Теплопроводность чистых твердых металлов в основном определяется переносом свободных электронов, мощность потока которых зависит от перепада температуры, от кристаллической структуры, размеров и ориентации кристаллов. Небольшие добавки любых примесей, даже более теплопроводных чем основной металл, приводят к снижению теплопроводности сплава. Дело в том, что примеси искажают кристаллическую решетку, создавая препятствия на пути электронов. Тем не менее, благодаря направленному потоку электронов теплопроводность металлов наибольшая из всех твердых тел. Исключение составляет графит, теплопроводность которого даже выше, чем у многих сплавов (при 20 0С у серебра l = 419 Вт/(м К); у меди - 390, у алюминия - 209, у углеродистой стали - 54, а у графита - 174 Вт/(м К)).
В твердых непроводниках тепло распространяется за счет упругих колебаний атомов в узлах кристаллических решеток; теплопроводность их сильно зависит от пористости, размеров пор, свойств газов или жидкостей в порах, от давления и температуры; причем теплопроводность пористых тел возрастает с температурой, и при t >1300 0С теплоизоля -торы с высокой пористостью становятся хорошими проводниками из-за теплового излучения в порах.
В любом теле с неравномерно распределенной по объему температурой есть непрерывная совокупность точек с одинаковой температурой, образующих изотермическую поверхность (рисунок 5). В жидких и газообразных телах такая поверхность может иметь очень сложную форму.
t t + Dt
 |
|||
 |
Dn
 |
q
n
Рисунок 5. – Схема изотермических поверхностей в объёме тела.
Наибольшее изменение температуры на единицу длины всегда приходится по направлению нормали к изотермической поверхности. Отношение перепада температуры между двумя изотермическими поверхностями к расстоянию между ними по нормали Dt ¤ Dn называют средним градиентом температуры, а его предел при Dn®0, то есть (dt/dn) = grad t, называют истинным градиентом температуры. Он относится не к интервалу Δn, а к сечению, около которого определяется.
Истинный градиент температуры есть вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры. Составляющие градиента температуры по осям коор- динат есть частные производные от температуры ∂t/∂x, ∂t ⁄ ∂y и т. д.
Перенос энергии теплопроводностью описывается законом Фурье, согласно которому плотность теплового потока
q = - l grad t = - l (dt/dn).
Знак «минус» в приведенной формуле показывает, что направление теплового потока противоположно направлению градиента температуры.
Закон Фурье в приведенной форме строго справедлив только для стационарных тепловых процессов или для условий бесконечно большой скорости распространения тепла.
Из вышеприведенного равенства следует, что
градиент температу-ры и плотность теплового потока в любой момент времени
соответствуют друг другу. В действительности материал обладает некоторой
инерционностью вследствие конечной величины теплопро- водности, и при
резком изменении теплового потока перестройка температурного поля, то
есть изменение градиента температуры, будет происходить с некоторым
смещением во времени. Это смещение на- зывается временем релаксации
(ослабления) 
. С учетом
этой особен-ности q = - l (dt/dn) - t
р (dq/dt).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.