92828

Laboratorium Materiałów konstrukcyjnych i Eksploatacyjnych - P.Wr. - WME

W przypadku izolowania przewodów elektrycznych celem nie jest ograniczenie strat ciepła, lecz zabezpieczenie przed porażeniem. Stosując jednak izolację o średnicy krytycznej można uzyskać dodatkowy efekt a mianowicie paradoksalnie zwiększyć odprowadzenie ciepła z przewodu i zabezpieczyć go przed samozapłonem.

Przepływ ciepła jest formą wymiany energii w skali mikro i odbywa się między obszarami o różnych temperaturach (zawsze od temperatury większej do mniejszej). Są trzy drogi wymiany ciepła: przewodzenie, konwekcja i promieniowanie.

Przewodzenie ciepła zachodzi w obrębie jednego ciała, w którym istnieją gradienty temperatury. Energia przenoszona jest między cząsteczkami w wyniku ich zderzeń lub poprzez sztywność wiązania. Szybkość rozchodzenia się ciepłą tą drogą wyraża współczynnik przewodzenia ciepła X, którego wymiar w układzie SI wynosi W/(mK) Definiuje go równanie Fouriera, które dla przepływu ciepła przez płaską ścianę o grubości s ma postać

Q

(i)

gdzie: Q - strumień przewodzonego ciepła; F - powierzchnia ścianki (wymiany ciepła); X - współczynnik przewodzenia ciepła; 0/ - temperatura powierzchni zewnętrznej ścianki, $z - temperatura powierzchni wewnętrznej ścianki.

Współczynnik przewodzenia ciepła jest największy dla metali np. złoto, srebro, miedź - ok. 375 W/(mK); aluminium - ok. 200 W/(m K). Najmniejsze X < 1 W/(mK) - mają gazy i izolatory o strukturze porowatej (duży udział gazu, np. styropian 0,045 W/(m K)).

Wymiana ciepła przez promieniowanie polega na emisji fal elektromagnetycznych (głównie w zakresie 0,4 4 40 pm) przez jedno ciało i pochłanianiu ich przez inne. Ten sposób wymiany ciepła nie wymaga pośrednictwa substancji, co pozwala na przepływ energii przez próżnię (jak np. ze Słońca do Ziemi). Strumień ciepła Q między dwiema powierzchniami o temperaturach T/ i T2 jest proporcjonalny do różnicy ich czwartych potęg Q _ t* -j*. z tego względu przy niskiej różnicy temperatur jego udział jest stosunkowo mały i dla wygody obliczeń jego wpływ ujmuje się w konwekcji.

Konwekcja (unoszenie) jest to przepływ ciepła jaki ma miejsce w płynach na skutek ruchu substancji, podczas którego cząstki o większej energii wewnętrznej (cieplejsze) przepływają do obszarów o mniejszej energii wewnętrznej (zimniejszych) transportując w ten sposób posiadaną przez siebie energię z jednego miejsca w drugie. Ruch ten może być wymuszony np. wentylatorem - konwekcja wymuszona lub może przebiegać na skutek różnicy gęstości (jak przy ogrzewaniu pomieszczeń) - konwekcja naturalna.

Przepływ ciepła od płynu, w którym zachodzi konwekcja, do ściany nazywa się przejmmoaniem (wnikaniem) ciepła i opisuje go współczynnik przejmowania (wnikania) ciepła a, o wymiarze W/(m^: K). Zjawisko wnikania ciepła opisuje prawo Newtona w postaci:

Q -F a (T-6)    (2)

2