Hő, hővezető anyagok
1.3.2. Hő, hővezető anyagok.
Hőtároló képessége. Ez a képesség, hogy tárolja hőenergia az anyagban, amikor a melegítés. Számszerűen egyenlő az adott hőenergiát kell beírni az egység az anyag térfogata melegítsük fel egy fokkal. A dimenziója fajhője [J / (kg · K)]. Ez az érték széles körű, azaz beszélhetünk a hőkapacitása egyetlen molekula vagy atom, akkor az összegük, és hogy megkapja a hőkapacitása egy gramm mól egy anyag vagy egy. Az érték a hőkapacitása jellegétől függően az anyag. A legmagasabb fajhője vízben 4,2 × 10 3 J / (kg · K), vagy 4,2 kJ / (kg · K). A túlnyomó többsége anyagok fajhője körülbelül 1 kJ / (kg · K). Hőkapacitása a hőmérséklettől függ. Közel nulla Kelvin kicsi, a működési hőmérséklet-tartomány - kissé változik a hőmérséklet növekedésével. Bármilyen hőkapacitás ugrások társított szerkezeti átrendeződés a szervek, például egy kifeszített olvadáspontú anyagok, például a paraffin. Itt említhetjük példaként a viasz melegszik kötszer, ahol a hő tárolni hosszú idő miatt a nagy hőkapacitása paraffin és öltözködés meleg sokáig.
A hőkapacitása gázok alaposan tanulmányozták elméletileg. Kétféle hőkapacitása még bevezetett gáz: Cp állandó nyomáson és állandó térfogaton Cv. Általában véve a hőkapacitása per egy molekula. Ezután egyatomos gáz Cp = 5/2 kT, és Cv = 3/2 kT. Miért állandó nyomáson nehezebben melegíti a molekulák? Nyilvánvaló, ha ez a gáz kitágul, az azt jelenti, hogy további energia szükséges, hogy a hő a gáz állandó nyomáson. Megjegyezzük, hogy a fenti hőkapacitása poliatomos gázok melegítés energia szükséges forgatni a molekulák, rezgés, stb
Adja meg a kifejezést a hőenergia az anyag:
ahol m-tömeg anyag, T2, T1 végső és kezdeti hőmérsékletet.
Ez a kifejezés felírható a helyi, konkrét paramétereket:
ahol Q / V - fajlagos energia kiadás, d - sűrűségű anyag.
Kifejezések (1,27-1,28) lehetővé teszi, hogy meghatározzuk a hőmérséklet változásának az anyag működés közben, például, mivel a dielektromos veszteségek az energia, az áram, vagy valamilyen más folyamat. Az energia Q által adott specifikus eljárások belül előforduló anyag.
Hővezető képesség a képességét határozza meg, hogy a hőenergiát átviszi az anyagon keresztül. Ez is egy fontos jellemzője, ez jellemzi a hővezető képessége l. Számszerűen ez egyenlő az áramlás q áthaladó egységnyi területen a kocka pad, a különbség a lapján hőmérséklet 1 ° C-on A legjobb, hogy a hőt a fémek, így a réz l. = 400 W / (m · K) valamivel nagyobb olyan ezüst (418) alumínium 200 W / (m · K) a rozsdamentes acél, körülbelül 20 W / (m · K), a közönséges acélok körülbelül két-szer nagyobb.
Abban hővezető dielektromos anyagok általában sokkal alacsonyabb. Például a beton l. = 0,6 W / (m · K) a transzformátor olajban l. = 0,13 W / (mK) L levegő = 3,67 10 -2 W / (m-K). Csak nagy a hővezetési dielektromos, berillium-oxid l. »200 W / (m-K). Vegyük észre, hogy gyakran eredményezheti kézikönyvekben l. egységekben elavult, például cal / (cm · sec · ° C); továbbjut az SI egységeket kell szorozni 418.
Gázok és folyadékok a hővezető hétköznapi kisebb szerepet játszik. Ebben az esetben a fő szerepe van a konvekció és sugárzás.
Konvekció miatt előfordul, hogy az a tény, hogy a felmelegített folyadék vagy gáz kiterjeszteni, sűrűsége csökken, kezdenek „lebegnek” hatására az Arkhimédész felhajtóerő. Ennek köszönhetően, vannak helyi áramlatok, amelyek hatékonyan eltávolítják a hőt a fűtött terület. A kifejlesztett hőtechnikai készülék juttatás kiszámításához a hővezető konvekció. Durván azt mondhatjuk, hogy a konvekciós hővezető nő többször is.
Én a számítások hővezető a fejlesztési eszközök alapján Electro anyag „ECOM”. Tehát, megtartva a természetes konvekció a levegő növeli az effektív hővezető a konvektor két párhuzamos függőleges lemezek mintegy 10-szer hőmérsékleten körülbelül felületek 150 -200 ° C-on
Hősugárzás is fontos, különösen magasabb hőmérsékleteken. Az alapvető kifejezés használatos a becslések, a következő:
ahol x - emittáló anyag a szürkeség faktor, s - postoja Stefan-Boltzmann állandó árakon, s = 5,67 10 -8 W / (m 2 K 4). szürkeség faktor függ az anyag típusától, különösen a hővezetés és a felületének állapotát. A fémek, ez a tényező kicsi, ez változó: néhány több tíz százalék, attól függően, hogy a felületi érdesség, a durvított felület megfelel a nagyobb együttható szürkeség. A dielektrikumok (kivéve, speciális összetételű elektromosan vezető komponensek), e értéke a 80 - 95%. A becslések azt mutatják, hogy ez a tényező elsősorban hőmérsékleten körülbelül 100 fok felett.
A legmagasabb hővezető a normál hőmérséklet-tartományban lehet azáltal elérni, és a párolgási hőt. Ha valahol a folyadék elpárologtatására, majd kondenzáitatása egy másik helyen, a párolgási hője lesz némi hőt a melegített rész, és továbbítja azt kondenzációs máshol. Ez egyenértékű hővezetési között ezeket a részeket. A becslések azt mutatják, hogy az egyenértékű hővezetési meghaladhatja a hővezető réz mintegy ötezer alkalommal.
Hőmérséklet együtthatók. Szinte minden anyagok tulajdonságai függnek a hőmérséklettől. Általában ez figyelembe veszi a bevezetése az úgynevezett hőmérsékleti együttható. Szigorúan matematikailag olyan tulajdonságokhoz x, amelynek beadjuk az expressziós
ahol x lehet bármely jellemző az anyag. A dimenziója bármelyik hőmérsékleti együttható - 1 / K. Például veszi x L méret a mintaanyag. majd
Ez azt jelenti, a hőmérséklet tágulási együtthatója az anyag. A dielektromos állandó, ez a hőmérsékleti együtthatója a dielektromos állandó, ellenállás - hőmérsékleti együtthatója ellenállás.
A gyakorlatban használható lineáris közelítést, feltételezve, hogy a változás a jellemzők hőmérséklet kisebb, mint az alapvető értéket. Erre az esetre, akkor kifejezetten írjuk ki hőmérsékletfüggése.
Az ellenállás R (T) = R (t 0) (1 + Tc r (T-T 0))
A permittivitás e (T) = e (T 0) (Tk + 1 e (T-T 0))
Fajlagos értékeit a hőmérséklet együtthatók az anyagok megtalálható kézikönyvekben. Abban az esetben, erős funkciók egy hőmérséklet-változás (például, a dielektromos állandó esetén ferroelectrics) lineáris közelítést nem lehet használni. Ezekben az esetekben, akkor érdemes használni a tábla vagy grafikon.