Hővezetési tényező

Ha egy rendszeren belül a hőmérséklet a hely függvényében különböző, 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 az anyagi állandók egyike. A hővezetési tényezőt a Fourier-törvény alapján definiáljuk.

Joseph Fourier (1768-1830) francia matematikus és fizikus

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:

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

és

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

ahol:

Q a hőmennyiség, J

T a hőmérséklet, K

λ a hővezetési tényező, W/(m·K)

A a keresztmetszet, m²

x a hosszúság, 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, ${\frac {W}{mK}}$
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-hab	0,035 – 0,050
Levegő	0,024
Aerogél	0,013

Egyéb anyagok

Anyag	Hővezetési tényező λ, ${\frac {W}{mK}}$
Szén nanocsövek	6000
Szén (gyémánt)	2300
Szén (grafit)	119 – 165
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

Az építőiparban a fajlagos hővezetési tényezőt (az U-értéket) használják gyakrabban. Ennek mértékegysége W/(m²K), képlete:

$U={\frac {1}{{\frac {1}{h_{i}}}+\Sigma (\mathrm {d} /\lambda )+{\frac {1}{h_{e}}}}}$

ahol:

h_i és h_e a belső, illetve külső oldali hőátadási tényező (korábbi jelölése α_i és α_e)

d az adott szerkezeti réteg vastagsága

λ a szerkezeti réteg anyagra jellemző hővezetési tényezője

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. [2021. július 17-i dátummal az eredetiből archiválva]. (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