Коэффициент теплопроводности воздуха
Джозеф Блек еще в далеком 1754 году опытным путем доказал всему миру, что атмосфера земли (иными словами, воздух) состоит из смеси различных газов, основными из которых являются кислород и азот. Он также ввел такое понятие, как коэффициент теплопроводности воздуха.
Всем живым организмам на земле для существования необходим воздух, вернее, основа воздуха - кислород. Происходящий процесс окисления кислорода, поступающего в организм из окружающего воздуха, производит энергию, без которой нет продолжения жизни.
Кислород широко применяется на производстве и в повседневной жизни - при горении происходит выделение топливной, а в двигателях внутреннего сгорания - механической энергии. Путем его сжижения производят благородные газы.
Состав атмосферного воздуха оказывает существенное влияние на жизнь и здоровье каждого человека. Идеальный («правильный») состав содержит до 75 процентов азота, 24 процентов кислорода и небольшие примеси различных газов - метана, неона, криптона, водорода, углекислого газа и др.
Наличие промышленных производств, увеличение числа автомобилей, выбрасывающих в атмосферу миллионы биологических и химических микрочастиц (альдегидов, аммиака, оксидов, тяжелых металлов), значительно загрязняют атмосферу, причем коэффициент теплопроводности воздуха уменьшается, что пагубно влияет на живые организмы. Выбросы от работы автомобильных двигателей (их в воздухе больших городов не менее 60 процентов) наиболее вредны для организма человека. Второе место по загрязнению принадлежит теплоэлектростанциям, третье занимает химическое производство.
Основным свойством воздуха является его теплопроводность. После проведения многочисленных опытов и экспериментов ученым удалось определить, что тепло в газовой среде распространяется тремя основными способами: тепловое излучение (электромагнитно-волновая передача энергии), конвекция (перемещение энергетических потоков посредством движения слоев газа в пространстве),теплопроводность ( хаотичное движение молекул, способствующее приему тепла от слоя газа с большей температурой к менее «теплому»слою газа). В процессе теплоотдачи молекулы, содержащие больше энергии, передают ее молекулам с меньшим содержанием энергии. Характерная способность проводить теплоту является физическим параметром коэффициента теплопроводности воздуха. Коэффициент теплопроводности воздуха определяется уравнением:
λ= -d2Qt/gt/gn*dF*dt.
Коэффициент теплопроводности воздуха численно равняется количеству теплоты, проходящему за отрезок времени через единицу изотермических поверхностей при сопутствующем условии, когда gradt=1. Его непосредственная размерная величина рассматривается как соотношение Вт/(м·К).
По результатам проведенных опытов и экспериментов создана справочная таблица, по которой можно определить значения коэффициента теплопроводности воздуха и других веществ. Для большинства веществ коэффициент теплоотдачи можно представить в виде линейной функции
λ= λ0 *[1+b*(t-to)],
где λ0 является значением коэффициента, действующего на теплопроводность при t0=0 градусов по Цельсию;
b — величина постоянная, определяемая экспериментальным путем.
Хуже всего проводят тепло газы. Коэффициент теплоотдачи газов увеличивается с возрастанием температуры и составляет 0,006÷0,6 Вт/(м·К), где верхнее значение принадлежит гелию и водороду. Их непосредственные коэффициенты теплопроводности в пять, а то и в десять раз выше, чем у остальных газов. Коэффициент теплоотдачи воздуха при ноле градусов по Цельсию равен 0,0243 Вт/(м·К).
Количество теплоты, переносимое слоями газа в процессе теплообмена, если разность температур за промежуток времени неизменна, определяется по закону всем известного ученого Фурье.