Теплопроводность — Википедия

Теплопрово́дность — способность материальных тел проводить энергию (теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела путём хаотического движения частиц тела (атомов, молекул, электронов и т. п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.

Теплопроводностью называется также количественная характеристика способности тела проводить тепло. В сравнении тепловых цепей с электрическими это аналог проводимости.

Количественно способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Эта характеристика равна количеству теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К). В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения коэффициента теплопроводности является Вт/(м·K).

Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием гипотетического теплорода от одного тела к другому. Однако с развитием молекулярно-кинетической теории явление теплопроводности получило своё объяснение на основе взаимодействия частиц вещества. Молекулы в более нагретых частях тела движутся быстрее и передают энергию посредством столкновений медленным частицам в более холодных частях тела.

В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:

q→=−ϰgrad(T),{\displaystyle {\vec {q}}=-\varkappa \,\mathrm {grad} (T),}

где q→{\displaystyle {\vec {q}}} — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, ϰ{\displaystyle \varkappa } —

коэффициент теплопроводности (удельная теплопроводность), T{\displaystyle T} — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad(T){\displaystyle \mathrm {grad} (T)} (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.^[1]

В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):

P=−ϰSΔTl,{\displaystyle P=-\varkappa {\frac {S\Delta T}{l}},} [Вт/(м·К) · (м² ·К)/м = Вт/(м·К) · (м·К) = Вт]

где P{\displaystyle P} — полная мощность тепловых потерь, S{\displaystyle S} — площадь сечения параллелепипеда, ΔT{\displaystyle \Delta T} — перепад температур граней, l{\displaystyle l} — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.

Связь с электропроводностью[править | править код]

Связь коэффициента теплопроводности ϰ{\displaystyle \varkappa } с удельной электрической проводимостью σ{\displaystyle \sigma } в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:

ϰσ=π23(ke)2T,{\displaystyle {\frac {\varkappa }{\sigma }}={\frac {\pi ^{2}}{3}}\left({\frac {k}{e}}\right)^{2}T,}

где k{\displaystyle k} — постоянная Больцмана,

e{\displaystyle e} — заряд электрона,

T{\displaystyle T} — абсолютная температура.

Коэффициент теплопроводности газов[править | править код]

В газах коэффициент теплопроводности может быть найден по приближённой формуле^[2]

ϰ∼13ρcvλv¯,{\displaystyle \varkappa \sim {\frac {1}{3}}\rho c_{v}\lambda {\bar {v}},}

где ρ{\displaystyle \rho } — плотность газа, cv{\displaystyle c_{v}} — удельная теплоёмкость при постоянном объёме, λ{\displaystyle \lambda } — средняя длина свободного пробега молекул газа, v¯{\displaystyle {\bar {v}}} — средняя тепловая скорость. Эта же формула может быть записана как^[3]

ϰ=ik3π3/2d2RTμ,{\displaystyle \varkappa ={\frac {ik}{3\pi ^{3/2}d^{2}}}{\sqrt {\frac {RT}{\mu }}},}

где i{\displaystyle i} — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5{\displaystyle i=5}, для одноатомного i=3{\displaystyle i=3}), k{\displaystyle k} — постоянная Больцмана, μ{\displaystyle \mu } — молярная масса, T{\displaystyle T} — абсолютная температура, d{\displaystyle d} — эффективный (газокинетический) диаметр молекул, R{\displaystyle R} — универсальная газовая постоянная. Из формулы видно, что наименьшей теплопроводностью обладают тяжелые одноатомные (инертные) газы, наибольшей — легкие многоатомные (что подтверждается практикой, максимальная теплопроводность из всех газов — у водорода, минимальная — у радона, из нерадиоактивных газов — у ксенона).

Теплопроводность в сильно разреженных газах[править | править код]

Приведённое выше выражение для коэффициента теплопроводности в газах не зависит от давления. Однако если газ сильно разрежен, то длина свободного пробега определяется не столкновениями молекул друг с другом, а их столкновениями со стенками сосуда. Состояние газа, при котором длина свободного пробега молекул ограничивается размерами сосуда называют высоким вакуумом. При высоком вакууме теплопроводность убывает пропорционально плотности вещества (то есть пропорциональна давлению в системе): ϰ∼13ρcvlv¯∝P{\displaystyle \varkappa \sim {\frac {1}{3}}\rho c_{v}l{\bar {v}}\propto P}, где l{\displaystyle l} — размер сосуда, P{\displaystyle P} — давление.

Таким образом коэффициент теплопроводности вакуума тем ближе к нулю, чем глубже вакуум. Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тем не менее, энергия в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому, например, для уменьшения теплопотерь стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность лучше отражает излучение), а воздух между ними откачивают.

Следует отметить, что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности, то есть в данной модели изменение температуры в какой-то точке мгновенно распространяется на всё тело. Закон Фурье неприменим для описания высокочастотных процессов (и, соответственно, процессов, чьё разложение в ряд Фурье имеет значительные высокочастотные гармоники). Примерами таких процессов являются распространение ультразвука, ударные волны и т. п. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл^[4], а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом:^[5]

τ∂q∂t=−(q+ϰ∇T).{\displaystyle \tau {\frac {\partial \mathbf {q} }{\partial t}}=-\left(\mathbf {q} +\varkappa \,\nabla T\right).}

Если время релаксации τ{\displaystyle \tau } пренебрежимо мало, то это уравнение переходит в закон Фурье.

Коэффициенты теплопроводности различных веществ[править | править код]

Материал	Теплопроводность, Вт/(м·K)
Графен	4840 ± 440 — 5300 ± 480
Алмаз	1001—2600
Графит	278,4—2435
Арсенид бора[en]	200—2000
Карбид кремния	490
Серебро	430
Медь	401
Оксид бериллия	370
Золото	320
Алюминий	202—236
Нитрид алюминия	200
Нитрид бора	180
Кремний	150
Латунь	97—111
Хром	107
Железо	92
Платина	70
Олово	67
Оксид цинка	54
Сталь нелегированная	47—58
Свинец	35,3
Сталь нержавеющая (аустенитная) [6]	15
Кварц	8
Термопасты высокого качества	5—12 (на основе соединений углерода)
Гранит	2,4
Бетон сплошной	1,75
Бетон на гравии или щебне из природного камня	1,51
Базальт	1,3
Стекло	1—1,15
Термопаста КПТ-8	0,7
Бетон на песке	0,7
Вода при нормальных условиях	0,6
Кирпич строительный	0,2—0,7
Силиконовое масло	0,16
Пенобетон	0,05—0,3
Газобетон	0,1—0,3
Древесина	0,15
Нефтяные масла	0,12
Свежий снег	0,10—0,15
Пенополистирол (горючесть Г1)	0,038—0,052
Экструдированный пенополистирол (горючесть Г3 и Г4)	0,029—0,032
Стекловата	0,032—0,041
Каменная вата	0,034—0,039
Воздух (300 K, 100 кПа)	0,022
Аэрогель	0,017
Аргон (273—320 K, 100 кПа)	0,017
Аргон (240—273 K, 100 кПа)	0,015
Вакуум (абсолютный)	0 (строго)

Также нужно учитывать передачу тепла из-за конвекции молекул и излучения. Например, при полной нетеплопроводности вакуума, тепловая энергия передаётся излучением (Солнце, инфракрасные теплогенераторы). В газах и жидкостях происходит перемешивание разнотемпературных слоёв естественным путём или искусственно (примеры принудительного перемешивания — фены, естественного — электрочайники). Также в конденсированных средах возможно «перепрыгивание» фононов из одного твердого тела в другое через субмикронные зазоры, что способствует распространению звуковых волн и тепловой энергии, даже если зазоры представляют собой идеальный вакуум.

Таблицы теплопроводимости материалов (металлы, бетон, гранит, дерево и др.)

Взято из: «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» /под ред. Романкова. Приложение.

Н.И. Кошкин, М.Г. Ширкевич. Справочник по элементарной физике // Издание девятое, М.: «Наука», 1982 г.

Коэффициент теплопроводности металлов

Металл	Вт/(м•К)
Алюминий	209,3
Бронза	47-58
Железо	74,4
Золото	312,8
Латунь	85,5
Медь	389,6
Платина	70
Ртуть	29,1
Серебро	418,7
Сталь	45,4
Свинец	35
Серый чугун	50
Чугун	62,8

Коэффициент теплопроводности других материалов

Материал	Влажность массовая доля %	Вт/(м•К)
Бакелитовый лак	—	0,29
Бетон с каменным щебнем	8	1,28
Бумага обыкновенная	Воздушно-сухая	0,14
Винипласт	—	0,13
Гравий	Воздушно-сухая	0,36
Гранит	—	3,14
Глина	15-20	0,7-0,93
Дуб (вдоль волокон)	6-8	0,35-0,43
Дуб (поперек волокон)	6-8	0,2-0,21
Железобетон	8	1,55
Картон	Воздушно-сухая	0,14-0,35
Кирпичная кладка	Воздушно-сухая	0,67-0,87
Кожа	>>	0,14-0,16
Лед	—	2,21
Пробковые плиты	0	0,042-0,054
Снег свежевыпавший	—	0,105
Снег уплотненный	—	0,35
Снег начавший таять	—	0,64
Сосна (вдоль волокон)	8	0,35-0,41
Сосна (поперек волокон)	8	0,14-0,16
Стекло (обыкновенное)	—	0,74
Фторопласт-3	—	0,058
Фторопласт-4	—	0,233
Шлакобетон	13	0,698
Штукатурка	6-8	0,791

Коэффициент теплопроводности асбеста и пенобетона при различных температурах

(ρ_a=576кг/м³, ρ_п=400кг/м³,λ, Вт/(м•К))

Материал	-18oС	0oС	50oС	100oС	150oС
Асбест	—	0,15	0,18	0,195	0,20
Пенобетон	0,1	0,11	0,11	0,13	0,17

Коэффициент теплопроводности жидкости Вт/(м•К) при различных температурах

Материал	0oС	50oС	100oС
Анилин	0,19	0,177	0,167
Ацетон	0,17	0,16	0,15
Бензол	—	0,138	0,126
Вода	0,551	0,648	0,683
Масло вазелиновое	0,126	0,122	0,119
Масло касторовое	0,184	0,177	0,172
Спирт метиловый	0,214	0,207	—
Спирт этиловый	0,188	0,177	—
Толуол	0,142	0,129	0,119

Запись опубликована автором admin в рубрике Полезные материалы. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Самый электропроводный металл в мире

Ценность металлов напрямую определяется их химическими и физическими свойствами. В случае с таким показателем, как электропроводимость, эта связь не так прямолинейна. Самый электропроводный металл, если измерять данный показатель при комнатной температуре (+20 °C), — серебро.

Но высокая стоимость ограничивает применение деталей из серебра в электротехнике и микроэлектронике. Серебряные элементы в таких приборах применяются только в случае экономической целесообразности.

Физический смысл проводимости

Использование металлических проводников имеет давнишнюю историю. Ученые и инженеры, работающие в областях науки и техники, использующих электроэнергию, давно определились с материалами для проводов, клемм, контактов, печатных плат и т. д. Определить самый электропроводный металл в мире помогает физическая величина, называемая электрической проводимостью.

Понятие проводимости обратно электрическому сопротивлению. Количественное выражение проводимости связано с единицей сопротивления, которое в международной системе единиц (СИ) измеряется в Омах. Единица электрической проводимости в системе СИ – сименс. Русское обозначение этой единицы – См, интернациональное – S. Электрической проводимостью в 1 См обладает участок электрической сети с сопротивлением в 1 Ом.

Удельная проводимость

Мера способности вещества проводить электроток называется удельной электропроводностью. Самым высоким подобным показателем обладает самый электропроводный металл. Эта характеристика может быть определена для любого вещества или среды инструментально и имеет числовое выражение. Удельная электропроводность цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади сечения связана с удельным сопротивлением данного проводника.

Системной единицей удельной проводимости является сименс на метр – См/м. Чтобы выяснить, какой из металлов самый электропроводный металл в мире, достаточно сравнить их удельную проводимость, определенную экспериментально. Можно определить удельное сопротивление при помощи специального прибора – микроомметра. Эти характеристики являются обратнозависимыми.

Проводимость металлов

Само понятие электрического тока как направленного потока заряженных частиц кажется более гармоничным для веществ, основанных на кристаллических решетках свойственных металлам. Носителями зарядов при возникновении электрического тока в металлах являются свободные электроны, а не ионы, как это бывает в жидких средах. Экспериментально установлено, что при возникновении тока в металлах не происходит переноса частиц вещества между проводниками.

Металлические вещества отличаются от других более свободными связями на атомарном уровне. Внутреннее устройство металлов отличается присутствием большого числа «одиноких» электронов. которые при малейшем воздействии электромагнитных сил образуют направленный поток. Поэтому не зря именно металлы являются лучшими проводниками электрического тока, и именно такие молекулярные взаимодействия отличают самый электропроводный металл. На особенностях структуры кристаллической решетки металлов основано еще одно их специфическое свойство — высокая теплопроводность.

Топ лучших проводников — металлов

4 металла, имеющие практическое значение для их применения в качестве электропроводников распределяются в следующем порядке относительно величины удельной проводимости, измеряемой в См/м:

1. Серебро — 62 500 000.
2. Медь – 59 500 000.
3. Золото – 45 500 000.
4. Алюминий — 38 000 000.

Видно, что самый электропроводный металл – серебро. Но подобно золоту, оно используется для организации электрической сети лишь в особых специфических случаях. Причина – высокая стоимость.

Зато медь и алюминий – самый распространенный вариант для электроприборов и кабельной продукции благодаря низкому сопротивлению электрическому току и ценовой доступности. Другие металлы применяются в качестве проводников редко.

Факторы, влияющие на проводимость металлов

Даже самый электропроводный металл снижает свою проводимость, если в нём присутствуют другие добавки и примеси. У сплавов иная, чем у «чистых» металлов, структура кристаллической решетки. Она отличается нарушением в симметрии, трещинами и другими дефектами. Снижается проводимость и при повышении температуры окружающей среды.

Повышенное сопротивление, присущее сплавам, находит применение в нагревательных элементах. Неслучайно для изготовления рабочих элементов электропечей, обогревателей применяют нихром, фехраль и другие сплавы.

Самый электропроводный металл — это драгоценное серебро, больше используемое ювелирами, для чеканки монет и т. д. Но и в технике и приборостроении его особые химические и физические свойства находят широкое применение. Например, кроме использования в узлах и агрегатах с пониженным сопротивлением, серебряное напыление предохраняет контактные группы от окисления. Уникальные свойства серебра и сплавов на его основе часто делают его применение оправданным, несмотря на высокую стоимость.

Теплопроводность строительных материалов, их плотность и теплоемкость: таблица теплопроводности материалов

ABS (АБС пластик)	1030…1060	0.13…0.22	1300…2300
Аглопоритобетон и бетон на топливных (котельных) шлаках	1000…1800	0.29…0.7	840
Акрил (акриловое стекло, полиметилметакрилат, оргстекло) ГОСТ 17622—72	1100…1200	0.21	—
Альфоль	20…40	0.118…0.135	—
Алюминий (ГОСТ 22233-83)	2600	221	897
Асбест волокнистый	470	0.16	1050
Асбестоцемент	1500…1900	1.76	1500
Асбестоцементный лист	1600	0.4	1500
Асбозурит	400…650	0.14…0.19	—
Асбослюда	450…620	0.13…0.15	—
Асботекстолит Г ( ГОСТ 5-78)	1500…1700	—	1670
Асботермит	500	0.116…0.14	—
Асбошифер с высоким содержанием асбеста	1800	0.17…0.35	—
Асбошифер с 10-50% асбеста	1800	0.64…0.52	—
Асбоцемент войлочный	144	0.078	—
Асфальт	1100…2110	0.7	1700…2100
Асфальтобетон (ГОСТ 9128-84)	2100	1.05	1680
Асфальт в полах	—	0.8	—
Ацеталь (полиацеталь, полиформальдегид) POM	1400	0.22	—
Аэрогель (Aspen aerogels)	110…200	0.014…0.021	700
Базальт	2600…3000	3.5	850
Бакелит	1250	0.23	—
Бальза	110…140	0.043…0.052	—
Береза	510…770	0.15	1250
Бетон легкий с природной пемзой	500…1200	0.15…0.44	—
Бетон на гравии или щебне из природного камня	2400	1.51	840
Бетон на вулканическом шлаке	800…1600	0.2…0.52	840
Бетон на доменных гранулированных шлаках	1200…1800	0.35…0.58	840
Бетон на зольном гравии	1000…1400	0.24…0.47	840
Бетон на каменном щебне	2200…2500	0.9…1.5	—
Бетон на котельном шлаке	1400	0.56	880
Бетон на песке	1800…2500	0.7	710
Бетон на топливных шлаках	1000…1800	0.3…0.7	840
Бетон силикатный плотный	1800	0.81	880
Бетон сплошной	—	1.75	—
Бетон термоизоляционный	500	0.18	—
Битумоперлит	300…400	0.09…0.12	1130
Битумы нефтяные строительные и кровельные (ГОСТ 6617-76, ГОСТ 9548-74)	1000…1400	0.17…0.27	1680
Блок газобетонный	400…800	0.15…0.3	—
Блок керамический поризованный	—	0.2	—
Бронза	7500…9300	22…105	400
Бумага	700…1150	0.14	1090…1500
Бут	1800…2000	0.73…0.98	—
Вата минеральная легкая	50	0.045	920
Вата минеральная тяжелая	100…150	0.055	920
Вата стеклянная	155…200	0.03	800
Вата хлопковая	30…100	0.042…0.049	—
Вата хлопчатобумажная	50…80	0.042	1700
Вата шлаковая	200	0.05	750
Вермикулит (в виде насыпных гранул) ГОСТ 12865-67	100…200	0.064…0.076	840
Вермикулит вспученный (ГОСТ 12865-67) — засыпка	100…200	0.064…0.074	840
Вермикулитобетон	300…800	0.08…0.21	840
Воздух сухой при 20°С	1.205	0.0259	1005
Войлок шерстяной	150…330	0.045…0.052	1700
Газо- и пенобетон, газо- и пеносиликат	280…1000	0.07…0.21	840
Газо- и пенозолобетон	800…1200	0.17…0.29	840
Гетинакс	1350	0.23	1400
Гипс формованный сухой	1100…1800	0.43	1050
Гипсокартон	500…900	0.12…0.2	950
Гипсоперлитовый раствор	—	0.14	—
Гипсошлак	1000…1300	0.26…0.36	—
Глина	1600…2900	0.7…0.9	750
Глина огнеупорная	1800	1.04	800
Глиногипс	800…1800	0.25…0.65	—
Глинозем	3100…3900	2.33	700…840
Гнейс (облицовка)	2800	3.5	880
Гравий (наполнитель)	1850	0.4…0.93	850
Гравий керамзитовый (ГОСТ 9759-83) — засыпка	200…800	0.1…0.18	840
Гравий шунгизитовый (ГОСТ 19345-83) — засыпка	400…800	0.11…0.16	840
Гранит (облицовка)	2600…3000	3.5	880
Грунт 10% воды	—	1.75	—
Грунт 20% воды	1700	2.1	—
Грунт песчаный	—	1.16	900
Грунт сухой	1500	0.4	850
Грунт утрамбованный	—	1.05	—
Гудрон	950…1030	0.3	—
Доломит плотный сухой	2800	1.7	—
Дуб вдоль волокон	700	0.23	2300
Дуб поперек волокон (ГОСТ 9462-71, ГОСТ 2695-83)	700	0.1	2300
Дюралюминий	2700…2800	120…170	920
Железо	7870	70…80	450
Железобетон	2500	1.7	840
Железобетон набивной	2400	1.55	840
Зола древесная	780	0.15	750
Золото	19320	318	129
Известняк (облицовка)	1400…2000	0.5…0.93	850…920
Изделия из вспученного перлита на битумном связующем (ГОСТ 16136-80)	300…400	0.067…0.11	1680
Изделия вулканитовые	350…400	0.12	—
Изделия диатомитовые	500…600	0.17…0.2	—
Изделия ньювелитовые	160…370	0.11	—
Изделия пенобетонные	400…500	0.19…0.22	—
Изделия перлитофосфогелевые	200…300	0.064…0.076	—
Изделия совелитовые	230…450	0.12…0.14	—
Иней	—	0.47	—
Ипорка (вспененная смола)	15	0.038	—
Каменноугольная пыль	730	0.12	—
Камень керамический поризованный Braer 14,3 НФ и 10,7 НФ	810…840	0.14…0.185	—
Камни многопустотные из легкого бетона	500…1200	0.29…0.6	—
Камни полнотелые из легкого бетона DIN 18152	500…2000	0.32…0.99	—
Камни полнотелые из природного туфа или вспученной глины	500…2000	0.29…0.99	—
Камень строительный	2200	1.4	920
Карболит черный	1100	0.23	1900
Картон асбестовый изолирующий	720…900	0.11…0.21	—
Картон гофрированный	700	0.06…0.07	1150
Картон облицовочный	1000	0.18	2300
Картон парафинированный	—	0.075	—
Картон плотный	600…900	0.1…0.23	1200
Картон пробковый	145	0.042	—
Картон строительный многослойный (ГОСТ 4408-75)	650	0.13	2390
Картон термоизоляционный (ГОСТ 20376-74)	500	0.04…0.06	—
Каучук вспененный	82	0.033	—
Каучук вулканизированный твердый серый	—	0.23	—
Каучук вулканизированный мягкий серый	920	0.184	—
Каучук натуральный	910	0.18	1400
Каучук твердый	—	0.16	—
Каучук фторированный	180	0.055…0.06	—
Кедр красный	500…570	0.095	—
Кембрик лакированный	—	0.16	—
Керамзит	800…1000	0.16…0.2	750
Керамзитовый горох	900…1500	0.17…0.32	750
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией	800…1200	0.23…0.41	840
Керамзитобетон легкий	500…1200	0.18…0.46	—
Керамзитобетон на керамзитовом песке и керамзитопенобетон	500…1800	0.14…0.66	840
Керамзитобетон на перлитовом песке	800…1000	0.22…0.28	840
Керамика	1700…2300	1.5	—
Керамика теплая	—	0.12	—
Кирпич доменный (огнеупорный)	1000…2000	0.5…0.8	—
Кирпич диатомовый	500	0.8	—
Кирпич изоляционный	—	0.14	—
Кирпич карборундовый	1000…1300	11…18	700
Кирпич красный плотный	1700…2100	0.67	840…880
Кирпич красный пористый	1500	0.44	—
Кирпич клинкерный	1800…2000	0.8…1.6	—
Кирпич кремнеземный	—	0.15	—
Кирпич облицовочный	1800	0.93	880
Кирпич пустотелый	—	0.44	—
Кирпич силикатный	1000…2200	0.5…1.3	750…840
Кирпич силикатный с тех. пустотами	—	0.7	—
Кирпич силикатный щелевой	—	0.4	—
Кирпич сплошной	—	0.67	—
Кирпич строительный	800…1500	0.23…0.3	800
Кирпич трепельный	700…1300	0.27	710
Кирпич шлаковый	1100…1400	0.58	—
Кладка бутовая из камней средней плотности	2000	1.35	880
Кладка газосиликатная	630…820	0.26…0.34	880
Кладка из газосиликатных теплоизоляционных плит	540	0.24	880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-перлитовом растворе	1600	0.47	880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича (ГОСТ 530-80) на цементно-песчаном растворе	1800	0.56	880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-шлаковом растворе	1700	0.52	880
Кладка из керамического пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе	1000…1400	0.35…0.47	880
Кладка из малоразмерного кирпича	1730	0.8	880
Кладка из пустотелых стеновых блоков	1220…1460	0.5…0.65	880
Кладка из силикатного 11-ти пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе	1500	0.64	880
Кладка из силикатного 14-ти пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе	1400	0.52	880
Кладка из силикатного кирпича (ГОСТ 379-79) на цементно-песчаном растворе	1800	0.7	880
Кладка из трепельного кирпича (ГОСТ 648-73) на цементно-песчаном растворе	1000…1200	0.29…0.35	880
Кладка из ячеистого кирпича	1300	0.5	880
Кладка из шлакового кирпича на цементно-песчаном растворе	1500	0.52	880
Кладка «Поротон»	800	0.31	900
Клен	620…750	0.19	—
Кожа	800…1000	0.14…0.16	—
Композиты технические	—	0.3…2	—
Краска масляная (эмаль)	1030…2045	0.18…0.4	650…2000
Кремний	2000…2330	148	714
Кремнийорганический полимер КМ-9	1160	0.2	1150
Латунь	8100…8850	70…120	400
Лед -60°С	924	2.91	1700
Лед -20°С	920	2.44	1950
Лед 0°С	917	2.21	2150
Линолеум поливинилхлоридный многослойный (ГОСТ 14632-79)	1600…1800	0.33…0.38	1470
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове (ГОСТ 7251-77)	1400…1800	0.23…0.35	1470
Липа, (15% влажности)	320…650	0.15	—
Лиственница	670	0.13	—
Листы асбестоцементные плоские (ГОСТ 18124-75)	1600…1800	0.23…0.35	840
Листы вермикулитовые	—	0.1	—
Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) ГОСТ 6266	800	0.15	840
Листы пробковые легкие	220	0.035	—
Листы пробковые тяжелые	260	0.05	—
Магнезия в форме сегментов для изоляции труб	220…300	0.073…0.084	—
Мастика асфальтовая	2000	0.7	—
Маты, холсты базальтовые	25…80	0.03…0.04	—
Маты и полосы из стеклянного волокна прошивные (ТУ 21-23-72-75)	150	0.061	840
Маты минераловатные прошивные (ГОСТ 21880-76) и на синтетическом связующем (ГОСТ 9573-82)	50…125	0.048…0.056	840
МБОР-5, МБОР-5Ф, МБОР-С-5, МБОР-С2-5, МБОР-Б-5 (ТУ 5769-003-48588528-00)	100…150	0.045	—
Мел	1800…2800	0.8…2.2	800…880
Медь (ГОСТ 859-78)	8500	407	420
Миканит	2000…2200	0.21…0.41	250
Мипора	16…20	0.041	1420
Морозин	100…400	0.048…0.084	—
Мрамор (облицовка)	2800	2.9	880
Накипь котельная (богатая известью, при 100°С)	1000…2500	0.15…2.3	—
Накипь котельная (богатая силикатом, при 100°С)	300…1200	0.08…0.23	—
Настил палубный	630	0.21	1100
Найлон	—	0.53	—
Нейлон	1300	0.17…0.24	1600
Неопрен	—	0.21	1700
Опилки древесные	200…400	0.07…0.093	—
Пакля	150	0.05	2300
Панели стеновые из гипса DIN 1863	600…900	0.29…0.41	—
Парафин	870…920	0.27	—
Паркет дубовый	1800	0.42	1100
Паркет штучный	1150	0.23	880
Паркет щитовой	700	0.17	880
Пемза	400…700	0.11…0.16	—
Пемзобетон	800…1600	0.19…0.52	840
Пенобетон	300…1250	0.12…0.35	840
Пеногипс	300…600	0.1…0.15	—
Пенозолобетон	800…1200	0.17…0.29	—
Пенопласт ПС-1	100	0.037	—
Пенопласт ПС-4	70	0.04	—
Пенопласт ПХВ-1 (ТУ 6-05-1179-75) и ПВ-1 (ТУ 6-05-1158-78)	65…125	0.031…0.052	1260
Пенопласт резопен ФРП-1	65…110	0.041…0.043	—
Пенополистирол (ГОСТ 15588-70)	40	0.038	1340
Пенополистирол (ТУ 6-05-11-78-78)	100…150	0.041…0.05	1340
Пенополистирол Пеноплэкс	22…47	0.03…0.036	1600
Пенополиуретан (ТУ В-56-70, ТУ 67-98-75, ТУ 67-87-75)	40…80	0.029…0.041	1470
Пенополиуретановые листы	150	0.035…0.04	—
Пенополиэтилен	—	0.035…0.05	—
Пенополиуретановые панели	—	0.025	—
Пеносиликальцит	400…1200	0.122…0.32	—
Пеностекло легкое	100..200	0.045…0.07	—
Пеностекло или газо-стекло (ТУ 21-БССР-86-73)	200…400	0.07…0.11	840
Пенофол	44…74	0.037…0.039	—
Пергамент	—	0.071	—
Пергамин (ГОСТ 2697-83)	600	0.17	1680
Перекрытие армокерамическое с бетонным заполнением без штукатурки	1100…1300	0.7	850
Перекрытие из железобетонных элементов со штукатуркой	1550	1.2	860
Перекрытие монолитное плоское железобетонное	2400	1.55	840
Перлит	200	0.05	—
Перлит вспученный	100	0.06	—
Перлитобетон	600…1200	0.12…0.29	840
Перлитопласт-бетон (ТУ 480-1-145-74)	100…200	0.035…0.041	1050
Перлитофосфогелевые изделия (ГОСТ 21500-76)	200…300	0.064…0.076	1050
Песок 0% влажности	1500	0.33	800
Песок 10% влажности	—	0.97	—
Песок 20% влажности	—	1.33	—
Песок для строительных работ (ГОСТ 8736-77)	1600	0.35	840
Песок речной мелкий	1500	0.3…0.35	700…840
Песок речной мелкий (влажный)	1650	1.13	2090
Песчаник обожженный	1900…2700	1.5	—
Пихта	450…550	0.1…0.26	2700
Плита бумажная прессованая	600	0.07	—
Плита пробковая	80…500	0.043…0.055	1850
Плита огнеупорная теплоизоляционная Avantex марки Board	200…500	0.04	—
Плитка облицовочная, кафельная	2000	1.05	—
Плитка термоизоляционная ПМТБ-2	—	0.04	—
Плиты алебастровые	—	0.47	750
Плиты из гипса ГОСТ 6428	1000…1200	0.23…0.35	840
Плиты древесно-волокнистые и древесно-стружечные (ГОСТ 4598-74, ГОСТ 10632-77)	200…1000	0.06…0.15	2300
Плиты из керзмзито-бетона	400…600	0.23	—
Плиты из полистирол-бетона ГОСТ Р 51263-99	200…300	0.082	—
Плиты из резольноформальдегидного пенопласта (ГОСТ 20916-75)	40…100	0.038…0.047	1680
Плиты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем (ГОСТ 10499-78)	50	0.056	840
Плиты из ячеистого бетона ГОСТ 5742-76	350…400	0.093…0.104	—
Плиты камышитовые	200…300	0.06…0.07	2300
Плиты кремнезистые		0.07	—
Плиты льнокостричные изоляционные	250	0.054	2300
Плиты минераловатные на битумной связке марки 200 ГОСТ 10140-80	150…200	0.058	—
Плиты минераловатные на синтетическом связующем марки 200 ГОСТ 9573-96	225	0.054	—
Плиты минераловатные на синтетической связке фирмы «Партек» (Финляндия)	170…230	0.042…0.044	—
Плиты минераловатные повышенной жесткости ГОСТ 22950-95	200	0.052	840
Плиты минераловатные повышенной жесткости на органофосфатном связующем (ТУ 21-РСФСР-3-72-76)	200	0.064	840
Плиты минераловатные полужесткие на крахмальном связующем	125…200	0.056…0.07	840
Плиты минераловатные на синтетическом и битумном связующих	—	0.048…0.091	—
Плиты мягкие, полужесткие и жесткие минераловатные на синтетическом и битумном связующих (ГОСТ 9573-82, ГОСТ 10140-80, ГОСТ 12394-66)	50…350	0.048…0.091	840
Плиты пенопластовые на основе резольных фенолформальдегидных смол ГОСТ 20916-87	80…100	0.045	—
Плиты пенополистирольные ГОСТ 15588-86 безпрессовые	30…35	0.038	—
Плиты пенополистирольные (экструзионные) ТУ 2244-001-47547616-00	32	0.029	—
Плиты перлито-битумные ГОСТ 16136-80	300	0.087	—
Плиты перлито-волокнистые	150	0.05	—
Плиты перлито-фосфогелевые ГОСТ 21500-76	250	0.076	—
Плиты перлито-1 Пластбетонные ТУ 480-1-145-74	150	0.044	—
Плиты перлитоцементные	—	0.08	—
Плиты строительный из пористого бетона	500…800	0.22…0.29	—
Плиты термобитумные теплоизоляционные	200…300	0.065…0.075	—
Плиты торфяные теплоизоляционные (ГОСТ 4861-74)	200…300	0.052…0.064	2300
Плиты фибролитовые (ГОСТ 8928-81) и арболит (ГОСТ 19222-84) на портландцементе	300…800	0.07…0.16	2300
Покрытие ковровое	630	0.2	1100
Покрытие синтетическое (ПВХ)	1500	0.23	—
Пол гипсовый бесшовный	750	0.22	800
Поливинилхлорид (ПВХ)	1400…1600	0.15…0.2	—
Поликарбонат (дифлон)	1200	0.16	1100
Полипропилен (ГОСТ 26996– 86)	900…910	0.16…0.22	1930
Полистирол УПП1, ППС	1025	0.09…0.14	900
Полистиролбетон (ГОСТ 51263)	150…600	0.052…0.145	1060
Полистиролбетон модифицированный на активированном пластифицированном шлакопортландцементе	200…500	0.057…0.113	1060
Полистиролбетон модифицированный на композиционном малоклинкерном вяжущем в стеновых блоках и плитах	200…500	0.052…0.105	1060
Полистиролбетон модифицированный монолитный на портландцементе	250…300	0.075…0.085	1060
Полистиролбетон модифицированный на шлакопортландцементе в стеновых блоках и плитах	200…500	0.062…0.121	1060
Полиуретан	1200	0.32	—
Полихлорвинил	1290…1650	0.15	1130…1200
Полиэтилен высокой плотности	955	0.35…0.48	1900…2300
Полиэтилен низкой плотности	920	0.25…0.34	1700
Поролон	34	0.04	—
Портландцемент (раствор)	—	0.47	—
Прессшпан	—	0.26…0.22	—
Пробка гранулированная техническая	45	0.038	1800
Пробка минеральная на битумной основе	270…350	0.073…0.096	—
Пробковое покрытие для полов	540	0.078	—
Ракушечник	1000…1800	0.27…0.63	835
Раствор гипсовый затирочный	1200	0.5	900
Раствор гипсоперлитовый	600	0.14	840
Раствор гипсоперлитовый поризованный	400…500	0.09…0.12	840
Раствор известковый	1650	0.85	920
Раствор известково-песчаный	1400…1600	0.78	840
Раствор легкий LM21, LM36	700…1000	0.21…0.36	—
Раствор сложный (песок, известь, цемент)	1700	0.52	840
Раствор цементный, цементная стяжка	2000	1.4	—
Раствор цементно-песчаный	1800…2000	0.6…1.2	840
Раствор цементно-перлитовый	800…1000	0.16…0.21	840
Раствор цементно-шлаковый	1200…1400	0.35…0.41	840
Резина мягкая	—	0.13…0.16	1380
Резина твердая обыкновенная	900…1200	0.16…0.23	1350…1400
Резина пористая	160…580	0.05…0.17	2050
Рубероид (ГОСТ 10923-82)	600	0.17	1680
Руда железная	—	2.9	—
Сажа ламповая	170	0.07…0.12	—
Сера ромбическая	2085	0.28	762
Серебро	10500	429	235
Сланец глинистый вспученный	400	0.16	—
Сланец	2600…3300	0.7…4.8	—
Слюда вспученная	100	0.07	—
Слюда поперек слоев	2600…3200	0.46…0.58	880
Слюда вдоль слоев	2700…3200	3.4	880
Смола эпоксидная	1260…1390	0.13…0.2	1100
Снег свежевыпавший	120…200	0.1…0.15	2090
Снег лежалый при 0°С	400…560	0.5	2100
Сосна и ель вдоль волокон	500	0.18	2300
Сосна и ель поперек волокон (ГОСТ 8486-66, ГОСТ 9463-72)	500	0.09	2300
Сосна смолистая 15% влажности	600…750	0.15…0.23	2700
Сталь стержневая арматурная (ГОСТ 10884-81)	7850	58	482
Стекло оконное (ГОСТ 111-78)	2500	0.76	840
Стекловата	155…200	0.03	800
Стекловолокно	1700…2000	0.04	840
Стеклопластик	1800	0.23	800
Стеклотекстолит	1600…1900	0.3…0.37	—
Стружка деревянная прессованая	800	0.12…0.15	1080
Стяжка ангидритовая	2100	1.2	—
Стяжка из литого асфальта	2300	0.9	—
Текстолит	1300…1400	0.23…0.34	1470…1510
Термозит	300…500	0.085…0.13	—
Тефлон	2120	0.26	—
Ткань льняная	—	0.088	—
Толь (ГОСТ 10999-76)	600	0.17	1680
Тополь	350…500	0.17	—
Торфоплиты	275…350	0.1…0.12	2100
Туф (облицовка)	1000…2000	0.21…0.76	750…880
Туфобетон	1200…1800	0.29…0.64	840
Уголь древесный кусковой (при 80°С)	190	0.074	—
Уголь каменный газовый	1420	3.6	—
Уголь каменный обыкновенный	1200…1350	0.24…0.27	—
Фарфор	2300…2500	0.25…1.6	750…950
Фанера клееная (ГОСТ 3916-69)	600	0.12…0.18	2300…2500
Фибра красная	1290	0.46	—
Фибролит (серый)	1100	0.22	1670
Целлофан	—	0.1	—
Целлулоид	1400	0.21	—
Цементные плиты	—	1.92	—
Черепица бетонная	2100	1.1	—
Черепица глиняная	1900	0.85	—
Черепица из ПВХ асбеста	2000	0.85	—
Чугун	7220	40…60	500
Шевелин	140…190	0.056…0.07	—
Шелк	100	0.038…0.05	—
Шлак гранулированный	500	0.15	750
Шлак доменный гранулированный	600…800	0.13…0.17	—
Шлак котельный	1000	0.29	700…750
Шлакобетон	1120…1500	0.6…0.7	800
Шлакопемзобетон (термозитобетон)	1000…1800	0.23…0.52	840
Шлакопемзопено- и шлакопемзогазобетон	800…1600	0.17…0.47	840
Штукатурка гипсовая	800	0.3	840
Штукатурка известковая	1600	0.7	950
Штукатурка из синтетической смолы	1100	0.7	—
Штукатурка известковая с каменной пылью	1700	0.87	920
Штукатурка из полистирольного раствора	300	0.1	1200
Штукатурка перлитовая	350…800	0.13…0.9	1130
Штукатурка сухая	—	0.21	—
Штукатурка утепляющая	500	0.2	—
Штукатурка фасадная с полимерными добавками	1800	1	880
Штукатурка цементная	—	0.9	—
Штукатурка цементно-песчаная	1800	1.2	—
Шунгизитобетон	1000…1400	0.27…0.49	840
Щебень и песок из перлита вспученного (ГОСТ 10832-83) — засыпка	200…600	0.064…0.11	840
Щебень из доменного шлака (ГОСТ 5578-76), шлаковой пемзы (ГОСТ 9760-75) и аглопорита (ГОСТ 11991-83) — засыпка	400…800	0.12…0.18	840
Эбонит	1200	0.16…0.17	1430
Эбонит вспученный	640	0.032	—
Эковата	35…60	0.032…0.041	2300
Энсонит (прессованный картон)	400…500	0.1…0.11	—
Эмаль (кремнийорганическая)	—	0.16…0.27	—

Электропроводность металлов

Классическая теория электропроводности металлов зародилась в начале ХХ века. ЕЕ основоположником стал немецкий физик Карл Рикке. Он опытным путем установил, что прохождение заряда через металл не сопряжено с переносом атомов проводника, в отличие от жидких электролитов. Однако это открытие не объяснило, что именно является носителем электрических импульсов в структуре металла.

Ответить на это вопрос позволили опыты ученых Стюарта и Толмена, проведенные в 1916 году. Им удалось установить, что за перенос электричества в металлах отвечают мельчайшие заряженные частицы — электроны. Это открытие легло в основу классической электронной теории электропроводности металлов. С этого момента началась новая эпоха исследований металлических проводников. Благодаря полученным результатам мы сегодня имеем возможность пользоваться бытовыми приборами, производственным оборудованием, станками и многими другими устройствами.

 

Как отличается электропроводность разных металлов?

 

Электронная теория электропроводности металлов получила развитие в исследованиях Паулю Друде. Он сумел открыть такое свойство как сопротивление, которое наблюдается при прохождении электрического тока через проводник. В дальнейшем это позволит классифицировать разные вещества по уровню проводимости. Из полученных результатов легко понять, какой металл подойдет для изготовления того или иного кабеля. Это очень важный момент, так как неправильно подобранный материал может стать причиной возгорания в результате перегрева от прохождения тока избыточного напряжения.

Наибольшей электропроводностью обладает металл серебро. При температуре +20 градусов по Цельсию она составляет 63,3*104 сантиметров-1. Но изготавливать проводку из серебра очень дорого, так как это довольно редкий металл, который используется в основном для производства ювелирных и декоративных украшений или инвестиционных монет.

 

 

Металл, обладающий самой высокой электропроводностью среди всех элементов неблагородной группы — медь. Ее показатель составляет 57*104 сантиметров-1 при температуре +20 градусов по Цельсию. Медь является одним из наиболее распространенных проводников, которые используются в бытовых и производственных целях. Она хорошо выдерживает постоянные электрические нагрузки, отличается долговечностью и надежностью. Высокая температура плавления позволяет без проблем работать долгое время в нагретом состоянии.

 

 

По распространенности с медью может конкурировать только алюминий, который занимает четвертое место по электропроводности после золота. Он используется в сетях с невысоким напряжением, так как имеет почти вдвое меньшую температуру плавления, чем медь, и не способен выдерживать предельные нагрузки. С дальнейшим распределением мест можно ознакомиться, взглянув на таблицу электропроводности металлов.

 

 

Стоит отметить, что любой сплав обладает гораздо меньшей проводимостью, чем чистое вещество. Это связано со слиянием структурной сетки и как следствие нарушением нормального функционирования электронов. Например, при производстве медного провода используется материал с содержанием примесей не более 0,1%, а для некоторых видов кабеля этот показатель еще строже — не более 0,05%. Все приведенные показатели являются удельной электропроводностью металлов, которая рассчитывается как отношение между плотностью тока и величиной электрического поля в проводнике.

 

Классическая теория электропроводности металлов

 

Основные положения теории электропроводности металлов содержат шесть пунктов. Первый: высокий уровень электропроводности связан с наличием большого числа свободных электронов. Второй: электрический ток возникает путем внешнего воздействия на металл, при котором электроны из беспорядочного движения переходят в упорядоченное.

Третий: сила тока, проходящего через металлический проводник, рассчитывается по закону Ома. Четвертый: различное число элементарных частиц в кристаллической решетке приводит к неодинаковому сопротивлению металлов. Пятый: электрический ток в цепи возникает мгновенно после начала воздействия на электроны. Шестой: с увеличением внутренней температуры металла растет и уровень его сопротивления.

Природа электропроводности металлов объясняется вторым пунктом положений. В спокойном состоянии все свободные электроны хаотическим образом вращаются вокруг ядра. В этот момент металл не способен самостоятельно воспроизводить электрические заряды. Но стоит лишь подключить внешний источник воздействия, как электроны мгновенно выстраиваются в структурированной последовательности и становятся носителями электрического тока. С повышением температуры электропроводность металлов снижается.

 

 

 

Это связано с тем, что слабеют молекулярные связи в кристаллической решетке, элементарные частицы начинают вращаться в еще более хаотичном порядке, поэтому построение электронов в цепь усложняется. Поэтому необходимо принимать меры по недопущению перегрева проводников, так как это негативно сказывается на их эксплуатационных свойствах. Механизм электропроводности металлов невозможно изменить ввиду действующих законов физики. Но можно нивелировать негативные внешние и внутренние воздействия, которые мешают нормальному протеканию процесса.

 

Металлы с высокой электопроводностью

 

Электропроводность щелочных металлов находится на высоком уровне, так как их электроны слабо привязаны к ядру и легко выстраиваются в нужной последовательности. Но эта группа отличается невысокими температурами плавления и огромной химической активностью, что в большинстве случаев не позволяет использовать их для изготовления проводов.

Металлы с высокой электропроводностью в открытом виде очень опасны для человека. Прикосновение к оголенному проводу приведет к получению электрического ожога и воздействию мощного разряда на все внутренние органы. Зачастую это влечет мгновенную смерть. Поэтому для безопасности людей используются специальные изоляционные материалы.

В зависимости от сферы применения они могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Но все типы предназначены для одной функции — изоляции электрического тока внутри цепи, чтобы он не мог оказывать воздействие на внешний мир. Электропроводность металлов используется практически во всех сферах современной жизни человека, поэтому обеспечение безопасности является первоочередной задачей.