Hővezetési tényező

Ha egy rendszeren belül a hőmérséklet pontról-pontra nem azonos, akkor önmagától olyan folyamat indul el, hogy a hőmérséklet kiegyenlítődjék. E transzportjelenség neve a hővezetés. A hőmennyiség áramlása a termodinamika második főtétele szerint önként mindig a nagyobb hőmérsékletű hely felől a kisebb hőmérsékletű hely felé történik.

Az anyagok különféle mértékben vezetik a hőt. A vezetés mértékének a jellemzésére használjuk a hővezetési tényezőt (λ), amely egy anyagi állandó. A hővezetési tényezőt a Fourier-törvény alapján definiáljuk.

Két párhuzamos, egymástól dx távolságra lévő, dT hőmérséklet-különbségű, A nagyságú szilárd falfelület között kialakuló hőáramsűrűség nagyságát matematikailag elsőként Jean Baptiste Joseph Fourier fogalmazta meg 1822-ben:

Joseph Fourier (1768-1830) francia matematikus és fizikus

$j_{Q}=-\lambda {\frac {\mathrm {d} T}{\mathrm {d} x}}=\lambda |\mathrm {grad} (T)|\ ,$

$\lambda ={\frac {\mathrm {d} Q}{A\mathrm {\cdot } {d}t\cdot |\mathrm {grad} T|}}\ .$

A kifejezésben:

Q a hőmennyiség, J

T a hőmérséklet, K

λ a hővezetési tényező, W/m·K

A a keresztmetszet, m²

x a távolság, m

A hővezetési tényező számszerű értéke azt a hőmennyiséget adja meg, amely az adott anyag egységnyi keresztmetszetén, egységnyi hőmérséklet-gradiens hatására időegység alatt áthalad. Ez az adat a hővezető képességet – vagy annak a reciprokát, a hőszigetelő képességet – jellemzi.

A hővezetés jelenségét ismerjük a gyakorlatból: tegyük tenyerünket egy fa asztal lapjára, majd ugyanebben a helyiségben egy (nem melegített) fém felületre. A két felület valószínűleg ugyanolyan hőmérsékletű, azonban mivel a fém hővezetési tényezője nagyobb, így azt hidegebbnek fogjuk érezni, mert gyorsabban, jobban vezeti el tenyerünktől a hőt.

Anyagok hővezetési tényezője

Építkezési anyagok Anyag Hővezetési tényező λ, W/(m·K) Réz 401 Alumínium 237 Sárgaréz 120 Cink 110 Ötvözetlen acél 50 Ötvözött acél, V2A 15 Ólom 35 Gránit 2,8 Beton 2,1 Üveg 1,0 Vakolat 1,0 Vályog 0,47 – 0,93 Falazó tégla (tömör) 0,5 – 1,4 Fa 0,13 – 0,18 Poroton-tégla 0,09 – 0,45 Üveggyapot 0,04 – 0,05 Polisztirol 0,035 – 0,050 Poliuretán 0,024 – 0,035 Levegő 0,024

Egyéb anyagok Anyag Hővezetési tényező λ, W/(m·K) Szén nanocsövek 6000 Szén gyémánt 2300 Ezüst 429 Arany 310 Magnézium 170 Volfrám 167 Kálium ~135 Nikkel 85 Vas 80,2 Platina 71 Cink 67 Tantál 54 Titán 22 Bizmut 8,4 Higany 8,3 Jég (-20,0 °C) 2,33 Víz 0,6 Hidrogén 0,18 Hélium 0,144 Oxigén 0,023 Nitrogén 0,02 Argon 0,016 Szén-dioxid 0,015 Vákuum ~0,0 Olaj 0,13

Irodalom

• M. A. Mihejev: A hőátadás gyakorlati számításának alapjai, Tankönyvkiadó, 1990. (Ford.: Dr. Horváth Csaba) ISBN 963-18-3004-7
• Egyes építőanyagok hővezetési tényezői (tájékoztató értékek). biosolar.hu. (Hozzáférés: 2021. július 20.)
• Wärmeleitfähigkeit l (Lambda) der Elemente in [J/smK bei 25°C (Elemek hővezetési tényezője)]. wittrock-web.de. (Hozzáférés: 2021. július 20.)

Kapcsolódó szócikkek

• Hővezetés
• Transzportjelenség