Преобразуване на келвин във ват К
Преобразуване на келвин/ват [K/W] градуса по Фаренхайт час/BTU (IT) [° F час/BTU (M)]
Кинематичен вискозитет
Главна информация
Термичната или термична устойчивост е свойството на материята да се противопоставя на температурните промени. Когато за изолация се използват вещества с висока термична устойчивост, те са по-слабо проводими към топлина. В сравнение с вещества с ниска термична устойчивост, такива материали поддържат температурата по-добре. Материали с висока термична устойчивост се използват, когато е необходимо да се поддържа постоянна температура в камерата или помещението, тъй като те забавят изтичането на топлина в по-студена среда или, обратно, предаването на топлина в камера от по-топла среда.
Пример за използване на материали с висока термична устойчивост е топлоизолацията около отделението на хладилника, за да се предотврати преминаването на топлина вътре. Такива материали се използват и в скафандри, за да не отделят телесната топлина на астронавтите навън.
От друга страна, материалите с ниска термична устойчивост провеждат топлината добре, така че те се използват, когато е необходимо да се охлади предмет. С тяхна помощ топлината се пренася от охладения предмет в околната среда. Този метод често се използва в радиоелектрониката за охлаждане на различни елементи на електронното оборудване. Генерираната от тях топлина загрява околния въздух.
За да разберете по-добре термичното съпротивление, разгледайте три възможни начина за предаване на топлина: конвекция, проводящ топлопренос или топлопроводимост и топлинно лъчение. Конвекция - движение на голяма група молекули от топла среда към студена. Тук нагряването на средата се случва главно не защото молекулите предават енергията си на съседни молекули, а защото се движат и самата среда се движи с тях. Обикновено това движение се случва отдолу нагоре, т.е. горещите молекули се движат нагоре, измествайки студените молекули надолу. Например топлата вода се движи от нагревател в аквариума (за предпочитане поставен на дъното на аквариума) към студената вода и към рибите. Тоест тук водата в аквариума е смесена. Преносимите нагреватели работят на същия принцип. Топъл въздух около тях отива в стаята, а на негово място идва студ.
Проведен топлообмен или топлопроводимост, напротив, това се случва на молекулярно ниво. Причинява се от случайните вибрации на нагрявани молекули на дадено вещество: по време на движение те се сблъскват с други молекули и им предават енергията си. Обикновено проводимият обмен се извършва в средата или между две тела, разположени близо едно до друго. По-скоро такъв топлообмен ще се случи в твърди вещества, тъй като молекулите в тях са разположени доста близо една до друга. Добър пример за такъв пренос на топлина е отоплението на стените на къщата отвън навътре, при топло време и обратно, загуба на топлина в студено време. Ако къщата е слабо изолирана, тогава през зимата топлината постепенно се премества по стените от стаята на улицата и стаята се охлажда, което принуждава повече енергия да се изразходва за работата на нагревателя.
Топлинна радиация пренася топлината на много по-големи разстояния от конвекцията. Този топлообмен не изисква среда, тъй като топлината се предава под формата на електромагнитно излъчване. Слънчевата радиация, загряваща Земята, е пример за топлинна радиация, както и инфрачервената светлина, която се излъчва от горещи предмети и която може да се види с устройство за нощно виждане или да се измери с инфрачервен термометър.
Термичното съпротивление се измерва като повишаване на температурата на единица мощност. Обикновено се измерва в градуси по Целзий на ват, или ° C/W. Повишаването на температурата, което се случва с увеличаване на мощността, е лесно да се измери. Знаейки разликата в температурата и мощността, се изчислява термичното съпротивление.
Топлоизолация на помещения
За топлоизолация на помещения строителите използват материали с висока термична устойчивост. През зимата изолираните сгради не пропускат топлина на улицата, а през лятото не пропускат топлина в стаите. Регулирането на стайната температура е необходимо не само за комфорта на хората и животните, но и за оцеляването, особено при екстремни условия. Всички материали, използвани за топлоизолация, се характеризират с термична устойчивост. Когато в сградите се използват няколко такива материала едновременно, тяхното общо термично съпротивление се изчислява като сбор от индивидуалното термично съпротивление на всеки от тях.
Термичното съпротивление на носещите елементи на строителните конструкции, като тухли и бетон, обикновено е ниско, поради което в повечето случаи къщите използват допълнителна изолация, изработена от материали с висока термична устойчивост. Такива материали се наричат топлоизолатори. Примери за такива материали са стъклената вата, която не е много ефективна, и по-ефективните разпенени полимери и целулозна изолация. В много от тях топлоизолацията се постига от въздуха вътре, който има високо термично съпротивление. Обикновено такива материали се правят порести, а понякога са направени от два запечатани панела, между които има въздух или вакуум.
Използваните материали за топлоизолация се експлоатират в съответствие с инструкциите на производителя. Това важи особено за въздухосъдържащите порести топлоизолационни материали. Когато те се набръчкат, сгънат, огънат или счупят, въздухът излиза от тях и тяхната ефективност намалява. Влагата, насекомите, плесените и повредите също намаляват термичната устойчивост. В случай на такива проблеми, изолацията трябва да бъде изсушена, почистена от плесени и насекоми, а в някои случаи и заменена.
Често използваните материали за топлоизолация имат допълнителни свойства. Някои от тях са добри в отблъскването на влага (корк) и осигуряват шумоизолация (коноп). Някои не представляват интерес за насекомите нито поради естествените им свойства (корк, хартиена маса), нито защото са обработени със специално съединение (памучна изолация). Понякога топлоизолацията се прави от напълно или частично рециклирани материали. Топлоизолацията от памук, хартиена маса и минерална вата се извършва по този начин. В допълнение към тези свойства има материали, които абсорбират влагата във влажен климат и я отделят, ако стаята е прекалено суха (коноп).
Съществуват редица топлоизолационни материали, които се използват в кухините на стените. Там се инжектират разпенени материали и се изсипват топки или стърготини (топки от полистирол или перлит, дървени стърготини и други насипни материали). Някои от изолационните материали лесно се рециклират. Те се отстраняват от готови за разрушаване сгради и се оформят в нови изолационни панели или се монтират такива, каквито са, без рециклиране. Така че можете да използвате например полистирол. В някои случаи изолационните материали са опасни, ако се използват неправилно. Така например, ако полистиролът се запали, неговият дим е опасен за здравето.
Самостоятелно устройство за топлоизолация в къщата
Някои хора избират да изолират дома си сами. Материали с висока термична устойчивост могат да бъдат закупени от специализирани магазини или онлайн магазини. В някои държави правителството стимулира хората, които използват екологично чисти материали, така че си струва да знаете повече за това, преди да купите. Когато инсталирате изолацията на ръка, трябва да се спазват правилата за безопасност, особено при работа с опасни материали. Например работата със стъклена вата трябва да се извършва само с респиратор и ръкавици.
В електрониката
В електрониката вещества с ниско термично съпротивление често се използват за охлаждане на различни електронни компоненти или устройства, които работят в температурни условия, близки до максимално допустимата. Ако температурата надвишава нормата, тогава компонентите се износват по-бързо или се повреждат. За охлаждане често се използва пасивен топлообменник, т.е., радиатор. Неговият корпус, изработен от материали с ниско термично съпротивление, позволява пренос на топлина от електронните компоненти в околната среда. Не винаги е възможно да се прикрепи радиатор към устройство без пролуки, следователно веществата, с които се запълват празнините (термичен интерфейс), трябва непременно да имат ниско термично съпротивление.
Устройствата и електронните компоненти, изискващи охлаждане, обикновено са с малки размери. Напротив, в радиатора е възможно да се увеличи максимално повърхността, така че колкото се може повече от него да влезе в контакт с въздух или течност, в които радиаторът отделя топлина. Те обикновено се правят под формата на панели или пръти, разположени вертикално. Понякога панелите са насочени отстрани; такива радиатори наподобяват отворена книга (на снимката). Между панелите или прътите трябва да има достатъчно място, за да може въздухът да тече свободно през тях.
Материали за радиатори
Топлопредаването през радиатора се осъществява чрез конвекция, топлопроводимост и лъчение. Повечето радиатори са изработени от метал, особено медни и алуминиеви сплави. Понякога се използват изкуствени диаманти, чиято топлопроводимост е пет пъти по-висока от тази на медта.
Инсталиране на радиатори
Радиаторите са прикрепени към електронните компоненти с помощта на двустранна лента, епоксидна смола и различни скоби и монтажни скоби. Всички крепежни елементи са изработени от материали с ниска термична устойчивост. Епоксидът задържа радиатора добре и сигурно и пренася топлината по-добре от лепящата лента, но е по-скъп и по-труден за работа. Закопчалките и скобите осигуряват по-добър топлопренос от епоксида, но това са най-скъпите крепежни елементи, налични днес.
В ядрената енергетика
Охлаждането е много важно в ядрената енергетика, тъй като реакторите генерират топлина дори след изключване. Понякога се използват охладителни резервоари за отвеждане на топлината в атомните електроцентрали, които са необходими и в случай на аварии. Водата в тези басейни обикновено е топла. Показаният на картата охлаждащ басейн на атомната електроцентрала в Нововоронеж в Русия е топъл дори при най-силните студове и е избран от рибарите. Водата му е чиста, въпреки че се използва за охлаждане на реактора. През 2011 г. този басейн беше домакин на Руската риболовна купа. Атомните централи също използват вода за ежедневно охлаждане. За целта се сервира в специални басейни или охладителни кули. В допълнение към водата се използва въздух, но водата се използва по-често, тъй като има по-ниска термична устойчивост и е по-удобна за работа.