Studi konduktivitas termal bahan. Studi konduktivitas termal suatu benda padat menggunakan metode lapisan silinder. Fakta menarik tentang konduktivitas termal

Teks karya diposting tanpa gambar dan rumus.
Versi lengkap karya ini tersedia di tab "File Kerja" dalam format PDF

Perkenalan.

Saat ini pertanyaannya sangat akut penggunaan rasional sumber daya panas dan energi. Cara-cara penghematan panas dan energi terus dikembangkan untuk menjamin keamanan energi bagi perkembangan perekonomian, baik negara maupun setiap keluarga.

Rumah kehilangan panas melalui struktur penutup (dinding, jendela, atap, pondasi), ventilasi dan saluran pembuangan. Kehilangan panas utama terjadi melalui struktur penutup - 60-90% dari seluruh kehilangan panas.

Perhitungan kehilangan panas di rumah setidaknya diperlukan untuk memilih boiler yang tepat. Anda juga dapat memperkirakan berapa banyak uang yang akan dikeluarkan untuk pemanasan di rumah yang direncanakan. Berkat perhitungan, dimungkinkan juga untuk menganalisis efisiensi finansial isolasi, mis. memahami apakah biaya pemasangan insulasi akan terbayar dengan penghematan bahan bakar selama masa pakai insulasi.

Konsep konduktivitas termal suatu bahan dipelajari di sekolah pada kelas 8 SD. Konduksi termal adalah proses perpindahan energi dari bagian hangat suatu bahan ke bagian dingin suatu bahan oleh partikel bahan tersebut (yaitu molekul).

Kami memutuskan untuk mempelajari konduktivitas termal berbagai zat dan bahan, serta menentukan bahan isolasi modern mana yang paling efektif.

Jadi, kami telah menentukan topik pekerjaan kami.

Subjek: Studi tentang konduktivitas termal berbagai zat.

Tujuan penelitian:

Tentukan koefisien difusivitas termal berbagai zat, dan identifikasi isolator panas terbaik dari bahan insulasi bangunan modern.

Metode penelitian:

Objek studi: Berbagai zat dan konstruksi bahan isolasi panas.

Subyek studi: Konduktivitas termal suatu zat.

Hipotesa:

Jika suhu suatu zat berubah sedikit dalam selang waktu tertentu, maka zat ini memiliki konduktivitas termal yang buruk, mis. menahan panas dengan baik.

Insulator termal yang efektif memiliki difusivitas termal yang rendah.

2. Bagian utama.

DI DALAM kondisi modern Kenaikan harga bahan bakar juga telah mengubah pendekatan terhadap perlindungan termal pada bangunan, dan kebutuhan bahan bangunan juga meningkat. Setiap rumah membutuhkan isolasi dan sistem pemanas. Oleh karena itu, ketika melakukan perhitungan teknik termal pada struktur penutup, penting untuk menghitung indeks konduktivitas termal.

Konduktivitas termal- ini adalah sifat fisik suatu bahan di mana energi panas di dalam tubuh berpindah dari bagian yang terpanas ke bagian yang lebih dingin. Nilai indikator konduktivitas termal menunjukkan tingkat kehilangan panas di tempat tinggal.

Koefisien konduktivitas termal - merupakan parameter fisika suatu zat dan secara umum bergantung pada suhu, tekanan dan jenis zat. Dalam kebanyakan kasus, koefisien konduktivitas termal untuk berbagai bahan ditentukan secara eksperimental dengan menggunakan berbagai metode. Kebanyakan dari mereka didasarkan pada pengukuran aliran panas dan perubahan suhu pada zat yang diteliti.

Di lingkungan sekolah, sulit untuk menentukan energi yang melewati suatu permukaan. Oleh karena itu, dalam pekerjaan kami, kami memutuskan untuk menentukan bukan energi, tetapi perubahan suhu per satuan waktu. Koefisien ini disebut koefisien difusivitas termal.

Koefisien difusivitas termal(a) - berfungsi sebagai ukuran laju media berpori mentransmisikan perubahan suhu dari satu titik ke titik lain per satuan waktu.

Untuk menentukan koefisien, kami mengumpulkan instalasi mudah, tripod, dudukan dan termometer, tempat sampel, lampu pijar 100 W sebagai sumber pemanas.

2.1. Studi konduktivitas termal gas.

Target: Penentuan koefisien difusivitas termal gas.

Seperti diketahui, gas merupakan penghantar panas yang buruk. Karena jarak jauh antar molekul, energi membutuhkan waktu lama untuk berpindah dari molekul ke molekul, yaitu waktu perubahan suhu akan lama.

Kondisi eksperimental: kita mengambil tabung reaksi, memanaskan udara dalam tabung reaksi dari bawah dengan lampu pijar, dan mengukur suhu dalam tabung reaksi dengan termometer. Suhu awal termometer adalah 20°C.

Suhu di sekitar lampu adalah 65°C.

Kesimpulan: Udara menghantarkan panas dengan buruk, hal ini dibuktikan dengan koefisien difusivitas termal yang dihitung = 0,8 °C/menit.

Jika kita meninggalkan celah udara kecil di antara bahan finishing dinding, lantai, dll., maka kita mengurangi kehilangan energi.

2. 2 .Studi tentang konduktivitas termal cairan.

Target: Studi tentang konduktivitas termal berbagai cairan dan penentuan koefisien difusivitas termalnya.

Kondisi eksperimental: kami menuangkan air, minyak bunga matahari dan alkohol ke dalam tabung reaksi, memanaskannya dari bawah dengan lampu pijar, dan mengukur suhu dalam tabung reaksi dengan termometer.

Faktor eksternal yang mempengaruhi data eksperimen: suhu lingkungan.

Suhu awal termometer 16°C, suhu sekeliling lampu 65°C.

Cairan	suhu-t	Mengubah suhu	t- waktu	koefisien suhu daya konduksi °C/menit.
				Rata-rata 2,6
				Rata-rata 3,7
				Rata-rata 5,1

Kesimpulan: Air memiliki kapasitas panas tertinggi dari cairan ini, yaitu. menghabiskan banyak energi saat pemanasan. Hal ini menjelaskan hasil percobaan: air memanas lebih lambat dibandingkan minyak dan alkohol, sehingga rata-rata koefisien difusivitas termalnya paling kecil dan sama dengan 2,6°C/menit, untuk minyak 3,7°C/menit, untuk alkohol 5,1°C /mnt.

Konduktor panas terbaik adalah alkohol, yang memiliki koefisien difusivitas termal tertinggi.

Air adalah isolator panas terbaik.

Udara dan air tidak mentransmisikan panas dengan baik, mis. Ini adalah perlindungan termal yang baik. Kita tahu contohnya: biji-bijian musim dingin di bawah salju, mantel bulu, jendela berlapis ganda multi-ruang, dll. Tapi bahan padat digunakan untuk mengisolasi rumah dan apartemen.

Ini adalah zat padat - isolasi - yang membantu menjaga rumah tetap hangat.

2.3.1. Penentuan koefisien difusivitas termal berbagai jenis kaca dan bahan lainnya.

Kami menyelidiki konduktivitas termal bahan yang paling sering digunakan dalam konstruksi.

Nama	Perubahan suhu	Koefisien suhu daya konduksi E=∆t/t(°C / menit)
			Nilai rata-rata
Kaca biasa
kaca plexiglass
Kaca Plexiglas (hijau)
Besi galvanis
dinding kering

Kesimpulan: Menurut data kami, kaca biasa memiliki koefisien difusivitas termal terendah dari ketiga jenis kaca. Ini adalah kaca biasa yang digunakan di jendela berlapis ganda untuk tujuan isolasi termal.

Bahan bangunan populer untuk finishing dinding dan lantai - eternit dan laminasi - memiliki koefisien difusivitas termal yang rendah yaitu 1,4 °C/menit dan 1,2 °C/menit, jadi bukan suatu kebetulan bahwa bahan tersebut adalah pemimpin dalam isolasi termal semua bahan padat yang diteliti. .

Besi galvanis memiliki koefisien difusivitas termal = 1,0 yang berarti dengan menutupi atap dengan bahan ini kita dapat mengurangi kehilangan panas dari rumah secara signifikan.

2.3.2 Penentuan koefisien difusivitas termal berbagai bahan bangunan.

Untuk melakukan penelitian ini, kami pergi ke toko bahan bangunan Alex-Stroy. Kami dengan baik hati diberikan contoh bahan insulasi termal modern: wol mineral, wol kaca, serat rami, isolon, penoplex, dan jermaflex.

Kami memutuskan untuk menentukan isolator termal terbaik dengan menggabungkan sampel ini dengan drywall, yang digunakan untuk melapisi dinding ruangan. Dengan menggabungkan drywall dengan insulasi, Anda bisa mendapatkan perlindungan termal yang efektif untuk rumah Anda.

Awal T termometer=16°C, T dekat lampu =65°C.

Nama	Perubahan suhu	Koefisien suhu daya konduksi E=∆t/t(°C / menit)
			Nilai rata-rata
dinding kering
Drywall + wol mineral
Drywall + wol kaca
Drywall + kain goni
Drywall + penplex
Drywall + isolon
Drywall + jermaflex

Kesimpulan: Dari data pada tabel terlihat bahwa bahan insulasi bangunan menurunkan koefisien difusivitas termal secara signifikan. Koefisien difusivitas termal terendah sebesar 1,0 °C/menit memiliki kombinasi eternit dengan wol mineral atau penoplex 1,1°C/menit. Jadi, perlindungan termal yang paling efektif pada dinding ruangan adalah insulasi menggunakan wol mineral atau penoplex.

2.3.3 Penentuan isolator panas yang paling menguntungkan dengan harga per 1 m2.

Kesimpulan: Insulator panas yang paling terjangkau adalah ...., tetapi dengan mempertimbangkan efektivitas isolasi termal, lebih baik memilih ...

3. Kesimpulan.

Konduktivitas termal berbagai zat - topik ini, yang kita pelajari di kelas 8, memiliki penerapan praktis yang penting.

Dengan harga pemanas yang mahal, setiap orang mulai memikirkan bagaimana menjaga rumah tetap hangat.

Untuk menilai tingkat isolasi termal bahan, kami memperkenalkan nilai baru - koefisien difusivitas termal, yang dihitung dengan mengukur waktu dan suhu dengan stopwatch dan termometer.

Setelah menghitung koefisien difusivitas termal, kami menentukan bahwa isolator panas terbaik adalah udara dan air. Tapi bahan padat digunakan untuk menyekat rumah. Produksi modern menawarkan berbagai bahan isolasi. Kami hanya memilih isolator termal yang umum ditemukan di toko bahan bangunan Alex-Stroy. Dari jumlah tersebut, kami menentukan bahwa isolator panas terbaik adalah eternit dan laminasi, dan bahkan lebih baik lagi jika dikombinasikan dengan wol mineral, isolon, atau penoplex.

Hipotesis kami bahwa isolator termal terbaik memiliki koefisien difusivitas termal yang rendah telah terbukti.

Oleh karena itu, relevansi topik menjaga kehangatan di dalam rumah telah membawa kita pada kesimpulan penting yang dapat kita terapkan dalam kehidupan. Kami yakin bahwa biaya isolasi bahan bangunan akan terbayar dalam waktu singkat dengan kehangatan dan kenyamanan di rumah kita.

4. Daftar referensi.

https://ru.wikipedia.org/wiki/

www.rg.ru/ 2010 /12/31/deti-inform-dok.htm

Objektif

Menguasai dan memantapkan materi teori pada bagian perpindahan panas “Konduktivitas Termal”, menguasai metode eksperimental penentuan koefisien konduktivitas termal; memperoleh keterampilan pengukuran, menganalisis hasil yang diperoleh.

1. Tentukan secara eksperimental koefisien konduktivitas termal bahan isolasi.

2. Tuliskan tabel nilai koefisien konduktivitas termal bahan yang diteliti.

3. Hitung kesalahan nilai koefisien konduktivitas termal yang ditemukan dalam percobaan sehubungan dengan tabel.

4. Menarik kesimpulan tentang pekerjaan tersebut.

PETUNJUK METODOLOGI

Saat melakukan perhitungan teknis, perlu diketahui nilai koefisien konduktivitas termal berbagai bahan.

Koefisien konduktivitas termal mencirikan kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan panas. Nilai numerik l bahan keras, khususnya isolator panas, biasanya ditentukan secara empiris.

Arti fisis dari koefisien konduktivitas termal ditentukan dari persamaan Fourier yang ditulis untuk fluks panas spesifik

g = –l lulusan t . (1)

Ada beberapa metode untuk menentukan nilai l secara eksperimental, berdasarkan teori kondisi termal stasioner atau non-stasioner.

Persamaan diferensial aliran panas Q, W, dengan konduktivitas termal stasioner dapat ditulis dalam bentuk

Q = – lF lulusan t . (2)

Jika kita perhatikan silinder berdinding tipis, jika l/d > 8, gradien suhu medan suhu pada sistem koordinat silinder akan ditulis sebagai

lulusan t = dt/dr,

dan persamaan (2) dari kasus ini

dimana d 1, d 2 masing-masing adalah diameter dalam dan diameter bawah silinder, m;

l adalah panjang silinder, m;

(t 2 - t 1) = Dt - perbedaan suhu antara internal dan permukaan luar silinder, 0 C;

l adalah koefisien konduktivitas termal bahan pembuat silinder, W/(m×0 C);

grad t - gradien suhu normal terhadap permukaan pertukaran panas, 0 C/m.

Jika persamaan (3) diselesaikan terhadap koefisien konduktivitas termal l, W/(m× 0 C), maka kita akan mendapatkan

aku = Q ln(d 2 /d 1) / (2plDt). (4)

Persamaan (4) dapat digunakan untuk secara eksperimental menentukan nilai koefisien konduktivitas termal bahan pembuat silinder.

Saat melakukan percobaan, perlu untuk menentukan besarnya aliran panas Q, W, dan nilai (t 2 - t 1) = Dt 0 C, pada permulaan rezim termal stasioner.

PENGATURAN EKSPERIMEN

Pengaturan eksperimental (Gambar) terdiri dari silinder 1, di rongga bagian dalam tempat pemanas listrik 2 ditempatkan, dayanya diatur oleh autotransformator (sakelar sakelar) 3 dan ditentukan oleh pembacaan ammeter 4 dan voltmeter 5. Suhu permukaan dalam dan luar silinder diukur menggunakan termokopel Chromel-Copel 7 yang dihubungkan ke pengukur suhu mikroprosesor 6. Berdasarkan perbedaan suhu ini dalam mode termal stasioner, koefisien konduktivitas termal bahan di bawah studi dari mana silinder dibuat ditentukan.

Menggambar . Skema pengaturan eksperimental untuk menentukan koefisien konduktivitas termal bahan silinder.

PROSEDUR PERCOBAAN

1. Nyalakan peralatan dengan memutar kenop pada switchboard ke posisi 1.

2. Putar kenop autotransformator (saklar sakelar) untuk mengatur daya pemanas yang ditentukan oleh guru.

3. Mengamati pembacaan pengukur suhu, tunggu hingga rezim termal stasioner tercapai.

4. Sajikan hasil pengukuran dalam tabel:

Meja

Nomor pengalaman	kamu, v	saya, A	t 1,0 C	t 2,0 C

dimana U, I - tegangan dan arus pada pemanas;

t 2, t 1 - suhu permukaan dalam dan luar silinder.

PENGOLAHAN DATA EKSPERIMENTAL

1. Hitung koefisien konduktivitas termal bahan yang diteliti, l, W/(m× 0 C)

aku persamaan = Q ln (d 2 /d 1) / (2plDt),

dimana Q = U×I – daya pemanas, W;

d 1 = 0,041 m, d 2 = 0,0565 m – dalam dan diameter luar silinder;

l = 0,55 m – panjang silinder.

2. Tuliskan nilai tabel l, W/(m× 0 C).

3. Tentukan kesalahan l eq relatif terhadap nilai referensi l, %.

D = (aku persamaan – aku)100/aku.

PERTANYAAN UNTUK PERSIAPAN MANDIRI

1. Rezim termal stabil dan tidak stabil.

2. Medan suhu, stasioner dan non stasioner, medan stasioner tiga dimensi, dua dimensi, dan satu dimensi.

3. Gradien suhu.

4. Hakikat fisik dari proses konduksi panas.

5. Persamaan Fourier, analisisnya.

6. Koefisien konduktivitas termal, faktor-faktor yang mempengaruhi nilai koefisien konduktivitas termal.

7. Berikan nilai numerik koefisien konduktivitas termal untuk beberapa bahan.

8. Bahan apa yang tergolong isolasi termal?

9. Tuliskan nilai gradien suhu untuk bidang suhu satu dimensi dalam sistem koordinat kartesius dan silinder.

10.Tuliskan rumus untuk menentukan aliran panas Q, W, dinding datar dan silinder satu lapis dan multilapis.

11.Tuliskan rumus untuk menentukan fluks panas spesifik g 1, W/m 2, g 2, W/m untuk dinding satu lapis dan banyak lapis datar dan silinder.

DAFTAR BIBLIOGRAFI

1. Mikheev M.A., Mikheeva I.M. Dasar-dasar perpindahan panas - M.: Energi, 1977.

2. Baskakov A.P. dan lain-lain Teknik panas - M.: Energoizdat, 1991.

3. Nashchokin V.B. Termodinamika teknis dan perpindahan panas - M.: Sekolah Tinggi, 1980.

4. Isachenko V.P., Osipova V.A., Sukomel A.S. Perpindahan panas - M.: Energi, 1981.

Kementerian Pendidikan Republik Mordovia

Departemen Pendidikan Administrasi Distrik Kota Saransk

Kota lembaga pendidikan

"Sekolah Menengah No. 13"

Pekerjaan penelitian

bagian fisika

“Studi tentang konduktivitas termal berbagai jenis bahan tekstil”

Lipasov Mikhail Pavlovich

Penasihat ilmiah: Guru fisika

Palaeva Nina Pavlovna

Saransk 2015

Daftar isi

Perkenalan.

Iklim Mordovia adalah benua sedang, ditandai dengan musim dingin yang sangat dingin dan musim panas yang cukup terik.

Pada dasarnya, wilayah republik berada di bawah pengaruh massa udara di garis lintang sedang, yang dibawa oleh arus udara barat yang ada. Cuaca sering kali ditentukan oleh massa udara hangat yang datang bersama siklon selatan dari Laut Hitam, Mediterania, dan Kaspia. Relatif sering, republik ini berada di bawah pengaruh massa udara kontinental kering yang dibawa dari tenggara. Massa udara dingin menyerbu dari Skandinavia dan Laut Barents.

Suhu udara rata-rata tahunan adalah +4.1…+4.4 °C. Bulan terdingin adalah Januari: suhu udara rata-rata bulanan berkisar antara –11,1 hingga –11,6 °C. Suhu minimum absolutnya adalah –42…–47 °C. Bulan terpanas adalah Juli. Suhu rata-ratanya adalah +18.7…+19.1 °C. Maksimum absolut mencapai +37…+39 °С, pada tahun 2010 – +39…+41 °С, di MP MSU – +42 °С.

Awal, akhir, dan lamanya musim bersifat kondisional. Mereka ditentukan berdasarkan tanggal transisi stabil suhu rata-rata harian melalui 0 dan +15 °C.

Tahun ini dibagi menjadi dua periode: hangat dan dingin. Periode hangat dalam setahun ditetapkan sejak suhu rata-rata harian melewati 0 °C hingga nilai-nilai positif. Dimulai pada 31 Maret - 2 April, berakhir pada 4-6 November, durasinya 217-221 hari. Periode dingin tahun ini dimulai dari saat transisi stabil suhu udara rata-rata harian melalui 0 °C ke nilai negatif. Itu berlangsung sekitar 5 bulan (144–148 hari).

Di musim dingin, cuaca berawan dengan sedikit embun beku (–10…–15 °C) terjadi, tetapi di musim dingin yang sangat dingin ada periode dengan salju yang parah. Dalam beberapa tahun, dengan musim dingin yang hangat dan tidak stabil, terjadi pencairan dengan intensitas hingga +4...+7 °C. Jumlah hari pencairan per bulan berkisar antara 3–4 hingga 7–8. Fenomena musim dingin yang tidak menguntungkan termasuk angin kencang dan badai salju, pembentukan es dan embun beku, serta kabut. Jumlah rata-rata hari dengan kabut periode dingin tahun berkisar antara 15 hingga 25, durasi rata-ratanya adalah 72–118 jam.

Musim semi dimulai pada akhir Maret - awal April. Pertandanya adalah kedatangan benteng, burung jalak dan burung tiba pada awal April. Bunga sakura burung di pertengahan bulan Mei, dan bunga lilac di akhir bulan. Musim semi berakhir dengan peralihan suhu udara rata-rata harian hingga +15 °C (27–29 Mei), durasi musim semi adalah 57–58 hari. Fenomena yang tidak menguntungkan di musim semi adalah kembalinya cuaca dingin dan beku, kekeringan dan angin kering. Yang terakhir ini dirayakan setiap tahun. Tanda-tanda angin kering adalah kelembaban relatif udara kurang dari 30% pada suhu udara di atas +25 °C dan kecepatan angin minimal 5 m/s.

Periode dengan suhu udara harian rata-rata +15 °C ke atas dianggap sebagai musim panas; durasinya 91–96 hari, berakhir pada 28–31 Agustus. Peristiwa yang tidak menguntungkan di musim panas termasuk hujan lebat, hujan es, badai petir, badai petir, kekeringan, dan angin panas. Hujan deras mengikis lapisan atas tanah yang subur, membawa material tanah yang berharga ke jurang dan sungai, dan menyebabkan tumbuh-tumbuhan tertahan. Setiap bulan rata-rata jumlah hari dengan curah hujan lebat (lebih dari 10 mm) adalah 1–2, dengan angin kering dengan intensitas sedang – 3–8.

Musim gugur dimulai pada 29 Agustus – 1 September dan berakhir pada sepuluh hari pertama bulan November. Durasinya adalah 65–69 hari. Pada awal September, daun gugur dimulai pada pohon poplar, dan pada pertengahan September pada pohon birch dan maple. Rezim cuaca di musim gugur tidak stabil, curah hujan sering bercampur. Fenomena musim gugur yang merugikan: embun beku awal di permukaan tanah dan di udara, kabut, es.

Bab SAYA .Ikhtisar pekerjaan

1. Alasan bekerja :

Dalam pelajaran fisika kelas 8, bagian “Fenomena Termal” membangkitkan minat khusus saya. Sebagai hasil dari pekerjaan ini, saya ingin memperdalam dan mengkonsolidasikan pengetahuan saya yang ada di bagian fisika ini.

Topik ini Saya memilih karena saya ingin memahami proses fisik ini lebih detail.

2. Relevansi bekerja :

3. Tujuan dari pekerjaan ini: V

Tujuan pekerjaan:

4. Metode penelitian: studi literatur dengan topik “Konduktivitas termal”, pemilihan kain untuk penelitian, sistem eksperimen, perbandingan nilai, konstruksi tabel dan grafik.

5. Peralatan:

Silinder ukur (gelas kimia) 3 pcs;

Bahan percobaan (sampel jaringan);

Termometer 3 buah;

Jam tangan;

Pita pengukur.

6. Pembenaran teoritis.

Konduktivitas termal adalah perpindahan panas oleh partikel struktural suatu zat (molekul, atom, elektron) selama gerakan termalnya.Konduktivitas termal -salah satu jenis perpindahan panas dari bagian tubuh yang lebih panas ke bagian tubuh yang kurang panas, yang menyebabkan pemerataan suhu. Dengan konduksi termal, perpindahan energi dalam suatu benda terjadi sebagai akibat perpindahan energi langsung dari partikel (molekul, atom, elektron) yang berenergi lebih tinggi ke partikel yang berenergi lebih rendah.Pertukaran panas seperti itu dapat terjadi pada benda mana pun dengan distribusi suhu yang tidak seragam, namun mekanisme perpindahan panas akan bergantung pada keadaan agregasi zat. Fenomena konduktivitas termal adalah itu energi kinetik atom dan molekul, yang menentukan suhu suatu benda, berpindah ke benda lain selama interaksinya atau berpindah dari bagian tubuh yang lebih panas ke bagian tubuh yang lebih sedikit panasnya.

Terkadang konduktivitas termal juga disebut penilaian kuantitatif terhadap kemampuan suatu zat tertentu untuk menghantarkan panas.

Secara historis, perpindahan dianggap melibatkan aliran kalori dari satu tubuh ke tubuh lainnya. Namun, eksperimen selanjutnya, khususnya pemanasan laras meriam selama pengeboran, menyangkal realitas keberadaan kalori sebagai jenis materi yang independen. Oleh karena itu, saat ini diyakini bahwa fenomena konduktivitas termal disebabkan oleh keinginan untuk menempati keadaan yang lebih dekat dengan kesetimbangan termodinamika, yang dinyatakan dalam pemerataan suhu.

Koefisien konduktivitas termal adalah jumlah panas yang melewati setiap satuan waktu melalui 1 m3 suatu bahan ketika perbedaan suhu pada permukaan berlawanannya sama dengan 1 derajat.

Semakin rendah koefisien konduktivitas termal, semakin baik sifat insulasi termal material tersebut.

Ada bahan isolasi panas dan bahan penghantar panas.

7. Ciri-ciri jenis kain yang diteliti.

Kain dengan kegunaan berbeda memiliki sifat dan karakteristik fisik yang berbeda: kekuatan, ketahanan terhadap kusut, kemampuan menahan abrasi (pada berbagai benda, pada tubuh manusia), penyusutan, keuletan, kemampuan bernapas, permeabilitas uap, tahan air, tahan panas. Sifat yang sangat penting dari kain rumah tangga adalah konduktivitas termal, yaitu. kemampuan kain untuk menghantarkan panas. Kain yang dirancang untuk melindungi dari dingin harus memiliki konduktivitas termal yang minimal. Misalnya, ketahanan panas yang tinggi dan ketahanan air penting untuk bahan teknis yang digunakan untuk membuat pakaian pemadam kebakaran.

Dasar dari semua bahan dan kain adalah serat. Serat berbeda satu sama lain dalam komposisi kimia, struktur dan sifat. Klasifikasi serat tekstil yang ada didasarkan pada dua karakteristik utama - metode produksinya (asal) dan komposisi kimia, karena merekalah yang menentukan sifat fisik, mekanik dan kimia dasar tidak hanya dari serat itu sendiri, tetapi juga produk yang diperoleh darinya.

Sifat termal adalah sifat higienis terpenting dari produk untuk periode musim dingin. Sifat-sifat ini bergantung pada konduktivitas termal serat pembentuk kain, kepadatan, ketebalan, dan jenis finishing kain. Rami dianggap sebagai serat “terdingin”, karena memiliki konduktivitas termal yang tinggi, sedangkan serat “paling hangat” adalah wol. Kain wol yang tebal dan padat memiliki sifat pelindung panas tertinggi. Sifat pelindung panas pada pakaian sangat dipengaruhi oleh jumlah lapisan bahan pada pakaian. Dengan bertambahnya jumlah lapisan material, ketahanan termal total meningkat. Berbagai jenis insulasi digunakan: alami dansintetis.

Mari kita perhatikan empat jenis kain, sampelnya akan kita pelajari.

Kain jas – dari serat alami – wol.

Wol adalah bulu domba, kambing, unta dan hewan lainnya. Sebagian besar wol (94-96%) untuk perusahaan industri tekstil dipasok oleh peternakan domba.

Ciri khusus wol adalah kemampuannya untuk merasakan, yang dijelaskan oleh adanya lapisan bersisik pada permukaannya, kerutan yang signifikan, dan kelembutan serat. Berkat sifat ini, wol digunakan untuk menghasilkan kain, kain, gorden, kain kempa, serta produk kain kempa dan kempa yang cukup padat. Wol memiliki konduktivitas termal yang rendah, sehingga sangat diperlukan untuk produksi kain mantel, jas dan gaun serta pakaian rajut musim dingin.

Bahan isolasi alami

Wat Dan N - isolasi setengah wol,kain rajutan dengan bulu satu sisi atau dua sisi. Batting tersedia dalam bahan katun, wol, dan setengah wol dan menggantikan kapas saat menjahit pakaian hangat.

Pada pertengahan hingga akhir abad lalu, bahan ini digunakan dalam industri pakaian Soviet untuk menjahit pakaian kerja, dan juga sebagai insulasi untuk mantel musim dingin.

Batting bervariasi dalam komposisi (katun, wol), ketebalan kain, dan metode pengikatan cetakan.

Batting menjadi semakin tidak populer akhir-akhir ini.

Kekurangan: bobot yang berat dan sifat penahan kelembaban yang relatif tinggi.

Isolasi sintetis

Sintepon - adalah salah satu bahan isolasi sintetis yang paling umum. Ringan, tebal, elastis, di mana campuran (termasuk limbah tekstil sekunder buatan dan alami) disatukan menggunakan metode penusuk jarum, perekat (emulsi) atau termal.

Sintepon masuk Akhir-akhir ini paling sering dibuat dari bahan baku poliester daur ulang (PET daur ulang), limbah plastik cair (botol PET, tas, peralatan makan sekali pakai, dll). Hal ini secara signifikan mengurangi biaya produk, namun secara signifikan mengurangi karakteristik kualitas dan kinerja.

Sintepon- bahan bukan tenunan, diperoleh dari serat sintetis. Ini jauh lebih ringan daripada batting, elastis, tidak kehilangan bentuk dan tidak rontok. Sintepon tidak higroskopis, sehingga tidak terlalu basah dan mudah kering. Selain itu, warnanya putih dan saat mencuci barang berinsulasi tidak luntur atau meninggalkan noda pada kain luar. Setelah dicuci, produk mempertahankan bentuknya dan tidak kehilangan volume.

Keunggulan winterizer sintetis adalah ringan, sifat pelindung panas yang baik dan bobot yang rendah, serta relatif tidak berbahaya bagi manusia. Winterizer sintetis digunakan untuk semua jenis pakaian berinsulasi, termasuk pakaian anak-anak, serta untuk pembuatannya , seprei, dan tas serta produk lainnya.Ringan, hangat, banyak, murah - pada suatu waktu isolasi seperti itu berada di puncak popularitas.

Namun, seiring berjalannya waktu, winterizer sintetis memiliki sejumlah kelemahan: peningkatan permeabilitas kelembaban, sesak udara, deformasi yang cepat, dan kerapuhan material - semua ini mengarah pada fakta bahwa winterizer sintetis digunakan sebagai insulasi untuk produksi demi yang lebih murah. -pakaian musim dan musim dingin.

Hollowfiber (serat berongga) - kain bukan tenunan yang diisi dengan serat sintetis berbentuk spiral, bola, pegas, dll. Struktur inilah yang membuat benda menjadi hangat, karena banyak udara yang tertahan di antara serat.

Ini dianggap sebagai isolasi abad ke-21. Ringan, hangat, tahan lembab dan bentuk, hipoalergenik - ini adalah bahan yang sangat baik untuk produksi insulasi yang sangat baik untuk pakaian musim dingin.

Varietas - polyfiber, thermofiber, fiberskin, fibertek, dll.

Bab II . Pekerjaan penelitian eksperimental

Kemajuan pekerjaan:

Selama pelaksanaan ini pekerjaan penelitian Enam percobaan dilakukan dengan berbagai jenis kain. Semua sampel memiliki dimensi yang sama: panjang, lebar dan luas (foto 1). Luas sampel bertepatan dengan luas permukaan silinder ukur (Tabel No. 1)

foto 1

Tabel No.1

Menggantungkan

Kain jas 1

Kain jas 2

Holofiber

Sintepon (tipis)

Sintepon (tebal)

Memukul

Ketebalan

0,4 cm

0,1cm

0,1 cm

2cm

1 cm

2 cm

0,5 cm

Lebar

12 cm

Panjang

13 cm

Persegi

156 cm 2

2.1 Perbandingan konduktivitas termal berbagai bahan tekstil.

Peralatan: Tabung ukur dengan air hangat, bahan percobaan, termometer air raksa - 3 buah, termometer elektronik, jangka sorong.

Untuk melakukan percobaan, kami membungkus silinder pengukur dengan sampel jaringan dan mengamankannya dengan pin.

Sepasang silinder terbungkus dan satu silinder terbuka yang dipilih untuk percobaan diisi dengan air hangat dengan suhu yang sama. Secara berkala (5 menit), suhu air di setiap bejana diukur (foto 2), pembacaan dicatat dalam tabel, dan grafik dibuat untuk perbandingan.

foto 2

2.1.1. Eksperimen No.1.

Untuk percobaan pertama kami memilih dua jenis kain wol.

Jenis kain yang diteliti:

Contoh pertama adalah kain setelan tipis yang digunakan untuk menjahit jaket, celana panjang, dan rok.

Sampel kedua adalah kain wol tebal (drape) yang digunakan untuk menjahit jas dan jaket.

Kain memiliki ketebalan yang berbeda-beda.

Suhu ruangan (ruang fisika 20ºС)

Hasil penelitian akan dimasukkan ke dalam tabel

9:35

9:40

9:45

9:50

Sebagai perbandingan, mari kita buat grafik

Setelah membandingkan suhu air dari tiga gelas kimia dan membuat grafik, kami melihat bahwa sampel pertama tidak menahan panas dengan baik, sehingga memiliki konduktivitas termal yang baik. Konduktivitas termal sampel kedua (kain wol tebal) lebih buruk karena menahan panas lebih baik.

2.1.2. Eksperimen No.2

Pada percobaan kedua kami menguji bahan isolasi. Winterizer sintetis kini sering digunakan sebagai insulasi pakaian, Winterizer sintetis yang tebal mampu menahan panas dengan baik.

Panjang-13 cm

Lebar-12cm

Ketebalan-2cm

Luas: 156cm

10:05

10:10

10:15

10:20

Mari kita membuat grafik

2.1.3. Eksperimen No.3

Sampel kedua adalah batting hitam - bahan katun alami, kain rajutan dengan penyikatan satu sisi.

Kami akan memasukkan hasilnya ke dalam tabel

11:05

11:10

11:15

11:20

Mari kita membuat grafik

Dari hasil percobaan, ternyata konduktivitas termal padding polyester lebih buruk dibandingkan batting.

2.1.4. Eksperimen No.4

Untuk mempelajari konduktivitas termal insulasi, kami memilih sampel pertama -batting abu-abu (katun). Sampel kedua adalah batting hitam (wol).

Parameter objek yang diteliti

Pukulan abu-abu

Memukul hitam

Ketebalan

0,6 cm

0,5cm

Lebar

12 cm

Panjang

13 cm

Persegi

156 cm 2

13:50

39,5

38,5

13:55

14:00

36,5

14:05

35,3

34,5

14:10

33,1

Mari kita membuat grafik

Konduktivitas termal batting hampir sama, tetapi kita harus memperhitungkan bahwa batting abu-abu lebih tebal.

2.1.5. Eksperimen No.5

Kami mempelajari konduktivitas termal poliester bantalan dengan ketebalan berbeda.

Parameter objek yang diteliti

Poliester bantalan tipis

Poliester bantalan tebal

Ketebalan

1 cm

2 cm

Lebar

12 cm

Panjang

13 cm

Persegi

156 cm 2

14:31

31,9

31,7

14:36

30,5

14:41

29,7

29,3

14:46

29,5

28,7

Mari kita membuat grafik

Grafik menunjukkan bahwa konduktivitas termal dari poliester bantalan tebal jauh lebih kecil dibandingkan dengan poliester bantalan tipis..

2.1.6. Percobaan No.6

Untuk penelitian ini, kami memilih sampel pertama - poliester bantalan tebal (bahan sintetis, ringan, tebal, elastis, bahan non-anyaman)

Sampel kedua- Xolofiber(kain bukan tenunan diisi serat sintetis berbentuk spiral, bola, pegas).

Kami akan memasukkan hasilnya ke dalam tabel

15:05

15:10

15:15

15:20

Mari kita membuat grafik

Dari hasil percobaan, ternyata konduktivitas termal holofiber lebih buruk dibandingkan padding polyester.

Dengan demikian, kami yakin bahwa produksi dapat dilakukan di laboratorium fisika sekolah analisis perbandingan kain tekstil.

2.2Perhitungan koefisien isolasi termal batting, padding polyester dan hollafiber.

Menurut rumus: koefisien konduktivitas termal dihitung, di mana

P adalah daya kehilangan panas total, S adalah luas penampang paralelepiped, T adalah perbedaan suhu antar permukaan, h adalah panjang paralelepiped, yaitu jarak antar permukaan.

Koefisien konduktivitas termal diukur dalam W/(m K).

Dengan analogi dengan koefisien konduktivitas termal, kami menghitungnyakoefisien isolasi termal. Dalam percobaan kami

P=Q1 – Q2/t, daya yang ditahan oleh material. Dimana: Q1 adalah jumlah kalor yang dilepaskan oleh air dalam gelas ukur tanpa “pakaian” selama waktu t;

Q2 adalah jumlah kalor yang dilepaskan oleh air dalam gelas ukur dengan “pakaian” selama waktu t;

S adalah luas sampel jaringan;

h - jarak antar wajah.

2.2.1. Perhitungan koefisien isolasi termal batting hitam.

S=88cm; tinggi=0,5 cm;ΔT=22,2°С-21,2°С=1°С

Q2=4200*0,12*(38,5-37) =756(J),

c = (Q1-Q2)*h/t*SΔT

c=(1008 -756)*0,005/(300*0,0088*1)=1,26/2,64=0,48(W/m*K)

2.2.2. Perhitungan koefisien isolasi termal dari batting ringan.

S=88cm2; tinggi=0,6 cm;ΔT=24,3°С-22,5°С=1,8°C

Q1=cmΔt=4200*0,12*(38-36) =1008(J)

Q2=4200*0,12*(39,5-38) =756(J)

c= (Q1-Q2)*h/t*SΔT

c= (1008 -756)*0,006/ (300*0,0088*1,8) =1,512/4,752=0,32 (W/m*K)

Kesimpulan:koefisien isolasi termal batting hitam 0,48(B/m*K)

0,32(W/m*K)

2.2.3. Perhitungan koefisien isolasi termal poliester bantalan tipis.

S=156cm2; tinggi = 0,4 cm; T=23,8°С-22,5°С=1,3°C

Q2=4200*0,12*(29,3-28,7) =307,2(J)

c=(Q1-Q2)*h/t*SΔT

c=(512-307.2)*0.004/(300*0.0273*1.3)=0.82/10.647=0.077(W/m*K)

2.2.4. Perhitungan koefisien isolasi termal poliester bantalan tebal.

S=156cm2; tinggi = 1,3 cm; T=23,2°С-22°С=1,2°C

Q1=cmΔt=4200*0,12*(28-27) =512(J)

Q2=4200*0,12*(29,7-29,5) =102,4(J)

c=(Q1-Q2)*h/t*SΔT

c=(512-102,4)*0,013/(300*0,0273*1,2)=5,32/9,83=0,54(W/m*K)

koefisien isolasi termal poliester bantalan tipis 0,077(B/m*K)

koefisien isolasi termal dari pukulan ringan 0,54(B/m*K)

2.2.5. Perhitungan koefisien isolasi termal hollafiber.

S=156cm2; tinggi = 2 cm; T=23,8°С-22,5°С=1,3°C

Q1=cmΔt=4200*0,12*(55-52) =1512(J)

Q2=4200*0,12*(61-60) =504 (J)

c=(Q1-Q2)*h/t*SΔT

c=(1512-504)*0,02/(300*0,0156*1,3)=0,82/840=0,024(W/m*K)

Jadi, di laboratorium sekolah, dimungkinkan untuk melakukan analisis komparatif konduktivitas termal berbagai kain tekstil dan secara eksperimental menentukan koefisien isolasi termal.

Industri tekstil modern semakin banyak menggunakan serat sintetis. Untuk tujuan ini, sama seperti di banyak industri produksi modern Nanoteknologi akan hadir di industri tekstil.

Bahan nano dapat mengandung partikel nano, serat nano, dan bahan tambahan lainnya. Misalnya, perusahaan Nano-Tex berhasil memproduksi kain yang disempurnakan dengan nanoteknologi. Salah satu kain ini memberikan yang mutlaktahan air: karena perubahan struktur molekul serat, tetesan air menggelinding seluruhnya dari kain, yang pada saat yang sama “bernafas”. Pada bulan Maret 2004, AspenAerogels memulai produksi sol sepatu berinsulasi dari bahan nano baru. Insulator baru menahan panas lebih baik daripada isolator yang sudah ada bahan modern. Dibandingkan dengan mereka, karakteristik termalnya dengan ketebalan sampel yang sama meningkat dari 3 menjadi 20 kali lipat. Tidak mengherankan jika dengan indikator seperti itu, produk berbahan isolator panas baru memiliki konsumsi bahan yang minimal.

Lapisan nano memungkinkanintegrasi mikro dan nanoelektronik, serta MEMS, ke dalam tekstil secara signifikan memperluas kemampuan pakaian sehari-hari, yang dapat digunakan sebagai alat komunikasi dan bahkan komputer pribadi. Dan produksi tekstil dengan sensor bawaan akan memungkinkan pemantauan kondisi tubuh manusia. Hal ini tentunya akan membuka peluang baru dalam praktik kedokteran, olah raga dan penunjang kehidupan dalam kondisi ekstrim.

Untuk melindungi manusia dari hipotermia, saat ini dikembangkanpakaian dalam termal. Pakaian dalam termal adalah pakaian dalam khusus, pas dengan badan potongan khusus. Salah satu kelebihan utamanya adalah praktis tidak meregang. Tidak adanya jahitan samping atau hanya beberapa jahitan datar menghilangkan risiko lecet.Pakaian dalam termal yang hemat panas. Dengan kata lain, pakaian dalam termal penghangat ditujukan untuk tingkat rendah dan menengah aktivitas fisik pada suhu lingkungan yang sejuk, dingin, atau sangat dingin. Direkomendasikan untuk digunakan dalam segala cuaca, jika diperlukan retensi panas, mis. kapan Anda perlu melakukan pemanasan, tergantung pada toleransi individu tubuh manusia.

Pakaian dalam termal yang menyerap kelembapan (fungsional).. Pakaian dalam termal ini memiliki kemampuan untuk menghilangkan kelembapan (keringat) berlebih dari permukaan kulit. Biasanya, pakaian dalam termal jenis ini terbuat dari 100% sintetis. Penggunaan tipe khusus sintetis meningkatkan sifat penghilangan kelembapan pakaian dalam termal. Tidak masuk akal untuk mencantumkan semua jenis bahan sintetis yang memiliki sifat seperti itu. Sebut saja yang paling terkenal saja: Coolmax, QuickDry, ThermoliteBase, Polypropylene, Viloft, dan masih banyak lagi lainnya.

Pakaian dalam termal hemat panas + anti lembab (hibrida).Pakaian dalam termal yang menggabungkan dua sifat di atas, yaitu. baik menghangatkan maupun menyerap kelembapan.

Pakaian dalam termal fungsional yang menyerap kelembapan

Pakaian dalam termal yang hemat panas

Pakaian dalam termal hibrida

Pakaian dalam termal mengatasi banyak jenis fungsi- menghangatkan, menghilangkan kelembapan, atau keduanya sekaligus. Pakaian dalam termal memungkinkan Anda melakukan olahraga aktif favorit Anda dalam kondisi iklim yang berbeda tanpa menimbulkan rasa tidak nyaman, dan juga menghemat energi panas Anda.

Konduktivitas termal kain tekstil memainkan peran penting dalam pakaian manusia, dan khususnya dalam iklim kita. Oleh karena itu, kami ingin memberikan beberapa rekomendasi dalam memilih pakaian:

1) selalu berpakaian sesuai dengan cuaca.

2) menggunakan prinsip pelapisan: “tiga kaos tipis lebih baik daripada satu kaos tebal.”

3) mengutamakan pakaian yang terbuat dari serat alami, ingatlah bahwa ilmu pengetahuan tidak tinggal diam dan serat buatan tidak kalah, dan terkadang melampaui serat alami dalam kualitas konduktivitas termalnya.

Bab AKU AKU AKU Kesimpulan dan kesimpulan

Kami hanya memeriksa beberapa jenis kain, alami dan sintetis. Industri modern lebih sering menggunakan kain berbahan serat sintetis. Kain-kain ini memiliki kelebihan dan kekurangan. Keuntungan dari kain tersebut adalah konduktivitas termalnya yang buruk, sehingga dapat menahan panas dengan baik.Winterizer sintetis memiliki sifat insulasi termal rata-rata. Pakaian luar dengan bantalan poliester hanya cocok untuk orang yang sangat musim dingin yang sejuk. Untuk iklim yang keras, winterizer sintetis tidak dapat diterima. Tetapi holofiber memiliki insulasi termal yang sangat baik (mendekati bulu alami) dan sangat cocok untuk cuaca dingin. Dengan andal menahan panas, memungkinkan kulit bernafas. Sintepon kurang bernapas.

Kesimpulan:

holofiber,holofiber,

Signifikansi praktis

Daftar literatur

Galakhova E.N.Iklim Mordoviadan wilayah terkait di Wilayah Non-Bumi Hitam dalam hal cuaca (berdasarkan bahan penelitian di Republik Sosialis Soviet Otonomi Mordovia): Abstrak penulis. dis. ...calon.../

Ensiklopedia Besar Soviet, volume 43. halaman 473.-M.: TSB. 1954

Smorodinsky A.Ya. Suhu. Perpustakaan "Kuantum". Edisi 12-M.: “Sains”, kantor redaksi utama literatur fisika dan matematika, 1981 - 159 hal.

Ensiklopedia untuk anak-anak "AVANTA". Fisika.t.16.ch.2.-M.: “Avanta + ", 2002 - 432 hal.

Abstrak

Studi konduktivitas termal berbagai jenis bahan tekstil"

Institusi pendidikan kota "Sekolah Menengah No. 13", Saransk

Bagian: fisika

Kepala: N.P. Palaeva, guru fisika.

Kita hidup di iklim kontinental sedang, yang ditandai dengan musim dingin yang sangat dingin dan musim panas yang cukup terik.

Di penghujung tahun 2009, perdebatan tentang Bumi berkobar. Ada banyak fakta ilmiah mengingat iklim di bumi semakin panas dan peradaban kitalah yang harus disalahkan. Ada juga pendapat bahwa teori " pemanasan global" salah. Alam juga memutuskan untuk mengambil keputusan di musim dingin yang beku. Banyak negara Eropa yang tertutup salju, dan penduduk negara-negara tersebut segera mengisi kembali lemari pakaian mereka dengan pakaian hangat.

Dalam kondisi dominasi suhu yang berbeda Masalah muncul pada pakaian yang sesuai, yang jika tidak hangat, akan menahan panas dengan baik. Pakaian harus memiliki konduktivitas termal yang rendah. Jadi kami memutuskan untuk mempelajari beberapa jenis kain untuk konduktivitas termal.

Tujuan dari pekerjaan ini : menyelidiki konduktivitas termal bahan tekstilVdi kelas fisika sekolah.

Tujuan pekerjaan: belajar landasan teori konsep konduktivitas termal; mempelajari secara eksperimental konduktivitas termal bahan tekstil; secara eksperimental menentukan koefisien isolasi termal bahan tekstil,membandingkan nilai eksperimen dan tabulasi konduktivitas termal bahan dan menarik kesimpulan.

Indikator utama sifat isolasi termal suatu bahan adalah koefisien konduktivitas termal.

Relevansi pekerjaan:

Kemungkinan memperoleh bahan isolasi termal baru dengan sifat yang lebih baik.

Isolasi termal memainkan salah satu peran terpenting dalam mengatasi masalah kesehatan.

Di daerah beriklim sedang, timbul masalah dalam memilih pakaian yang sesuai, yang harus menahan panas dengan baik; untuk itu pakaian harus memiliki konduktivitas termal yang rendah.

Penggunaan berbagai jenis insulasi saat menjahit pakaian dapat mengurangi tumbuhnya penyakit dalam hal termoregulasi tubuh.

Penelitian semacam ini memungkinkan kita untuk secara radikal memperdalam pemahaman kita tentang konduktivitas termal bahan tekstil dan mencari tahu bahan mana yang paling efektif.

Objek studi: Selama penelitian ini, percobaan dilakukan dengan berbagai jenis kain dan bahan insulasi.Berdasarkan hasil pekerjaan, yang utamakesimpulan . Setelah mempelajari literatur tentang topik penelitian dan membandingkan hasil yang diperoleh secara eksperimental dengan nilai tabulasi, hal ini memungkinkan kita untuk menilai kesalahan pengukuran yang kecil.Oleh karena itu, kami yakin bahwa di ruang kelas fisika sekolah dimungkinkan untuk melakukan analisis komparatif terhadap konduktivitas termal kain yang digunakan untuk membuat pakaian kami.Dalam proses melakukan percobaan, saya mempelajari konduktivitas termal dari dua jenis kain jas (halus dan tirai) dan isolasiholofiber,poliester bantalan dan batting. Sebagai hasil percobaan, saya yakin bahwa konduktivitas termalnya paling rendahholofiber,poliester bantalan, kemudian batting, drape, dan kain wol setelan tipis memiliki konduktivitas termal terbesar. Artinya, pakaian luar yang terbuat dari tirai dan diisolasi dengan hollafiber dan poliester bantalan akan mempertahankan kehangatan kita dengan baik, dan karenanya, melindungi kita dari dinginnya musim dingin.

Hasil yang diperoleh selama penelitian menunjukkan kemampuan isolasi termal unik yang dimiliki bahan tekstil modern dan mengarah pada kesimpulan tentang perlunya menginformasikan dan bahkan mempromosikan bahan tekstil baru di kalangan masyarakat. Industri tekstil modern semakin banyak menggunakan serat sintetis. Untuk tujuan ini, seperti halnya di banyak cabang produksi modern, teknologi nano hadir di industri tekstil.

Tekstil berbahan nanomaterial memperoleh ketahanan yang unik terhadap air, anti kotoran, konduktivitas termal, kemampuan menghantarkan listrik, dan sifat lainnya.

Signifikansi praktis

Konduktivitas termal kain memainkan peran penting dalam pakaian manusia, dan karenanya dalam kehidupannya. Seseorang harus selalu berpakaian sesuai dengan cuaca untuk menjaga kesehatan fisiknya.

Artikel ini menyajikan hasil studi tentang sifat pelindung panas dari kain lungsin kontinu menggunakan instalasi pencitraan termal. Sebagai isolator panas, diusulkan untuk menggunakan bahan struktural yang memiliki sifat yang diperlukan - kain tumpukan lusi panel ganda kontinu, menggunakan benang katun dan nilon sebagai pakannya. Dari hasil penelitian yang dilakukan dengan menggunakan instalasi pencitraan termal berbasis kamera infra merah TermaCamTM SC 3000, ditentukan karakteristik termofisika utama kain, diperoleh termogram proses pendinginan sampel kain dan berdasarkan hasil pengukuran, grafik semi-logaritmik pendinginannya dibuat. Sebagai hasil dari analisis data eksperimen, dapat disimpulkan bahwa ketahanan termal sampel kain tiang lusi panel ganda kontinu bergantung pada ketebalannya. Ketika ketebalan kain tertentu meningkat, ketahanan termalnya meningkat, yaitu sifat pelindung panasnya meningkat, terlepas dari komposisi serat kain dalam pakan.

kain lusi

isolator panas

pencitra termal

ketahanan termal

1. Boyko S.Yu. Pengembangan parameter teknologi optimal untuk produksi jaringan untuk melindungi manusia dari pengaruh luar: Abstrak disertasi. dis. Ph.D. teknologi. Sains. – M., 2004. – 16 hal.

2. Vavilov V.P., Klimov A.G. Pencitra termal dan aplikasinya. – M.: “Intel Universal”, 2002 – 88 hal.

3. Kolesnikov P.A. Dasar-dasar merancang pakaian pelindung termal. L.: “Industri Ringan”, 1971. – 112 hal.

4. Nazarova M.V., Boyko S.Yu. Pengembangan metode merancang kain untuk melindungi manusia dari pengaruh luar // International Journal of Experimental Education. – 2010. – Nomor 6. – Hal.75-79.

5. Nazarova M.V., Boyko S.Yu., Zavyalov A.A. Pengembangan parameter teknologi optimal untuk produksi kain dengan sifat kekuatan tinggi // International Journal of Experimental Education. – 2013. – No. 10 (bagian 2). – hal.385-390.

6. Nazarova M.V., Boyko S.Yu., Romanov V.Yu. Pengembangan parameter teknologi optimal untuk produksi kain dengan sifat pelindung panas // International Journal of Experimental Education. – 2013. – No. 10 (bagian 2). – hal.391-396.

Merancang pakaian pelindung termal yang rasional untuk berbagai iklim dan kondisi produksi adalah masalah ilmiah yang besar dan sangat kompleks, yang hanya dapat diselesaikan dengan sukses berdasarkan penggunaan data yang terintegrasi dari fisiologi, kebersihan pakaian, klimatologi, termofisika, ilmu bahan tekstil, dan desain pakaian.

Konduktivitas termal kain tekstil dikaitkan dengan transfer energi pergerakan termal mikropartikel dari bagian tubuh yang lebih panas ke bagian tubuh yang lebih sedikit panasnya, yang mengarah pada pemerataan suhu dan diperkirakan dengan koefisien konduktivitas termal; koefisien perpindahan panas; ketahanan termal, ketahanan termal spesifik.

Analisis karya yang mempelajari sifat termofisik suatu bahan menunjukkan bahwa ketika menilai sifat pelindung panas bahan pakaian, nilai yang lebih sederhana dan lebih intuitif harus dipertimbangkan bukan koefisien konduktivitas termal, tetapi nilai kebalikannya, yang disebut ketahanan termal. . Faktor-faktor yang mempengaruhi ketahanan termal suatu bahan antara lain: berat volumetrik, ketebalan, kelembaban, jenis bahan berserat, permeabilitas udara.

Oleh karena itu, tujuan dari pekerjaan ini adalah untuk menilai nilai karakteristik termofisika kain lungsin yang dimaksudkan untuk menjahit pakaian kerja yang digunakan dalam kondisi iklim ekstrem.

Dalam karya ini, ketika mempelajari sifat termofisik kain tumpukan lungsin kontinu, diusulkan untuk menggunakan prinsip diagnostik termal, yang terdiri dari membandingkan bidang suhu referensi dan analisis pada kain yang diteliti. Anomali suhu berfungsi sebagai indikator cacat dan besarnya sinyal suhu dan perilakunya dari waktu ke waktu menjadi dasar penilaian kuantitatif parameter jaringan tertentu.

Istilah "pencitraan termal" terutama mengacu pada pencatatan radiasi termal dari benda padat, yang terdiri dari radiasi benda itu sendiri, karena suhunya, serta radiasi yang dipantulkan dan ditransmisikan dari benda lain. Untuk objek yang buram secara optik, perangkat pencitraan termal hanya merekam efek permukaan: suhu permukaan dan besarnya emisivitas (penyerapan) dan koefisien refleksi.

Saat mempelajari objek menggunakan pencitra termal, dua rentang panjang gelombang yang paling umum sering digunakan: 3-5,5 µm dan 8-12 µm; dan biasanya ditetapkan sebagai pita gelombang pendek dan gelombang panjang.

Skema umum untuk mengukur radiasi termal bersifat arbitrer padat ditunjukkan pada Gambar. 1. Objek kontrol (1) dikelilingi oleh lingkungan (2) dan objek lain (3), masing-masing dengan suhu Tav dan Teks. Pencitra termal (4) digunakan untuk merekam radiasi termal. Benda uji dicirikan oleh parameter optik berikut: emisivitas ε; koefisien penyerapan α; koefisien refleksi r; transmisi τ.

Beras. 1. Diagram skematik pengukuran radiasi termal benda padat sembarang

Keuntungan utama pencitraan termal dibandingkan perangkat lain saat mempelajari sifat pelindung panas suatu bahan adalah:

sensitivitas termal yang tinggi;
lagi nilai yang tepat suhu;
kecepatan tinggi memperoleh hasil percobaan dan pengolahannya;
rentang suhu yang tidak terbatas.

Saat menentukan karakteristik termofisika kain tumpukan lusi dua lapis kontinu menggunakan sistem pencitraan termal, teknik yang dikembangkan di Departemen Teknik Tenaga Termal Industri Universitas Teknik Negeri Moskow digunakan. SEBUAH. Kosygina. Metode untuk menentukan karakteristik termofisika didasarkan pada metode rezim termal non-stasioner untuk penilaian eksperimental sifat pelindung panas bahan pakaian menggunakan metode rezim termal biasa, berdasarkan fenomena pendinginan bebas sampel yang dipanaskan dalam media gas ( udara).

Studi karakteristik termofisik kain lungsin lapis ganda kontinu menggunakan sistem pencitraan termal dilakukan di laboratorium Departemen Teknik Panas dan Tenaga Industri di MSTU. SEBUAH. Kosygina.

Saat menggunakan sistem pencitraan termal, tugas berikut ditetapkan:

penentuan bidang suhu pada permukaan sampel jaringan yang diteliti selama pendinginan;
penentuan konduktivitas termal kain tumpukan lungsin dua lapis terus menerus.

Pengaturan laboratorium untuk percobaan ditunjukkan pada Gambar. 2.

Beras. 2. Sistem pencitraan termal untuk mempelajari konduktivitas termal kain tiang pancang: 1 - kamera pencitraan termal termocamtmsc 3000; 2 - komputer untuk pemrosesan data; 3 - kabinet berinsulasi termal; 4 - layar pelindung; 5 - termometer, untuk mengontrol suhu di dalam kabinet; 6 - sampel kain

Seperti diketahui dari penelitian A.P. Kolesnikov, kemampuan insulasi termal suatu kain bergantung pada ketebalannya. Ketebalan sangat penting dalam sifat isolasi termal kain. Untuk melakukan percobaan, digunakan sampel kain lusi yang belum dipotong dengan benang katun pada lusi dan lusi tiang. Benang pakannya menggunakan benang katun dengan kerapatan linier 15,4*2 tex (pilihan I) dan benang nilon T = 15,6 tex (pilihan II). Di setiap pilihan, ketebalan kain berubah. Untuk melakukan percobaan, digunakan sampel kain dengan berbagai ketebalan: I - sampel varian dengan benang katun pada pakannya, dan II - sampel varian dengan benang nilon pada pakannya. Ketebalan sampel kain pada kedua versi adalah b1=7,57 mm, b2=7,62 mm.

Algoritme untuk mempelajari sifat pelindung panas dari kain tumpukan lungsin panel ganda kontinu adalah sebagai berikut:

Memanaskan sampel dalam lemari berinsulasi panas hingga suhu tetap t=100 °C (lebih rendah dari suhu deformasi serat);

Kontrol pemanasan seragam sampel uji menggunakan kamera inframerah ThermaCAM SC 3000;

Ketika bidang suhu seragam tercapai pada permukaan sampel, matikan daya pemanas listrik;

Menggunakan kamera inframerah ThermaCAM SC 3000, merekam pendinginan sampel hingga suhu awal suhu kamar sesuai dengan ketentuan, ;

Mengganti sampel uji (opsi 1) dengan sampel lain (opsi 2) dan melakukan seluruh rangkaian pengukuran lagi;

Setelah menerima termogram proses pendinginan sampel, data eksperimen diolah menggunakan komputer;

Dengan menggunakan rumus yang diketahui, kami menentukan konduktivitas termal dan ketahanan termal sampel kain tumpukan lusi panel ganda kontinu.

Kondisi percobaan:

emisivitas suatu benda (derajat emisivitas) - 0,95;
suhu sekitar - 23 °C;
jarak antara objek dan pencitra termal - 30 cm;
kelembaban udara relatif - 55%.

Menggunakan sistem pencitraan termal, termogram proses pendinginan sampel jaringan dicatat dengan frekuensi 1 frame per detik.

Berdasarkan data pengukuran, grafik pendinginan semi-logaritmik dibuat, ditunjukkan pada Gambar 3 dan 4; bagian lurus dari kurva sesuai dengan mode reguler. Persamaan garis ini menurut hukum dasar modus reguler (jenis pertama) berbentuk sebagai berikut:

dalam υ=-m·τ+g(x,z,z), (1)

Enam titik dengan koordinat yang sesuai ditandai pada garis lurus, yang dengannya laju pendinginan ditentukan.

Laju pendinginan pada setiap bagian ditentukan dengan rumus (2), s -1:

dimana υ 1 adalah perbedaan antara suhu pada suatu titik tertentu dan pada lingkungan luar pada waktu τ 1; υ 2 - perbedaan antara suhu pada titik tertentu dan lingkungan luar pada waktu τ 2;

Laju pendinginan rata-rata ditentukan dengan rumus3, s -1:

, (3)

Kami menentukan faktor bentuk sampel kain menggunakan rumus (4):

Jika kita berasumsi bahwa sampel jaringan secara kondisional berbentuk paralelepiped, maka untuk paralelepiped persegi panjang dengan rusuk L 1, L 2, L 3, mm:

, (4)

dimana L 1 adalah lebar sampel, mm; L 2 - panjang sampel, mm; L 3 - tinggi sampel sama dengan b 1, b 2, mm.

Koefisien difusivitas termal ditentukan dengan rumus (5), m2/s:

Massa jenis sampel ditentukan dengan rumus (6), kg/m3:

dimana M adalah kepadatan permukaan sampel, g/m2; b - ketebalan sampel, mm.

Beras. 3. Kurva laju pendinginan eksperimental untuk sampel kain lungsin dengan benang katun pada pakan (varian I)

Beras. 4. Kurva percobaan laju pendinginan kain lungsin dengan benang nilon pada pakan (varian II)

Kapasitas kalor jenis sampel diambil dari data eksperimen yang ditentukan oleh P.A Kolesnikov:

untuk opsi I (kapas) c1=1,38 kJ/kg derajat;
untuk opsi II (kapas-nilon) dengan 2 = 1,66 kJ/kg derajat;

Konduktivitas termal bahan ditentukan dengan rumus (7), W/m⋅deg:

Ketahanan termal sampel kain ditentukan dengan rumus (7), m2 derajat/W:

dimana δ adalah ketebalan lapisan, m; λ - koefisien konduktivitas termal, W/m derajat.

Perhitungan parameter ketahanan termal sampel kain tumpukan lungsin panel ganda kontinu dari dua pilihan dilakukan pada komputer dan disajikan pada Tabel. 2.

Meja 2

Hasil perhitungan parameter ketahanan termal sampel kain lungsin panel ganda kontinyu

Nomor Sampel.	saya - pilihan	II - pilihan
Nomor Sampel.			Ketahanan termal, m2 derajat/W

Sebagai hasil dari analisis data tabel, dapat disimpulkan bahwa ketahanan termal sampel kain tumpukan lungsin panel ganda kontinu bergantung pada ketebalannya. Ketika ketebalan kain tertentu meningkat, ketahanan termalnya meningkat, yaitu sifat pelindung panasnya meningkat, terlepas dari komposisi serat kain dalam pakan.

Sifat pelindung panas terbaik dimiliki oleh: - sampel kain yang mengandung benang katun pada pakan dan ketebalan bT=7,62 mm; contoh kain yang mengandung benang nilon pada pakannya dan tebal bT = 7,57.

Tabel 3

Karakteristik termofisik sampel kain tiang pancang

kesimpulan

Dengan menggunakan instalasi pencitraan termal berdasarkan kamera inframerah TermaCamTM SC 3000, studi tentang sifat pelindung panas kain dilakukan, karakteristik termofisik utamanya ditentukan, termogram proses pendinginan sampel kain diperoleh dan, berdasarkan pada hasil pengukuran, grafik semi-logaritmik pendinginannya dibuat.
Sebuah algoritma telah dikembangkan untuk menghitung sifat pelindung panas dari kain tumpukan lusi panel ganda kontinu, yang menjadi dasar penentuan karakteristik termofisik utama kain.

Tautan bibliografi

Khairullin A, Salimov I

Materi konferensi ilmiah dan praktis

Unduh:

Pratinjau:

PENELITIAN KONDUKTIVITAS TERMAL BAHAN BANGUNAN DAN TAHAN APINYA

Riset

Pendahuluan…………………………………………………………………………………...3
Bagian teori…………………………………………………....3-12

2.1 Sifat fisik bahan…………………………….3-5

2.2 Konsep konduktivitas termal dan isolasi termal…………………..6-7

Perpindahan panas dalam konstruksi………………………………………..8-9

2.4 Klasifikasi bahan isolasi termal…………………10-11

2.5 Sifat insulasi termal bahan…………………………….11-12

3. Bagian praktis. Bahan dan metode penelitian…………..12-13

4. Bahan tahan api…………………………………………………....14

5. Kesimpulan dan Kesimpulan…………………………………………………..15

6. Sastra…………………………………………………………………………………..15

Relevansi pekerjaan:disebabkan oleh kebutuhan mendesak untuk mempelajari sifat-sifat bahan bangunan dan mempelajari ketahanan apinya.

Masalah:

Bagaimana cara membuat rumah Anda hangat, ramah lingkungan, dan tahan api?

Tujuan Pekerjaan ini bertujuan untuk mempelajari konduktivitas termal bahan bangunan alami dan buatan serta ketahanan apinya.

Untuk mencapai tujuan ini, tugas-tugas berikut diidentifikasi:

Pelajari literatur tentang topik konduktivitas termal dan isolasi termal.
Kuasai metodologi penelitian untuk menentukan konduktivitas termal bahan.
Berikan penilaian kuantitatif terhadap sifat konduktif sampel sebagai rasio perubahan suhu terhadap waktu terjadinya perubahan tersebut.
Bandingkan nilai eksperimental dan tabulasi konduktivitas termal bahan.

6. Jelajahi keselamatan kebakaran bahan bangunan.

1. Perkenalan

Dalam cuaca dingin, hujan, berangin, kita selalu berusaha untuk kembali ke rumah yang hangat, di mana kita bisa melepas mantel kita dan merasa hangat serta nyaman. Dinding luar, jendela, atap melindungi rumah kita dari suhu rendah, angin kencang, presipitasi berupa hujan dan salju dan lain-lain pengaruh atmosfer. Pada saat yang sama, mereka mencegah penetrasi panas dari interior ke luar karena ketahanannya terhadap perpindahan panas.

Dari apa membangun rumah? Dindingnya harus menyediakan iklim mikro yang sehat tanpa kelembapan berlebih, jamur, atau dingin. Hal ini tergantung pada sifat fisik dan mekaniknya.

Selama abad ke-20, dunia memproduksi material sebanyak seluruh milenium sebelumnya. Penelitian ilmiah telah memungkinkan untuk secara signifikan meningkatkan sifat optik, kimia, termal dan lainnya dari bahan yang sudah dikenal dan untuk menciptakan ribuan bahan baru yang tidak diketahui oleh alam.

Ledakan konstruksi di Rusia pada abad ke-21 telah menghasilkan permintaan akan bahan dan struktur insulasi panas. Selain itu, sejak awal tahun 2000, persyaratan baru untuk perlindungan termal pada struktur penutup mulai berlaku. Mengisolasi bangunan dengan bahan bangunan modern dapat mengurangi kehilangan panas secara signifikan. Tentu saja, yang terbaik adalah membuat bahan yang memiliki konduktivitas termal rendah.

2. Bagian teoritis.

2.1 Sifat fisik bahan.

Kepadatan - besaran yang diukur dengan perbandingan massa suatu zat dengan volume yang ditempati.

Kelembaban - fraksi massa air dalam bahan, dinyatakan dalam persentase.

Untuk menentukan kadar air, sampel ditimbang terlebih dahulu dalam keadaan basah kemudian dalam keadaan kering sempurna. Keringkan bahan sampai kelembapannya benar-benar hilang dalam kondisi laboratorium (in lemari pengering) pada suhu 110°C. Suatu bahan yang kelembabannya 0 disebut kering mutlak, jika sama dengan kelembaban udara disekitarnya disebut kering udara.

Permeabilitas airyaitu kemampuan suatu bahan untuk melewatkan air di bawah tekanan, diukur dengan banyaknya air yang melewati 1 cm 2 luas permukaan bahan selama 1 jam pada tekanan tetap. Bahan yang sangat padat (bitumen, kaca, baja, dll.), serta bahan yang cukup padat dengan pori-pori kecil (beton khusus) praktis tahan air, sisanya dapat ditembus air.

Tahan beku- kemampuan suatu bahan dalam keadaan jenuh air untuk menahan pembekuan dan pencairan berulang dan "bergantian. Suatu bahan" dianggap tahan beku jika, setelah pengujian, tidak ada keripik, retak, delaminasi, kehilangan berat lebih dari 5% dan kekuatan lebih dari 25%.

Konduktivitas termal- kemampuan suatu bahan untuk memindahkan panas dari satu permukaan ke permukaan lainnya. Satuan kalor adalah 1 joule (J). Dengan meningkatnya kelembapan dan kepadatan suatu material, konduktivitas termalnya meningkat.

Kapasitas panas - jumlah kalor yang diperlukan untuk memanaskan suatu benda sebesar 1 kelvin" (K).

Sifat mekanik bahan.

Kekuatan - sifat suatu material untuk menahan kehancuran di bawah pengaruh beban atau faktor lain. Kekuatan tarik adalah tegangan bersyarat yang sesuai dengan beban terbesar sebelum penghancuran sampel material. Kekuatan tarik ditentukan dengan memuat sampel material hingga hancur pada mesin pengepres atau mesin uji tarik. Bahan rapuh diuji terutama pada tekan, sedangkan bahan ulet diuji terutama pada tarik.

Banyak bahan bangunan yang mempunyai ciri khas kondisi teknis yang disebut nilai yang nilainya bertepatan dengan kekuatan tarik (kuat tekan). Misalnya, beton berat tersedia dalam grade (M) 100, 150, 200, 300, 400, 500 dan 600 bata-50, 75, 100, 125, 150, dst.

Kekerasan - kemampuan suatu material untuk menahan penetrasi benda lain yang lebih padat ke dalamnya. Kekerasan suatu material tidak selalu sesuai dengan kekuatannya. Bahan dengan batas kekuatan yang berbeda dapat mempunyai kekerasan yang sama. Ada beberapa cara untuk menentukan kekerasan suatu bahan. Misalnya kekerasannya homogen bahan batu ditentukan pada skala khusus yang terdiri dari sepuluh mineral, yang disusun berdasarkan peningkatan kekerasan. Bahan yang diuji digores dengan mineral kerak, dan hasilnya dibandingkan dengan standar. Sebuah bola baja ditekan menjadi logam, beton dan kayu dengan beban tertentu. Kekerasan material ditentukan oleh kedalaman lekukan atau diameter cetakan.

Elastisitas - sifat suatu material untuk berubah bentuk di bawah beban dan mengembalikannya setelah beban dihilangkan. Pemulihan bentuk aslinya bisa lengkap atau sebagian. Jika pemulihan bentuk tidak lengkap, maka material tersebut disebut deformasi sisa. Batas elastis dianggap sebagai tegangan di mana sisa deformasi pertama kali mencapai nilai yang ditentukan dalam spesifikasi teknis untuk bahan tertentu.

Kerapuhan - sifat suatu material untuk runtuh di bawah beban mekanis tanpa deformasi plastis yang nyata. Bahan rapuh antara lain besi cor, beton, batu bata. Mereka mudah hancur akibat benturan dan tidak dapat menahan tekanan lokal yang tinggi (terbentuk retakan di dalamnya), sehingga tidak digunakan untuk struktur bangunan yang terkena gaya tarik dan tekuk.

Sifat bahan yang berbahaya bagi kebakaran.

Sifat mudah terbakar - kemampuan suatu bahan untuk terbakar atau tidak terbakar di bawah pengaruh api. Berdasarkan sifat mudah terbakarnya, bahan dibedakan menjadi tidak mudah terbakar (non-combustible), mudah terbakar rendah (sulit terbakar) dan mudah terbakar (combustible). Bahan yang tidak mudah terbakar meliputi bahan yang tidak mudah terbakar, membara atau hangus bila terkena api atau suhu tinggi. Jika, di bawah pengaruh api atau suhu tinggi, bahan atau struktur menyala, membara atau hangus dan terus terbakar atau membara hanya dengan adanya sumber penyalaan, dan setelah dihilangkan, proses pembakaran atau pembakar tersebut berhenti, maka bahan tersebut diklasifikasikan sebagai rendah. -mudah terbakar Bahan yang mudah terbakar di bawah pengaruh api atau suhu tinggi menyala dan terus menyala atau membara setelah sumber penyulut dihilangkan.

Semua bahan bangunan yang berasal dari anorganik tergolong tidak mudah terbakar, dan bahan organik tergolong mudah terbakar.

2.2 Konsep konduktivitas termal dan isolasi termal.

Perpindahan panas atau pertukaran panasdisebut perpindahan energi dalam dari satu benda ke benda lain sebagai akibatnya kontak termal(kontak) tanpa melakukan pekerjaan

Konduktivitas termal- salah satu jenis perpindahan panas (energi pergerakan termal mikropartikel) dari bagian tubuh yang lebih panas ke bagian tubuh yang kurang panas, yang menyebabkan pemerataan suhu tubuh.

Melalui pertukaran panas jenis ini, panas dipindahkan melalui dinding rumah di musim dingin. Karena suhu di dalam rumah lebih tinggi daripada di luar, gerakan osilasi termal paling intens dilakukan oleh partikel-partikel yang terbentuk Permukaan dalam dinding. Bertabrakan dengan partikel-partikel dari lapisan yang lebih dingin di dekatnya, mereka mentransfer sebagian energi ke partikel-partikel tersebut, akibatnya pergerakan partikel-partikel di lapisan ini, meskipun tetap berosilasi, menjadi lebih intens. Jadi, dari lapisan ke lapisan, intensitas getaran partikel meningkat, dan akibatnya, energi internalnya. Jadi, dengan konduktivitas termal, perpindahan energi dalam suatu benda terjadi sebagai akibat perpindahan energi langsung dari partikel (molekul, atom, elektron) yang berenergi lebih tinggi ke partikel yang berenergi lebih rendah.

Panas dapat berpindah melalui benda padat, cair dan benda gas. Logam memiliki konduktivitas termal tertinggi. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa pembawa energi internal di sini, selain molekul, adalah elektron bebas. Jaringan kayu, kaca, hewan dan tumbuhan menghantarkan panas lebih buruk; Cairan memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah

(tidak termasuk logam cair, seperti merkuri): dan gas. Jadi, udara menghantarkan panas ribuan kali lebih buruk daripada besi.Sangat penting untuk mengetahui konduktivitas termal bahan yang digunakan dalam konstruksi selubung bangunan

(yaitu dinding luar, lantai atas, lantai di lantai bawah) dan terutama bahan isolasi termal yang dirancang untuk menahan panas di ruangan dan instalasi pemanas.

Pengaturan perpindahan panas adalah salah satu tugas utama peralatan konstruksi. Selama musim dingin, panas hilang di dalam ruangan karena konduktivitas termal dinding dan kebocoran udara melaluinya, keluar bersama udara panas melalui saluran ventilasi dan retakan. Untuk memastikan bahwa suhu di perumahan dan tempat produksi sesuai dengan kondisi normal kehidupan dan aktivitas manusia, maka kerugian tersebut perlu dikurangi. Untuk tujuan ini, dinding rumah terbuat dari bahan dengan konduktivitas termal rendah - alami (kayu, alang-alang, berbagai jenis gambut, batu apung, gabus) atau buatan (bata, beton, busa polistiren, dll.). Sifat isolasi termal dari bahan-bahan ini berbeda.

Bangunan rangka sekarang tersebar luas, yang konstruksinya membutuhkan bahan yang jauh lebih sedikit dibandingkan jenis bangunan lainnya. Dasarnya bangunan bingkai merupakan rangka logam atau beton bertulang, yang dalam bangunan memainkan peran yang sama seperti kerangka pada tubuh hewan: ia menyerap beban. Dinding yang terbuat dari bahan berpori insulasi panas diperkuat pada rangka. Pori-pori bahan tersebut terisi udara, sehingga memiliki berat yang relatif kecil dan menghantarkan panas dengan buruk, karena konduktivitas termal udara sangat rendah, dan konveksi udara pada bahan berpori tidak mungkin dilakukan.

Saat memproduksi bahan isolasi panas, gelembung udara dimasukkan ke dalam massa yang disiapkan. Untuk melakukan ini, kocok atau tambahkan busa atau zat khusus yang, jika dimasukkan reaksi kimia dengan campuran yang sudah disiapkan, gelembung gas dilepaskan. Beberapa bahan bangunan isolasi termal berpori diproduksi menggunakan metode termal. Misalnya, dalam produksi kaca busa, bubuk kaca dicampur dengan sedikit batu kapur yang dihancurkan, dituangkan ke dalam cetakan logam dan dipanaskan. Pada suhu 550-600 °C, bubuk kaca meleleh membentuk massa padat. Ketika suhu mencapai 750-780 °C, dekomposisi batu kapur dimulai, yang menghasilkan gas. Massa cair akan mengembang, mereka memberikan porositas. Setelah pengerasan, terbentuk bahan yang mempertahankan semua propertinya. kaca biasa: tidak mudah terbakar, tahan terhadap kelembapan dan asam, dll. Pada saat yang sama, bahan ini memiliki kualitas baru yang luar biasa: tahan lama, mudah diproses - digergaji, diratakan, tidak retak saat paku ditancapkan ke dalamnya. Penggunaan bahan isolasi termal dalam konstruksi industri dan sipil tidak hanya mengurangi biaya, tetapi juga meningkatkan area yang dapat digunakan, meningkatkan ketahanan api dan kedap suara.

2.3 Perpindahan panas dalam konstruksi.

Atap, dinding, dan jendela disebut struktur penutup luar suatu bangunan karena melindungi rumah dari berbagai jenis pengaruh atmosfer seperti suhu rendah, radiasi matahari, kelembapan, dan angin. Dengan terbentuknya perbedaan suhu antara permukaan bagian dalam dan luar pagar, timbul aliran panas pada bahan pagar, yang diarahkan ke penurunan suhu. Pada saat ini, pagar memberikan resistensi yang lebih besar atau lebih kecil R 0 aliran panas. Struktur dengan ketahanan termal yang lebih besar memberikan perlindungan termal yang lebih baik. Sifat insulasi termal suatu dinding akan bergantung pada ketebalannya dan koefisien konduktivitas termal bahan pembuatnya. Jika dinding terdiri dari beberapa lapisan (misalnya, bata-isolasi-bata), itu ketahanan termal akan tergantung pada ketebalan dan konduktivitas termal bahan setiap lapisan. Sifat insulasi termal dari struktur penutup sangat bergantung pada kadar air material. Hampir semua bahan bangunan mengandung pori-pori kecil yang terisi udara saat kering. Dengan meningkatnya kelembapan, pori-pori terisi dengan uap air, yang koefisien konduktivitas termalnya 20 kali lebih besar dibandingkan udara, dan ini menyebabkan penurunan tajam pada karakteristik insulasi termal bahan dan struktur. Dalam hal ini, selama proses desain dan konstruksi, perlu dilakukan tindakan yang dapat mencegah struktur menjadi basah karena presipitasi, air tanah dan uap air yang dihasilkan dari kondensasi uap air. Selama pengoperasian rumah, karena pengaruh lingkungan internal dan eksternal pada struktur penutupnya, material tidak dalam keadaan kering sepenuhnya, tetapi sedikit berbeda. kelembaban tinggi. Hal ini pasti menyebabkan peningkatan konduktivitas termal bahan, serta penurunan kemampuan isolasi termalnya. Oleh karena itu, ketika menilai karakteristik perlindungan termal suatu struktur, penting untuk menggunakan nilai sebenarnya dari koefisien konduktivitas termal dalam kondisi operasi, dan bukan dalam keadaan kering. Kadar air udara dalam yang hangat lebih tinggi dibandingkan dengan udara luar yang dingin, dan akibatnya, difusi uap air melalui ketebalan pagar selalu dihasilkan dari ruangan yang hangat dalam dingin. Jika dengan di luar pagar, letakkan material padat yang tidak memungkinkan uap air melewatinya dengan baik, maka sebagian uap air, karena tidak dapat keluar, akan mulai menumpuk di ketebalan struktur. Dan jika di dekat permukaan luar terdapat bahan yang tidak mengganggu difusi uap air, maka semua uap air akan dikeluarkan dari pagar dengan cukup leluasa.

Bahkan pada tahap mendesain rumah, perlu diperhitungkan fakta bahwa dinding satu lapis setebal 400-650 mm terbuat dari batu bata, balok kecil beton seluler (atau beton tanah liat yang diperluas) atau batu keramik memberikan tingkat perlindungan termal yang relatif rendah (sekitar 3 kali lebih sedikit dari yang dibutuhkan). Peningkatan karakteristik isolasi termal yang memuaskan persyaratan modern, memiliki struktur penutup tiga lapis. Mereka terdiri dari dinding bagian dalam dan luar yang terbuat dari batu bata atau balok, di antaranya terdapat lapisan bahan insulasi panas. Dinding luar dan dalam, dihubungkan dengan sambungan fleksibel dalam bentuk batang atau rangka tulangan yang diletakkan pada sambungan pasangan bata horizontal, memberikan kekuatan struktur, dan lapisan dalam (isolasi) memberikan parameter pelindung panas yang diperlukan. Ketebalan lapisan isolasi dipilih tergantung pada kondisi iklim dan jenis insulasi. Karena heterogenitas struktur dinding tiga lapis dan penggunaan bahan dengan karakteristik pelindung panas dan penghalang uap yang berbeda, kondensasi dapat terbentuk di dalam struktur. Kehadiran yang terakhir secara signifikan mengurangi sifat isolasi termal pagar. Oleh karena itu, ketika membangun dinding tiga lapis, perlu diberikan perlindungan terhadap kelembaban. Baru-baru ini, peraturan baru mengenai konservasi panas telah diadopsi. Inilah sebabnya mengapa isolasi termal bangunan tempat tinggal menjadi salah satu masalah terpenting dalam konstruksi saat ini. Masalah isolasi termal sangat akut di pondok dan konstruksi dacha, karena jika dilakukan dengan benar dapat mengurangi biaya pemanasan hingga 3 atau bahkan 4 kali lipat.

Gambar tersebut menunjukkan contoh distribusi kehilangan panas melalui berbagai elemen struktur rumah dengan luas 120 m 2

2.4 Klasifikasi bahan isolasi termal.

Semua bahan isolasi termal dibagi menjadi beberapa kelompok besar:

wol mineral;
wol kaca dan fiberglass;
polimer berisi gas - plastik busa: busa poliuretan dan poliuretan, busa polistiren dan polistiren, polietilen, busa fenol, poliester;
isolasi termal dari bahan alami dan produk olahannya: gabus, kertas, balok gambut, dll.;
isolasi termal berdasarkan karet sintetis;
isolasi termal dari limbah produksi silikon;
panel isolasi termal dan desain;
beton modifikasi: beton polistiren, beton seluler(beton busa).

Tentu saja, yang terbaik adalah membangun dari bahan yang memiliki sifat insulasi termal yang cukup tinggi.

Namun, masalah isolasi termal lebih sering muncul pada pondok batu bata yang baru saja dibangun, atau rumah yang sudah lama dibangun. Tentu saja, bahan isolasi termal yang sangat efisien adalah yang paling menarik. Ini biasanya mencakup bahan dengan kepadatan rata-rata dalam 200 kg/m 3 dan K panas kurang dari 0,06 WDm"K). Bahan-bahan tersebut dengan cepat membayar sendiri dalam waktu 5-10 tahun beroperasi, sehingga memungkinkan Anda menghemat biaya energi.

Diterbitkan bahan isolasi berupa gulungan dan alas serta pelat lunak, semi kaku dan keras, berbeda kepadatan dan ukurannya.

Dalam beberapa tahun terakhir, yang “batu” menjadi semakin populer, atau lebih tepatnya - wol basal. Jenis kapas ini tahan api bagi lingkungan bahan murni, ditandai dengan tinggi sifat anti air, tetapi pada saat yang sama dapat ditembus uap. Bahan basal secara signifikan lebih unggul daripada wol kaca tradisional dalam sifat insulasi termalnya, namun sayangnya, harganya lebih mahal daripada wol kaca. Bahan-bahan ini termasuk dalam kelompok bahan tahan api. Produk isolasi termal yang terbuat dari polimer atau kertas terbakar dalam 5 menit. Bahan isolasi yang terbuat dari wol kaca pada suhu 650 °C, yang dicapai hanya dalam 7 menit selama kebakaran normal di dalam ruangan, meleleh dan disinter menjadi mangkuk kaca. Sedangkan untuk wol mineral berbahan dasar basal, bahkan pada suhu 1000 °C tidak meleleh dan tidak kehilangan bentuk aslinya.

Semua bahan insulasi aman untuk produksi dan penggunaan, asalkan teknologi pengoperasian yang direkomendasikan diikuti.

Bahan isolasi basal juga tersedia dalam berbagai ukuran dan tipe (gulungan, keras dan lunak, mat dan pelat) agar lebih efisien dan aplikasi yang efektif. Koefisien konduktivitas termalnya, bergantung pada kepadatannya, berkisar antara 0,034 hingga 0,042 W/(m*K). Baru-baru ini muncul di pasar Rusia isolasi termal basal digunakan untuk insulasi atap, lantai dan dinding, pengisi partisi, penataan loteng, diproduksi dalam bentuk pelat, produk profil dan, tentu saja, berguling.

Polimer berisi gas adalah salah satu yang paling banyak tipe yang efektif isolasi termal. Yang paling umum dan banyak digunakan adalah busa polistiren (expanded polystyrene). Ketahanan panas yang rendah dan sifat mudah terbakar dari plastik busa bukanlah halangan ketika menggunakannya dalam struktur berlapis yang dikombinasikan dengan batu bata atau beton. Polystyrene yang diperluas diproduksi menggunakan metode non-pers.

2.5 Sifat isolasi termal bahan.

Indikator utama sifat isolasi termal suatu bahan adalah koefisien konduktivitas termal. Indikator ini sangat bergantung pada kadar air di dalamnya, yang setiap persentasenya mengurangi koefisien sebesar 4%. Selain itu, di musim dingin, kelembapan yang ada di papan busa polistiren, membeku dan berubah menjadi es, akhirnya memisahkan bahan menjadi butiran-butiran individual, dan ini secara tajam mengurangi daya tahan busa tanpa tekanan. Busa yang tidak ditekan secara tradisional diproduksi di Rusia.

Busa polistiren yang diekstrusi tidak memiliki kelemahan ini. Memiliki daya serap air yang sangat rendah (kurang dari 0,3%) karena struktur sel tertutup dan kekuatan mekanik yang tinggi, panel terbuat dari busa polistiren yang diekstrusi dapat digunakan untuk insulasi termal eksternal, untuk insulasi termal bagian bawah tanah bangunan, fondasi, ruang bawah tanah, dinding, di mana penggunaan sebagian besar bahan insulasi lainnya tidak mungkin dilakukan karena kenaikan kapiler air tanah.

Bahan isolasi termal dengan koefisien konduktivitas termal yang lebih rendah

0,06 W/(m-K) terbayar dalam rata-rata 5-7 tahun pengoperasian karena penghematan energi.

Tabel di bawah ini menunjukkan koefisien konduktivitas termal bahan bangunan.

Jenis isolasi	Koefisien konduktivitas termal,
Bata padat
Semen fiber	0,55
Beton busa non-autoklaf	0,45
Pasir kering
Kayu keras	0,25
Beton seluler isolasi termal	0,12
Aspal bitumen
Keramik	0,07
Isolasi gabus	0,047
Ecowool (kertas)	0,046
"Penoizol" (plastik busa)	0,04
Wol basal.	0,039
Benang halus dari kaca	0.038
Busa polietilen	0,035
Insulasi busa E rendah	0,027
Polistiren yang diperluas	0,027

Bahan-bahan ini diresapi dengan zat untuk mengurangi penyerapan air, penghambat api untuk membuat bahan tidak mudah terbakar dan antiseptik. Mereka mempunyai sifat isolasi termal yang cukup baik (K t bab =0,078 W/(m-K) dan dapat digunakan untuk insulasi dinding dan langit-langit luar dan dalam. Bahannya tersedia dalam bentuk panel atau ecowool.

3. Bagian praktis.

Bahan dan metode penelitian.

Penelitian dilakukan pada suhu kamar

Penelitian dilakukan dengan menggunakan termometer elektronik. Peralatan: kompor listrik. tripod, perangkat digital gabungan dengan sensor suhu, dan materi yang diteliti. Kami mengamati perubahan suhu dari waktu ke waktu dan mencatatnya dalam sebuah tabel, kemudian membuat grafik.

Dalam makalah ini, sifat penghantar panas dari beberapa bahan dipelajari.kayu, batu bata, beton aerasi, dan juga memeriksa bahan insulasi yang mudah terbakar technoNIKOL , busa polistiren dan busa konstruksi.Kecuraman kurva yang dihasilkan mencirikan konduktivitas termal bahan sebagai rasio perubahan suhu terhadap waktu terjadinya perubahan ini.

27,6

23,7

21,6

24,3

Menganalisis grafik pertumbuhan suhu yang diperoleh, kami menghitung

konduktivitas termal bahan sebagai rasio perubahan suhu terhadap waktu terjadinya perubahan tersebut

Bahan	Konduktivitas termal Eksperimental 0 C/dtk	Konduktivitas termal Tabel W/(m*K)
Bata	0,079	0,56
Beton aerasi	0,062	0,45
Pohon	0,055	0.25

Analisis grafik dan hasil pengukuran menunjukkan kemampuan isolasi termal unik yang dimiliki material modern.

4. Bahan tahan api

Untuk membangun rumah modern, masyarakat menggunakan berbagai bahan: batu bata, beton aerasi, kayu dan produk kayu - papan partikel (chipboard), papan serat (fibreboard), kayu lapis, dll.

Untuk finishing, finishing dan bahan yang menghadap, termasuk ubin polistiren, panel PVC dan chipboard, kertas dinding, film, ubin keramik, fiberglass, bahan polimer, produk yang terbuat dari sintetis dan plastik, dll. Bahan finishing menimbulkan ancaman tambahan terhadap kehidupan dan kesehatan manusia dengan menimbulkan asap, melepaskan produk pembakaran beracun dan memfasilitasi penyebaran api dengan cepat.

bagian eksperimental

Di sini kami menguji sifat mudah terbakarkayu diresapi dengan antiseptik pemadam kebakaran, isolasi TechnoNIKOL, busa polistiren dan busa konstruksi.

Kesimpulan: Busa konstruksi sangat mudah terbakar dan menghasilkan gas yang menyebabkan sesak napas dan asap hitam.

Insulasi TechnoNIKOL menyala sangat buruk, bisa dikatakan tidak terbakar sama sekali.

Kayu yang diresapi dengan antiseptik jauh lebih mudah terbakar.

Busa polistiren terbakar dengan baik dan mengeluarkan emisi sejumlah besar jelaga

5. Kesimpulan dan kesimpulan:

Hasil yang diperoleh selama penelitian menunjukkan kemampuan isolasi termal unik yang dimiliki bahan modern dan mengarah pada kesimpulan tentang perlunya menginformasikan dan bahkan mempromosikan bahan bangunan modern di kalangan masyarakat. Apalagi di zaman modern pasar konstruksi Bahan isolasi termal berkualitas tinggi terwakili cukup luas. Bahan insulasi ini ramah lingkungan dan tahan api.

Bahan-bahan tersebut lebih mahal dan oleh karena itu tidak banyak digunakan dalam konstruksi. Di kota kami, bahan-bahan ini sudah digunakan dalam konstruksi bangunan baru, serta untuk isolasi bangunan yang sudah ada. Selain itu, bahan-bahan ini digunakan baik di lokasi konstruksi besar maupun dalam pembangunan rumah pribadi.

Setelah dilakukan penelitian, kami sampai pada kesimpulan bahwa rumah kami jauh dari kata aman, karena kebakaran dapat terjadi dengan cepat, karena banyak zat dan benda yang sangat mudah terbakar, dan akan disertai dengan asap yang kuat serta konsentrasi zat beracun yang tinggi.

Jangan gunakan bahan bertanda “G2”, “G3” dan “T4” di rumah Anda. Ini berarti bahan-bahan tersebut sangat mudah terbakar dan sangat beracun.

Ingat! Bahan sintetis mengeluarkan asap yang sangat beracun saat dibakar.

Jagalah rumah Anda tetap bersih dan rapi. Kebersihan dan ketertiban harus menjadi motto Anda.

Aturan sederhana akan membantu membuat rumah Anda nyaman dan, yang terpenting, aman!

literatur

Isachenko V.P., Osipova V.A., Sukomel A.S. Perpindahan panas. - M.:

Energizdat, 1981. –416 hal.

Filippov L.P. Studi konduktivitas termal bahan bangunan. –M.: Rumah Penerbitan Universitas Negeri Moskow, 2000. –240 detik.
Osipova V.A. Studi eksperimental proses perpindahan panas. –M.: Energi, 2001. –318 detik.
Sumber daya internet.

~ ~