Значения коэффициентов теплопроводности некоторых материалов

Если при повышении температуры значение параметра z возрастает, то a_z > 0, отрицательное значение a_z указывает на уменьшение z при росте температуры.

Для температурного интервала Т₁...Т₂ пользуются средним температурным коэффициентом параметра z

a_ср.z = (z₂-z₁)/z(T₂ – T₁),

где z₁, z₂ — значения параметра для температур Т₁, Т₂ соответственно.

Т е п л о в о е р а с ш и р е н и е характеризует изменение геометрических размеров тела при изменении температуры и является мерой возможности увеличения амплитуды тепловых колебаний атомов при повышении температуры. Большинство твердых тел при нагревании расширяется из-за увеличения межатомного расстояния. Тепловое расширение необходимо учитывать при сопряжении различных материалов (особенно хрупких) в конструкциях, работающих в переменных температурных полях. Для хрупких материалов особенно опасны термоудары — резкая смена положительной и отрицательной температур.

Характеристикой теплового расширения служит температурный коэффициент линейного расширения (ТКР):

a _l, =(l/ l)(d l /d T), К^-1.

У большинства материалов a _l > 0. Его величина зависит от сил межатомного взаимодействия. Материалы, имеющие высокие значения a _l, имеют низкую Т _пли термостойкость, материалы с низким a _l — тугоплавки и термостойки благодаря значительным силам связи между атомами.

Нагревостойкость — способность материала выдерживать повышение температуры и резкую смену температур (термоудары) без существенного ухудшения эксплуатационных свойств. Такими свойствами, в зависимости от конкретных условий, могут быть механическая или электрическая прочность, оптические свойства, стойкость к определенным агрессивным средам и проч. Нагревостойкость является важной характеристикой, поскольку от нее зависит максимально допустимая рабочая температура аппаратуры в целом. Для характеристики нагревостойкости металлических материалов, работающих при высоких температурах, употребляют термин жаропрочность (сопротивление деформированию и разрушению в условиях действия механической нагрузки и высоких температур).

При повышении температуры в материалах возможно протекание различных явлений. Среди них целесообразно выделить следующие:

• плавление кристаллических материалов. При этом материал переходит в аморфное состояние;

• размягчение аморфных материалов — вызывает сильное снижение механической прочности, а при наличии механической нагрузки — необратимую их деформацию;

• фазовые переходы в твердом состоянии — изменяют эксплуатационные характеристики (характерно для металлических конструкционных сплавов, магнитных, сегнетоэлек-трических, жидкокристаллических и других материалов);

• горение, обугливание, окисление или разложение;

• изменение электрических характеристик;

• тепловое старение диэлектриков — вызывает изменение их структуры и свойств; происходит в результате химических процессов при длительном воздействии повышенной температуры и приводит к снижению механических и электрических параметров материала. Тепловое старение усиливается в присутствии кислорода, озона, при воздействии излучений, в том числе видимого и ультрафиолетового, электромагнитных полей, механических нагрузок. Тепловому старению особо подвержены органические материалы.

Как правило, нагревостойкость неорганических материалов значительно выше, чем органических.

Холодостойкость — способность материала сохранять свои свойства при понижении температуры. Она особенно важна для органических электроизоляционных материалов. При низких температурах их электрические свойства улучшаются, однако они утрачивают гибкость и эластичность, приобретая нежелательную твердость и хрупкость, что может приводить к разрушению материалов.

На практике часто используют понятие рабочий интервал температур, указывающий нижний и верхний температурные пределы сохранения всех важных эксплуатационных свойств.

Температуропроводность — мера тепловой инерционности вещества. Этот параметр характеризует скорость изменения температуры вещества в нестационарных тепловых процессах. Коэффициент температуропроводности (м²/с)определяется по формуле

a _T = l _T /(r c),

где r — плотность вещества; с — удельная теплоемкость