Tepelná vodivost

Ve fyzice označuje tepelná vodivost schopnost daného kusu látky, konstrukce (např. zdi), vést teplo. Představuje rychlost, s jakou se teplo šíří z jedné zahřáté části látky do jiných, chladnějších částí.

Tepelná vodivost dané látky je charakterizována součinitelem tepelné vodivosti. Součinitel tepelné vodivosti bývá často chybně označován přímo jako tepelná vodivost, součinitel je však měrná tepelná vodivost.

Součinitel tepelné vodivosti

Je definován jako koeficient úměrnosti mezi hustotou tepelného toku (q) v dané látce a záporně vzatým gradientem teploty (T):

.

Je-li tepelný tok homogenní a ustálený, lze tento definiční vztah vyjádřit názorněji:

, resp.
,

kde Q je množství tepla, které za čas t projde mezi dvěma shodnými plochami obsahu S kolmými ke směru toku a vzájemně posunutými v tomto směru o vzdálenost d, je-li mezi nimi rozdíl teplot ΔT.

Tuto definici lze také vyjádřit tak, že součinitel tepelné vodivosti vyjadřuje množství tepla, které za jednotku času (1 sekunda) projde jednotkou plochy (v SI 1 čtverečním metrem) homogenní desky jednotkové tloušťky (v SI 1 metr), jejíž stěny mají po celé ploše stejnou teplotu, je-li mezi nimi udržován jednotkový teplotní rozdíl (v SI 1 kelvin).

Jako převrácená hodnota součinitele tepelné vodivosti je definován měrný tepelný odpor.

Značení

Výpočet tepla předaného vedením

Množství tepla , které projde za čas plochou do hloubky se určí ze vztahu

,

kde je součinitel tepelné vodivosti a je rozdíl teplot na vzdálenosti .

Tento vztah platí pouze v případě, že lze tepelný tok považovat za homogenní a ustálený. V opačném případě je nutno řešit diferenciální rovnici vedení tepla.

Součinitel tepelné vodivosti je materiálová konstanta, která se zjišťuje experimentálně.

Vlastnosti

U materiálů s definovanou tloušťkou se často udává součinitel prostupu tepla U, který je definován jako výkon, který projde plochou jednoho čtverečního metru při rozdílu teplot 1 kelvin.

Tepelná vodivost společně s tepelnou kapacitou také ovlivňuje subjektivní vnímání teploty těles při doteku. Např. dotýkáme-li se dvou chladných předmětů se stejnou teplotou, z nichž jeden je kovový a druhý dřevěný, zdá se nám dřevěný předmět teplejší, protože jeho povrch se zahřívá tělesným teplem snadněji, zatímco kovový předmět teplo snadněji odvádí daleko od povrchu.

Tepelná vodivost je mírně závislá na teplotě. U kovů s rostoucí teplotou klesá, u polovodičů naopak s teplotou roste.

Příklad hodnot tepelné vodivosti

Tepelná vodivost kapalin a plynů je udávána v klidu (tzn. nedochází k přenosu tepla prouděním).

Tabulka udává hodnoty tepelné vodivosti vybraných materiálů při teplotě 25 a 20 °C.

Látkaλ
[W·m−1·K−1]
při 25 °Cpři 20 °Cpři 0 °C
diamant895–2300  
stříbro429418 
měď386395401
zlato317  
hliník237229 
mosaz120  
železo80,273 
platina71,6  
olovo35,3  
rtuť8,514  
křemen7–12  
žula 2,9 – 4,0 
led2,2
beton 1,5 
sklo1,350,60 – 1,0 
cihla 0,28 – 1,2 
škvárobeton 0,70 
voda0,60620,60,55
nylon0,24  
linoleum 0,19 
dřevo stavební[pozn. 1]0,18 – 0,49  
polystyren 0,16 
benzín 0,131 
olej0,13  
pěnové sklo  0,04
dřevo balsové0,048[1]  
skelná vata 0,04 
ovčí vlna0,04  
sníh (čerstvý)  0,03[pozn. 2]
polystyrenová pěna0,0330,035 
vzduch (normální tlak)0,02620,026 
aerogel0,015–0,020  
  1. dle tvrdosti, vlhkosti, kolmosti k vláknům
  2. mokrý uleželý asi dvacetinásobně vyšší

Reference

Související články

Externí odkazy