თბოგამტარობა

თბოგამტარობა (თბოგამტარობის კოეფიციენტი) — ფიზიკური სიდიდე, რომელიც ახასიათებს ნივთიერების ტემპერატურის ცვლილების (გათანასწორების) სიჩქარეს არათანაბარ სითბურ მოვლენებში. მყარი სხეულის, სითხისა თუ აირის თბოგამტარობა განისაზღვრება სიჩქარით, რომლითაც მატერიის გახურება ხდება. თბოგამტარობა ასევე ეწოდება მატერიის თერმული ენერგიის ტრანსპორტირების უნარს სითბოს გატარების მეშვეობით.

მყარი სხეული

მყარი სხეულის შემთხვევაში სითბოს ნაკადი პირდაპირპროპორციულია ორ განხილულ წერტილში არსებულ ტემპერატურის სხვაობისა, რომელიც გრადუს ცელსიუსებში ან კელვინებში იზომება. თავად სითბოს ნაკადი აღინიშნება ან ვატებში, ანაც ჯოულ-წამებში.

მატერიის თბოგამტარობა, რომელიც ხშირად λ, k ან κ-თი აღინიშნება, გვიჩვენებს, სითბოს რა რაოდენობა Q გაედინება მოცემულ ფართობზე A.დროის მოცემულ მონაკვეთში, t გარკვეული ტემპერატურული განსხვავებისას ΔT. თბოგამტარობის ერთეული, რომელსაც ასევე თბოგამტარობის კოეფიციენტი ეწოდება, გამოითვლება შემდეგი ფორმულით: J/(K·m·s) ანაც. W/(K·m).

გამოთვლის თვალსაჩინოობისთვის ავიღოთ კუბი, რომელიც სიგრძე არის l, ხოლო განივი კვეთის ფართი კი - A. კუბის ერთი გვერდი ცივ გარემოში იმყოფება, საპირისპირო კი თბილში. შუა გვერდებს მაქსიმალური იზოლირება აქვთ გაკეთებული. სპეციფიკური თბოგამტარობა გამოიანგარიშება გაზომილი თბოგამტარობის და საპირისპირო გვერდებს შორის მანძილის ნამრავლის გვერდის ფართთან შეფარდებით: $\lambda ={G_{th}\cdot l \over A}$

სითბოს ნაკადი ${\dot {Q}}$ ვატებში (Q: სითბოს რაოდენობა) შემდეგნაირად გამოითვლება: ${\frac {dQ}{dt}}=\lambda \cdot {A \over l}\cdot \Delta T$

სპეციფიკური თბოგამტარობა აბსოლუტურ ტემპერატურასთან ერთად იცვლება, ანუ ის მხოლოდ ტემპერატურის გრადიენტისთვის არ აჩვენებს სითბოს ნაკადს. ლითონებისთვის სპეციფიკური სითბოგამტარობა მეტწილად ოთახის ტემპერატურაში გამოითვლება (300 კელვინი ≈ 27 გრადუს ცელსიუსს), აირების შემთხვევაში კი ცდები ძირითადად 0 გრადუს ცელსიუსში მიმდინარეობენ. აბსოლუტური ტემპერატურის მომატებასთან ერთად ჩვეულებრივ სპეციფიკური თბოგამტარობაც მატულობს, თუმცა პრაქტიკული მიზნებისთვის ერთ მუდმივ რიცხვს იღებენ.

ზოგადად კი ვიდერმან-ფრანცშეს კანონში ჩადებული პრინციპი მოქმედებს -- ყველაფერი ის, რაც დენს კარგად ატარებს (ვერცხლი, სპილენძი) მშვენიერი სითბოგამტარიცაა. ხოლო თბოიზოლატორები (ქაღალდი, ბამბა) კი დენსაც ცუდად ატარებენ.

მაგალითები

სამშენებლო მასალები მატერია თბოგამტარობაλ [ვტ. / (მ · K)] სპილენძი 3333 ალუმინი 209 თითბერი 120 თუთია 110 ფოლადი 50 უჟანგავი ფოლადი 21 ტყვია 35 გრანიტი 2,8 ბეტონი 2,1 მინა 1,0 კალციუმცემენტი 1,0 აგური) 0,5 - 1,4 ხე 0,13 - 0,18 ფოროტონი 0,09 - 0,45 ფორებიანი ბეტონი 0,08 - 0,25 შუშაქაფი 0,040 შუშაბამბა 0,04 - 0,05 პოლისტიროლი 0,035 - 0,050 პოლიურეტანი ~0,035 ჰაერი 0,024

სხვა მატერიები მატერია თბოგამტარობაλ [W / (m · K)] ნახშირბადის ნანომილები 6000 ალმასი 2300 ვერცხლი 429 ოქრო 310 მაგნეზიუმი 170 ვოლფრამი 167 კალიუმი ~135 ნიკელი 85 რკინა 80,2 პლატინა 71 თუნუქი 67 ტანტალუმი 54 ბისმუტი 8,4 ვერცხლისწყალი 8,3 ყინული (-20..0°C) 2,33 წყალი 0,6 წყალბადი 0,18 ჰელიუმი 0,144 ჟანგბადი 0,023 აზოტი 0,02 არგონი 0,016 ნახშირის დიოქსიდი 0,015 ტიტანი 22

დაანგარიშების მაგალითი

სპეციფიკური თბოგამტარობა მასალის თვისებაა. უცვლელი ზომების მქონე სხეულისთვის შესაძელბელია აბსოლუტური თბოგამტარობის დაანგარიშება. პენოპლასტის მაჭრისთვის, რომლის სიგანე 50 სმ., სიგანე 1 მ. ხოლო სიღრმე 2 მეტრია თბოგამტარობის დაანგარიშება შემდეგნაირად ხდება: თბოგამტარობა = სპეციფიკური თბოგამტარობა * ფართობზე / სიგრძესთან

$=0,04\;\mathrm {W/(K\cdot m)} \cdot \mathrm {\frac {0,5\;m^{2}}{0,02\;m}} =1\;\mathrm {W/K}$

ესიმას ნ იშნავს, რომ ერთკელვინიანი ტეპპერატურის სხვაობის შემთხვევაში პენოპლასტის ნაჭერში წამში სითბოს ნაკადის 1 ჯოული მიედინება