Теплопередача воды. Теплопроводность воды

В разделе на вопрос что такое коэффициент теплопроводности (например воды) ?? (у воды чему равен?) заданный автором Европеоидный лучший ответ это Коэффициент теплопроводности - численная характеристика теплопроводности материала, равная количеству теплоты (в килокалориях) , проходящей через материал толщиной 1 м и площадью 1 кв. м за час при разности температур на двух противоположных поверхностях в 1 град. C. Наибольшую теплопроводность имеют металлы, наименьшую - газы.
А вот про воду.. .
"Коэффициент теплопроводности большинства жидкостей с повышением температуры убывает. Вода в этом отношении является исключением. С увеличением температуры от 0 до 127°С коэффициент теплопроводности воды увеличивается, а при дальнейшем возрастании температуры - уменьшается (рис. 3.2). При 0°С коэффициент теплопроводности воды равен 0,569 Вт/(м·°С). С увеличением минерализации воды коэффициент ее теплопроводности уменьшается, но очень незначительно"... См.
Источник: Cловарь по естественным наукам. Глоссарий. ру

Ответ от Александр Тюкин [гуру]
То, что сказал Фесс ХХ - это не коэффициент теплопроводности, а объемная теплоемкость.
Коэффициент теплопроводности какого-либо вещества - это величина, которая показывает, какое количество теплоты требуется приложить к одному концу бесконечно тонкой проволоки из этого вещества, чтобы точка этой проволоки на расстоянии 1 м от этого конца за одну секунду увеличилась на 1 градус (при условии нулевой теплоотдачи в пространство). Майк все грамотно написал.

Ответ от Майк [гуру]
Теплопрово́дность - это способность вещества переносить тепловую энергию, а также количественная оценка этой способности (также называется коэффициентом теплопроводности).
Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передается из более нагретых областей тела к менее нагретым областям
Вещество Коэффициент теплопроводности
Вт/(м*град)
Алюминий 209,3
Железо 74,4
Золото 312,8
Латунь 85,5
Медь 389,6
Ртуть 29,1
Серебро 418,7
Сталь 45,4
Чугун 62,8
воды, 2,1

Под теплопроводностью понимается способность различных тел проводить теплоту во все стороны от точки приложения нагретого предмета. Теплопроводность возрастает по мере увеличения плотности вещества, потому что тепловые колебания легче передаются в более плотном веществе, где отдельные частицы расположены ближе одна к другой. Этому закону подчиняются и жидкости.

Теплопроводность определяется количеством калорий, проходящих в 1 сек. через площадь в 1 см2 при падении температуры на 1° на протяжении 1 см пути. По теплопроводности вода занимает место между стеклом и эбонитом и почти в 28 раз превосходит воздух.

Теплоемкость воды . Под удельной теплоемкостью понимается то количество теплоты, которое может нагреть 1 г массы вещества на 1 °. Это количество теплоты измеряется калориями. За единицу теплоты принимается грамм-калория. Вода воспринимает при 14-15° большее количество теплоты, чем другие вещества; например, количество тепла, потребное для нагрева 1 кг воды на 1°, может нагреть на 1° 8 кг железа или 33 кг ртути.

Механическое действие воды

Наиболее сильным механическим действием отличается душ, наиболее слабым - полные ванны. Сравним механическое влияние, например, душа Шарко и полных ванн.
Дополнительное давление воды на кожу в ванне, где столб воды не превышает 0,5 м, составляет около 0,005, или 1,20 атмосферного давления, а сила удара водяной струи в душе Шарко, направленной на тело с расстояния 15-20 м, равняется 1,5- 2 атмосферам.

Независимо от температуры применяемой воды, под влиянием душа наступает энергичное, расширение кожных сосудой немедленно после падения на тело водяной струи. Одновременно проявляется возбуждающее действие душа.

Для исследования механического действия морских и речных: купаний применима формула F=mv2/2, где сила F равняется половине произведения массы т на квадрат скорости v2. Механическое действие морской и речной волн зависит не столько от массы воды, надвигающейся на тело, сколько от скорости, с которой совершается это движение.

Вода как химический растворитель . Вода обладает способностью растворять различные минеральные соли, жидкости и газы, от этою усиливается раздражающее действие воды. Большое значение придается ионному обмену, происходящему между водой и телом человека, погруженным в минерализованную ванну.

При нормальном давлении (т. е. при нулевой температуре) один объем воды поглощает 1,7 объема углекислоты; при повышении давления растворимость углекислоты в воде значительно повышается; при двух атмосферах давления при температуре в 10° растворяются три объема углекислоты вместо 1,2 объема при нормальном давлении.

Теплопроводность углекислоты в два раза меньше теплопроводности воздуха и в тридцать раз меньше теплопроводности воды. Этим свойством воды пользуются для устройства различных газовых ванн, заменяющих иногда минеральные источники.

Cтраница 1

Теплопроводность воды примерно в 5 раз выше теплопроводности масла. Она увеличивается с увеличением давления, но при давлениях, имеющих место в гидродинамических передачах, ее можно принять постоянной.  

Теплопроводность воды приблизительно в 28 раз превышает теплопроводность воздуха. В соответствии с этим увеличивается скорость теплопотери при погружении тела в воду или соприкосновении с ней, а это в значительной мере определяет теплоощущение человека на воздухе и в воде. Так, например, при - (- 33 воздух кажется нам теплым, а такая же температура воды - безразличной. Температура воздуха 23 кажется нам безразличной, а вода такой же температуры - прохладной. При - (- 12 воздух кажется прохладным, а вода - холодной.  

Теплопроводность воды и водяного пара г несомненно, изучена лучше всех других веществ.  

Теплопроводность воды имеет положительный температурный ход, поэтому при малых концентрациях теплопроводность водных растворов многих солей, кислот и щелочей с повышением температуры растет.  

Теплопроводность воды значительно больше, чем у других жидкостей (кроме металлов) и изменяется тоже аномально: до 150 С возрастая и лишь затем начиная уменьшаться. Электропроводность воды очень мала, но заметно возрастает при повышении и температуры, и давления. Критическая температура воды равна 374 С, критическое давление 218 атм.  

Теплопроводность воды значительно больше, чем у других жидкостей (кроме металлов), и изменяется тоже аномально: до 150 С возрастает и лишь затем начинает уменьшаться. Электропроводность воды очень мала, но заметно возрастает при повышении и температуры, и давления. Критическая температура воды равна 374 С, критическое давление 218 атм.  

Теплопроводность воды имеет положительный температурный ход, поэтому при малых концентрациях теплопровод-кость водных растворов многих солей, кислот и щелочей с повышением температуры растет.  

Теплопроводность воды, водных растворов солей, спиртоводных растворов и некоторых других жидкостей (например, гликолей) возрастает с повышением температуры.  

Теплопроводность воды очень незначительна по сравнению с теплопроводностью других веществ; так, теплопроводность пробки - 0 1; асбеста - 0 3 - 0 6; бетона - 2 - 3; дерева - 0 3 - 1 0; кирпича-1 5 - 2 0; льда - 5 5 кал / см сек град.  

Теплопроводность воды X при 24 равна 0 511, теплоемкость ее с 1 ккал кг С.  

Теплопроводность воды прн 25 равна 1 43 - 10 - 3 кал / см-сек.  

Поскольку теплопроводность воды (Я 0 5 ккал / м - ч - град) примерно в 25 раз больше, чем у неподвижного воздуха, вытеснение воздуха водой повышает теплопроводность пористого материала. При быстром замораживании и образовании в порах строительных материалов уже не льда, а снега (Я 0 3 - 0 4), как показали наши наблюдения, теплопроводность материала, наоборот, несколько уменьшается. Правильный учет влажности материалов имеет большое значение для теплотехнических расчетов сооружений как надземных, так и подземных, например водоканализационных.  

В сторону снижения начинают обнаруживаться при толщине водной прослойки между сферической (с радиусом кривизны около 1 м) и плоской 

В результате теплообмена между паром и жидкостью только верхний слой жидкости примет температуру насыщения , соответствующую среднему давлению слива . Температура основной массы жидкости останется ниже температуры насыщения. Нагревание жидкости протекает медленно вследствие низкого значения коэффициента температуропроводности жидкого пропана или бутана. Например, жидкого пропана на линии насыщения при температуре ts -- 20° С а = 0,00025 м-/ч, тогда как для воды, являющейся одним из наиболее инертных в тепловом отношении веществ , значение коэффициента температуропроводности при той же температуре будет а = 0,00052 м /ч. 

Теплопроводность и температуропроводность древесины зависят от ее плотности, так как в отличие от теплоемкости на эти свойства влияет наличие распределенных по объему древесины полостей клеток, заполненных воздухом . Коэффициент теплопроводности абсолютно сухой древесины возрастает с увеличением плотности, а коэффициент температуропроводности падает. При заполнении полостей клеток водой теплопроводность древесины растет, а температуропроводность снижается. Теплопроводность древесины вдоль волокон больше, чем поперек. 

ЧТО зависит от резко различающихся значений этих коэффициентов для веществ углей, воздуха и воды. Так, удельная теплоемкость воды в три раза, а коэффициент теплопроводности в 25 раз больше, чем воздуха, поэтому коэффициенты тепло - и температуропроводности возрастают с увеличением влаги в углях (рис. 13). 

Прибор, изображенный на рис. 16 слева, служит для измерения тепло - и температуропроводности сыпучих материалов. В этом случае испытуемый материал помещается в пространство, образованное внутренней поверхностью цилиндра 6 и цилиндрическим нагревателем 9, размещенным по оси прибора. Для уменьшения осевых потоков измерительный блок снабжен крышками 7, 8 из теплоизоляционного материала . В рубашке, образованной внутренним и наружным цилиндрами, циркулирует вода постоянной температуры. Как и в предыдущем случае, разность температур измеряется дифференциальной термопарой , один спай которой 1 укреплен вблизи цилиндрического нагревателя, а другой 2 - на внутренней поверхности цилиндра с испытуемым материалом. 

К аналогичной формуле придем, если рассмотрим время, необходимое для испарения отдельной капли жидкости. Температуропроводность Хв жидкостей типа воды обычно мала. В связи с этим прогревание капли происходит относительно медленно за время пр о/Хв- Это позволяет считать, что испарение жидкости происходит только с поверхности капли без значительного прогрева 

На мелководьях прогрев воды осуществляется не только сверху за счет процессов теплообмена с атмосферой, но также и снизу, со стороны дна, которое из-за малой температуропроводности и сравнительно малой теплоемкости быстро прогревается. В ночные часы дно передает накопленное за день тепло слою воды, расположенному над ним, и возникает своеобразный парниковый эффект. 

В этих выражениях Яд и Н (в кал моль) - теплоты абсорбции и реакции (положительная при экзотермичности реакции), а остальные обозначения указаны выше. Коэффициент температуропроводности для воды составляет около 1,5 10" см 1сек. Функции и 

Значительно менее изучены теплопроводность и температуропроводность буровых растворов . В тепловых расчетах коэффициент теплопроводности их, по В. Н. Дахнову и Д. И. Дьяконову, а также Б. И. Есьману и др. , принимают тот же, что и воды - 0,5 ккал/м-ч-град . По справочным данным, коэффициент теплопроводности буровых растворов равен 1,29 ккал/м-ч-град. С. М. Кулиев и др. предложили для расчета коэффициента теплопроводности уравнение 

Для приблизительных расчетов процессов испарения воды в воздух и конденсации воды из влажного воздуха можно применять соотношение Льюиса , так как отношение коэффициента температуропроводности к коэффициенту диффузии при 20°С равно 0,835, что не сильно отличается от единицы. В разделе Г5-2 процессы, происходяшие во влажном воздухе , изучались при помощи графика зависимости удельного влагосодержания от энтальпии. Поэтому полезно было бы преобразовать уравнение (16-36) таким образом , чтобы в его правой части вместо парциальных 

B уравнениях (VII.3) и (VII.4) и краевых условиях (VII.5) приняты следующие обозначения Ti и Т - соответственно температуры отвердевшего и неотвердевшего слоев - температура среды Т р - криоскопическая температура а и U2 - соответственно температуропроводности этих слоев а = kil ifi), mV А.1 - коэффициент теплопроводности для замороженного мяса, Вт/(м- К) А.2 - то же для охлажденного мяса , Вт/(м- К) q и сг - удельные теплоемкости замороженного и охлажденного мяса , Дж/(кг-К) Pi ир2 - плотность замороженного и охлажденного мяса р1 =pj = 1020 кг/м - толщина замороженного слоя, отсчитываемая от

Коэффициент теплопроводности является физическим параметром вещества и в общем случае зависит от температуры, давления и рода вещества. В большинстве случаев коэффициент теплопроводности для различных материалов определяется экспериментально с помощью различных методов. Большинство из них основано на измерении теплового потока и градиента температур в исследуемом веществе. Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м×К), при этом определяется из соотношения: из которого следует, что коэффициент теплопроводности численно равен количеству теплоты, которое проходит в единицу времени через единицу изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице. Примерные значения коэффициента теплопроводности различных веществ показаны нарис. 1.4Так как тела могут иметь различную температуру, а при наличии теплообмена и в самом теле температура будет распределена неравномерно, т.е. в первую очередь важно знать зависимость коэффициента теплопроводности от температуры. Опыты показывают, что для многих материалов с достаточной для практики точностью зависимость коэффициента теплопроводности от температуры можно принять линейной: где λ 0 - значение коэффициента теплопроводности при температуре t 0 ; b - постоянная, определяемая опытным путём.

Коэффициент теплопроводности газов. Согласно кинетической теории перенос теплоты теплопроводностью в газах при обычных давлениях и температурах определяется переносом кинетической энергии молекулярного движения в результате хаотического движения и столкновения отдельных молекул газа. При этом коэффициент теплопроводности определяется соотношением: где- средняя скорость перемещения молекул газа;- средняя длина свободного пробега молекул газа между соударениями;- теплоёмкость газа при постоянном объёме;- плотность газа. С увеличением давления в равной мере увеличивается плотность, уменьшается длина пробегаи произведениесохраняется постоянным. Поэтому коэффициент теплопроводности заметно не меняется с изменением давления. Исключение составляют очень малые (меньше 2,66×10 3 Па) и очень большие (2×10 9 Па) давления. Средняя скорость перемещения молекул газа зависит от температуры: где R μ - универсальная газовая постоянная, равная 8314,2 Дж/(кмоль×К); μ - молекулярная масса газа; Т - температура, К. Теплоемкость газов возрастает с повышением температуры. Этим объяс­няется тот факт, что коэффициент теплопроводности для газов с повышением температуры возрастает. Коэффициент теплопроводности λ газов лежит в пределах от 0,006 до 0,6 Вт/(м×К). На рис. 1.5 представлены результаты измерений коэффициента тепло­проводности различных газов, проведенных Н. Б. Варгафтиком. Среди газов резко выделяются своим коэффициентом теплопроводности гелий и водород. Коэффициент теплопроводности у них в 5-10раз больше, чем у других газов. Это наглядно видно на рис. 1.6. Молекулы гелия и водорода обладают малой массой, а следовательно, имеют большую среднюю скорость перемещения, чем и объясняется их высокий коэффициент теплопроводности. Коэффициенты теплопроводности водяного пара и других реальных газов, существенно отличающихся от идеальных, сильно зависят также от давления. Для газовых смесей коэффициент теплопроводности не может быть определён по закону аддитивности, его нужно определять опытным путём.

Рис.1.5 Коэффициенты теплопроводности газов.

1-водяной пар; 2-двуокись углерода; 3-воздух; 4-аргон; 5-кислород; 6-азот.

Рис. 1.6 Коэффициенты теплопроводности гелия и водорода.

Коэффициент теплопроводности жидкостей. Механизм распространения теплоты в капельных жидкостях можно представить как перенос энергии путем нестройных упругих колебаний. Такое теоретическое представление о механизме передачи теплоты в жидкостях, выдвинутое А. С. Предводителевым, было использовано Н. Б. Варгафтиком для описания опытных данных по теплопроводности различных жидкостей. Для большинства жидкостей теория нашла хорошее подтверждение. На основании этой теории была получена формула для коэффициента теплопроводности следующего вида: где- теплоёмкость жидкости при постоянном давлении;- плотность жидкости; μ - молекулярная масса. Коэффициент А, пропорциональный скорости распространения упругих волн в жидкости, не зависит от природы жидкости, но зависит от температуры, при этом Ас р ≈const. Так как плотность ρ жидкости с повышением температуры убывает, то из уравнения (1.21) следует, что для жидкостей с постоянной молекулярной массой (неассоциированные и слабо ассоциированные жидкости) с повышением температуры коэффициент теплопроводности должен уменьшаться. Для жидкостей, сильно ассоциированных (вода, спирты и т. д.) в формулу (1.21) нужно ввести коэффициент ассоциации, учитывающий изменение молекулярной массы. Коэффициент ассоциации зависит также от температуры, и поэтому при различных температурах он может влиять на коэффициент теплопроводности по-разному. Опыты подтверждают, что для большинства жидкостей с повышением температуры коэффициент теплопроводности λ убывает, исключение составляют вода и глицерин (рис. 1.7). Коэффициент теплопроводности капельных жидкостей лежит примерно в пределах от 0,07 до 0,7Вт/(м×К). При повышении давления коэффициенты теплопроводности жидкостей возрастают.

Рис. 1.7 Коэффициенты теплопроводности различных жидкостей.

1-вазелиновое масло; 2-бензол; 3-ацетон; 4-касторовое масло; 5-спирт этиловый; 6-спирт метиловый; 7-глицерин; 8-вода.

Коэффициент теплопроводности твердых тел. В металлах основным передатчиком теплоты являются свободные электроны, которые можно уподобить идеальному одноатомному газу. Передача теплоты при помощи колебательных движений атомов или в виде упругих звуковых волн не исключается, но ее доля незначительна по сравнению с переносом энергии электронным газом. Вследствие движения свободных электронов происходит выравнивание температуры во всех точках нагревающегося или охлаждающегося металла. Свободные электроны движутся как из областей, более нагретых, в области, менее нагретые, так и в обратном направлении. В первом случае они отдают энергию атомам, во втором отбирают ее. Так как в металлах носителем тепловой энергии являются электроны, то коэффициенты тепло- и электропроводности пропорциональны друг другу. При повышении температуры вследствие усиления тепловых неоднородностей рассеивание электронов увеличивается. Это влечет за собой уменьшение коэффициентов тепло- и электропроводности чистых металлов (рис. 1.8). При наличии разного рода примесей коэффициент теплопроводности металлов резко убывает. Последнее можно объяснить увеличением структурных неоднородностей, которое приводит к рассеиванию электронов. Так, например, для чистой меди λ= 396Вт/(м×К), для той же меди со следами мышьяка λ= 142Bт/(м×K). В отличие от чистых металлов коэффициенты теплопроводности сплавов при повышении температуры увеличиваются (рис. 1.9). В диэлектриках с повышением температуры коэффициент теплопроводности обычно увеличивается (рис. 1.10). Как правило, для материалов с большей плотностью коэффициент теплопроводности имеет более высокое значение. Он зависит от структуры материала, его пористости и влажности.

Рис. 1.8 Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры для некоторых чистых металлов.

Многие строительные и теплоизоляционные материалы имеют пористое строение (кирпич, бетон, асбест, шлак и др.), и применение закона Фурье к таким телам является в известной мере условным. Наличие пор в материале не позволяет рассматривать такие тела как сплошную среду. Условным является также коэффициент теплопроводности пористого материала. Эта величина имеет смысл коэффициента теплопроводности некоторого однородного тела, через которое при одинаковых форме, размерах и температурах на границах проходит то же количество теплоты, что и через данное пористое тело. Коэффициент теплопроводности порошкообразных и пористых тел сильно зависит от их плотности. Например, при возрастании плотности ρ от 400 до 800 кг/м 3 коэффициент теплопроводности асбеста увеличивается от 0,105 до 0,248 Вт/(м×К). Такое влияние плотности ρ на коэффициент теплопроводности объясняется тем, что теплопроводность заполняющего поры воздуха значительно меньше, чем твердых компонентов пористого материала. Эффективный коэффициент теплопроводности пористых материалов сильно зависит также от влажности. Для влажного материала коэффициент теплопроводности значительно больше, чем для сухого и воды в отдельности. Например, для сухого кирпича λ= 0,35, для воды λ = 0,60, а для влажного кирпича λ≈1,0 Вт/(м×К). Этот эффект может быть объяснен конвективным переносом теплоты, возникающим благодаря капиллярному движению воды внутри пористого материала, и частично тем, что абсорбционно связанная влага имеет другие характеристики по сравнению со свободной водой. Увеличение коэффициента теплопроводности зернистых материалов с изменением температуры можно объяснить тем, что с повышением температуры возрастает теплопроводность среды, заполняющей промежутки между зернами, а также увеличивается теплопередача излучением зернистого массива. Коэффициенты теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов имеют значения, лежащие примерно в пределах от 0,023 до 2,9Bт/(м×K). Материалы с низким значением коэффициента теплопроводности [меньше 0,25Вт/(м×К)], обычно применяемые для тепловой изоляции, называются теплоизоляционными.