ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, передача тепла в телах, не сопровождаемая перемещением составляющих их частиц. Т. характеризуется тем, что перенос тепловой энергии совершается только путем взаимодействия частиц среды, непосредственно соприкасающихся друг с другом и имеющих различную темп-ру.
Математич. теория Т., созданная Фурье в начале 19 в., игнорирует молекулярное строение вещества, рассматривая его как сплошную среду (континуум). Это значит, что она рассматривает всегда такие части пространства и расстояния между частями этого пространства, к-рые значительно больше, чем величина молекул и расстояния, между двумя
Распространение тепла в стержне.
молекулами. Эта теория базируется на обобщении следующего опытного факта. Если имеется однородная плоская стена толщиной ж2 — хг и если темп-ры поверхностей стены суть Тг и Т2, то количество тепла Q, передав аемое за время т через площадь 8 её поверхности, равно х2 Xi St, где Л — т. н. коэффициент Т. (в старой физической и технической лит-ре его обычно называли коэффициентом внутренней Т.). Фурье предположил, что эта закономерность справедлива не только для стен конечных толщин, но и для бесконечно малых размеров. Это приводит тогда к следующему закону: количество тепла dQ, проходящее через элемент поверхности dS тела за время dr, равно
dQ=-i ^dSdr, дТ
где ^- — градиент темп-ры по нормали к элементу поверхности dS. Это соотношение устанавливает связь между температурным полем тела и полем теплового потока. Последнее обстоятельство позволяет свести решение вопроса о распространении тепла в теле к изучению изменения его температурного поля во времени, что и составляет основную задачу аналитич. теории Т. В основе её лежит дифференциальное уравнение следующего вида: дт_ (дЦ. ’ д*т I д2т\ дт ~а ду* + dz* ) •
Здесь а — температуропроводность вещества, х, у, z — прямоугольные Декартовы координаты точки. Температуропроводность вещества связана с его Т. Л, удельным весом у и теплоёмкостью с следующим образом:
Физический смысл температуропроводности состоит в том, что она является мерой быстро i
»
8t
ты выравнивания темп-p различных точек тела. Чем больше а, тем скорее тело будет приближаться к состоянию полного теплового равновесия.
Как коэффициент Т., так и температуропроводность вещества являются для него характерными физическими постоянными, зависящими от его природы и физич. состояния.
В анизотропных телах (напр., кристаллах некубических систем) коэффициент Т. зависит также от направления распространения тепла.
Наилучшими проводниками тепла являются металлы. По современным теоретич. представлениям перенос тепловой энергии в металлах аналогичен переносу электричества и осуществляется гл. обр. свободными электронами (электронами проводимости), образующими т. н. электронный газ металла. Т. чистых металлов при высоких темп-pax мало зависит от темп-ры; при низких темп-pax Т. сильно возрастает. Т. металлич. сплавов резко зависит от концентраций компонент и особенно сильно меняется при температурах фазовых превращений, когда имеет место переход от одной структуры сплава к другой. Сжатие и растяжение металла также изменяют его Т., причем одностороннее растяжение, как правило, вызывает уменьшение Т. Твёрдые тела, не проводящие или плохо проводящие электричество, являются также и более худшими проводниками тепла, нежели металлы.
Зависимость Т. от темп-ры у них также различна. При плавлении металлов их Т. ведёт себя аналогично электропроводности и, как правило, падает скачком при темп-ре плавления.
При сильном повышении давления Т. жидкостей также меняется.
Газы обладают наименьшей Т. и наибольшей температуропроводностью; последнее обстоятельство объясняется их малой плотностью. В газах передача тепла осуществляется путем обмена энергиями между хаотически движущимися молекулами. Кинетич. теория газов полностью объясняет механизм Т. газов и позволяет установить нек-рые важные закономерности. Она показывает, что коэффициент Т. Л газа связан с его теплоёмкостью cv при постоянном объёме и вязкостью следующим соотношением: Л — кс^ т], где &=2, 5 для одноатомных газов, 1, 9 — для двухатомных и 1, 7 — для трёхатомных. Т. газов растёт с темп-рой и не зависит ст давления. Независимость от давления сохраняется до очень низких давлений, когда Т. газа начинает уже уменьшаться пропорционально давлению. Это происходит тогда, когда расстояние между двумя соударениями молекул становится сравнимым с размерами пространства, в к-ром совершается перенос тепла молекулами.
Лит.: Кирпиче в М. В., Михеев М. А. и Эй гене он Л. С., Теплопередача, М. — Л., 1940; ГреберГ., ЭркС., Основы учения о теплообмене, м. — л., 1936.
ТЕПЛОРОД, особая «невесомая» материя, в действительности не существующая в природе. Предположение о существовании Т. в качестве «субстанции теплоты» было выдвинуто в конце 18 в. В тот период развития физики, когда связи между различными материальными процессами ещё не были установлены»
