ЗАКОН ФУРЬЕ

 

Закон Фурье устанавливает количественную взаимосвязь между температурным полем и интенсивностью распространения теплоты в нем посредством теплопроводности. Согласно закону Фурье, вектор плотности теплового потока () пропорционален вектору градиента температуры (grad t) и противоположен по направлению:

 

= – l grad t, (141)

 

где знак «–» показывает, что векторы градиента температуры и плотности теплового потока направлены в противоположные стороны; коэффициент пропорциональности l – коэффициент теплопроводности – численно равен плотности теплового потока при градиенте температуры 1 к/м.

 

 

Размерность коэффициента теплопроводности – Вт/(м ^. К). Коэффициенты теплопроводности различных веществ зависят от структуры, влажности, давления и температуры и приводятся в виде таблиц и графиков в справочной литературе.

Например, при возрастании плотности асбеста от 400 до 800 кг/м³ его коэффициент теплопроводности возрастает от 0,105 до 0,248 Вт/(м ^. К). Если теплопроводность сухого кирпича равна 0,35 Вт/(м ^. К), то влажного – 1,0 Вт/(м ^. К). Коэффициент теплопроводности воды при 20 ⁰С и давлении 0,1 МПа равен 0,6 Вт/(м ^. К), воздуха (при тех же условиях) – 0,026 Вт/(м ^. К). Коэффициенты теплопроводности чистых металлов могут достигать больших значений: меди – 396 Вт/(м ^. К), алюминия – 250 Вт/(м ^. К).

Материалы, коэффициент теплопроводности которых менее 0,25 Вт/(м ^. К), называются теплоизоляционными.

Для решения практических задач по определению интенсивности переноса теплоты теплопроводностью применяются расчетные формулы, полученные на основе закона Фурье. Эти формулы наиболее просты при стационарном тепловом режиме, то есть когда температуры в любой точке тела в течение времени не изменяются, а температурное поле однородно.