PROFILPELAJAR.COM

Nem tévesztendő össze a következővel: Hővezetési tényező.

A hődiffúziós tényező, közkeletű elnevezéssel: hőmérséklet-vezetési tényező (más elnevezés szerint hődiffuzivitás) anyagi állandó, amely a hőmérsékletnek térbeli és időbeli eloszlásának egyenlőtlenségéből származik, és a hőáram-sűrűség értékét befolyásolja. Ez a fizikai mennyiség a hővezetési tényezővel együtt alkalmas a hőáram, mint transzportjelenség leírására.

Értelmezése

Kétfajta mennyiséget ismerünk azonos termodinamikai főhatás leírására. Mindkettőnél a hajtóerő (termodinamikai erő) a hőmérséklet-grádiens, és azonos az extenzív mennyiség is: a hőáram. Definíciós egyenleteikben ezért a hőáram-sűrűség szerepel (angolul: heat flux).

A hővezetésnél lineárisan értelmezzük a tér és az idő befolyását, a térnek arra a részére, ahol a hő áramlik (például egy hőátadó berendezés falára; merőlegesen).

Diffúziónál a Fick-törvények értelmében a tér és idő függvényében vizsgáljuk az anyagmennyiség-áramot, a Fourier-törvény értelmében ugyanilyen formában a hőáramot. Tekintettel arra, hogy a hőmérséklet intenzív mennyiség, ennek esetében áramlásáról értelmetlen beszélni. Ezért az angol hődiffuzivitás kifejezést magyarul célszerűbb hődiffúziós tényező néven nevezni (nem tévesztendő össze a termodiffúzióval; az ugyanis kereszteffektus).^[1]

A hőmérséklet-vezetési tényezőt (hődiffúziós tényezőt) az alábbi összefüggéssel definiáljuk:

J_{q}=-a{dT \over dx}

ahol J_q a hőáram-sűrűség és ${dT \over dx}$ a hőmérséklet-grádiens.

Számítása:

a={\lambda  \over {\rho c_{p}}}\,

ahol

a a hőmérséklet-vezetési tényező, m²/s

λ a hővezetési tényező, W/(m·K)

ρ a sűrűség, kg/m³

c_p az állandó nyomáson vett fajlagos hőkapacitás, J/(kg·K)

A hővezetési tényező, mint anyagi jellemző stacioner (időben állandósult) viszonyok között jellemzi a hőáramlási viszonyokat. Az időben változó jelenségek leírására alkalmasabb a hőmérséklet-vezetési tényező.

A ciklikus hőmérsékletváltozások tér- és időbeli tovaterjedését – mint amilyen például a kültéri nappali és éjszakai hőmérsékletingadozás hatása a lakótérben – a hőmérséklet-vezetési tényezővel jellemezhetjük. A hőmérséklet tér- és időbeli eloszlása a Fourier-féle differenciálegyenlet

{\frac {\partial T}{\partial t}}\ =a{\frac {\partial ^{2}T}{\partial x^{2}}}=a\ \Delta T

megoldása után számítható. A kifejezésben:

t az idő, s

x a távolság, m

$\Delta$ a Laplace-operátor.

A differenciálegyenletből azt olvashatjuk ki, hogy a hőmérsékletnek egy adott helyen megfigyelt időbeli változása a hőmérsékletnek a hely szerinti második differenciálhányadosával arányos, és az arányossági tényező a hőmérséklet-vezetési tényező.

A fentiekből következik, hogy a hővezetés grafikus megjelenítése egyenes; a diffúzió viszont görbe; hasonlatos a Gauss-hibafüggvényhez^[2] (általában az idő függvényében szokás ábrázolni).

Anyagok hővezetési és hőmérséklet-vezetési tényezői

Fémek 20 °C	Sűrűség	Fajlagos hőkapacitás	Hővezetési tényező	Hőfokvezetési tényező
Mértékegység	${\tfrac {10^{3}kg}{m^{3}}}$	${\tfrac {kJ}{kgK}}$	${\tfrac {W}{mK}}$	${\tfrac {10^{-6}m^{2}}{s}}$
Alumínium	2,7	0,888	237	98,8
Ólom	11,34	0,129	35	23,9
Bronz	8,8	0,377	62	18,7
Króm	6,92	0,44	91	29,9
Cr-Ni-acél (X12CrNi18,8)	7,8	0,5	15	3,8
Vas	7,86	0,452	81	22,8
Arany	19,26	0,129	316	127,2
Öntöttvas	7,8	0,54	42…50	10…12
Acél (<0,4%C)	7,85	0,465	45…55	12…15
Réz	8,93	0,382	399	117
Magnézium	1,74	1,02	156	87,9
Mangán	7,42	0,473	21	6
Molibdén	10,2	0,251	138	53,9
Nátrium	0,97	1,22	133	11,2
Nikkel	8,85	0,448	91	23
Platina	21,37	0,133	71	25
Ezüst	10,5	0,235	427	173
Titán	4,5	0,522	22	9,4
Volfrám	19	0,134	173	67,9
Cink	7,1	0,387	121	44
Ón, fehér	7,29	0,225	67	40,8

Nemfémek 20 °C	Sűrűség	Fajlagos hőkapacitás	Hővezetési tényező	Hőfokvezetési tényező
Mértékegység	${\tfrac {10^{3}kg}{m^{3}}}$	${\tfrac {kJ}{kgK}}$	${\tfrac {W}{mK}}$	${\tfrac {10^{-6}m^{2}}{s}}$
Plexi	1,18	1,44	0,184	0,108
Aszfalt	2,12	0,92	0,70	0,36
Beton	2,1	0,88	1,0	0,54
Jég (0 °C)	0,917	2,04	2,25	1,203
Homok (száraz)	1,65	0,80	0,27	0,20
Homok (nedves)	1,75	1,00	0,25-2	0,33
Agyag	1,45	0,88	1,28	1,00
Ablaküveg	2,48	0,70	0,87	0,50
Tükörüveg	2,70	0,80	0,76	0,35
Kvarcüveg	2,21	0,73	1,40	0,87
Üveggyapot	0,12	0,66	0,046	0,58
Gipsz	2,3	1,09	0,51	0,47
Gránit	2,75	0,89	2,9	1,18
Parafa	0,19	1,88	0,041	0,115
Márvány	2,6	0,80	2,8	1,35
Vakolat	1,9	0,80	0,93	0,61
Papír	0,7	1,20	0,12	0,14
Polietilén	0,92	2,30	0,35	0,17
Teflon	2,20	1,04	0,23	0,10
PVC	1,38	0,96	0,15	0,11
Porcelán (95 °C)	2,40	1,08	1,03	0,40
Kőszén	1,35	1,26	0,26	0,15
Fa	0,415	2,72	0,14	0,12
Vakolat	1,69	0,80	0,79	0,58
Tégla	1,6…1,8	0,84	0,38…0,52	0,28…0,34

Kapcsolódó szócikkek

Hővezetés
Transzportjelenség (lásd: effektus és kereszteffekrus közti különbség)

Jegyzetek

↑ Transzportfolyamatok, segédlet. [2016. március 5-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2014. április 7.)
↑ Diffúziós folyamatok modellezése Anyagtudományi folyamatszimuláció

Irodalom

M. A. Mihejev: A hőátadás gyakorlati számításának alapjai, Tankönyvkiadó, 1990. (Ford.: Dr. Horváth Csaba) ISBN 963-18-3004-7 (II. fejezet: Áramlásos hőcsere, konvekció)