Tepelná difuzivita

Nízká tepelná vodivost půdy vysvětluje tepelnou setrvačnost a jeskynní obydlí . Klíčové údaje

SI jednotky	m 2 / s
Dimenze	2 · T -1
Příroda	Velikost skalární intenzivní
Obvyklý symbol	$κ$ nebo $α$
Odkaz na jiné velikosti	$\ frac {\ částečné} {\ částečné t}$ $T$ = . $\ kappa$ $\ nabla ^ 2$ $T$

Teplotní vodivosti je fyzikální veličina , která charakterizuje schopnost materiálu pro přenos tepla ( tepelné energie ) tohoto materiálu. Závisí to na schopnosti materiálu vést teplo ( tepelná vodivost ) a na jeho schopnosti akumulovat teplo ( objemová tepelná kapacita ).

Definice

Tepelná difuzivita, vyjádřená v m 2 / s v mezinárodním systému , je často označována řeckými písmeny $κ$ nebo $α$ :

{\ displaystyle \ kappa = {\ frac {\ lambda} {\ rho \, c_ {P}}}}

nebo:

\ lambda

je tepelná vodivost materiálu (ve W m − 1 K − 1 v mezinárodním systému ),

\ rho

jeho hustota ( kg / m 3 ),

c_ {P}

jeho měrná tepelná kapacita při konstantním tlaku ( J kg −1 K −1 ).

Tepelná difuzivita je intenzivní množství . Charakterizuje účinnost přenosu tepla ze strany vedení .

Tepelnou difuzivitu lze měřit pomocí techniky Laser Flash.

Hloubka průniku teplotního signálu

Tepelná difuzivita umožňuje charakterizovat hloubku průniku (někdy hloubku tepelné vrstvy ) sinusového periodického teplotního signálu uloženého na povrchu polo nekonečného spojitého (nebo masivního) média.

Toto je hloubka, ve které je amplituda signálu tlumena faktorem $e$ ( Eulerova konstanta ):

{\ displaystyle \ delta (\ omega) = {\ sqrt {\ frac {2 \ kappa} {\ omega}}}}

nebo:

δ

je hloubka průniku (vyjádřená v metrech v mezinárodním systému ),

ω

pulsace periodického signálu teploty ( rad / s ).

Sínusový teplotní signál v hloubce polo nekonečné hmoty je v této tloušťce s charakteristickou délkou exponenciálně tlumen koeficientem a zpožděn s fázovým posunem radiánů. $z$ ${\ frac {-z} {\ delta (\ omega)}}$ ${\ mathrm {exp}} \ vlevo ({\ frac {-z} {\ delta (\ omega)}} \ vpravo)$ ${\ displaystyle {\ frac {z} {\ delta (\ omega)}}}$

Po dvojnásobné až trojnásobku této charakteristické délky průniku difúze téměř nic nepronikne sinusovými teplotními oscilacemi.

Tato penetrační délka pro typický materiál s difuzivitou 1 mm 2 s −1 ( např. Jíl nebo zemina) pro určité období je buď 17 cm na jeden den, nebo 3,2 m na jeden rok. V důsledku toho se za 10 m hloubky roční oscilace teploty neodráží. V půdě plné humusu velmi bohatého na rostliny, jako je sláma (stěna torchi), to může být třikrát méně. ${\ displaystyle T _ {\ text {p}}}$ ${\ displaystyle {\ sqrt {T _ {\ text {p}}}} \ krát 0,564 \, {\ text {mm}}}$

Hodnoty difuzivity některých materiálů

Typické hodnoty, které jsou v budově velmi proměnlivé, v závislosti na podmínkách přípravy a složení materiálů, jako je beton, cihla, dřevo, zemina nebo hlína, ale zůstávají zhruba na úrovni 10 - 6 m 2 / s (mezi 0,1 a 1,5 × 10 −6 m 2 / s ), kromě kovů (velmi závislých na jejich čistotě) a obvyklých velmi lehkých izolátorů s mnohem větší difuzivitou, s praktickými důsledky.

Tabulky přeložené ze stránky Wikipedie v němčině, viz také v angličtině:

Tepelná difuzivita kovů při 20 ° C

	Hustota (10 3 kg / m 3 )	Tepelná kapacita Hmotnost ( kJ kg -1 K -1 )	Tepelná vodivost ( W m -1 K 1 )	Tepelná difuzivita (10 −6 m 2 / s )
Hliník	2.7	0,888	237	98,8
Vést	11,34	0,129	35	23.9
Bronz	8.8	0,377	62	18.7
Chrom	6,92	0,44	91	29.9
Cr-Ni-ocel (X12CrNi18 8)	7.8	0,5	15	3.8
Žehlička	7,86	0,452	81	22.8
Zlato	19,26	0,129	316	127.2
Tání	7.8	0,54	42… 50	10… 12
Ocel (<0,4% C )	7,85	0,465	45… 55	12… 15
Měď	8,93	0,382	399	117
Hořčík	1,74	1,02	156	87,9
Mangan	7.42	0,473	21	6
Molybden	10.2	0,251	138	53,9
Sodík	0,97	1.22	133	112
Nikl	8,85	0,448	91	23
Platina	21,37	0,133	71	25
stříbrný	10.5	0,235	427	173
Titan	4.5	0,522	22	9.4
Wolfram	19	0,134	173	67,9
Zinek	7.1	0,387	121	44
Cín , bílý	7.29	0,225	67	40.8
Křemík	2.33	0,700	148	87

Tepelná difuzivita nekovů při 20 ° C

	Hustota ( ρ ) (10 3 kg / m 3 )	Specifické teplo ( ) (kJ / (kg⋅K)) $c_p$	Tepelná vodivost ( λ ) (W / (m⋅K))	Tepelná difuzivita ( a ) (10 −6 m 2 / s)
Polymethylmethakrylát (plexisklo)	1.18	1.44	0,184	0,108
Asfalt	2.12	0,92	0,70	0,36
Beton	2.4	0,88	1.1	0,54
Led ( 0 ° C )	0,917	2.04	2.25	1203
Humus (hrubý)	2.04	1,84	0,52	0,14
Písčitá půda (suchá)	1,65	0,80	0,27	0,20
Písčitá půda (mokrá)	1,75	1,00	0,58	0,33
Jíl	1.45	0,88	1.28	1,00
Okenní sklo	2.48	0,70	0,87	0,50
Zrcadlové sklo	2,70	0,80	0,76	0,35
Křemenné sklo	2.21	0,73	1,40	0,87
Skleněná vlna	0,12	0,66	0,046	0,58
Sádra	2.2 až 2.4	1,09	0,51	0,203
Žula	2.75	0,89	2.9	1.18
Grafit	2.25	0,709	119… 165	74… 103
Korek (materiál)	0,19	1,88	0,041	0,115
Mramor	2.6	0,80	2.8	1,35
Minomet	1.9	0,80	0,93	0,61
Papír	0,7	1.20	0,12	0,14
Polyethylen	0,92	2.30	0,35	0,17
Polytetrafluorethylen	2.20	1,04	0,23	0,10
Polyvinyl chlorid	1,38	0,96	0,15	0,11
Porcelán ( 95 ° C )	2.40	1,08	1,03	0,40
Síra	1,96	0,71	0,269	0,193
Uhlí	1,35	1.26	0,26	0,15
Jedle (radiální)	0,415	2.72	0,14	0,12
Omítka	1.69	0,80	0,79	0,58
Cihlový	1.6 ... 1.8	0,84	0,38… 0,52	0,28… 0,34
Vzduch	0,0013	1.01	0,026	20

Poznámky a odkazy

„ Měření tepelné difuzivity metodou blesku “ , na techni-ingenieur.fr (přístup 30. května 2017 ) .
Norma ISO 13786: 2007 Tepelný výkon stavebních prvků - Dynamické tepelné charakteristiky - Výpočtové metody §3.1.2.7 , na iso.org .
Didaktická prezentace o výběru materiálů podle jejich difuzivity a efuzivity , na passivact.fr .

Dodatky

Související články

Externí odkaz

Tepelná setrvačnost v budovách - princip superpozice , didaktická prezentace tepelné setrvačnosti poskytované difuzivitou a efuzivitou, Jean Louis IZARD, École Nationale Supérieure d'Architecture de Marseille