Теплопроводность материалов.

Теплопроводность – св-во материалов пропускать теплоту через свою толщину. Явление теплопроводности заключ в том, что кинетическая энергия атомов и молекул,к-рая опред-т тем-ру тела при их взаимодействии др с др передается из более нагретых областей к менее нагретым обл тела. Теплопроводность материала оценивается кол-ом теплоты, проходящим через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м² за 1 час при разности тем-р на противоположных плоскопараллельных поверхностях образца в 1 градус. Теплопроводность материалов зависит от многих факторов: природы материала, стр-ры, степени пористости, хар-ра пор, влажности и средней тем-ры, при к-рой происходит передача теплоты. Теплопроводность материалов зависит от наличия в них примесей, дефектов, вида переносчиков теплоты (фононы, электроны и др.) и механизма их рассеяния. поток теплоты. Сущ несколько методов опред-я коэф-та теплопроводности, среди к-рых абсолютный метод яв-ся наиболее точным. При исп-и данного метода, плоский образец известной толщины и площади поперечного сечения зажимают между метал-ими блоками, изготовленными из материала с высокой теплопроводностью, в к-рые вставлены датчики тем-р «холодной» и «горячей» сторон образца. В один блок вмонтирован электронагреватель, тепловая мощность которого рассчитывается по измеряемым во внешней цепи току и напряжению питания (Q = I×U), помещаем в вакуум. Сущ неразрушающий ускоренный метод опред-я коэф-та теплопроводности, к-рый заключается в создании одностороннего кратковременного теплового импульса на поверхности образца и регистрации изменения тем-ры на этой поверхности.

 

 

Температурный коэффициент расширения.

Тем-рным расширением наз эффект изменения размеров тела с изменением тем-ры при постоянном давлении. Тем-рным коэф-том объемного расширения (b) наз относительное изменение объема при нагревании тела на 1 градус: где V – объем тела;dV – изменение объема тела при изменении его тем-ры на величину dT. Термическое расширение тв тел определ-ся их стр-рным строением. Для анизотропных в-в тем-рное расширение хар-ся тем-рным коэф-том линейного расширения (ТКЛР). где l₀ – начальная длина образца; l – длина образца при тем-ре Т. Для изотропных матер-в тем-рный коэф-т линейного расширения связан с коэф-том объемного расширения (b) соотношением:b = 3×a. У больш-ва матер-в тем-рный коэф-т линейного расширения зависит от тем-ры. В технике обычно имеет знач средний тем-рный коэф-т линейного расширения (): . Единица измерения всех тем-рных коэф-в расширения К^-1. ТКЛР измеряют неск.м-ми. При измерениях компораторными методами на образец наносят две метки, нагревают образец до определ-й тем-ры и с помощью микроскопа опред-т величину сдвига меток. При применении рычажного метода один конец образца закрепляют, а др конец давит на рычаг, к к-ому закреплено устройство для регистрации удлинения. Чаще всего образец в виде стержня помещают в кварцевую трубку и нагревают в печи. Через кварцевый стержень (коэф-т термического расширения к-рого практически равен нулю) изменение длины образца передается тензометру, к-рый показывает величину изменения длины. В общем случае ТКЛР зависит от давления, тем-ры, хим состава, стр-ры тела и его фазового состояния.

 

 

Термостойкость.

При стационарном и нестационарном нагреве неоднородность тем-ого поля в образце или изделии вызвает мех напряжения, к-рые могут привести к деформации или разрушению образца. Устойчивость объекта к неоднородному тем-рному полю зависит преимущественно от термостойкости, степени неоднородности тем-рного поля, размеров и формы объекта. Термостойкостью наз способность материала в виде образцов опред-ой формы и размеров выдерживать без разрушения действие нек-рой разности тем-р в опред-ых усл-ях. Основные пара-ры, определяющие термостойкость материала, связаны след урав-ями:

‑ при стационарном режиме нагрева Ф;

‑ при нестационарном режиме нагрева Ф,

где DТ – разрушающая разность тем-р;s - предел прочности;a - тем-рный коэф-т линейного расширения;Е – модуль упругости;c - коэф-т теплопроводности;К– коэф-т температуропроводности;с₁ и с₂ – поправочные коэф-ты;n – показатель степени, к-рый изменяется от 0,5 до 1. Больше всего термостойкость зависит от тем-рного коэф-та линейного расширения, а также от микростр-ры и строения материала. К материалам с высокой термостойкостью относятся такие, у к-рых a < 45×10^-7 град.^-1, а материалы, имеющие a > 80×10^-7 град.^-1, хар-ся низкой термостойкостью. В зависимости от природы материалов, их термостойкость определяют различными методами. Например, термостойкость стекол (нагревают и сбрасывают в воду, фиксируют трещины и разрушения).