Велика Радянська Енциклопедія

на відстані середньої

   
 

довжини вільного пробігу часток Т мало, то виконується основний закон Т. (закон Фур'є): щільність теплового потоку пропорційна l градієнту температури grad q T, тобто , (1) де l - коефіцієнт Т., або просто Т., не залежить від grad [l залежить від агрегатного стану речовини (див.

табл.

), його атомно-молекулярної будови, температури і тиску, складу (у разі суміші або розчину) і т. д.]. T Значення коефіцієнта теплопровідності l для деяких газів, рідин і твердих тіл при атмосферному тиску Речовина t,

? C

l,

вт / м ?

К) Гази ( Водень ............. Гелій ............

Кисень ...........

Азот .................

Повітря .............

Метали

Срібло ..............

Мідь ...... .........

Залізо ............

Олово ......... .....

Свинець ..............

Рідини?

Ртуть ..............

Вода ...............?

Ацетон .............?

Етиловий спирт .......

Бензол .............?

Мінерали і?

Матеріали

Хлорид натрію ........

Турмалін ...........?

Скло .............?

Дерево .............?

Азбест ..............

-3

20

16

 

0

0

0

20

4

 

0

0

0

0

0

 

0

22,5

18

18

18

 

 

0

0

0,1655 0,1411 0, 0239 0,0237 0,0226

429

403

 

86,5

 

68, 2

35,6

7,82

0,599

0,190

 

0,167

0,158

6,9

4,6

0, 4-1 0,16-0,25 0,12

 

 

Відхилення від закону Фур'є можуть з'явитися при дуже великих значеннях grad

(наприклад, в сильних

ударних хвилях

при T низьких температурах (для рідкого гелію Не II) і при високих температурах порядку десятків і сотень тисяч градусів, коли в газах перенесення енергії здійснюється не тільки в результаті міжатомних зіткнень, але в основному за рахунок випромінювання (промениста Т.). У розріджених газах, коли ), порівнянно з відстанню між стінками, що обмежують обсяг газу, молекули частіше стикаються із стінками, ніж між собою. При цьому порушується умова застосовності закону Фур'є і саме поняття локальної температури газу втрачає сенс. У цьому випадку розглядають не процес Т. в газі, а теплообмін між тілами, що перебувають в газовому середовищі. Процес перенесення теплоти-Т. - в суцільному середовищі описується теплопровідності рівнянням l Для L ідеального газу , що складається з твердих сферичних молекул діаметром .

d, згідно кінетичної теорії газів , справедливо наступне вираження для (за ): , ( 2) де r - щільність газу, теплоємність одиниці маси газу при постійному обсязі

V,

? - середня швидкість руху молекул. Оскільки cv - пропорційна 1 / р, а r ~ J - тиск газу), то Т. такого газу не залежить від тиску. Крім того, коефіцієнт Т. l і в'язкості m зв'язані співвідношенням: . У разі газу, що складається з багатоатомних молекул, істотний внесок у l дають внутрішні ступені свободи молекул, що враховує співвідношення: де g = р (р ср / c , ср

,

- теплоємність при постійному тиску. В реальних газах v коефіцієнт Т. - досить складна функція температури і тиску, причому із зростанням значення зростає. Для газових сумішей може бути як більше, так і менше коефіцієнта Т. компонентів суміші, тобто Т. - нелінійна функція складу. Т и р В щільних газах і рідинах середнє відстань між молекулами порівнянно з розмірами самих молекул, а кінетична енергія руху молекул того ж порядку, що і потенційна енергія міжмолекулярної взаємодії. У зв'язку з цим перенесення енергії зіткненнями відбувається значно інтенсивніше, ніж у розріджених газах, і швидкість передачі енергії молекул від гарячих ізотермічних шарів рідини до більш холодним близька до швидкості поширення малих збурень тиску, що дорівнює швидкості звуку, тобто l де l s?

- Швидкість звуку в рідині, , середня відстань між молекулами. Ця формула найкраще виконується для одноатомних рідин. Як правило, l рідин убуває із зростанням u і слабо зростає із зростанням р. ?- Т. твердих тіл має різну природу в Залежно від типу твердого тіла. В Т діелектриках , що не мають вільних електричних зарядів, перенесення енергії теплового руху здійснюється фононами - квазічастинками, квантами пружних коливань атомів кристала (див. Коливання кристалічної решітки Квазічастинки ). У твердих діелектриків де , - теплоємність діелектрика, що збігається з теплоємністю газу фононів, ? - Середня швидкість руху фононів, приблизно рівна швидкості звуку, ,? - середня довжина вільного пробігу фононів. Існування певного кінцевого значення с - наслідок розсіювання фононів на фононах, на дефектах кристалічної решітки (зокрема, на кордонах кристалітів і на кордоні зразка). Температурна залежність л. визначається залежністю від температури . При високих температурах ( >> Q l де Q с и l Дебая температура T ) головним механізмом, обмежуючим D, , служить фонон-фононне розсіювання, пов'язане з ангармонізмом коливань атомів кристала. фонон-фононний механізм теплоопору (1 / l - коефіцієнт теплоопору) можливий тільки завдяки процесам перекидання (див. D - Тверде тіло в результаті яких відбувається гальмування потоку фононів. Чим l вище, тим з більшою ймовірністю здійснюються процеси перекидання, а зменшується: при ),>> Q Т ~ 1 l / T T і, отже, l ~ 1 / D l, так як з в цих умовах слабо залежить від . Із зменшенням (за T << Q Т) довжина вільного пробігу, обумовлена ??фонон-фононною розсіюванням, різко зростає ( Т) і, як правило, обмежується розмірами зразка ( T Теплоємність при D < убуває R). ~ Т T завдяки чому l при зниженні температури проходить через максимум. Температура, при якій l має максимум, визначається з рівності D) " R. 3 металів визначається рухом і взаємодією носіїв струму - електронів провідності. У загальному випадку для металу коефіцієнт Т. дорівнює сумі решеточной фононній l (T реш та електронної

Т. складових: l реш , причому при звичайних температурах, як правило, lэ реш l = lэ + l. У процесі теплопровідності кожен електрон переносить за наявності градієнта температури енергію kT, lэ ? l завдяки чому ставлення електронної частини коефіцієнта Т. до електричної провідності в широкому інтервалі температур пропорційно температурі ( Відемана - Франца закон lэ,, (3) s де Больцмана постійна ):

, е - заряд електрона. У зв'язку з тим, що у більшості металів

реш k - , в законі Відемана - Франца можна з хорошою точністю замінити на l. Виявлені відхилення від рівності (3) знайшли своє пояснення в непружності зіткнень електронів. У полуметаллов Bi і Sb ? lэ реш lэ порівнянна з l, що пов'язано у них з дещицею числа вільних електронів. l Явище перенесення теплоти в напівпровідниках lэ складніше, ніж в діелектриках і металах, по-перше, у зв'язку з тим, що для них істотні обидві складові Т. (

реш ), а, по-друге, у зв'язку зі значним впливом на коефіцієнт Т. домішок, процесів біполярної дифузії, перенесення екситонів lэ и l та ін факторів. Вплив тиску на твердих тіл з хорошою точністю виражається лінійною залежністю від

р, l причому у багатьох металів і мінералів l зростає з ростом р. Літ.: l Ликов А, В., Теорія теплопровідності, М., 1967; Рейф Ф., Статистична фізика, пер. з англ., М., 1972 (Берклєєвський курс фізики, т. 5); Роберті Дж., Теплота і термодинаміка, пров. з англ., М. - Л., 1950; Гиршфельдер Дж., Кертисс., Берд Р., Молекулярна теорія газів і рідин, пер. з англ., М., 1961; 3айман Дж., Принципи теорії твердого тіла, пер. з англ., М., 1966; Киттель Ч., Елементарна фізика твердого тіла, пер. з англ., М., 1965 ; Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П., Фізика ударних хвиль і високотемпературних гідродинамічних явищ, 2 изд., М., 1966. С. П. Малишенко.

Лит.: Лыков А, В., Теория теплопроводности, М., 1967; Рейф Ф., Статистическая физика, пер. с англ., М., 1972 (Берклеевский курс физики, т. 5); Роберте Дж., Теплота и термодинамика, пер. с англ., М.- Л., 1950; Гиршфельдер Дж., Кертисс., Берд Р., Молекулярная теория газов и жидкостей, пер. с англ., М., 1961; 3айман Дж., Принципы теории твердого тела, пер. с англ., М., 1966; Киттель Ч., Элементарная физика твердого тела, пер. с англ., М., 1965; Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П., Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений, 2 изд., М., 1966.

© С. П. Малышенко.





Виберіть першу букву в назві статті:

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я

Повний політерний каталог статей


 

Алфавітний каталог статей

  а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я