около 6 месяцев, для печей непрерывного действия – 1-1,5 года. Таким образом, можно достичь значительной экономии энергоресурсов, увеличить производительность термического оборудования и повысить качество выпускаемой продукции.

На основе материалов сайта www.niiterm.com

III. Требования к производственным помещениям / КонсультантПлюс

3.1. Требования к объему, расположению, конструкции помещений

3.1.1. Планировка и размещение производственных и вспомогательных помещений для плазменных процессов должны отвечать установленным нормативным требованиям.

3.1.2. Цехи для плазменной обработки материалов следует располагать в отдельных помещениях одноэтажных зданий, а участки – в изолированных частях цеха. Несущие и ограждающие конструкции помещения, где размещено оборудование, должны исключать образование непроветриваемых зон, в которых могут скапливаться пыль и газы.

3.1.3. Все двери на участках плазменной обработки должны открываться наружу, а створные оконные переплеты или фрамуги – внутрь.

3.1.4. Полы производственных помещений выполняются из несгораемых материалов и должны обладать малой теплопроводностью. Материалы, применяемые для устройства полов, должны обеспечивать гладкую нескользящую поверхность, удобную для очистки.

3.1.5. Стены, потолки и внутренние конструкции производственных помещений рекомендуется покрывать звукопоглощающей и защитной отделкой и окрашивать в светлые тона с применением цинковых или титановых белил или желтого крона, которые хорошо поглощают ультрафиолетовое излучение.

3.1.6. Ширина проходов между отдельными видами оборудования должна быть не менее 1 метра, а между оборудованием и движущимися механизмами и деталями – не менее 1,5 м.

3.1.7. Ширина проездов определяется в зависимости от вида и габаритов транспортных устройств и транспортных грузов, но должна быть не менее 1,8 м при одностороннем движении и 3 м – при двустороннем движении.

3.1.8. Площадь рабочего места оператора плазменных работ, помимо площади, занимаемой оборудованием, не должна быть меньше 4,5 м2, высота помещения не менее 3,2 м.

3.1.9. Если масса поднимаемых изделий более 15 кг, то помещения должны быть оборудованы грузоподъемными механизмами.

 

3.2. Требования к освещению

3.2.1. Помещения для плазменной обработки материалов оборудуются рабочим, аварийным и дежурным освещением. Вспомогательные помещения, а также лестничные клетки, лестницы, трапы – рабочим и дежурным освещением.

Система питания аварийного освещения не должна зависеть от системы питания рабочего освещения.

3.2.2. Освещенность рабочих поверхностей должна быть не ниже установленных предельно допустимых значений.

3.2.3. Совмещенное освещение допускается предусматривать для цехов, в которых выполняются работы высокой точности в многопролетных зданиях, когда объемно – планируемые решения не позволяют обеспечить нормированные значения КЕО (коэффициент естественного охлаждения).

3.2.4. При проектировании искусственного и совмещенного освещения следует принимать коэффициент запаса в зависимости от запыленности рабочей зоны и применяемого типа освещения.

3.2.5. Для местного освещения применяются светильники с непрозрачными отражателями, имеющими угол не менее 30 град. С.

3.2.6. Освещенность проходов и участков помещений, где работы не производятся, должна составлять не менее 25% освещенности, создаваемой светильниками общего освещения на рабочих местах, но не менее 75 лк при газоразрядных лампах и 30 лк при лампах накаливания.

3.2.7. При сварке и резке необходимо предусматривать ограничение отраженной блескости рабочих поверхностей.

3.2.8. Для аварийного и эвакуационного освещения следует применять лампы накаливания и люминесцентные. Применение ламп ДРЛ, ДРИ, ксеноновых, натриевых высокого давления для аварийного и эвакуационного освещения запрещается.

Светильники аварийного и эвакуационного освещения отличаются от светильников рабочего освещения типом, размером или специально нанесенным знаком.

 

3.3. Требования к производственным помещениям и микроклимату

3.3.1. В рабочей зоне производственных помещений плазменной обработки материалов должны быть обеспечены оптимальные или допустимые сочетания температур, относительной влажности и скорости движения воздуха с учетом избытков явного тепла, тяжести выполняемой работы и периодов года в соответствии с установленными нормативными требованиями.

3.3.2. В больших производственных помещениях, как правило, следует применять воздушное отопление совмещенными приточно – отопительными устройствами с регулируемой подачей воздуха.

В помещениях малого объема возможно использовать системы водяного и парового отопления.

3.3.3. Соблюдение оптимальных параметров микроклимата обязательно на местах временного отдыха рабочих. Для обеспечения микроклиматических условий вблизи открытых проемов устанавливаются воздушные завесы.

3.3.4. Интенсивность инфракрасного излучения на постоянных рабочих местах плазменной обработки материалов не должна превышать установленных предельно допустимых уровней.

При невозможности техническими способами обеспечить снижение теплового облучения рабочих до 140 Вт/м необходимо применение воздушного душирования.

 

3.4. Требования к состоянию воздушной среды

3.4.1. Устройство систем вентиляции и отопления должны соответствовать установленным нормативным требованиям.

3.4.2. При проведении работ по плазменной обработке материалов в производственных помещениях и на рабочих местах оборудуется общеобменная и местная вентиляция, встроенная в раскроечные столы. Рециркуляция воздуха в системе приточной вентиляции и воздушного отопления не допускается.

3.4.3. Для повышения эффективности пылегазоулавливания и снижения объемов удаляемого воздуха поддон раскроечной рамы заполняется водой, которая поглощает аэрозоль, способствуя фильтрации воздуха перед выбросом в атмосферу, и снижает отраженное излучение плазменной дуги.

3.4.4. Эффективность местных вытяжных устройств должна быть не менее 90% для устройств типа кабин, укрытий, вытяжных шкафов и 75% для устройств, встроенных в сварочное или технологическое оборудование.

3.4.5. Оставшееся количество вредностей (10 или 25%) должно разбавляться до предельно допустимых концентраций общеобменной вентиляцией. Системы местных отсосов и системы общеобменной вытяжной вентиляции должны быть раздельными.

3.4.6. Концентрация вредных веществ в приточном воздухе не должна превышать 30% предельно допустимой концентрации этих веществ для рабочей зоны.

3.4.7. Уровень шума при работе оборудования вентиляционных систем на рабочем месте не должен превышать предельно допустимых величин.

3.4.8. Выброс воздуха системами вытяжной вентиляции должен производиться наружу с повышенными скоростями выше зоны аэродинамической тени здания. При этом необходимо обеспечивать чистоту атмосферного воздуха населенных пунктов.

3.4.9. Содержание сварочного аэрозоля в воздухе рабочей зоны должно систематически контролироваться при одновременном определении воздухообмена. Порядок и сроки контрольных замеров устанавливаются администрацией предприятия.

Квази-баллистическую теплопроводность назвали угрозой микроэлектронике

Процессор на основе кристалла кремния

Изображение: MIT

Ученые из нескольких институтов США экспериментально наблюдали переход между диффузным и квази-баллистическим распространением тепловых фононов в микро- и нанокристаллах. Новые результаты показывают, что в устройствах размером меньше одного микрона режим теплопроводности должен меняться скачкообразно. Этот эффект имеет большое значение, например, для микроэлектроники: температура наноразмерных чипов в реальности может выше, чем это предсказывает «макро» теория. Работа опубликована в Nature Nanotechnology.

Ученые создали массивы алюминиевых «нагревателей» разного размера на подложках из изучаемых материалов: сапфира, кремния и оксида кремния. Для нагрева использовали лазерный луч. Так как размер некоторых нагревателей был меньше диаметра пятна луча, изучаемый образец приходилось «маскировать» так, чтобы лазер попадал только на нагреватель. Для этого использовался полимерный материал с малой теплопроводностью.

Измерение температуры проводили также при помощи лазерного луча. Им подсвечивали образец с небольшой задержкой после начального «нагревающего» импульса, и по интенсивности отраженного света измеряли изменение температуры нагревателя во времени. Из него в свою очередь определяли скорость распространения тепла в изучаемом материале.

Схема различия диффузионного и квази-баллистического режимов теплопроводности

Изображение: Yongjie Hu et al./ Nature Nanotechnology

Один из основных механизмов теплопроводности основан на движении фононов — квазичастиц, соответствующих колебаниям атомов в кристаллической решетке. Для распространения частиц в какой-либо среде известно два режима: баллистический, соответствующий «свободному пробегу» частицы без столкновения с соседями, и диффузный — «блуждание» от столкновения к столкновению. Ученые предположили, что для фононов стоит ожидать похожего «квази-баллистического» поведения в том случае, если размер их источника — нагревателя — будет меньше длины свободного пробега для данного фонона.

Авторы измеряли теплопроводность материала в зависимости от размера нагревателя. В случае аморфного оксида кремния никакого перехода не наблюдалось — в этом веществе нет упорядоченной кристаллической решетки, поэтому фононы всегда движутся по диффузному механизму.

Однако для сапфира и кристаллического кремния смену режима теплопроводности удалось увидеть. Если излучатель был размером больше микрона, тепло распространялось в полном соответствии с диффузионным механизмом. Но для меньших нагревателей теплопроводность заметно ухудшалась: вплоть до 10 процентов от ее «макро» значения. На основе нового эксперимента авторам также удалось измерить спектральное распределение фононов по длине их свободного пробега.

Зависимость приведенной теплопроводности от размера нагревателя для аморфного кремния (синие кружки) и сапфира (черные и красные кружки)

Изображение: Yongjie Hu et al./ Nature Nanotechnology

Ученые отмечают, что эти данные имеют принципиальное значение для микроэлектроники. Так как размер транзисторов в настоящий момент достигает порядка десяти нанометров, в нем будут наблюдаться эффекты, описываемые новой работой. Учет квази-баллистического механизма теплопроводности позволит избежать неправильных оценок температуры работающего устройства.

Теплопроводность обычных материалов

В этой статье представлены данные о теплопроводности для ряда распространенных материалов. Теплопроводность измеряет способность материала пропускать тепло через проводимость.

Теплопроводность измеряет способность материала пропускать тепло через проводимость. Теплопроводность материала сильно зависит от состава и структуры. Вообще говоря, плотные материалы, такие как металлы и камень, являются хорошими проводниками тепла, в то время как вещества с низкой плотностью, такие как газ и пористая изоляция, плохо проводят тепло.

Теплопроводность материалов требуется для анализа сетей теплового сопротивления при изучении теплопередачи в системе.

Дополнительную информацию см. В статье «Значения теплопроводности для других металлов и сплавов».

В следующих таблицах показаны значения теплопроводности для обычных веществ.

Материал Температура
Теплопроводность
Температура
Теплопроводность
Почвы и земля
Глина 20 0.600 68 0,347
Гравий 20 2,50 68 1,44
Недра (Влажность 8%) 20 0,900 68 0,520
Грунт, сухой песок 20 0,300 68 0,173
Влажный песок (Влажность 8%) 20 0,600 68 0,347
Строительные материалы
Кирпич (здание) 20 0.720 68 0,416
Кирпич (глинозем) 430 3,10 806 1,79
Клинкер (цемент) 20 0,700 68 0,404
Бетон, тяжелый 20 1,30 68 0,751
Бетон, изоляция 20 0,207 68 0,120
Бетон легкий 20 0.418 68 0,242
Стекло 20 0,935 68 0,540
Дерево 20 0,170 68 0,098
Изоляция
Асбест 0 0,160 32 0,092
100 0,190 212 0,110
200 0.210 392 0,121
Силикат кальция 20 0,046 68 0,027
Пробка 30 0,043 86 0,025
Стекловолокно 20 0,042 68 0,024
Магнезия 85% 20 0,070 68 0,040
Магнезит 200 3.80 392 2,20
Слюда 50 0,430 122 0,248
Rockwool 20 0,034 68 0,020
Резина, мягкая 20 0,130 68 0,075
Твердая резина 0 0,150 32 0,087
Опилки 20 0.052 68 0,030
Уретановая пена (жесткая) 20 0,026 68 0,015
Прочие твердые вещества
Алмаз 20 2300 68 1,329
Графит 0 151 32 87,2
Кожа человека 20 0,370 68 0.214
Жидкости
Уксусная кислота, 50% 20 0,350 68 0,202
Ацетон 30 0,170 86 0,098
Анилин 20 0,170 68 0,098
Бензол 30 0,160 86 0,092
Хлорид кальция, 30% 30 0.550 86 0,318
Этанол, 80% 20 0,240 68 0,139
Глицерин, 60% 20 0,380 68 0,220
Глицерин, 40% 20 0,450 68 0,260
Гептан 30 0,140 86 0,081
Ртуть 20 8.54 68 4,93
28 8,36 82 4,83
Серная кислота, 90% 30 0,360 86 0,208
Серная кислота, 60 % 30 0,430 86 0,248
Вода 20 0,613 68 0,354
30 0.620 86 0,358
60 0,660 140 0,381
Газы
Воздух 0 0,024 32 0,014
20 0,026 68 0,015
100 0,031 212 0,018
Диоксид углерода 0 0,015 32 0.009
Этан 0 0,018 32 0,010
Этилен 0 0,017 32 0,010
Гелий 20 0,152 68 0,088
Водород 0 0,170 32 0,098
Метан 0 0,029 32 0.017
Азот 0 0,024 32 0,014
Кислород 0 0,024 32 0,014
Вода (пар) 100 0,025 212 0,014
Статья создана: 5 ноября 2013 г.
Теги статьи

Низкая теплопроводность – обзор

Низкая теплопроводность

Тепло – это форма энергии, всегда исходящая от от более высокой до более низкой температуры.Низкий показатель теплопроводности жесткого пенополиуретана, один из самых низких показателей среди обычно используемых изоляционных материалов, позволяет эффективно удерживать тепловой поток.

Прочность

Хороший баланс между весом, механической прочностью и изоляционными свойствами пенополиуретана (CORAFOAM®) демонстрирует его универсальность в качестве изоляционного материала. Эти качества позволяют использовать его в приложениях, где требуется изоляция с сочетанием несущих, ударопрочных, весовых и компактных свойств, а также простоты установки и обслуживания.

Этот пенополиуретан обеспечивает очень благоприятное соотношение физико-механических свойств к плотности; Дальнейшее улучшение общих свойств достигается при приклеивании к облицовочным материалам, таким как металл или гипсокартон.

Легкость

Жесткие пенополиуретаны являются ячеистыми материалами. Пена состоит из маленьких пузырьков, наполненных вспенивающим агентом, который обеспечивает хорошие изоляционные свойства. Полиуретановая матрица отвечает за удержание всех ячеек вместе: чем больше количество полимера, удерживающего структуру, тем выше плотность.Фактически, в 1 кубическом метре пены только 4% от общего объема занято полимером, а остальные 96% заполнены вспенивающим агентом (это относится к типичной пене 40–45 кг / м 3 ). Легкость пены упрощает транспортировку, обращение и установку.

Низкое водопоглощение и низкая водопроницаемость

Теплопроводность воды в 10-20 раз выше, чем у обычно используемых изоляционных материалов, поэтому очевидно, насколько важно не допускать попадания воды в воду. пакет изоляции.Присутствие воды, помимо потери эффективности изоляции, приводит к увеличению веса, риску коррозии металлических поверхностей и образованию льда всякий раз, когда температура опускается ниже точки замерзания.

В последнем случае возможен риск повреждения изоляционного пакета, что отрицательно скажется на изоляционных свойствах. Закрытая пористая структура жесткого пенополиуретана гарантирует низкое водопоглощение; тем не менее, предусмотрена установка барьера для паров влаги, чтобы изоляция могла выдерживать самые строгие требования.

Стабильность размеров

Стабильный по размерам материал является основным требованием для достижения надлежащих изоляционных характеристик. Изменение размера изоляционного материала может быть обратимым или необратимым: изменение размера из-за простого теплового сжатия / расширения обычно обратимо, в то время как изменение размера из-за комбинированного воздействия экстремальных температур, воды, влаги и механических нагрузок составляет необратимый компонент.

Фактически, все материалы меняют размер при нагревании или охлаждении: величина изменения зависит от химического состава материала.Таким образом, каждый материал имеет свой коэффициент теплового расширения: этот параметр измеряет, насколько материалы сжимаются или расширяются при изменении температуры. Изменения размеров из-за коэффициента теплового расширения обратимы.

Благодаря своему химическому составу, хорошим механическим свойствам, пониженному поглощению влаги, структуре с закрытыми ячейками и химической стойкости жесткие пенополиуретаны демонстрируют значительную стабильность размеров.

Химическая стойкость

Химический состав жесткого пенополиуретана обеспечивает превосходную стойкость к широкому спектру химикатов, растворителей и масел.

Совместимость

Жесткий пенополиуретан совместим с большим количеством вспомогательных материалов, включая бумагу, фольгу, стекловолокно, алюминий и битум. Сочетание жесткого пенополиуретана с этими материалами улучшает общие свойства, позволяя использовать его в качестве полуструктурных панелей и облицовки. Кроме того, правильный выбор штукатурки или фольги улучшает изоляционные свойства пены за счет образования защитных барьеров для влаги, что полезно в условиях высокой влажности.

Диапазон рабочих температур

Жесткий пенополиуретан может использоваться в приложениях, которые испытывают исключительно высокие температуры, от –200 ° C до + 130 ° C. Тем не менее, каждый пенополиуретан имеет свой температурный диапазон применения, поэтому важно дважды проверить указания в технических паспортах, прежде чем выбирать наиболее удобное решение.

Огнестойкость

Жесткие пенополиуретаны представляют собой органические соединения.Все органические вещества являются горючими материалами, хотя воспламеняемость и скорость горения жестких полиуретановых пен могут быть улучшены для соответствия различным изоляционным применениям, а состав пен может быть составлен в соответствии с самыми строгими стандартами противопожарной защиты.

Недавно разработанный материал имеет чрезвычайно низкую теплопроводность

Новый материал сверхрешетки Bi 4 O 4 SeCl 2 , разработанный группой ученых из Великобритании и Франции, сочетает в себе два различных расположения атомов, каждый из которых замедляет скорость, с которой тепло движется через структуру твердого тела.

Структура материала сверхрешетки Bi 4 O 4 SeCl 2 . Изображение предоставлено Ливерпульским университетом.

«Обнаруженный нами материал имеет самую низкую теплопроводность среди всех неорганических твердых тел и почти так же плохо проводит тепло, как и сам воздух», – сказал старший автор, профессор Мэтт Россейнски, научный сотрудник химического факультета Ливерпульского университета.

«Значение этого открытия имеет большое значение как для фундаментального научного понимания, так и для практического применения в термоэлектрических устройствах, улавливающих отходящее тепло, и в качестве термобарьерных покрытий для более эффективных газовых турбин.”

Профессор Россейнский и его коллеги определили механизмы, ответственные за снижение теплопередачи в двух компонентах, BiOCl и Bi 2 O 2 Se, путем измерения и моделирования теплопроводности их структур.

«Объединить эти механизмы в одном материале сложно, потому что мы должны точно контролировать, как атомы расположены внутри него», – сказали они.

«Интуитивно мы ожидаем получить среднее значение физических свойств двух компонентов.”

«Выбирая подходящие химические границы раздела между каждым из этих различных атомных расположений, мы экспериментально синтезировали материал, который объединяет их оба».

Новый материал с двумя комбинированными компоновками имеет чрезвычайно низкую теплопроводность 0,1 Вт / К * м при комнатной температуре, что намного ниже, чем у любого из исходных материалов с одной компоновкой.

Этот неожиданный результат показывает синергетический эффект химического контроля расположения атомов в структуре и является причиной того, что свойства всей структуры превосходят свойства двух отдельных частей.

Разработка новых и более эффективных термоэлектрических материалов, которые могут преобразовывать тепло в электричество, считается ключевым источником чистой энергии.

«Захватывающее открытие этого исследования состоит в том, что можно улучшить свойства материала, используя дополнительные физические концепции и соответствующее атомистическое взаимодействие», – сказал доктор Джон Алария, исследователь факультета физики Ливерпульского университета.

«Помимо переноса тепла, эта стратегия может быть применена к другим важным фундаментальным физическим свойствам, таким как магнетизм и сверхпроводимость, что приведет к снижению энергопотребления и более эффективному переносу электричества.”

Работа группы была опубликована в журнале Science .

_____

Куинн Д. Гибсон и др. . Низкая теплопроводность в модульном неорганическом материале с анизотропией связывания и несоответствием. Science , опубликовано в Интернете 15 июля 2021 г .; DOI: 10.1126 / science.abh2619

Недавно обнаруженный неорганический материал имеет самую низкую теплопроводность на сегодняшний день

Мы все знаем, что мир отчаянно нуждается в переходе на возобновляемые источники энергии, но многие из нас забывают, что нам также необходимо сделать наши энергетические системы более эффективными.

В настоящее время примерно 70 процентов всей энергии, которую мы производим в мире, теряется в виде тепла – часто на самих электростанциях. Это серьезная проблема, которую можно хотя бы частично решить за счет улучшения термоэлектрических материалов, которые могут уменьшить потери тепла, а также улавливать потерянную тепловую энергию.

Теперь исследователи под руководством Ливерпульского университета в Великобритании сделали важный шаг к этой цели, открыв новый неорганический материал с самой низкой теплопроводностью, о которой когда-либо сообщалось.

Фактически, при комнатной температуре материал замедляет передачу тепла почти так же, как и воздух.

Новый материал имеет формулу Bi 4 O 4 SeCl 2 (мы знаем не броское название), и его создание является «прорывом в управлении тепловым потоком в атомном масштабе», пресс релиз объясняет.

«Обнаруженный нами материал имеет самую низкую теплопроводность среди всех неорганических твердых тел и почти так же плохо проводит тепло, как и сам воздух», – говорит химик и руководитель группы Мэтт Россейнски из Ливерпульского университета.

«Значение этого открытия имеет большое значение как для фундаментального научного понимания, так и для практического применения в термоэлектрических устройствах, которые собирают отходящее тепло, и в качестве тепловых барьерных покрытий для более эффективных газовых турбин».

Если принять теплопроводность стали за 1, то вода и строительный кирпич будут иметь теплопроводность 0,01. Воздух будет около 0,0005, а новый материал – всего 0,001.

Что особенно интересно, так это то, что этот материал был создан с помощью хитроумного расположения слоев атомов, и команда говорит, что они могут использовать ту же технику для добавления дополнительных свойств.

В будущем это может означать создание материалов, которые не только невероятно устойчивы к нагреванию, но также являются сверхпроводниками электричества – два свойства, которые будут чрезвычайно полезны для энергосистемы.

«Помимо переноса тепла, эта стратегия может быть применена к другим важным фундаментальным физическим свойствам, таким как магнетизм и сверхпроводимость, что приведет к снижению энергопотребления и более эффективной транспортировке электричества», – поясняет физик Джон Алария.

Неорганические материалы – это те материалы, которые не содержат углерода, а этот был сделан из BiOCl и Bi 2 O 2 Se.Как следует из названия, это соединение висмута, кислорода, селена и хлора.

Чтобы создать новый проводящий материал, команда обнаружила два разных расположения атомов в этих материалах, что привело к плохой теплопроводности.

Затем они изучили механизмы, ответственные за замедление нагрева в каждой из этих схем, и нашли способ объединить их таким образом, чтобы они могли комбинировать эффекты замедления нагрева вместо простого усреднения разницы.

На изображении ниже вы можете увидеть визуальное представление двух различных атомных схем, представленных желтым и синим цветом, которые в сочетании наиболее эффективно замедляют движение тепла через материал.

Два атомных расположения (желтый и синий) объединились, чтобы создать материал. (Ливерпульский университет)

В результате Bi 4 O 4 SeCl 2 является гораздо более слабым проводником тепла, чем любое из двух устройств по отдельности, обеспечивая теплопроводность при комнатной температуре всего 0.1 Вт K −1 м −1 . Другими словами, материал – это сумма больше, чем его части.

Важно отметить, что это исследование рассматривало только теплопроводность нового материала и не рассматривало другие эффекты, такие как электропроводность или магнетизм. Поэтому пока не ясно, можно ли использовать этот материал в реальных приложениях, таких как вычисления или в электрических сетях.

Но теперь, когда мы знаем, как наслоить атомы таким сложным способом, это открывает большой потенциал для новых материалов, которые берут эти свойства теплопроводности и сочетают их с другими желательными характеристиками для улучшения термоэлектрических характеристик или открытия сверхпроводимости.

«Этот потенциал для оптимизации множественных свойств показывает, как синергия между модульными блоками с совместимым соединением может обеспечить химическое генерирование и управление функцией», – пишут исследователи.

Исследование опубликовано в журнале « Science».

Углеродный материал с низкой теплопроводностью, полученный в результате электропрядения и последующей химической активации

  • 1.

    Фитцер Э. (1989) Углеродные волокна на основе пана – современное состояние и тенденции технологии с точки зрения возможностей и ограничений влияния и контролировать свойства волокна с помощью параметров процесса.Углерод 27 (5): 621–645

    Google ученый

  • 2.

    Кацман Х.А., Адамс П.М., Ле Т.Д., Хеммингер С.С. (1994) Характеристика углеродных волокон на основе ПАН с низкой теплопроводностью. Углерод 32 (3): 379–391

    CAS Google ученый

  • 3.

    Парк Дж. К., Канг Т. Дж. (2002) Термические и абляционные свойства низкотемпературных композитов из углеродного волокна и фенолоформальдегидной смолы. Углерод 40 (12): 2125–2134

    CAS Google ученый

  • 4.

    Matsuhisa Y, Bunsell AR (2009) 16 – разрушение углеродных волокон при растяжении. В: Bunsell AR (ed) Справочник по свойствам при растяжении текстильных и технических волокон. Woodhead Publishing, Sawston, стр. 574–602

    Google ученый

  • 5.

    Тейлор Р., Гилкрист К., Постон Л. (1968) Теплопроводность поликристаллического графита. Углерод 6 (4): 537–544

    CAS Google ученый

  • 6.

    Kelly B (1967) Влияние дефектов на теплопроводность базисной плоскости кристалла графита. Углерод 5 (3): 247–260

    CAS Google ученый

  • 7.

    Нистен Б., Исси Дж. П., Бартон Р., Бойингтон Д. Р., Лавин Дж. Г. (1991) Определение дефектов решетки в углеродных волокнах с помощью измерений теплопроводности. Phys Rev B 44 (5): 2142–2148

    CAS Google ученый

  • 8.

    Jain A, Rogojevic S, Ponoth S, Gill WN, Plawsky JL (2002) Зависимая от обработки теплопроводность нанопористых пленок ксерогеля кремнезема. J Appl Phys 91: 3275–3281

    CAS Google ученый

  • 9.

    Hu C, Morgen M, Ho PSs (2000) Исследование теплопроводности пористых диэлектрических материалов с низким k. Appl Phys Lett 77: 145–147

    CAS Google ученый

  • 10.

    Лю Дж, Ган Д., Ху С., Киене М., Хо ПС (2002) Влияние пористости на диэлектрическую проницаемость и термомеханические свойства органосиликатных пленок.Appl Phys Lett 81: 4180–4182

    CAS Google ученый

  • 11.

    He X, Tang Z, Zhu Y, Yang J (2013) Изготовление углеродных пен с низкой теплопроводностью с использованием метода вспенивания белков. Mater Lett 94: 55–57

    CAS Google ученый

  • 12.

    Gbeonyo S, Carpenter AW, Gause CB, Mucha NR, Zhang L (2017) Углеродно-волокнистый композитный наноматериал с низкой теплопроводностью благодаря многомасштабной пористой структуре.Mater Des 134: 218–225

    Google ученый

  • 13.

    Wang X, Zhong J, Wang Y, Yu MA (2006) Изучение свойств углеродной пены, армированной глиной. Углерод 44: 1560–1564

    CAS Google ученый

  • 14.

    Hu S, Zhang S, Pan N, Hsieh Y-L (2014) Суперконденсаторы с высокой плотностью энергии из субмикронных волокон активированного угля на основе лигнина в водных электролитах. J Power Sources 270: 106–112

    CAS Google ученый

  • 15.

    Im JS, Park S-J, Lee Y-S (2009) Превосходная перспектива химически активированных электропряденых углеродных волокон для хранения водорода. Mater Res Bull 44 (9): 1871–1878

    CAS Google ученый

  • 16.

    Zhi M, Liu S, Hong Z, Wu N (2014) Нановолокна из активированного угля, полученные методом электропрядения, для электродов суперконденсатора. RSC Adv 4 (82): 43619–43623

    CAS Google ученый

  • 17.

    Салливан П., Моат Дж., Стоун Б., Аткинсон Дж. Д., Хашишо З., Руд М. Дж. (2012) Физические и химические свойства нановолокон из активированного угля, полученных методом электропрядения, на основе ПАН и их потенциал для использования в качестве адсорбента для токсичных промышленных химикатов .Адсорбция 18 (3–4): 265–274

    CAS Google ученый

  • 18.

    Мадда Б., Солтанинежад М., Адиб К., Хасанзаде М. (2017) Нановолокно с активированным углем, полученное из электропряденого нановолокна ПАН, в качестве сорбента твердофазной экстракции для предварительного концентрирования фосфорорганических пестицидов. Sep Sci Technol 52 (4): 700–711

    CAS Google ученый

  • 19.

    Лилло-Роденас М., Касорла-Аморос Д., Линарес-Солано А. (2003) Понимание химических реакций между углеродом и NaOH и KOH: понимание механизма химической активации.Углерод 41 (2): 267–275

    Google ученый

  • 20.

    Raymundo-Piñero E, Azais P, Cacciaguerra T, Cazorla-Amoros D, Linares-Solano A, Beguin F (2005) KOH и NaOH механизмы активации многослойных углеродных нанотрубок с различной структурной организацией. Углерод 43 (4): 786–795

    Google ученый

  • 21.

    Zhou Z, Lai C, Zhang L, Qian Y, Hou H, Reneker DH, Fong H (2009) Разработка углеродных нановолокон из выровненных электропряденых пучков полиакрилонитрильных нановолокон и характеристика их микроструктурных, электрических и механических свойств .Полимер 50 (13): 2999–3006

    CAS Google ученый

  • 22.

    Melanitis N, Tetlow P, Galiotis C (1996) Определение характеристик углеродных волокон на основе PAN с помощью лазерной рамановской спектроскопии. J Mater Sci 31 (4): 851–860

    CAS Google ученый

  • 23.

    Wang H, Wang W, Wang H, Jin X, Niu H, Wang H, Zhou H, Lin T (2018) Материалы электродов для высокоэффективных суперконденсаторов из электропряденых углеродных нановолокон, активированных in situ полимером с высокой температурой разложения.ACS Appl Energy Mater 1 (2): 431–439

    CAS Google ученый

  • 24.

    Jelle BP, Gustavsen A, Baetens R (2010) Путь к высокоэффективным теплоизоляционным материалам и решениям завтрашнего дня. J Build Phys 34 (2): 99–123

    CAS Google ученый

  • 25.

    Сумират И., Андо Ю., Шимамура С. (2006) Теоретическое рассмотрение влияния пористости на теплопроводность пористых материалов.J Porous Mater 13 (3): 439–443

    CAS Google ученый

  • 26.

    Wang J, Kaskel S (2012) KOH активация углеродных материалов для хранения энергии. J Mater Chem 22: 23710–23725

    CAS Google ученый

  • Теплопроводность | TORELINA ™ | ТОРЕЙ ПЛАСТИК

    Техническая информация | Тепловые свойства | Теплопроводность

    Явления теплопередачи, которые заставляют объекты, подверженные разнице температур, принимать однородную температуру, в основном подразделяются на теплопроводность, конвекцию и излучение, в зависимости от состояния пути потока, по которому течет тепло, и других факторов.Теплопроводность – это явление, при котором тепло перемещается через твердый или неподвижный газ (или жидкость). Теплопроводность – это свойство, указывающее на легкость, с которой тепло может проходить через твердое тело, такое как формованное изделие. Носители (среды) для переноса тепла включают свободные электроны, колебания решетки и колебания молекул. Эффект теплопередачи свободных электронов очень высок, поэтому такие металлы, как алюминий и медь, обладают высокой теплопроводностью. С другой стороны, пластмассовые материалы, такие как TORELINA, являются изоляционными материалами, которые не имеют свободных электронов, поэтому имеют более низкую теплопроводность, чем металлы, и превосходят их по своим теплоизоляционным свойствам.

    Ⅰ. Измерение теплопроводности

    Существуют различные методы измерения теплопроводности твердого тела. Их можно разделить на стационарные методы, при которых температура образца находится в установившемся состоянии, а теплопроводность определяется по количеству (тепловой поток, Вт / м 2 ), которое проходит через единицу поперечного сечения. площадь в единицу времени и нестационарные методы, в которых теплопроводность определяется по скорости, с которой тепло распространяется через образец (температуропроводность, м 2 S -1 ).В последнее время чаще всего используются нестационарные методы, с помощью которых можно быстро получить измерения. Эти методы включают метод лазерной вспышки и метод горячего диска. Теплопроводность может быть определена с использованием плотности образца и удельной теплоемкости при температуре измерения в дополнение к температуропроводности, определенной нестационарным методом, в соответствии с формулой 6.1. Обычно для измерения теплопроводности используется плоская пластина, так что с помощью стационарного метода и метода лазерной вспышки можно определить теплопроводность в направлении толщины, а с помощью метода горячего диска можно определить теплопроводность в плоском направлении. в дополнение к этому по толщине.Существует еще один метод, с помощью которого теплопередачу фактического формованного продукта проверяют визуально с помощью термографии, которая анализирует инфракрасные лучи, испускаемые формованным продуктом, и затем выражает это на диаграмме распределения температуры.

    Ⅱ. Теплопроводность TORELINA

    Коэффициент теплопроводности TORELINA в направлении толщины, определенный стационарным методом, приведен в таблице. 6.3. Армированный ППС имеет более высокую теплопроводность, чем неармированный ППС.Армирование из стекловолокна и минерального наполнителя имеет более высокую теплопроводность, чем полимер PPS, поэтому теплопроводность различается в зависимости от типа и содержания добавленного армирования.

    Таблица. 6.3 Теплопроводность TORELINA (устойчивый метод, 80 ℃)

    Арт. Квартир Армированный стекловолокном Стекло + наполнитель армированное Улучшение эластомера Неармированный
    A504X90 A604 A310MX04 A610MX03 A673M A575W20 A495MA1 A900 A670T05
    Теплопроводность
    (направление толщины)
    Вт / м ・ K 0.3 0,3 0,5 0,5 0,3 0,3 0,4 ​​ 0,2 0,2

    Ⅲ. PPS

    с высокой теплопроводностью

    PPS с высокой теплопроводностью подходит для продления срока службы электрических и электронных компонентов, таких как системы светодиодного освещения, и для проектирования теплового излучения в таких целях, как снижение потерь энергии в обмотках, используемых в автомобильных двигателях.TORELINA предлагает линейку TORELINA H501B, электропроводящего типа, теплопроводность которого значительно улучшена по сравнению с обычным PPS, и H718LB, который сохраняет свои изоляционные свойства. (Таблица 6.4)

    Таблица. 6.4 PPS с высокой теплопроводностью (23 ℃)

    с высокой теплопроводностью
    Арт. Направление измерения шт. Армированный стекловолокном Высоконаполненная PPS Метод измерения
    Тип изоляции Электропроводящий тип
    A504X90 A310MX04 H718LB H501B
    Теплопроводность Плоское направление Вт / м ・ K 0.4 0,7 1,0 10,0 Метод горячего диска
    Объемное сопротивление Ом ・ м 2 × 10 14 1 × 10 14 5 × 10 13 5 × 10 0

    Рис. 6.7 Термографический анализ

    При термическом анализе с использованием термографии (рис.6.7) источник тепла (3,4 Вт) размещается в центре плоской пластины (80 × 80 × 3 мм t), а наблюдение ведется с противоположной стороны. На рис. 6.8 сравниваются графики распределения температуры, полученные при нагревании обычных марок PPS, армированных стекловолокном (A504X90), и марок PPS с высокой теплопроводностью (H501B и H718LB) в течение пяти минут. Можно видеть, что для марки PPS, армированной стекловолокном, которая имеет низкую теплопроводность, трудно рассеивать тепло от источника тепла, образуя тем самым горячую точку, тогда как для марок PPS с высокой теплопроводностью тепло распространяется в окружающую среду, тем самым ограничивая размер горячей точки.

    Рис. 6.8 Распределение температуры высокотеплопроводных марок PPS (термография)

    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

    Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.