Przewodność cieplna (właściwa), przewodnictwo cieplne (właściwe), współczynnik przewodzenia ciepła, współczynnik przewodności cieplnej, współczynnik przewodnictwa cieplnego (symbol: lub k) – właściwość fizyczna ciała opisująca zdolność substancji do przekazywania energii wewnętrznej przez przewodzenie ciepła. W tych samych warunkach więcej ciepła przepłynie przez substancję o większej przewodności cieplnej.

Definicja współczynnik przewodności cieplnej Dla ustalonego przepływu ciepła przez ciało w kształcie prostopadłościanu, które nie gromadzi ani nie wydziela ciepła, przewodzącego ciepło między przeciwległymi ściankami, ilość przekazanej energii cieplnej jest proporcjonalna do powierzchni przekroju poprzecznego przegrody różnicy temperatur w kierunku przewodzenia ciepła, czasu przepływu ciepła oraz jest odwrotnie proporcjonalna do grubości przegrody czyli

gdzie: – współczynnik przewodności cieplnej.

Z powyższego wynika wzór:

Jednostką współczynnika przewodzenia ciepła w układzie SI jest

Współczynnik ten zależy od substancji, w której ciepło przepływa.

Wyżej wymienione wzory są prawdziwe dla wymiany ciepła odbywającej się tylko przez jednorodną przegrodę cieplną oraz w warunkach takich, że nie występuje ani promieniowanie cieplne, ani konwekcja (te ostatnie dwa zjawiska nie są proporcjonalne do różnicy temperatur, ale zależą od innych fizycznych parametrów ciał).

W technice, szczególnie w budownictwie, model ten przyjmuje się dla przegród cieplnych w budowlach, w których oprócz przewodnictwa zachodzi na ich granicy konwekcja i promieniowanie.

Strumień ciepła Strumień ciepła, czyli iloraz ilości ciepła do czasu trwania jego przepływu, określony dla powyższych warunków, wyrażony jest przez równania różniczkowe:

gdzie: – gradient temperatury, czyli wektor, wskazujący na kierunek najszybszego spadku temperatury w danym punkcie:

W ośrodkach anizotropowych przewodzenie ciepła zależy od kierunku jego przepływu i może mieć inny kierunek niż gradient temperatury. Zależności takie dla stanu ustalonego można wyrazić przyjmując, że współczynnik przewodzenia ciepła jest tensorem drugiego rzęduEncyklopedia fizyki, praca zbiorowa, PWN, 1973, t. 3, s. 53..

Właściwości Współczynnik przewodzenia ciepła nie jest wielkością stałą, zależy od takich czynników jak m.in.: struktura ciała, ciśnienie, temperatura, gęstość, czy też wilgotność. Przy czym przy przeprowadzaniu obliczeń z zakresu wymiany ciepła najistotniejsza jest znajomość zależności współczynnika od temperatury.

W ciałach stałych przewodzenie ciepła zachodzi poprzez ruch swobodnych elektronów (głównie dla metali) oraz drgania atomów w sieci krystalicznej (dla dielektryków). Największymi wartościami współczynnika przewodzenia ciepła charakteryzują się metale, które są najlepszymi przewodnikami elektryczności. Dla dielektryków wartość waha się w granicach od 0,02 do 3,0 W/(m·K). Dlatego też materiały te stosowane są jako izolacje cieplne.

Stosunkowe niskie wartości współczynnika posiadają gazy oraz ciecze, gdzie mechanizm przewodzenia ciepła opiera się na zderzeniach cząstek oraz dyfuzji. Z tego względu materiały stosowane do izolacji często posiadają pory wypełnione powietrzem lub innym gazem.

Przeprowadzając obliczenia inżynierskie, przyjmuje się uśrednione wartości współczynnika przewodzenia ciepła podawane w tablicach.

+ Przykładowe wartości Materiał Przewodność cieplnaW/(m·K) grafen 4840–5300 diament 900–2320 srebro 429 miedź 370–400 złoto 317 stopy aluminium 200 mosiądz 110Tablice fizyczno-astronomiczne Adamantan. nikiel 90,7 stal 58 żelbet 1,7gleba1,5 cegła 0,8 woda 0,6 gips 0,51 drewno 0,2śnieg (suchy)0,05–0,25słoma0,05–0,08perlit ekspandowany0,040–0,047 wełna szklana 0,030–0,042 wełna mineralna 0,035–0,045 celuloza 0,039 styropian 0,036 polistyren ekstrudowany 0,035 pianka poliuretanowa bez osłony 0,035 pianka poliuretanowa w szczelnej osłonie 0,025 powietrze (nieruchome) 0,025 aerożel 0,017

Uwaga: Podane współczynniki przewodności cieplnej obowiązują dla temperatury 20 °C i wilgotności względnej 50%.

Zobacz też opór cieplny równanie przewodnictwa cieplnego współczynnik przenikania ciepła współczynnik wyrównania temperatur

Przypisy

Kategoria:Wielkości termodynamiczne Kategoria:Fizyka budowli