Przewodność cieplna

Przewodność cieplna, współczynnik przewodnictwa ciepła, (oznaczany symbolem λ lub k), określa zdolność substancji do przewodzenia ciepła. W tych samych warunkach więcej ciepła przepłynie przez substancję o większym współczynniku przewodności cieplnej.

Definicja

Dla ciała o kształcie prostopadłościanu przewodzącego ciepło w warunkach stanu stabilnego (ustalonego), które stanowi przegrodę dla przepływu ciepła, ilość przekazanej energii jest zależna od substancji, proporcjonalna do przekroju przegrody, różnicy temperatur oraz czasu przepływu ciepła i odwrotnie proporcjonalna do grubości przegrody:

$Q = \lambda \cdot \frac {S \cdot \Delta T \cdot t} d$

Z powyższego wynika:

$\lambda=\frac Q t \cdot \frac{d}{S \Delta T}$

gdzie:

Q – ilość ciepła przepływającego przez ciało,

λ – współczynnik przewodnictwa cieplnego,

S – pole przekroju przez który przepływa ciepło,

t – czas przepływu,

ΔT – różnica temperatur w kierunku przewodzenia ciepła,

d - grubość przegrody

Jednostką współczynnika przewodzenia ciepła w układzie SI - J/(m s K) = W m^-1 K^-1 (wat na metr kelwin).

Właściwości

Przewodność cieplna jest wielkością charakterystyczną substancji w danym stanie skupienia i jego fazie. Dla substancji niejednorodnych jest zależna od ich budowy, porowatości itp. Dla małych zakresów temperatur w technice przyjmuje się, że przewodność cieplna nie zależy od temperatury. W rzeczywistości przewodność cieplna zależy od temperatury. Substancjami najlepiej przewodzącymi ciepło są metale, najsłabiej gazy.

Zakres stosowania

Wyżej wymienione wzory są prawdziwe dla wymiany cieplnej odbywającej się tylko przez przewodzenie ciepła, kiedy nie występuje ani promieniowanie cieplne, ani konwekcja, które nie są proporcjonalne do różnicy temperatur, zależą też od innych parametrów fizycznych ciał. W technice, szczególnie w budownictwie, model ten przyjmuje się dla przegród cieplnych w budowlach, w których oprócz przewodnictwa zachodzi na ich granicy konwekcja i promieniowanie.

Przykładowe wartości

materiał	przewodność cieplna W/(m·K)
grafen	4840 - 5300
diament	900–2320
srebro	429
miedź	370; 375; 397; 400
złoto	317
stopy aluminium	200
nikiel	90,7
stal	58
żelbet	1,7
cegła	0,8
woda	0,6
gips	0,51
drewno	0,2
wełna szklana	0,040
wełna skalna	0,037
styropian EPS	0,036
polistyren ekstrudowany XPS	0,035
pianka poliuretanowa bez szczelnej osłony	0,035
pianka poliuretanowa w szczelnej osłonie	0,025
powietrze (nieruchome)	0,025
aerożel	0.017

UWAGA: Podane współczynniki przewodności cieplnej obowiązują dla stanu powietrzno-suchego: temperatura 20°C i wilgotność względna RH=50%.

Zobacz też

• równanie przewodnictwa cieplnego
• wymiana cieplna
• efekt Mpemby
• opór cieplny