Взаимосвязь состава, структуры и свойств теплоизоляционных материалов, Влияние физического состояния - Классификация и свойства теплоизоляционных материалов

Необходимо отметить, что даже небольшие изменения химического состава материалов, их физического состояния и структуры приводят к существенному изменению значений теплопроводности и, следовательно, требуют учета при выборе материала для теплоизоляции.

Теплопроводность материалов зависит от следующих факторов:

    - физического состояния и строения, которые определяются фазовым состоянием вещества; - степени кристаллизации и размеров кристаллов; анизотропии кристаллов и направления теплового потока; - объема пористости материала и характеристик поровой структуры; - химического состава и наличия примесей, которые особенно влияют на теплопроводность материалов; - условий эксплуатации материала, которые характеризуются эксплуатационными факторами, например, температурой среды, атмосферным давлением, влажностью и пр.
Влияние физического состояния

В твердых телах передача теплоты осуществляется путем взаимодействия между тепловыми упругими колебаниями решетки или вследствие движения электронов и столкновения их с атомами. В металлах имеют место оба вида передачи энергии, чем и объясняется их большая теплопроводность.

В неметаллах число свободных электронов, которые могли бы свободно двигаться по кристаллической решетке, незначительно, поэтому в них теплота передается, главным образом, за счет колебаний решетки и теплопроводность неметаллов значительно ниже.

Для кристаллических веществ теплопроводность примерно пропорциональна размеру кристалла (снижается по мере уменьшения размеров кристаллов).

При направлении теплового потока вдоль оптической оси кристалла или вдоль волокон теплопроводность существенно больше, чем при перпендикулярной направленности (у кристалла кварца в диапазоне температур от -200 до 100°С - почти в 2 раза; такое же явление имеет место в древесине и асбесте.

Теплопроводность кристаллических тел можно понизить путем увеличения дефектов в их структуре или рекристаллизацией с уменьшением размера кристаллов и снижением их доли в материале.

Например, радиоактивное облучение создает точечные дефекты в структуре кристаллов, а при интенсивном облучении вызывает переход от кристаллического к стеклообразному состоянию, что и является причиной уменьшения теплопроводности.

На теплопроводность кристаллических тел значительное влияние оказывает температура, с ее понижением теплопроводность увеличивается, следовательно, при повышении температуры теплопроводность таких тел падает.

Особенно заметное повышение теплопроводности наблюдается при отрицательных температурах, поэтому теплоизоляционные свойства материалов в этом случае резко ухудшаются.

В стеклообразных материалах вследствие нерегулярного расположения атомов теплопроводность почти на порядок ниже, чем в кристаллических.

С повышением температуры стеклообразных материалов их теплопроводность возрастает.

Теплопроводность жидкости тем больше, чем выше ее удельная теплоемкость - один из параметров, входящих в уравнение Дебая (8).

При повышении температуры расстояние между молекулами в жидкостях увеличивается, плотность их уменьшается, теплопроводность падает (исключение составляют вода, тяжелая вода и глицерин).

Чем ниже температура кипения жидкости (при нормальном давлении), зависящая от химического состава, тем быстрее уменьшается теплопроводность с ростом температуры.

Для различных жидкостей изменение теплопроводности колеблется от 0,1 до 0,25% на 1°С.

В газах с повышением температуры теплопроводность увеличивается

Теплопроводность газов зависит от их молекулярной массы и числа атомов в молекуле. С увеличением молекулярной массы (М) теплопроводность падает;

Л=1/М 1/2. (36)

С увеличением числа атомов в молекуле, т. е. с усложнением строения молекулы, теплопроводность газов уменьшается.

Похожие статьи




Взаимосвязь состава, структуры и свойств теплоизоляционных материалов, Влияние физического состояния - Классификация и свойства теплоизоляционных материалов

Предыдущая | Следующая