Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Танганов Б Б, Бубеева И А, Багаева Т В,
1.1. Основные понятия и определения
Исследование многочисленных тепловых процессов связано с решением задач молекулярного переноса энергии. Основной закон теплопроводности [1–14] может быть сформулирован так: плотность теплового потока прямо пропорциональна напряженности температурного поля, или плотность теплового потока прямо пропорциональна температурному градиенту.
Если температурное поле зависит [15] и от координат, и от времени, то оно называется нестационарным:
T = f(x, y, z, τ) или 
(1.1)
где ∇2 – оператор Лапласа.
Температурное поле, не изменяющееся во времени и зависящее, следовательно, только от координат, называется стационарным:
T = (x, y, zτ); 
(1.2)
Очень часто теплоту отождествляют с понятием энергии. Словом «теплота» обозначают и тепловое движение, и внутреннюю энергию, и молекулярно-кинетическую энергию [16]. В работе [17] автор считает, что это противоречит первому закону термодинамики, согласно которому теплота равна сумме изменений внутренней энергии и работы. Поэтому смысл теплоты (как и работы) должен ассоциироваться с процессом, сущность которого состоит в передаче энергии от одного тела к другому. Таким
образом, теплота и энергия представляют две формы передачи энергии от одного тела (или системы) к другому.
По известному закону теплопроводности Фурье [1, 7–14] тепловой поток Q пропорционален градиенту температуры:
Q = λ⋅gradT, (1.3)
|
где λ – |
физический параметр, называемый коэффициентом теплопроводности [Вт/(м⋅К)] и характеризующий способность вещества проводить теплоту |
Чаще всего в литературе употребляют более простой термин – просто теплопроводность.
Из этого соотношения вытекает физический смысл коэффициента теплопроводности: коэффициент теплопроводности численно равен плотности теплового потока при градиенте температуры, равном единице.
Коэффициент теплопроводности зависит [18, 19] от природы вещества, температуры и, в меньшей степени, от давления. Теплопроводность жидкостей уменьшается с увеличением температуры, за исключением ассоциированных жидкостей. В ассоциированных жидкостях наблюдается дополнительный перенос теплоты за счет образования водородных связей. Образование этих связей происходит с выделением или поглощением теплоты в зависимости от температуры жидкости. Также коэффициент теплопроводности жидкостей практически не зависит от давления. Он заметно увеличивается лишь при очень высоких давлениях (свыше 50 МПа).
Таким образом, поскольку процесс переноса теплоты, согласно второму закону термодинамики, самопроизвольно протекает в пространстве под действием разности температур, необходимо знание закономерностей этого процесса и его количественных характеристик, в частности, коэффициента теплопроводности, так как во всех веществах теплота передается теплопроводностью за счет переноса энергии микрочастицами.