Элементарные процессы распространения теплоты (теплопроводность, конвекция и тепловое излучение) в технологических процессах и окружающей среде, достаточно часто происходят совместно.
Важнейшими характеристиками материалов является теплоёмкость, теплопроводность и температуропроводность в связи с тем, что данные характеристики входят в качестве коэффициентов во все уравнения аналитической теории теплопроводности. Только при том условии, когда известны конкретные значения данных характеристик, возможно проводить количественные расчёты тепловых и температурных полей реальных тел.
При помощи температуры, давления и особенности термодинамического процесса, возможно, определить зависимость теплофизических свойств тел. Однако опыт даёт ясно понять, что характеристики твердых материалов могут считаться в первом приближении однопараметрическими функциями температуры. На данный момент физика не располагает универсальными теоретическими моделями, которые позволяли бы рассчитывать теплофизические свойства реальных веществ и материалов. Основным источником информации о них являются специально организуемые теплофизические эксперименты.
Теплоемкость. Теплоемкостью системы называют физическую величину, определяемую через отношение поглощаемого системой элементарного количества теплоты к соответствующему приращению ее температуры [1].
В каждом конкретном термодинамическом процессе теплоемкость оказывается теплофизической характеристикой вещества, однозначно зависящей от температуры и давления. Чаще всего представляют интерес изохорная и изобарная удельные теплоемкости, которые совпадают соответственно с частными производными от удельной внутренней энергии и удельной энтальпии по температуре.
Опытные исследования показывают, что у твердых и жидких (вдали от критического состояния) веществ теплоемкость весьма слабо зависит от давления и в первом в приближении может считаться однозначной функцией температуры.
Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что у материалов с одинаковой молекулярной структурой объемные теплоемкости вне зон фазовых переходов оказываются близкими (в полном соответствии с предсказаниями молекулярной физики). Вблизи фазовых переходов обнаруживается аномальное увеличение теплоемкости [1 − 3].
Чаще всего необходимость отхода от классической схемы возникает при создании динамических методов комплексного (одновременного) экспериментального определения теплоемкости и теплопроводности исследуемого вещества.
Разнообразие существующих методов измерения теплоемкости обусловлено различиями в способах возбуждения и регистрации вводимой в образец теплоты, использованием различных способов регистрации температуры образца, а также различием вариантов тепловой защиты (адиабатизации) поверхности образца от нежелательных потерь теплоты в окружающую среду.
Теплопроводность ─ представляет собой процесс распространения тепловой энергии при непосредственном соприкосновении отдельных частиц тела, имеющих различные температуры. Теплопроводность определяется количеством тепла, проходящим за 1 час через материал толщиной в один метр и площадью поверхностей в один квадратный метр при разности температур на противоположных поверхностях в один градус.
Большей теплопроводностью обладают материалы с меньшей плотностью. В крупных порах материала наблюдается движение воздуха, сопровождающееся переносом тепла, поэтому большей теплопроводностью обладают крупнопористые материалы или материалы с сообщающимися порами. Влажные материалы имеют большую теплопроводность по сравнению с сухими, это объясняется теплопроводностью воды, которая в 25 раз выше, чем у воздуха.
Таким образом, изучение теплофизических свойств различных материалов на данный момент является актуальным.
Список литературы
- Лыков, А.В. Теория теплопроводности / А.В. Лыков. ─ М.: Высш. шк., 1967. ─ 599 с.
- Платунов, ЕС. Теплофизические измерения в монотонном режиме /. Е.С. Платунов. ─ Л.: Энергия. 1973. ─ 144c.
- Карслоу, Г. Теплопроводность твердых тел / Г. Карслоу, Д. Егер. ─ М.: Наука, 1964 - 487 c.