Почему все пористые материалы обладают лучшими теплоизоляционными свойствами чем плотные материалы
Почему все пористые материалы обладают лучшими теплоизоляционными свойствами чем плотные материалы
Изоляция ограждений холодильных сооружений работает в тяжелых условиях, прежде всего из-за непрерывных изменений температуры и влажности наружного воздуха, переменного воздействия солнечной радиации, ветра и атмосферных осадков. Потоки теплоты и влаги не только изменяются по значению, но иногда (при относительно высоких температурах в помещениях) и по направлению. Особенностью условий эксплуатации холодильной изоляции является возможность конденсации водяного пара на поверхности ограждения или внутри изоляции, а в некоторых случаях и замерзания выпавшей влаги. В этих условиях необходимо, чтобы теплоизоляционные материалы не только имели хорошие первоначальные свойства, но и по возможности сохраняли их в процессе эксплуатации. По этой причине теплоизоляционные материалы должны обладать определенными свойствами, позволяющими изолированным ограждениям успешно выполнять свои функции в течение длительного срока.
Благодаря пористой структуре изоляционных материалов их теплопроводность определяется значениями последней для воздуха (или газа) внутри пор, обладающего весьма низкой теплопроводностью, и вещества каркаса. Так сухой неподвижный воздух при нормальных условиях имеет теплопроводность λ = 0,023 Вт/(м∙К); у газообразного диоксида углерода λ = 0,014 Вт/(м∙К); у перегретого пара R11 λ = 0,008 Вт/(м∙К), а у R12 λ = 0,009 Вт/(м∙К); теплопроводность оболочек пор находится в интервале от 2,3-5,8 Вт/(м∙К) для естественных минералов и растительных волокон и до 10,5-419 Вт/(м∙К) для металлов. Теплопроводность материалов, применяемых для тепловой изоляции, в зависимости от вышеуказанного соотношения находится в пределах 0,015-0,35 Вт/(м∙К).
Нормативные документы рекомендуют в качестве тепловой изоляции помещений с отрицательными температурами материалы, имеющие ρ ≤ 200 кг/м 3 и λ ≤ 0,06 Вт/(м∙К) при температуре 25 °С.
В применении к пористым теплоизоляционным материалам термин теплопроводность носит условный, т. е. эквивалентный, характер, поскольку в них наблюдается не только чистая теплопроводность, как в однородных твердых телах. В действительности в пористых телах теплота передается всеми тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и лучеиспусканием. Теплота передается теплопроводностью как по материалу каркаса, так и через газ- наполнитель, в то время как в конвективном обмене участвует только газ, заключенный внутри пор, а радиационный теплообмен осуществляется между поверхностями пор. Существенную роль в общем процессе передачи теплоты в пористых телах играет конвективный теплообмен. Его относительное значение возрастает с увеличением размера пор. Как видно из табл. 1, при росте диаметра пор до 0,5 и даже до 1 мм не происходит значительного увеличения теплопроводности; при наличии в материале пор до 3 мм теплопроводность воздуха вырастает почти в два раза. Конвекция усиливается, если поры соединяются друг с другом, образуя сквозные каналы, в которых создается высокая подвижность воздуха. Поэтому менее теплопроводны материалы с мелкими замкнутыми порами. В то же время такие материалы могут характеризоваться относительно высокой долей радиационного теплообмена.
Различие значений теплопроводности некоторых материалов в разных направлениях объясняется анизотропностью свойств этих материалов. Так, теплопроводность дерева вдоль волокон почти вдвое больше, чем поперек волокон. При очень мелких порах материал по своей структуре приближается к однородному телу, в этом случае теплопроводность по оболочкам приобретает большое значение. Это означает, что материалы должны иметь свои оптимальные размеры пор и оптимальную объемную массу, которым соответствует минимальная для данного материала теплопроводность. Такого рода закономерность наблюдается, например, при укладке сыпучих или волокнистых материалов при различной степени их уплотнения. Если материал уложен недостаточно плотно, то возрастает конвективный и радиационный теплообмен, что приводит к повышению теплопроводности.
Влиянием конвекции и лучеиспускания в процессе передачи теплоты через теплоизоляционный материал объясняется возрастание теплопроводности с повышением температуры. На это указывают и данные табл. 1, по которым можно судить и о том, что в крупных норах теплопроводность воздуха растет при повышении температуры значительно быстрее. Повышение температуры вызывает и рост радиационного теплообмена, поскольку излучение пропорционально четвертой степени абсолютной температуры. Однако, как следует из опытных данных, теплопроводность теплоизоляционных материалов находится примерно в линейной зависимости от температуры, т. е.
Влажность материала характеризуется содержанием в нем химически не связанной воды. Численное значение влажности зависит от выбора количественной единицы измерения. Различают массовую и объемную влажность материала. Массовая влажность материала может быть отнесена к массе сухого или к массе влажного материала.
Экспериментально влажность определяют высушиванием навески материала массой не менее 5 г в сушильном шкафу при температуре 105-110 °С. При достижении образцом постоянной массы его высушивание прекращают.
а массовая влажность, отнесенная к массе влажного материала,
Из выражения (3) следует, что ξ, может изменяться в пределах от 0 до 1, а х, как это следует из формулы пересчета, ограничен пределами 0 и ∞. Для сопоставления приведены значения влажности, отнесенной к массе сухого материала, соответствующие некоторым значениям влажности, отнесенной к массе влажного материала:
| ξ, %. | 0 | 25 | 50 | 75 | 100 |
| х, %. | 0 | 33 | 100 | 300 | ∞ |
Объемной влажностью материала называется отношение объема влаги, содержащейся в образце материала, к объему самого образца. В этом определении вся влага независимо от того, в каком агрегатном состоянии она находится в материале, считается по объему капельной воды. Кроме того, предполагается, что при поглощении воды объем материала не изменяется.
Тогда объемная влажность
Из выражения (4) следует, что численное значение объемной влажности ω для материалов с объемной массой до 1000 кг/м 3 всегда меньше численного значения массовой влажности х и разница между этими величинами тем больше, чем легче материал.
Поглощение влаги материалом ведет, прежде всего, к увеличению теплопроводности материала. Объясняется это тем, что вода может занимать в материале часть объема ячеек и пор, вытесняя из них газ. Так как теплопроводность воды λ =0,58 Вт/(м∙К) примерно в 25 раз больше теплопроводности неподвижного воздуха, то наличие воды в материале вызывает существенное повышение теплопроводности теплоизоляционного материала. При низких температурах вода в порах материала может замерзнуть, что приведет к еще большему возрастанию теплопроводности материала, так как теплопроводность льда λ = 2,2 Вт/(м∙К) почти в 100 раз больше теплопроводности неподвижного воздуха.
Зависимость теплопроводности материала от объемной влажности может быть выражена эмпирической формулой
Содержащий влагу изоляционный материал может подвергаться гниению, в нем могут образовываться грибки и плесени, что приводит к разрушению материала и сокращению срока его службы.
Материалов, обладающих всеми перечисленными свойствами, пока не существует. Как правило, теплоизоляционные материалы выбирают не только с учетом их положительных и отрицательных качеств, но и с учетом реальной возможности получения материала на месте строительства, а также значимости и назначения объекта.
Правильно выбирать материалы для тепловой изоляции помогает классификация их по отдельным характерным признакам.
По происхождению или исходному сырью материалы делят на две группы: органического и неорганического происхождения (минералы, металлы). В каждой из групп материалы могут быть естественными или искусственными. Материалы органического происхождения, за исключением некоторых искусственных, как правило, гигроскопичны и влагоемки, вследствие чего они могут гнить, плесневеть. В большинстве случаев они горючи.
Следует учитывать и температурную область, внутри которой может быть применен данный теплоизоляционный материал. По этому признаку все материалы можно разделить на две группы.
Материалы для низких температур (область отрицательных температур в интервале 60-130 °С). В области низких температур некоторые материалы становятся хрупкими. У верхнего температурного предела могут изменяться структура и механические свойства ряда материалов в результате размягчения вязких связующих (битума, смол), обугливания органических веществ и т. п.
Материалы, для высоких температур (80-400 °С). Эти материалы применяют на теплоэлектростанциях, в промышленных тепловых установках, тепловых коммуникациях. Для этого температурного интервала используют главным образом материалы неорганического происхождения.
По внешнему виду или способу применения в изоляционной конструкции теплоизоляционные материалы классифицируют следующим образом.
I. Штучные жесткие изделия, имеющие определенные размеры и форму. При выполнении изоляционных работ форму таких изделий обычно не изменяют. Для изоляции плоских поверхностей их изготовляют в виде плит, блоков и кирпичей. Для изоляции криволинейных поверхностей (сосудов цилиндрической формы, трубопроводов) штучные жесткие изделия изготавливают в виде сегментов, брусков с трапециевидным сечением, скорлуп (полуцилиндрических оболочек). Производят и изделия сложной конфигурации, предназначенные для изоляции фасонных частей трубопроводов (вентилей, тройников, отводов и т. п.).
II. Штучные гибкие изделия, имеющие определенные размеры, но допускающие в некоторой степени изменение формы. Их производят в виде матов, листов, рулонов и шнура. Такие изделия используют для изоляции как плоских, так и криволинейных поверхностей.
III. Сыпучие или засыпные материалы, представляющие собой рыхлую бесформенную массу с произвольным расположением частиц. Материалы могут быть зернистыми (зерна, опилки), порошкообразными и волокнистыми (нити, волокна). Их можно применять для изоляции поверхностей любой формы; при проведении изоляционных работ материал засыпают между двумя стенками, одной из которых является изолируемая поверхность, а другая, вспомогательная, отстоит от нее на необходимую толщину теплоизоляционного слоя и повторяет форму изолируемой поверхности либо выполняется более простой формы.
IV. Материалы, которые в конечном виде получают в самом процессе выполнения теплоизоляционных работ, например, напылением на изолируемую поверхность или заливкой исходной смеси в изолируемое пространство. Благодаря такой технологии получения теплоизоляционного слоя их можно применять для изоляции поверхностей любой конфигурации, даже очень сложной.
Высокоэффективные теплоизоляционные материалы благодаря своей малой объемной массе применяют, прежде всего, в транспортных и других передвижных и малых установках, в устройствах и аппаратах, для которых на первое место выдвигается требование минимальной массы. Так как материалы этой группы обладают малой тепловой инерцией (малым коэффициентом теплоусвоения), их успешно применяют в установках с переменным тепловым режимом (низкотемпературные испытательные камеры, регенеративные теплообменники в криогенных установках). В связи с возрастающим в последние годы производством материалов из искусственных смол с хорошими показателями их все более широко используют и на крупных промышленных установках. Большинство высокоэффективных материалов имеет малую механическую прочность. Материалы данной группы можно разделить на следующие подгруппы.
Пенопласты имеют малую гигроскопичность (1-3 %) и малое водопоглощение (до 20 %), хотя при проверке ПСБС после нескольких лет работы в ограждении холодильника были получены более высокие значения. Предел прочности ПСБС па сжатие 150-500 к11а.
По отечественному рецепту изготавливают похожий пенопласт Рипор, имеющий λ = 0,026 Вт/(м∙К), ρ= 25 ÷ 30 кг/м 3 и прочность на сжатие 200-250 кПа. Рипор также является композицией двух жидкостей. Изоляционный слой образуется заливкой или напылением. Изготавливают и жесткие штучные изделия.
В эту же подгруппу включается губчатая резина (оназот), изготавливаемая на основе синтетического каучука. Из нее производят эластичные плиты и скорлупы путем вспенивания расплавленной каучуковой массы азотом или диоксидом углерода под давлением. Одновременно осуществляют вулканизацию каучука. Материал мало гигроскопичен и водоустойчив; благодаря своей эластичности пригоден для изоляции труб и цилиндрических аппаратов. При ρ = 60 ÷ 100 кг/м 3 имеет λ = 0,035 ÷ 0,05 Вт/ (м∙К).
Таким образом, имеется большое количество теплоизоляционных материалов, из которых может осуществляться выбор в соответствии с назначением холодильной установки и местными условиями строительства.
Задания для промежуточной аттестации по физике в 8 классе
Просмотр содержимого документа
«Задания для промежуточной аттестации по физике в 8 классе»
Промежуточная аттестация по физике за 8 класс
________________________________________________ Вариант 1
1.Во время обработки на станке деталь нагрелась. Что произошло с её внутренней энергией?
1)не изменилась 2)увеличилась в результате теплопередачи 3)увеличилась за счет совершения работы 4)уменьшилась за счет теплопередачи
2. Какой вид теплообмена сопровождается переносом вещества?
1)теплопроводность 2)конвекция 3)излучение 4)теплопроводность и излучение
3. При переходе вещества из жидкого состояния в твердое
1)увеличиваются силы притяжения между частицами 2)потенциальная энергия взаимодействия частиц не изменяется 3)кинетическая энергия частиц уменьшается 4)возрастает упорядоченность в расположении частиц
4. Удельная теплоёмкость льда равна 2100Дж/кг о С. Как изменилась внутренняя энергия 1кг льда при охлаждении на 1 о С?
1)увеличилась на 2100Дж 2)уменьшилась на 2100Дж 3)не изменилась 4)уменьшилась на 4200Дж
5. Внутренняя энергия испаряющейся жидкости
1)не изменяется 2)уменьшается 3)увеличивается 4)зависит от рода жидкости
6.Вокруг неподвижных электрических зарядов существует
1)электрическое поле 2)магнитное поле 3)электрическое и магнитное поле 4)гравитационное поле
7. В атоме 5 электронов, а в ядре этого атома 6 нейтронов. Сколько частиц в ядре этого атома?
8. Движением каких частиц создается электрический ток в металлах?
1)электронов 2)протонов 3)ионов 4)нейтронов
9. Какова сила тока в электрической лампе сопротивлением 10 Ом при напряжении на её концах 4В?
1)40 А 2) 2,5 А 3)0,4 А 4)0,04 А
10. Магнитное поле существует вокруг
1)неподвижных электрических зарядов 2)любых тел 3)движущихся электрических зарядов 4)взаимодействующих между собой электрических зарядов
11. Установите соответствие между физическими величинами и формулами для их вычисления. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
А)количество теплоты, необходимое для плавления
Б)количество теплоты, необходимое для парообразования
2 
)
В)количество теплоты, выделяющееся при охлаждении
12. Установите соответствие между единицами измерения и физическими величинами. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
2)работа электрического тока
Промежуточная аттестация по физике за 8 класс
________________________________________________ Вариант 2
1. В сосуде нагрели воду. Что можно сказать о её внутренней энергии?
1)внутренняя энергия не изменилась 2)внутренняя энергия уменьшилась 3)внутренняя энергия увеличилась 4)нет верного ответа
2. Какие материалы, плотные или пористые, обладают лучшими теплоизоляционными свойствами? Почему?
1)плотные, т.к. нет никаких отверстий, пропускающих воздух 2)плотные, т.к. молекулы расположены близко друг к другу 3)пористые, т.к. за счет отверстий увеличивается их объём 4)пористые, т.к. в порах находится воздух, обладающий плохой теплопроводностью
3. В сосуде смешали горячую и холодную воду. Сравните изменение их внутренних энергий.
1)внутренние энергии не изменились 2)внутренняя энергия горячей воды увеличилась больше, чем уменьшилась внутренняя энергия холодной воды 3)на сколько уменьшилась внутренняя энергия горячей воды, на столько же увеличилась внутренняя энергия холодной воды 4)внутренняя энергия горячей воды уменьшилась больше, чем увеличилась внутренняя энергия холодной воды
5. Для какого вида парообразования – испарения или кипения – необходим внешний источник энергии?
1)испарение 2)кипение 3)кипение в закрытом сосуде 4)кипение и испарение
6.Эбонитовую палочку потерли о шерсть. Что можно сказать о зарядах, приобретенных палочкой и шерстью?
1)оба положительные 2)палочка- положительный, шерсть- отрицательный 3)оба отрицательные 4)палочка-отрицательный, шерсть- положительный
7. Электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное движение
1)электронов 2)протонов 3)ионов 4)заряженных частиц
8. Источник электрического тока необходим для
1)создания электрического тока 2)создания электрического поля 3)создания электрического поля и поддержания его в течение длительного времени 4)поддержания электрического тока в цепи
9. В ядре атома углерода 12 частиц, из них 6 – нейтронов. Сколько электронов движутся вокруг ядра?
10. Вокруг проводника с током можно обнаружить
1)электрическое поле 2)магнитное поле 3)электрическое и магнитное поле
4)только гравитационное поле
11. Установите соответствие между физическими величинами и их единицами измерения.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
А)удельная теплоемкость вещества
Б)количество теплоты, необходимое для плавления вещества
Задания для промежуточной аттестации по физике в 8 классе
Просмотр содержимого документа
«Задания для промежуточной аттестации по физике в 8 классе»
Промежуточная аттестация по физике за 8 класс
________________________________________________ Вариант 1
1.Во время обработки на станке деталь нагрелась. Что произошло с её внутренней энергией?
1)не изменилась 2)увеличилась в результате теплопередачи 3)увеличилась за счет совершения работы 4)уменьшилась за счет теплопередачи
2. Какой вид теплообмена сопровождается переносом вещества?
1)теплопроводность 2)конвекция 3)излучение 4)теплопроводность и излучение
3. При переходе вещества из жидкого состояния в твердое
1)увеличиваются силы притяжения между частицами 2)потенциальная энергия взаимодействия частиц не изменяется 3)кинетическая энергия частиц уменьшается 4)возрастает упорядоченность в расположении частиц
4. Удельная теплоёмкость льда равна 2100Дж/кг о С. Как изменилась внутренняя энергия 1кг льда при охлаждении на 1 о С?
1)увеличилась на 2100Дж 2)уменьшилась на 2100Дж 3)не изменилась 4)уменьшилась на 4200Дж
5. Внутренняя энергия испаряющейся жидкости
1)не изменяется 2)уменьшается 3)увеличивается 4)зависит от рода жидкости
6.Вокруг неподвижных электрических зарядов существует
1)электрическое поле 2)магнитное поле 3)электрическое и магнитное поле 4)гравитационное поле
7. В атоме 5 электронов, а в ядре этого атома 6 нейтронов. Сколько частиц в ядре этого атома?
8. Движением каких частиц создается электрический ток в металлах?
1)электронов 2)протонов 3)ионов 4)нейтронов
9. Какова сила тока в электрической лампе сопротивлением 10 Ом при напряжении на её концах 4В?
1)40 А 2) 2,5 А 3)0,4 А 4)0,04 А
10. Магнитное поле существует вокруг
1)неподвижных электрических зарядов 2)любых тел 3)движущихся электрических зарядов 4)взаимодействующих между собой электрических зарядов
11. Установите соответствие между физическими величинами и формулами для их вычисления. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
А)количество теплоты, необходимое для плавления
Б)количество теплоты, необходимое для парообразования
2 )
В)количество теплоты, выделяющееся при охлаждении
12. Установите соответствие между единицами измерения и физическими величинами. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
2)работа электрического тока
Промежуточная аттестация по физике за 8 класс
________________________________________________ Вариант 2
1. В сосуде нагрели воду. Что можно сказать о её внутренней энергии?
1)внутренняя энергия не изменилась 2)внутренняя энергия уменьшилась 3)внутренняя энергия увеличилась 4)нет верного ответа
2. Какие материалы, плотные или пористые, обладают лучшими теплоизоляционными свойствами? Почему?
1)плотные, т.к. нет никаких отверстий, пропускающих воздух 2)плотные, т.к. молекулы расположены близко друг к другу 3)пористые, т.к. за счет отверстий увеличивается их объём 4)пористые, т.к. в порах находится воздух, обладающий плохой теплопроводностью
3. В сосуде смешали горячую и холодную воду. Сравните изменение их внутренних энергий.
1)внутренние энергии не изменились 2)внутренняя энергия горячей воды увеличилась больше, чем уменьшилась внутренняя энергия холодной воды 3)на сколько уменьшилась внутренняя энергия горячей воды, на столько же увеличилась внутренняя энергия холодной воды 4)внутренняя энергия горячей воды уменьшилась больше, чем увеличилась внутренняя энергия холодной воды
5. Для какого вида парообразования – испарения или кипения – необходим внешний источник энергии?
1)испарение 2)кипение 3)кипение в закрытом сосуде 4)кипение и испарение
6.Эбонитовую палочку потерли о шерсть. Что можно сказать о зарядах, приобретенных палочкой и шерстью?
1)оба положительные 2)палочка- положительный, шерсть- отрицательный 3)оба отрицательные 4)палочка-отрицательный, шерсть- положительный
7. Электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное движение
1)электронов 2)протонов 3)ионов 4)заряженных частиц
8. Источник электрического тока необходим для
1)создания электрического тока 2)создания электрического поля 3)создания электрического поля и поддержания его в течение длительного времени 4)поддержания электрического тока в цепи
9. В ядре атома углерода 12 частиц, из них 6 – нейтронов. Сколько электронов движутся вокруг ядра?
10. Вокруг проводника с током можно обнаружить
1)электрическое поле 2)магнитное поле 3)электрическое и магнитное поле
4)только гравитационное поле
11. Установите соответствие между физическими величинами и их единицами измерения.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
А)удельная теплоемкость вещества
Б)количество теплоты, необходимое для плавления вещества