Физические величины - Бабичев А.Н.
ISBN 5-283-04013-5
Скачать (прямая ссылка):
Результаты теоретического и экспериментального исследований различных аспектов теплопроводности газов приведены в [9—IL]. Теплоперенос в зазоре, заполненном сильно разреженным газом, рассматривается в [12]. Экспериментальные данные о теплопроводности большинства изученных веществ в газообразном состоянии систематизированы в справочниках [6, 13, 14].
15.4. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ЖИДКОСТЕЙ
Теплопроводность жидкости при температуре 0°С и атмосферном давлении с погрешностью ±10% может
быть рассчитана по полуэмпирической формуле [15]
X (0 °С) --=9-10~3 N~1/4 (Jmn т)1/2
где N — число атомов в молекуле жидкости; Ткип — температура кипения, К; у — плотность жидкости, г/см3; ср —удельная теплоемкость при постоянном давлении,
Дж/(см'-К)-
Теплопроводность жидкости увеличивается при понижении температуры (вода и глицерин представляют исключение). В интервале температур —50</<50°С зависимость 1.(1) может быть приближенно представлена выражением [15]
X (/) = X (0 °С) [1 0,01/(Гкип/23,5 - 1)] ,
где і — температура, °С. Теплопроводности жидкостей приведены в табл. 15.5 и 15.6.
У всех жидкостей теплопроводность увеличивается с ростом давления. Это увеличение практически несущественно до давлений 5-Ю6 Па. При высоких давлениях, достигающих 1,2-109 Па, теплопроводность при температуре 0 °С можно рассчитать по формуле [15]
X(р) = X (0 Па) [ 1 + (Tmu То)-,/2 0и/1,44 • 10')2/3],
где Yo — плотность при P=0 Па, г/см3; р— избыточное давление. Па.
Теплопроводность жидкостей рассмотрена в [9, 11, 15, 16]. Экспериментальные данные собраны в [6, 13—15].
15.5. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ТВЕРДЫХ ГЕЛ
Теплопроводность твердых тел в подавляющем большинстве случаев обусловлена двумя механизмами: движением электронов проводимости (электронная теплопроводность) и тепловыми колебаниями атомов решетки (фононная теплопроводность). Первый механизм доминирует в металлах, второй определяет теплопроводность неметаллов. В некоторых полупроводниках, полуметаллах и сильно разупорядоченных сплавах оба механизма дают сравнимые вклады в теплопроводность.
При низких температурах теплопроводность твердого тела существенно зависит от количества н типа примесей, дефектов решетки. Это обусловлено тем, что при низких температурах электроны в металлах сильно рассеиваются на дефектах атомного масштаба, а фононы в диэлектриках—-на дефектах с размерами несколько сотен межатомных расстояний. В совершенных диэлектрических кристаллах при температурах около 1 К длина свободного пробега фононов сравнима с размерами образца (обычно равна примерно 5 мм). В этом случае теплопроводность зависит от характера процессов рассеяния фононов иа границах образца и его размеров.
При высоких температурах длины свободного пробега носителей ограничены в металлах в основном элек-трон-фононным рассеянием, в неметаллах-—фонон-фо-нонным. Поэтому при высоких температурах теплопроводность твердых тел слабо зависит от примесей н дефектов.
В аморфных диэлектриках в широком диапазоне температур длина свободного пробега фононов ограничена рассеянием на дефектах структуры. Теплопроводность аморфных тел значительно меньше, чем теплопроводность кристаллов. Поликристаллические тела обладают промежуточной теплопроводностью между теплопровод-ностями монокристаллов и аморфных тел.
Теплопроводность металлов и сплавов можно оценить, используя закон Видемана—Франца:
I=L0OT1
где /.0=2,445- IO-8 Вт-Ом/К2 — число Лоренца; о — электропроводность, (Ом-м)-1; T — температура, К- Для большинства металлов и сплавов закон Видемана—Франца справедлив прн высоких н очень низких температурах. Для чистых металлов в области промежуточных температур этот закон дает завышенные значения Я. Для сплавов он дает заниженные значения теплопроводности (до 10 раз при температурах около 20 К для сильно разупорядоченных многокомпонентных сплавов).
В настоящей главе приведены теплопроводности некоторых технических сталей и сплавов (табл. 15.7— 15.16), полупроводников (табл. 15.17), совершенных диэлектрических монокристаллов (табл. 15.18), стекол (табл. 15.19), огнеупорных материалов и высокотемпературных композиций ядерного топлива (табл. 15.20— 15.24), строительных и теплоизоляционных материалов, древесины, горных пород и прочих веществ (табл. 15.25— 15.29).
Теория теплопереноса в твердых телах и экспериментальные данные о теплопроводности рассмотрены в [17—20]. Введение в теорию теплопроводности твердых тел и жидкостей под давлением, методы измерений, экспериментальные данные обсуждаются в [21]. Большое количество данных о теплопроводности твердых тел приведено в справочниках [7, 22—25].
22*
339 Таблица 15.1, Теплопроводности простейших химических веществ, Вт/(м-К) [4]
Азот газообразный [6] Алюминий, P0=O,594-10-е Ом-см Аргон газообразный [6] Барий, P0 = 0,25 • 10"8 Ом ¦ см Бериллий поликристаллический,
Po = 13,5-10~9 Ом-см Бор поликристаллический Бром жидкий
Ванадий, р0 = 1,72- 10~в Ом-см Висмут:
поликристаллический Il тригональной оси X тригональной оси Водород газообразный [6] Дейтерий газообразный [6] Вольфрам, P0= 1,7-10-9 Ом-см Гадолиний:
