Vad är värmeledningskoefficienten? Varför är det så viktigt?
Vad är värmeledningskoefficienten?
U-faktorn anges av till exempel tillverkare av dörr- och fönstersnickerier och beräknas även vid projektering av nybyggnationer. Vad står den termen för? Den enklaste definitionen av värmeledningskoefficienten är följande: det är mängden energi (uttryckt i watt) som penetrerar genom 1 m 2 av ytan på en byggnadsskalskomponent när temperaturskillnaden mellan dess båda sidor är 1 kelvin (K) ). De klimatskalskomponenter som avses i definitionen är delar av byggnaden som är i kontakt med utomhusluften: väggar, tak, fönster och dörrar. Termen "värmeledningsförmåga" kan verka ganska abstrakt. Faktum är att U-faktorn ger tillförlitlig och universell information om huruvida en viss kuvertkomponent kommer att säkerställa lämplig värmeisolering.
Hur beräknar man U-faktorn? Lär känna termisk konduktivitetsformel
Dörr- och fönstertillverkare är skyldiga att deklarera värmeledningskoefficienten för sina produkter. Men hur är det med andra höljeskomponenter, som väggar eller taket, som kan vara byggda av många typer av material och dessutom skilja sig i tjocklek? Du
* Icke-metaller: Vissa icke-metaller är också bra ledare av värme. Till exempel har diamant en mycket hög värmeledningsförmåga. Detta beror på att diamant har en mycket stel kristallstruktur, vilket gör att fononer (vibrationer av atomerna i ett fast ämne) kan färdas snabbt genom materialet.
* vätskor: Vätskor är i allmänhet mindre bra värmeledare än fasta ämnen. Detta beror på att vätskor har en lägre densitet av fria elektroner än fasta ämnen. Vissa vätskor, såsom vatten, har dock relativt hög värmeledningsförmåga.
* Gaser: Gaser är i allmänhet dåliga ledare av värme. Detta beror på att gaser har en låg densitet av fria elektroner och att fononer inte kan färdas genom gaser.
Värmeledningsförmåga
Värmeledningsförmåga (även termisk konduktivitet, värmekonduktivitet eller specifik värmeledningsförmåga) är egenskapen hos ett material att leda värme.
Enligt Fouriers lag är värmeflödetJ (mängden värmeenergi som passerar på en tidsenhet) genom en stav eller en plåt proportionellt mot tvärsnittsarea S och mot temperaturskillnaden mellan den kalla och den varma sidan ΔT och omvänt proportionellt mot stavens längd (eller plåtens tjocklek) Δx:
- .
I denna formel är värmeledningsförmågan. Den mäts i SI-enheten W·m-1·K-1 (watt per meter och kelvin).
I metaller beskriver Wiedemann-Franz-lagen proportionaliteten mellan värmeledningsförmåga och elektrisk ledningsförmåga. De flesta elektriska isolatorer är också värmeisolerande. Det finns dock undantag, såsom diamant som har hög värmeledningsförmåga, mellan och W·m-1·K-1 (högre än koppar). Aluminiumoxid (safir) är ett annat exempel på ett hårt, isolerande, material med hög ledningsförmåga.
| Ämne | Värmeledningsförmåga W·m-1·K-1 |
|---|---|
| Silver | |
| Koppar | |
| Guld | |
| Aluminium | |
| Mässing | |
| Järn | 80 |
| Platina | 70 |
| Stål 0,,5% C | |
| Invar | 16 |
Rostfritt stål
Värmeöverföring genom ledningVärmeledning innebär en värmetransport inom ett fast material från molekyl till molekyl. Som du säkert märkt är stål en bra värmeledare. Om man värmer till exempel ett stålrör i ena änden, så sprids värmen snabbt längs röret, så att hela röret blir varmt. Om man däremot värmer eller sätter eld på en träbit i ena änden, så sprids värmen mycket sakta genom träbiten. Trä är en dålig värmeledare. Det är just trämaterialets dåliga värmeledning som är förutsättningen för att vi skall kunna sitta i en het bastu. När vi sätter oss känns bänken het bara en kort stund. Det beror alltså på att den heta bänken avger värmen från träytan, som vi sitter på, till vår hud. Värme som ju även finns inne i träet leds endast mycket långsamt ut till den yta vi sitter på och vi upplever att träbänken svalnar snabbt sedan vi väl satt oss ned. Vad skulle hända om du satte dig på en bänk gjord av plåt i stället? . |