Теплопроводность распространённых материалов
Теплопроводность распространённых материалов — твёрдые тела, жидкости и газы.
Обзор
Теплопроводность (k) определяет способность материала проводить тепло. Она определяется как количество теплоты, проходящей через единицу толщины в направлении, нормальном к поверхности единичной площади, из-за единичного градиента температуры в стационарных условиях.
Единицы измерения: W/(m·K) в системе СИ; Btu/(hr·ft·°F) в имперской системе.
Перевод единиц: 1 W/(m·K) = 0.5779 Btu/(hr·ft·°F) = 0.85984 kcal/(h·m·°C)
Сохранение оригинального текста источника
Источник определяет теплопроводность как свойство материала и как передачу тепла через единицу толщины, нормальную к единичной площади, при единичном градиенте температуры. Он также указывает общепринятые символы k, λ и κ с единицами W/(m K), J/(s m K), Btu/(hr ft °F), Btu in/(hr ft² °F) и kcal/(h m °C).
Источник отмечает, что температура и давление влияют на теплопроводность, особенно для жидкостей и газов. Он также предупреждает о продуктах, содержащих асбест, с медицинским предупреждением; восстановленная таблица сохраняет строки с асбестом для полноты исторических данных, тогда как примечания по безопасности ниже указывают, что асбестовые волокна опасны и требуют квалифицированного контроля.
Основные формулы
Закон Фурье теплопроводности
Стационарный кондуктивный тепловой поток через плоскую стену или пластину.
Разность температур
Где T₁ — температура горячей стороны, а T₂ — температура холодной стороны.
Переменные
| Символ | Описание | Единица |
|---|---|---|
| q/A | Heat flux (heat transfer per unit area) | W/m² |
| k | Thermal conductivity | W/(m·K) |
| ΔT | Temperature difference across material | °C |
| L | Material thickness | m |
Теплопроводность распространённых материалов
Эта выбранная таблица при 25 °C является производным кратким обзором для быстрого ознакомления. Полная оригинальная таблица источника, включая столбцы с температурными данными при 25 °C, 125 °C и 225 °C, где они доступны, сохранена ниже.
Material | Теплопроводность (W/(m·K)) | Category |
|---|---|---|
| Diamond | 1000 | Crystal |
| Copper | 401 | Metal |
| Aluminum | 215 | Metal |
| Алюминиевая латунь | 121 | Alloy |
| Железо (кованое) | 80 | Metal |
| Нержавеющая сталь | 17 | Alloy |
| Оксид алюминия | 30 | Ceramic |
| Agate | 10.9 | Mineral |
| Glass | 1.05 | Amorphous |
| Acrylic | 0.2 | Polymer |
| Acetals | 0.23 | Polymer |
| Вода (жидкая) | 0.606 | Liquid |
| Acetone | 0.16 | Liquid |
| Air | 0.0262 | Gas |
| Аммиак (газ) | 0.0249 | Gas |
Источник: engineeringtoolbox.com
Калькулятор теплопроводности
Ниже приведённый калькулятор является усовершенствованной версией, основанной на законе Фурье из исходного текста; он не представлен как оригинальный калькулятор Engineering ToolBox.
Тепловой поток через плоскую стенку
Пример: Алюминиевая vs. Нержавеющая стальная кастрюля
При разнице температур 20 °C через стенку толщиной 5 мм:
- Алюминий (k = 215 Вт/(м·К)): q/A ≈ 860 000 Вт/м²
- Нержавеющая сталь (k = 17 Вт/(м·К)): q/A ≈ 68 000 Вт/м²
Алюминий проводит примерно 12–13 раз больше тепла, чем нержавеющая сталь, поэтому алюминиевая посуда нагревается быстрее и более равномерно.
Примечания по температуре, давлению и безопасности асбеста из исходного источника
Значения теплопроводности зависят как от температуры, так и от давления. На исходной странице особо отмечено, что это важно для жидкостей и газов, таких как воздух, аммиак, углекислый газ и вода; используйте данные, специфичные для температуры и давления, когда проект зависит от точных расчётов теплопередачи.
См. также вариации теплопроводности в зависимости от температуры и давления для: воздуха, аммиака, углекислого газа и воды.
Примечание по безопасности асбеста. Источник также указывает на асбест как на угрозу здоровью. Изоляция и плиты, содержащие асбест, могут иметь полезные значения теплопроводности, но волокна асбеста опасны при вдыхании и связаны с тяжёлыми заболеваниями лёгких и раком. Не режьте, не сверлите, не удаляйте и не указывайте асбестовые продукты без квалифицированных процедур по устранению и применимого нормативного контроля.
Восстановленные оригинальные таблицы из источника
Следующие таблицы восстановлены из исходной страницы источника для сохранения полных справочных данных.
Теплопроводность распространённых материалов и продуктов
Восстановленная таблица источника использует три столбца теплопроводности, специфичных для температуры: 25 °C (77 °F), 125 °C (257 °F) и 225 °C (437 °F). Пустые ячейки означают, что в исходном источнике не было предоставлено значение для данного материала при этой температуре.
Материал / вещество | Теплопроводность при 25 °C (77 °F) (W/(m K)) | Теплопроводность при 125 °C (257 °F) (W/(m K)) | Теплопроводность при 225 °C (437 °F) (W/(m K)) |
|---|---|---|---|
| Acetals | 0.23 | — | — |
| Acetals | 0.23 | — | — |
| Acetone | 0.16 | — | — |
| Ацетилен (газ) | 0.018 | — | — |
| Acrylic | 0.2 | — | — |
| Воздух, атмосфера (газ) | 0.0262 | 0.0333 | 0.0398 |
| Воздух, высота 10000 м | 0.02 | — | — |
| Agate | 10.9 | — | — |
| Alcohol | 0.17 | — | — |
| Alumina | 36 | 26 | — |
| Aluminum | — | — | — |
| Алюминиевая латунь | 121 | — | — |
| Оксид алюминия | 30 | — | — |
| Аммиак (газ) | 0.0249 | 0.0369 | 0.0528 |
| Antimony | 18.5 | — | — |
| Яблоко (85.6% влаги) | 0.39 | — | — |
| Аргон (газ) | 0.016 | — | — |
| Arsenic | 50 | — | — |
| Асбестоцементная плита1) | 0.744 | — | — |
| Асбестоцементные листы1) | 0.166 | — | — |
| Асбестоцемент1) | 2.07 | — | — |
| Асбест, рыхлый1) | 0.15 | — | — |
| Асбестовый картон1) | 0.14 | — | — |
| Asphalt | 0.75 | — | — |
| Бальса (древесина) | 0.048 | — | — |
| Barium | 18.4 | — | — |
| Basalt | 1.67 | — | — |
| Beryllium | 200 | — | — |
| Bismuth | 8.1 | — | — |
| Bitumen | 0.17 | — | — |
| Слои битума/толя | 0.5 | — | — |
| Говядина, постная (78.9% влаги) | 0.43 - 0.48 | — | — |
| Benzene | 0.16 | — | — |
| Beryllium | — | — | — |
| Bismuth | 8.1 | — | — |
| Bitumen | 0.17 | — | — |
| Доменный газ (газ) | 0.02 | — | — |
| Котельный камень | 1.2 - 3.5 | — | — |
| Boron | 25 | — | — |
| Brass | — | — | — |
| Пеноблок | 0.10 - 0.20 | — | — |
| Кирпич плотный | 1.31 | — | — |
| Кирпич огнеупорный | 0.47 | — | — |
| Кирпич теплоизоляционный | 0.15 | — | — |
| Кладка обыкновенная (строительный кирпич) | 0.6 -1.0 | — | — |
| Кладка плотная | 1.6 | — | — |
| Бром (газ) | 0.004 | — | — |
| Bronze | — | — | — |
| Бурый железняк | 0.58 | — | — |
| Масло (содержание влаги 15%) | 0.2 | — | — |
| Cadmium | — | — | — |
| Calcium | 200 | — | — |
| Силикат кальция | 0.05 | — | — |
| Carbon | 1.7 | — | — |
| Сероуглерод (газ) | 0.0073 | — | — |
| Углекислый газ (газ) | 0.0146 | — | — |
| Угарный газ (газ) | 0.0232 | — | — |
| Чугун | — | — | — |
| Целлюлоза, хлопок, древесная масса и регенерированная | 0.23 | — | — |
| Ацетат целлюлозы, формованный, листовой | 0.17 - 0.33 | — | — |
| Нитрат целлюлозы, целлулоид | 0.12 - 0.21 | — | — |
| Цемент, портландцемент | 0.29 | — | — |
| Цемент, раствор | 1.73 | — | — |
| Керамические материалы | — | — | — |
| Chalk | 0.09 | — | — |
| Шамот, огнеупорная глина | 1.4 | — | — |
| Charcoal | 0.084 | — | — |
| Хлорированный полиэфир | 0.13 | — | — |
| Хлор (газ) | 0.0081 | — | — |
| Хромоникелевая сталь (никель-хромовая сталь) | 16.3 | — | — |
| Chromium | — | — | — |
| Chrom-oxide | 0.42 | — | — |
| Городской газ | 0.064 | — | — |
| Глина, от сухой до влажной | 0.15 - 1.8 | — | — |
| Глина, насыщенная | 0.6 - 2.5 | — | — |
| Coal | 0.2 | — | — |
| Cobalt | — | — | — |
| Треска (содержание влаги 83%) | 0.54 | — | — |
| Coke | 0.184 | — | — |
| Бетон, легкий | 0.1 - 0.3 | — | — |
| Бетон, средний | 0.4 - 0.7 | — | — |
| Бетон, плотный | 1.0 - 1.8 | — | — |
| Бетон, камень | 1.7 | — | — |
| Constantan | 23.3 | — | — |
| Copper | — | — | — |
| Кориан (керамический наполнитель) | 1.06 | — | — |
| Пробковая плита | 0.043 | — | — |
| Пробка, регранулированная | 0.044 | — | — |
| Cork | 0.07 | — | — |
| Cotton | 0.04 | — | — |
| Вата хлопковая | 0.029 | — | — |
| Углеродистая сталь | — | — | — |
| Утеплитель из хлопковой ваты | 0.029 | — | — |
| Мельхиор 30% | 30 | — | — |
| Diamond | 1000 | — | — |
| Диатомит (Sil-o-cel) | 0.06 | — | — |
| Diatomite | 0.12 | — | — |
| Duralium | — | — | — |
| Земля, сухая | 1.5 | — | — |
| Ebonite | 0.17 | — | — |
| Emery | 11.6 | — | — |
| Моторное масло | 0.15 | — | — |
| Этан (газ) | 0.018 | — | — |
| Пары этанола | 0.015 | — | — |
| Ether | 0.14 | — | — |
| Этилен (газ) | 0.017 | — | — |
| Epoxy | 0.35 | — | — |
| Этиленгликоль | 0.25 | — | — |
| Feathers | 0.034 | — | — |
| Войлочный утеплитель | 0.04 | — | — |
| Fiberglass | 0.04 | — | — |
| Фибролитовая изоляционная плита | 0.048 | — | — |
| Твердая фибролитовая плита | 0.2 | — | — |
| Шамотный кирпич 500 °C | 1.4 | — | — |
| Фтор (газ) | 0.0254 | — | — |
| Пеностекло | 0.045 | — | — |
| Дихлордифторметан R-12 (газ) | 0.007 | — | — |
| Дихлордифторметан R-12 (жидкость) | 0.09 | — | — |
| Gasoline | 0.15 | — | — |
| Germanium | 59.9 | — | — |
| Glass | 1.05 | — | — |
| Стекло, жемчужины, сухое | 0.18 | — | — |
| Стекло, жемчужины, насыщенное | 0.76 | — | — |
| Стекло, оконное | 0.96 | — | — |
| Стекловата, теплоизоляция | 0.04 | — | — |
| Glycerol | 0.28 | — | — |
| Gold | — | — | — |
| Granite | 1.7 - 4.0 | — | — |
| Graphite | 168 | — | — |
| Gravel | 0.7 | — | — |
| Грунт, очень влажная зона | 1.4 | — | — |
| Грунт, влажная зона | 1 | — | — |
| Грунт, сухая зона | 0.5 | — | — |
| Грунт, очень сухая зона | 0.33 | — | — |
| Гипсокартон | 0.17 | — | — |
| Hairfelt | 0.05 | — | — |
| ДВП высокой плотности | 0.15 | — | — |
| Твёрдые породы дерева (дуб, клён..) | 0.16 | — | — |
| Хастеллой C | 12 | — | — |
| Гелий (газ) | 0.142 | — | — |
| Мёд (влажность 12.6%) | 0.5 | — | — |
| Соляная кислота (газ) | 0.013 | — | — |
| Водород (газ) | 0.168 | — | — |
| Хлороводород (газ) | 0.014 | — | — |
| Сероводород (газ) | 0.013 | — | — |
| Лёд (0 oC, 32 oF) | 2.18 | — | — |
| Indium | 81.6 | — | — |
| Inconel | 15 | — | — |
| Слитковое железо | 47 - 58 | — | — |
| Изоляционные материалы | 0.035 - 0.16 | — | — |
| Iodine | 0.44 | — | — |
| Iridium | 147 | — | — |
| Iron | — | — | — |
| Iron-oxide | 0.58 | — | — |
| Капоковая изоляция | 0.034 | — | — |
| Kerosene | 0.15 | — | — |
| Криптон (газ) | 0.0088 | — | — |
| Lead | — | — | — |
| Кожа, сухая | 0.14 | — | — |
| Limestone | 1.26 - 1.33 | — | — |
| LInoleum | 0.19 | — | — |
| Lithium | — | — | — |
| Магнезиальная изоляция (85%) | 0.07 | — | — |
| Magnesite | 4.15 | — | — |
| Magnesium | — | — | — |
| Магниевый сплав | 70 - 145 | — | — |
| Marble | 2.08 - 2.94 | — | — |
| Ртуть, жидкая | — | — | — |
| Метан (газ) | 0.03 | — | — |
| Methanol | 0.21 | — | — |
| Mica | 0.71 | — | — |
| Milk | 0.53 | — | — |
| Минеральная вата изоляционные материалы, ватные одеяла .. | 0.04 | — | — |
| Molybdenum | — | — | — |
| Monel | — | — | — |
| Неон (газ) | 0.046 | — | — |
| Neoprene | 0.05 | — | — |
| Niobium | 53.7 | — | — |
| Nickel | — | — | — |
| Оксид азота (газ) | 0.0238 | — | — |
| Азот (газ) | 0.024 | — | — |
| Закись азота (газ) | 0.0151 | — | — |
| Нейлон 6, Нейлон 6/6 | 0.25 | — | — |
| Масло машинное смазочное SAE 50 | 0.15 | — | — |
| Оливковое масло | 0.17 | — | — |
| Osmium | 87.6 | — | — |
| Кислород (газ) | 0.024 | — | — |
| Озон (газ) | 0.019 | — | — |
| Palladium | 70.9 | — | — |
| Paper | 0.05 | — | — |
| Парафиновый воск | 0.25 | — | — |
| Peat | 0.08 | — | — |
| Перлит, атмосферное давление | 0.031 | — | — |
| Перлит, вакуум | 0.00137 | — | — |
| Фенольные литейные смолы | 0.15 | — | — |
| Фенол-формальдегидные формовочные компаунды | 0.13 - 0.25 | — | — |
| Фосфористая бронза | 110 | — | — |
| Pinchbeck | 159 | — | — |
| Pitch | 0.13 | — | — |
| Каменный уголь | 0.24 | — | — |
| Легкая штукатурка | 0.2 | — | — |
| Штукатурка по металлической сетке | 0.47 | — | — |
| Песчаная штукатурка | 0.71 | — | — |
| Штукатурка по деревянной дранке | 0.28 | — | — |
| Plasticine | 0.65 - 0.8 | — | — |
| Пластики вспененные (изоляционные материалы) | 0.03 | — | — |
| Platinum | — | — | — |
| Plutonium | — | — | — |
| Plywood | 0.13 | — | — |
| Polyamid | 0.31 | — | — |
| Поликарбонат | 0.19 | — | — |
| Polyester | 0.05 | — | — |
| Полиэтилен низкой плотности, ПЭН | 0.33 | — | — |
| Полиэтилен высокой плотности, PEH | 0.42 - 0.51 | — | — |
| Полиизопрен натуральный каучук | 0.13 | — | — |
| Полиизопрен твердый каучук | 0.16 | — | — |
| Полиметилметакрилат | 0.17 - 0.25 | — | — |
| Полипропилен, PP | 0.1 - 0.22 | — | — |
| Полистирол, вспененный | 0.03 | — | — |
| Polystyrol | 0.043 | — | — |
| Полиуретановая пена | 0.03 | — | — |
| Porcelain | 1.5 | — | — |
| Potassium | 102.4 | — | — |
| Картофель, сырая мякоть | 0.55 | — | — |
| Пропан (газ) | 0.015 | — | — |
| Пропилен (газ) | 0.017 | — | — |
| Политетрафторэтилен (PTFE) | 0.25 | — | — |
| Поливинилхлорид, PVC | 0.19 | — | — |
| Стекло Pyrex | 1.005 | — | — |
| Минерал кварц | 3 | — | — |
| Radium | 18.6 | — | — |
| Радон (газ) | 0.0033 | — | — |
| Красный металл | — | — | — |
| Rhenium | — | — | — |
| Rhodium | — | — | — |
| Камень, твердый | 2 - 7 | — | — |
| Камень, пористый вулканический (Туф) | 0.5 - 2.5 | — | — |
| Каменная вата, изоляция | 0.045 | — | — |
| Кровельная бумага | 0.19 | — | — |
| Rosin | 0.32 | — | — |
| Каучук, ячеистый | 0.045 | — | — |
| Каучук, натуральный | 0.13 | — | — |
| Rubidium | — | — | — |
| Лосось (73% содержания влаги) | 0.5 | — | — |
| Песок, сухой | 0.15 - 0.25 | — | — |
| Песок, влажный | 0.25 - 2 | — | — |
| Песок, насыщенный | 2 - 4 | — | — |
| Sandstone | 1.7 | — | — |
| Sawdust | 0.08 | — | — |
| Selenium | — | — | — |
| Овечья шерсть | 0.039 | — | — |
| Аэрогель кремнезема | 0.02 | — | — |
| Силиконовая заливочная смола | 0.15 - 0.32 | — | — |
| Карбид кремния | 120 | — | — |
| Силиконовое масло | 0.1 | — | — |
| Silimanite | 151 | — | — |
| Silver | — | — | — |
| Шлаковата | 0.042 | — | — |
| Slate | 2.01 | — | — |
| Снег (temp < 0 oC) | 0.05 - 0.25 | — | — |
| Sodium | — | — | — |
| Мягкая древесина (ель, сосна ..) | 0.12 | — | — |
| Грунт, глина | 1.1 | — | — |
| Грунт с органическими веществами | 0.15 - 2 | — | — |
| Грунт, насыщенный | 0.6 - 4 | — | — |
| Припой 50-50 | 50 | — | — |
| Soot | 0.07 | — | — |
| Пар, насыщенный | 0.0184 | — | — |
| Пар, низкое давление | 0.0188 | — | — |
| Steatite | 2 | — | — |
| Сталь, углеродистая | — | — | — |
| Сталь, нержавеющая | — | — | — |
| Соломенная изоляционная плита, прессованная | 0.09 | — | — |
| Styrofoam | 0.033 | — | — |
| Диоксид серы (газ) | 0.0086 | — | — |
| Сера, кристаллическая | 0.2 | — | — |
| Гексафторид серы | 0.011 | — | — |
| Sugars | 0.087 - 0.22 | — | — |
| Tantalum | — | — | — |
| Tar | 0.19 | — | — |
| Tellurium | 4.9 | — | — |
| Thorium | — | — | — |
| Древесина ольхи | 0.17 | — | — |
| Древесина ясеня | 0.16 | — | — |
| Древесина берёзы | 0.14 | — | — |
| Древесина лиственницы | 0.12 | — | — |
| Дерево, клен | 0.16 | — | — |
| Дерево, дуб | 0.17 | — | — |
| Дерево, смоляная сосна | 0.14 | — | — |
| Дерево, гайяковое дерево | 0.19 | — | — |
| Дерево, красный бук | 0.14 | — | — |
| Дерево, красная сосна | 0.15 | — | — |
| Дерево, белая сосна | 0.15 | — | — |
| Дерево, орех | 0.15 | — | — |
| Tin | — | — | — |
| Titanium | — | — | — |
| Tungsten | — | — | — |
| Uranium | — | — | — |
| Уретановая пена | 0.021 | — | — |
| Vacuum | 0 | — | — |
| Vanadium | 30.7 | — | — |
| Вермикулитовые гранулы | 0.065 | — | — |
| Виниловый эфир | 0.25 | — | — |
| Water | 0.606 | — | — |
| Вода, пар (пар) | — | 0.0267 | 0.0359 |
| Wax | 0.084 | — | — |
| Пшеничная мука | 0.45 | — | — |
| Белый металл | 35 - 70 | — | — |
| Древесина поперек волокон, белая сосна | 0.12 | — | — |
| Древесина поперек волокон, бальсовое дерево | 0.055 | — | — |
| Древесина поперек волокон, желтая сосна, дерево | 0.147 | — | — |
| Дерево, дуб | 0.17 | — | — |
| Шерсть, фетр | 0.07 | — | — |
| Древесная шерсть, плита | 0.1 - 0.15 | — | — |
| Ксенон (газ) | 0.0051 | — | — |
| Zinc | — | — | — |
| Zirconium | 22.7 | — | — |
Источник: engineeringtoolbox.com
Оригинальные исходные изображения
Следующие оригинальные исходные изображения сохранены, чтобы избежать потери визуального справочного материала. Когда изображение содержит графики или табличные данные, его извлечённые значения представлены в таблицах страницы, калькуляторах или интерактивных графиках; остальные изображения сохраняются как визуальные исходные ссылки.
Инженерные заметки
- Зависимость от температуры: Теплопроводность газов увеличивается с температурой; для большинства металлов и твёрдых тел она слегка уменьшается. Для точных работ обращайтесь к данным, зависящим от температуры.
- Общий теплообмен: Кондуктивный поток, указанный выше, является лишь частью реальной системы. Общий теплообмен зависит от конвективных коэффициентов и радиационного обмена на обеих поверхностях. Используйте общий коэффициент теплоотдачи U для многослойных задач или задач с жидкостной связью.
- Анизотропные материалы: Дерево, композиты и кристаллы могут иметь различные значения k вдоль разных осей. Используйте направленную проводимость, когда это применимо.
- Предупреждение об асбесте: Асбест имеет благоприятные тепловые свойства, но его волокна вызывают мезотелиому и рак лёгких при вдыхании. Избегайте обращения; используйте более безопасные альтернативы.
- Выбор изоляции: Для тепловых барьеров желательно низкое значение k. Воздух (k ≈ 0.026 W/(m·K)) и вспененные пластики являются обычными изоляторами.