I-bob. Metalllarning issiqlik o'tkazuvchanligi furye qonuni 3

I-bob. Metalllarning issiqlik o'tkazuvchanligi

1 Furye qonuni

Issiqlik o'tkazuvchanligi - bu to'g'ridan-to'g'ri aloqa qiladigan jismlar yoki haroratlari har xil bo'lgan bir jismning zarralari o'rtasida issiqlikning molekulyar almashinuvi, bunda strukturaviy zarralar (molekulalar, atomlar) harakati energiyasi almashinuvi sodir bo'ladi. , erkin elektronlar).[9]
Issiqlik o'tkazuvchanligi tananing mikropartikullarining issiqlik harakati bilan belgilanadi. Issiqlik o'tkazuvchanligi bilan issiqlik uzatishning asosiy qonuni Furye qonunidir. Bu qonunga ko'ra, dt vaqt davomida issiqlik oqimiga perpendikulyar bo'lgan dF sirt elementi orqali issiqlik o'tkazuvchanligi orqali o'tkaziladigan dQ issiqlik miqdori harorat gradienti , sirt dF va dt vaqtga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. [8]
(1) Proportsionallik koeffitsienti l issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti deb ataladi.
Issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti moddaning termofizik xarakteristikasi bo'lib, u moddaning issiqlik o'tkazish qobiliyatini tavsiflaydi. Formuladagi (1) minus belgisi issiqlikning haroratni pasaytirish yo'nalishi bo'yicha uzatilishini ko'rsatadi. Izotermik sirt birligidan vaqt birligida o'tgan issiqlik miqdori issiqlik oqimi deb ataladi:
(2)
Furye qonuni gazlar, suyuqliklar va qattiq moddalarning issiqlik o'tkazuvchanligini tavsiflash uchun qo'llaniladi, farq faqat issiqlik o'tkazuvchanligini tavsiflashda bo'ladi. issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientlari.[8]

1.2 Metalllarning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti va uning moddaning holati parametrlariga bog'liqligi

Issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti - moddaning issiqlik o'tkazish qobiliyatini tavsiflovchi moddaning termofizik tavsifi.
Issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti - tempratura t ga perpendikulyar bo'lgan yagona maydon orqali vaqt birligida o'tadigan issiqlik miqdori.

Turli moddalar uchun issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti har xil bo'lib, strukturaga, zichlikka, namlikka, bosimga va haroratga bog'liq. Issiqlik o`tkazuvchanigini hisoblashda ushbu holatlar hisobga olinishi kerak.
Metalllarning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti, buning uchun . Kumush eng issiqlik o'tkazuvchan metall bo'lib , undan keyin sof mis , oltin, alyuminiy va boshqalar. Ko'pgina metallar uchun haroratning oshishi issiqlik o'tkazuvchanligining pasayishiga olib keladi. (3)
Bu bog'liqlikni (3) to'g'ri chiziq tenglamasi bilan taxminan taxmin qilish mumkin, bu erda ƛ,ƛ0 - ma'lum bir haroratda t va 00C da issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientlari, - harorat koeffitsienti. Metalllarning issiqlik o'tkazuvchanligi aralashmalarga juda sezgir.
Masalan, misda hatto mishyak izlari ham paydo bo'lganda, uning issiqlik o'tkazuvchanligi 395 dan 142 gacha kamayadi; po'lat uchun 0,1% uglerod , 1,0% uglerod 1.5%
Issiqlik bilan ishlov berish issiqlik o'tkazuvchanligiga ham ta'sir qiladi. Shunday qilib, qotib qolgan karbonli po'lat uchun yumshoq po'latga qaraganda 10-25% past. Shu sabablarga ko'ra, bir xil haroratlarda tijorat metall namunalarining issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientlari sezilarli darajada farq qilishi mumkin. Shuni ta'kidlash kerakki, qotishmalar, sof metallardan farqli o'laroq, haroratning oshishi bilan issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientining ortishi bilan tavsiflanadi. Afsuski, qotishmalarning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientini boshqaradigan umumiy miqdoriy naqshlarni o'rnatish hali mumkin emas.
Qurilish va issiqlik izolyatsiya qiluvchi materiallar - dielektriklarning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti qiymati metallarga qaraganda bir necha baravar kam va 0,02 - 3,0 ni tashkil qiladi. Ularning aksariyati uchun (magnezit g'ishtlari bundan mustasno), issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti harorat oshishi bilan ortadi. Bunda qattiq jismlar uchun - dielektriklar b>0 ekanligini hisobga olib, (3) tenglamadan foydalanish mumkin.
Ko'pgina qurilish va issiqlik izolyatsiya qiluvchi materiallar gözenekli tuzilishga ega (g'isht, beton, asbest, cüruf va boshqalar). Ular va kukunli materiallar uchun issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti sezilarli darajada massa zichligiga bog'liq. Buning sababi shundaki, g'ovaklikning oshishi bilan hajmning katta qismi havo bilan to'ldiriladi, uning issiqlik o'tkazuvchanligi juda past. Biroq, porozlik qanchalik yuqori bo'lsa, materialning massa zichligi shunchalik past bo'ladi. Shunday qilib, materialning massa zichligi, ceteris paribusning pasayishi l ning pasayishiga olib keladi.
Masalan, asbest uchun massa zichligi 800 kg / m dan 400 kg / m gacha kamayishi 0,248 BT/m*k dan 0,105 BT/m*k gacha pasayishiga olib keladi. Namlikning ta'siri juda yuqori. Masalan, quruq g'isht uchun l = 0,35, suyuqlik uchun 0,6 BT/m*k va ho'l g'isht uchun = 1,0 BT/m*k. Issiqlik o'tkazuvchanligini aniqlash va texnik hisob-kitoblarni amalga oshirishda ushbu hodisalarga e'tibor berish kerak. To'kiladigan suyuqliklarning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti 0,08 BT/m*k. - 0,7 BT/m*k. oralig'ida. Shu bilan birga, suyuqliklarning katta qismi uchun issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti harorat oshishi bilan kamayadi. Istisnolar suv va glitserindir. Gazlarning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti undan ham past.
Gazlarning issiqlik o'tkazuvchanligi harorat oshishi bilan ortadi. 20 mm Hg oralig'ida. (barda) 2000 gacha, ya'ni. amaliyotda eng ko'p uchraydigan sohada bosimga bog'liq emas. Shuni esda tutish kerakki, gazlar aralashmasi (tutun gazlari, issiqlik pechlarining atmosferasi va boshqalar) uchun issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientini hisoblash yo'li bilan aniqlash mumkin emas. Shuning uchun, mos yozuvlar ma'lumotlari mavjud bo'lmaganda, l ning ishonchli qiymatini faqat empirik tarzda topish mumkin. qiymati bilan moddaga issiqlik izolyatori deyiladi. Issiqlik o'tkazuvchanligi muammolarini hal qilish uchun moddaning ba'zi makroskopik xususiyatlari (termofizik parametrlari) haqida ma'lumotga ega bo'lish kerak: issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti, zichlik, solishtirma issiqlik sig'imi. [5]

1.3 Metalllarning issiqlik o'tkazuvchanligini tavsifi.

Metalllarning issiqlik o'tkazuvchanligi juda yuqori. Bu panjaraning issiqlik o'tkazuvchanligiga kamaytirilmaydi, shuning uchun bu erda boshqa issiqlik uzatish mexanizmi ishlashi kerak. Ma'lum bo'lishicha, sof metallarda issiqlik o'tkazuvchanligi deyarli to'liq elektron gaz hisobiga amalga oshiriladi va faqat o'tkazuvchanligi past bo'lgan juda ifloslangan metallar va qotishmalarda panjaraning issiqlik o'tkazuvchanligi hissasi bo'lib chiqadi. ahamiyatli. [4.c 524] Materialning issiqlik oʻtkazuvchanligining son xarakteristikasi maʼlum vaqt ichida maʼlum qalinlikdagi materialdan oʻtgan issiqlik miqdori bilan aniqlanishi mumkin. Turli xil profilli mahsulotlarning issiqlik o'tkazuvchanligini hisoblashda raqamli xarakteristikasi muhim ahamiyatga ega. Turli metallarning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientlari Materiallar Issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti da,
Kumush 430
Mis 382-390
Oltin 320 202-236
Temir 92
Qalay 67
Po`lat 47
Issiqlik o'tkazuvchanligini amalga oshirish uchun ikki jism o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri jismoniy aloqa talab qilinadi. Bu shuni anglatadiki, issiqlik uzatish faqat qattiq va harakatsiz suyuqliklar o'rtasida amalga oshirilishi mumkin. To'g'ridan-to'g'ri aloqa kinetik energiyani eng issiq moddaning molekulalaridan eng sovuqqa o'tkazish imkonini beradi. Har xil haroratli jismlar bir-biri bilan bevosita aloqa qilganda issiqlik almashinuvi sodir bo'ladi. Bu yerda issiq tananing molekulalari sovuq tanaga kira olmasligiga e'tibor qaratishimiz kerak. Faqat kinetik energiyaning uzatilishi mavjud bo'lib, bu issiqlikning bir xil taqsimlanishini ta'minlaydi. Energiyaning bunday uzatilishi aloqa qiluvchi jismlar bir tekis iisiqlikga erishmaganicha davom etadi. Bunday holda, issiqlik muvozanatiga erishiladi. Ushbu bilimlarga asoslanib, binoning issiqlik izolatsiyasi uchun qanday izolyatsiya materiali kerakligini hisoblash mumkin. [7]

II-bob. Metalllarning issiqlik o'tkazuvchanligini aniqlash usullari .

1. 
   Issiqlik o'tkazuvchanligini o'lchash usullarining tasnifi
   

Hozirgacha mavjud usullarning xilma-xilligi bilan bog'liq bo'lgan yagona tasnif ishlab chiqilmagan. Materiallarning issiqlik o'tkazuvchanligini o'lchashning taniqli eksperimental usullari ikkita katta guruhga bo'linadi: statsionar va statsionar bo'lmagan. Birinchi holda, hisoblash formulasining sifati issiqlik o'tkazuvchanligi tenglamasining
(4) ma'lum echimlaridan foydalanadi shart ostida , ikkinchisida - shart ostida , bu erda T - harorat; t - vaqt; - issiqlik tarqalish koeffitsienti; - issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti; C - solishtirma issiqlik sig'imi; g - materialning zichligi; - mos keladigan koordinatalar tizimida yozilgan Laplas operatori- ; - volumetrik issiqlik manbaining solishtirma quvvati.
Birinchi guruh usullari statsionar issiqlik rejimidan foydalanishga asoslangan; ikkinchisi - statsionar bo'lmagan issiqlik rejimi. O'lchovlarning tabiati bo'yicha issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientini aniqlashning statsionar usullari to'g'ridan-to'g'ri (ya'ni, issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti to'g'ridan-to'g'ri aniqlanadi) va mutlaq va nisbiy bo'linadi. Mutlaq usullarda tajribada o'lchangan parametrlar hisoblash formulasi yordamida issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientining kerakli qiymatini olish imkonini beradi. Nisbiy usullarda tajribada o'lchangan parametrlar hisoblash formulasi yordamida issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientining kerakli qiymatini olish imkonini beradi. Nisbiy usullarda o'lchangan parametrlar mutlaq qiymatni hisoblash uchun etarli emas. Bu erda ikkita holat bo'lishi mumkin. Birinchisi, issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientining birlik sifatida qabul qilingan boshlang'ichga nisbatan o'zgarishini kuzatish. Ikkinchi holat - ma'lum termal xususiyatlarga ega mos yozuvlar materialidan foydalanish. Bunday holda, hisoblash formulasida standartning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti qo'llaniladi. Nisbiy usullarning mutlaq usullarga nisbatan bir qancha afzalligi bor, chunki ular sodda. Statsionar usullarning keyingi bo'linishi isitishning tabiatiga ko'ra (tashqi, hajmli va kombinatsiyalangan) va namunalardagi harorat maydoni izotermlari turiga ko'ra (tekis, silindrsimon, sferik) amalga oshirilishi mumkin. Tashqi isitish bilan usullarning kichik guruhi tashqi (elektr, volumetrik va boshqalar) isitgichlardan foydalanadigan va namunali sirtlarni termal nurlanish yoki elektron bombardimon qilish orqali isitishning barcha usullarini o'z ichiga oladi. Volumetrik isitish bilan usullarning kichik guruhi namunadan o'tgan oqim bilan isitish, o'rganilayotgan namunani neytron yoki g-nurlanishdan yoki mikroto'lqinli oqimlardan isitishdan foydalanadigan barcha usullarni birlashtiradi. Kombinatsiyalangan isitish usullarining kichik guruhi namunalarni tashqi va hajmli isitish yoki oraliq isitish (masalan, yuqori chastotali oqimlar bilan) bir vaqtning o'zida ishlatadigan usullarni o'z ichiga olishi mumkin. Statsionar usullarning uchta kichik guruhida harorat maydoni boshqacha bo'lishi mumkin. Issiqlik oqimi namunaning simmetriya o'qi bo'ylab yo'naltirilganda tekis izotermlar hosil bo'ladi. Adabiyotda tekis izotermlardan foydalanadigan usullar eksenel yoki bo'ylama issiqlik oqimiga ega usullar deb ataladi va eksperimental qurilmalarning o'zi tekis qurilmalar deb ataladi. Silindrsimon izotermlar silindrsimon namunaning radiusi bo'ylab issiqlik oqimining tarqalishiga mos keladi. Agar issiqlik oqimi sharsimon namunaning radiusi bo'ylab yo'naltirilgan bo'lsa, sferik izotermalar paydo bo'ladi. Bunday izotermlardan foydalanadigan usullar sferik, qurilmalar esa sharsimon deyiladi. [1, c 3-5] 2.2

Kalorimetrik usul