Материал Теплопроводность, Вт/(м·K)
Алмаз 1001-2600
Серебро 430
Медь 390
Золото 320
Алюминий 236
Латунь 111
Платина 70
Кварц 8
Стекло 1
Вода 0,6
Кирпич строительный 0,2 — 0,7
Пенобетон 0,14 — 0,3
Газобетон 0,1 — 0,3
Дерево 0,15
Шерсть 0,05
Минеральная вата 0,045
Пенополистирол 0,04
Пеноизол 0,035
Воздух (300 K, 100 kPa) 0,026
Аргон 0,0177
Ксенон 0,0057
Вакуум 0 (строго)

Теплопрово́дность — это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передается из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.

Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием теплорода от одного тела к другому. Однако более поздние опыты, в частности, нагрев пушечных стволов при сверлении, опровергли реальность существования теплорода как самостоятельного вида материи. Соответственно, в настоящее время считается, что явление теплопроводности обусловлено стремлением занять состояние более близкое к термодинамическому равновесию, что выражается в выравнивании температуры.

В установившемся режиме поток энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорционален градиенту температуры:

\vec {q}=-\varkappa~\mbox{grad}(T)

(\vec {q} — вектор потока тепла — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, \varkappa — коэффициент теплопроводности (иногда называемый просто теплопроводностью), T — температура.) Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.

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

P=-\varkappa \frac{S \Delta T}{h}

(P — полная мощность тепловых потерь, S — площадь сечения параллелепипеда, ΔT — перепад температур граней, h — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями)

Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м·K).

Содержание

править Коэффициент теплопроводности вакуума

Коэффициент теплопроводности вакуума строго равен нулю. Это связано с отсутствием в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тепло в вакууме передаётся только излучением. Поэтому для уменьшения теплопотери стенки термоса делают двойными, серебрят, а воздух между ними откачивают.

править Связь с электропроводностью

Связь коэффициента теплопроводности K с удельной электрической проводимостью σ в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:

\frac{K}{\sigma} = \frac{\pi^2}{3}{\left(\frac{k}{e}\right)^2}T,

где k — постоянная Больцмана, e — заряд электрона.

править Обобщения закона Фурье

Следует отметить, что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности, то есть в данной модели изменение температуры в какой-то точке мгновенно распространяется на всё тело. Закон Фурье не применим для описания высокочастотных процессов (и соответственно процессов, чьё разложение в ряд Фурье имеет значительные высокочастотные гармоники). Примерами таких процессов являются распространение ультразвука, ударные волны и т. д. В 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом:

\tau \frac{\partial \mathbf{q}}{\partial t} = - \left( \mathbf{q} + \varkappa \nabla T \right)

Если время релаксации τ пренебрежимо мало, то это уравнение переходит в закон Фурье.

править См. также

Другие способы теплопередачи