Московський державний будівельний університет
Кафедра Фізики
Курсова робота
з фізики на тему
Теплопровідність. Теплопровідність рідин і газів
Москва 2008
Зміст
Введення
1. Основний закон теплопровідності
2. Фізичний сенс коефіцієнта теплопровідності
3. Теплопровідність рідин і газів
4. Теплопровідність газів
5. Теплопровідність рідини
Висновок
Список використовуваних джерел
Введення
У вченні про теплообміні розглядаються процеси розповсюдження теплоти в твердих, рідких і газоподібних тілах. Ці процеси по своєї фізико-механічній природі досить різноманітні, відрізняються великою складністю і зазвичай розвиваються у вигляді цілого комплексу різнорідних явищ.
Перенесення теплоти може здійснюватися трьома способами: теплопровідністю, конвекцією і випромінюванням, або радіацією. Ці форми глибоко різні за своєю природою і характеризуються різними законами.
Процес перенесення теплоти теплопровідністю відбувається між безпосередньо дотичними тілами або частинками тіл з різною температурою. Вчення про теплопровідності однорідних і ізотропних тіл спирається на вельми міцний теоретичний фундамент. Воно засноване на простих кількісних законах і в своєму розпорядженні добре розробленим математичним апаратом. Теплопровідність представляє собою, відповідно до поглядів сучасної фізики, молекулярний процес передачі теплоти.
Відомо, що при нагріванні тіла кінетична енергія його молекул зростає. Частинки більш нагрітої частини тіла, стикаючись при своєму безладному русі з сусідніми частинками, повідомляють їм частину своєї кінетичної енергії. Цей процес поступово поширюється по всьому тілу. Перенесення теплоти теплопровідністю залежить від фізичних властивостей тіла, від його геометричних розмірах, а також від різниці температур між різними частинами тіла. При визначенні перенесення теплоти теплопровідністю в реальних тілах зустрічаються відомі труднощі, які на практиці до цих пір задовільно не вирішені. Ці труднощі полягають у тому, що теплові процеси розвиваються в неоднорідному середовищі, властивості якої залежать від температури і змінюються за обсягом.
1. Основний закон теплопровідності
Для поширення теплоти в будь-якому тілі або просторі необхідно наявність різниці температур в різних точках тіла. Ця умова відноситься і до передачі теплоти теплопровідністю, при якій градієнт температури в різних точках тіла не повинен бути рівний нулю.
Зв'язок між кількістю теплоти, що проходить за проміжок часу через елементарну площадку dS, розташовану на ізотермічної поверхні, і градієнтом температури встановлюється гіпотезою Фур'є, згідно з якою
. (2.1)
Мінус в правій частині показує, що в напрямку теплового потоку температура убуває і grad T є величиною негативною. Коефіцієнт пропорційності називається коефіцієнтом теплопровідності або більш коротко теплопровідністю. Справедливість гіпотези Фур'є підтверджено численними дослідними даними, тому ця гіпотеза в даний час носить назву основного рівняння теплопровідності або закону Фур'є. p> Відношення кількості теплоти, що проходить через задану поверхню, до часу називають тепловим потоком. Тепловий потік позначають q і виражають у ватах (Вт):
. (2.2)
Якщо відносне зміна температури Т на відстані середньої довжини вільного пробігу частинок l мало, то виконується основний закон теплопровідності (закон Фур'є): щільність теплового потоку q пропорційна градієнту температури grad T, тобто
(2.3) br/>
(де - коефіцієнт теплопровідності або просто теплопровідності) Відношення теплового потоку dq через малий елемент поверхні до площі dS цій поверхні називають поверхневою щільністю теплового потоку (або вектором щільності теплового потоку), позначають j і виражають у ватах на квадратний метр (Вт/м 2 ):
. (2.4)
Вектор щільності теплового потоку спрямований по нормалі до поверхні в бік убування температури. Вектори j і grad T лежать на одній прямій, але спрямовані в протилежні сторони.
Тепловий потік q, що пройшов крізь довільну поверхню S, знаходять з виразу
. (2.5)
Кількість теплоти, що пройшло через цю поверхню в протягом часу t, визначається інтегралом
. (2.6)
Таким чином, для визначення кількості теплоти, проходить через будь-яку довільну поверхню твердого тіла, необхідно знати температурне поле всередині розглянутого тіла. Знаходження температурного поля і складає основне завдання аналітичної теорії теплопровідності.
2. Фізичний зміст коефіцієнта теплопровідності <...
