Acasa » Tehnologii » Materiale de constructii › Conductivitatea termica a materialelor

Conductivitatea termica a materialelor

| |

Conductivitatea termica a materialelor este foarte important de cunoscut pentru calculul termotehnic al peretilor constructiilor, planseelor etc. O conditie indispensabila pentru propagarea caldurii este inegalitatea temperaturilor in diferite puncte ale unui corp sau spatiu dat.

Ca indice al conductibilitati termice a materialelor serveste conductivitatea termica (λ).

Intensitatea fluxului de caldura dQ (figura 1) care se transmite intr-un material prin conductie termica, ca urmare a diferentei de temperatura dintre diversele puncte ale unui corp, se determina cu relatia empirica a lui Fourier. Conform legii lui Fourier, cantitatea elementara de caldura dQ care trece dintr-un element de suprafata izoterma dF in intervalul de timp dτ este proportionala cu gradientul de temperatura dt/dn, cu marimea suprafetei dF si cu timpul dτ, adica:

dQ = -λ dt/dn x dF x dτ [kcal] Conductivitatea termica a materialelor

Fig. 1 - Intensitatea fluxului de caldura dQ

Gradientul de temperatura reprezinta limita raportului intre diferenta de temperatura dt a doua suprafete care se gasesc la o distanta egala cu dn.

Semnul minus "-" din partea dreapta a ecuatiei de mai sus arata ca variatia fluxului de caldura se produce in sensul miscarii temperaturii. Sensul fizic si dimensiunea conductivitatii termice λ reprezinta din ecuatia de mai sus,

λ = dQ x dn/dF x dτ x dt

Definitie: Conductivitatea termica a materialelor se defineste prin cantitatea de caldura care trece datorita conductibilitatii termice printr-o suprafata de 1 m² in timp de 1 ora, diferenta de temperatura fiind de 1°C, pentru 1 m lungime a normalei la suprafata izoterma.

Conductivitatea termica a materialelor depinde de compozitie, structura, porozitate, gradient de temperatura etc.

Necrasov a stabilit o relatie matematica de legatura intre aceste doua caracteristici (figura 2).

Fig. 2 - Relatia lui Necrasov

Formula matematica de la figura 2 este orientativa deoarece nu ia in consideratie particularitatile de structura ale unui material. Acestea au urmatoarea influenta:

La materialele fibroase caldura se transmite mai bine de-a lungul fibrelor (λ_L) decat transversal pe fibre (λ_t). De exemplu la lemnul de pin λ_L = 0,3 kcal/m · °C · h, iar λ_t = 0,15 kcal/m · °C · h.
La materialele cu γ_a egale, dar care poseda pori fini sau inchisi, caldura se transmite mai lent decat pentru aceleasi materiale la care porii sunt de dimensiuni mai mari sau deschisi.

oeficientul λ depinde si de temperatura, deoarece energia cinetica a moleculelor creste cu marimea temperaturii. Variatia coeficientului λ cu temperatura pana la 100°C se poate exprima cu aproximatie prin relatia:

λ_t = λ₀(1 + 0,00025 t),

in care:

λ₀, λ_t sunt conductivitatile la temperatura t₀, respectiv la temperatura t;
t - temperatura, in °C.

Peste 100°C variatia lui λ in functie de temperatura se determina experimental.

Umiditatea materialului influenteaza pozitiv conductivitatea termica a materialelor deoarece apa este mai buna conducatoare de caldura decat aerul (λ = 0,5 kcal/m · °C · h pentru apa si λ = 0,02 kcal/m · °C · h pentru aer).

Din aceste considerente, determinarea coeficientului λ trebuie efectuata in conditii standard. Transmiterea caldurii prin radiatie si convectie este tratata la articolul Propagarea caldurii.

Alte articole