Раздел 9. Методы исследования теплопроводности
28. Теплопроводность
Методы измерения теплопроводности твердых тел.
28. Теплопроводность
28.1. Историческая справка
Теплопроводность - физическая величина, характеризующая процесс передачи тепловой энергии от частиц, обладающих большей энергией, к частицам с меньшей энергией вследствие непосредственного соприкосновения этих частиц (молекул, атомов, электронов).
В 1789 г. Ингенгуз впервые исследовал теплопроводность различных металлов. В 1791 г. граф Румфорд (Бенжамен Томсон), также руководствуясь довольно смутным представлением об этой величине, сделал прибор, предназначенный для сравнения теплопроводности теплоизоляторов.
Стройную теорию удалось создать великому физику и математику Фурье (1822 т). Впервые было дано четкое определение нового свойства материалов - теплопроводности. В начале ХХ в. в связи с интенсивным использованием тепловой энергии в технике таких выдающихся исследователей - физиков XVIII - ХIХ вв., как Био, Максвелл, Кельвин, Кольрауш сменили исследователи - теплотехники Гребер, Нуссельт, Якоб, Гриффитс и др. Практическое измерение тепловых свойств веществ признается одной из труднейших задач технической физики. В связи с этим с двадцатых годов ХХ в. измерение теплопроводности вошло в практику государственных метрологических институтов наиболее развитых стран: Великобритании, США, Франции.
В России с учетом потребностей промышленности технические тепловые измерения стали развиваться в тридцатые годы, когда М.П. Стаценко в Физико-технической лаборатории, руководимой А. Ф. Иоффе и М. В. Кирпичевым, был построен прибор для измерения теплопроводности теплоизоляторов, отвечавший современным требованиям науки. Систематические исследования были начаты Е. М. Кондратьевым, организовавшим кафедру тепловых измерений в Ленинградском институте точной механики и оптики и создавшим научную школу в области теплофизических измерений (Г. Н. Дульнев, Б. Н. Олейник, О. А. Сергеев, Е. С. Платунов, Н.А. Ярышев и др.). Теоретические основы современных методов измерений теплопроводности заложены в работах Г. Карслоу и Д. Егера, а также А. В. Лыкова и А. Г. Шашкова.
ВНИИМ им. Д. И. Менделеева начал свою работу в этом направлении с середины ХХ в. С целью создания стандартного образца теплопроводности Б. Н. Олейником был исследован полиметилметакрилат. В шестидесятых годах под руководством О. А. Сергеева создан государственный первичный эталон единицы теплопроводности. В настоящее время он охватывает температурный диапазон от 90 до 1100 К.
В области низких температур точными измерениями теплопроводности занимаются ВНИИФТРИ (В. А. Медведев, К. В. Куриленок, Н. Г. Рыбкин) и ДАЛЬСТАНДАРТ (Ю. Р. Чашкин). В области высоких температур – ИВТ РАН (Д. Л. Тимрот, В. Я. Чеховской, В. Э. Пелецкий) и Институт огнеупоров в Санкт-Петербурге (Е. Я. Литовский).
Большой вклад в теорию точных методов измерения теплопроводности, равно как и в развитие отечественного теплофизического приборостроения, сделали Е. С. Платунов и его ученики В. В. Курепин, С. Е. Буравой (С.-Петербургская академия холода и пищевых продуктов).