ТЕПЛОПРОВО́ДНОСТЬ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ТЕПЛОПРОВО́ДНОСТЬ, перенос теплоты от более нагретых частей тела к менее нагретым, при котором происходит прямая передача энергии от частиц тела (молекул и др.), обладающих большей энергией, частицам с меньшей энергией. Один из видов переноса явлений. Т. приводит к выравниванию темп-ры разных частей тела. Если относит. изменение темп-ры на расстоянии ср. длины свободного пробега l частиц мало́, то выполняется осн. закон Т. (закон Фурье), согласно которому плотность теплового потока q пропорциональна градиенту темп-ры Т: q=–ϰ grad Т, где ϰ – теплопроводности коэффициент, зависящий от агрегатного состояния вещества, его атомно-молекулярного строения, химич. состава, давления, темп-ры и др. Процесс Т. в сплошной среде (в газах, жидкостях, твёрдых телах) описывается теплопроводности уравнением.
Для газов ϰ=1/3 ρcVvl, где ρ – плотность газа, cV – удельная теплоёмкость газа при постоянном объёме, v – ср. значение скорости молекул. Отклонения от закона Фурье возникают при очень больших градиентах температур (напр., в ударных волнах), а также при сверхвысоких темп-рах порядка 104–105 К, когда перенос энергии в газах происходит в осн. за счёт теплового излучения (лучистый теплообмен).
В жидкостях ср. расстояние между частицами сравнимо с размерами частиц и их ср. кинетич. энергия сравнима со ср. потенциальной энергией межатомного (межмолекулярного) взаимодействия, что резко ускоряет процесс Т. Коэф. Т. жидкостей убывает с ростом Т и слабо возрастает с ростом давления р (в окрестности критической точки жидкости коэф. Т. резко возрастает).
Для твёрдых тел зависимость ϰ от р практически линейна, а от Т – определяется конкретной физич. природой этих тел. В диэлектриках Т. осуществляют фононы. В металлах Т. определяется не только фононами, но и электронами проводимости, причём при комнатной темп-ре величина ϰ для электронов значительно превосходит величину ϰ для фононов. Полное значение ϰ в металлах пропорционально удельной электропроводности (Видемана – Франца закон). В полупроводниках вклады в Т. фононов и электронов имеют сравнимые значения; кроме того, на Т. влияет наличие примесей, экситонов и процессов биполярной диффузии.
В плазме перенос теплоты связан с хаотич. движением частиц (электронов, ионов, нейтральных атомов). Большая разница в массах частиц приводит к медленной релаксации энергии между ними, поэтому при Т. в частично ионизованной плазме происходит выравнивание темп-ры не плазмы в целом, а температур её электронной и ионной компонент (см. Электронная температура, Ионная температура). При равенстве температур компонент в полностью ионизованной плазме Т. обусловлена в осн. электронной компонентой. Существенное влияние на Т. в плазме оказывает магнитное поле; при его отсутствии коэф. Т. для каждой компоненты можно найти посредством кинетической теории газов. Наложение магнитного поля сдерживает движение заряженных частиц поперёк поля и снижает Т. плазмы (эффект лежит в основе магнитной термоизоляции плазмы).