Коефіцієнт теплопровідності (λ) — фізична величина, що характеризує здатність матеріалу передавати тепло:
q = -λ * (dT/dx)
де:
q — густина теплового потоку, Вт/м^2
λ — коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м·К)
dT/dx — градієнт температури
Лід
Для чистого кристалічного льоду (Ice Ih):
Температура ≈ 0 °C
λ_лід ≈ 2.1 – 2.3 Вт/(м·К)
Залежність від температури (приближено):
λ_лід(T) ≈ 2.3 - 0.01 * T
де:
T — температура в °C (від 0 до -50 °C)
Приклади:
T = 0 °C → λ ≈ 2.2 Вт/(м·К)
T = -20 °C → λ ≈ 2.4 Вт/(м·К)
Сніг
Теплопровідність снігу різко залежить від щільності та структури.
Орієнтовні значення
Тип снігу | Щільність, кг/м^3 | λ, Вт/(м·К)
---------------------|------------------|-------------
Свіжий пухкий | 50 – 100 | 0.05 – 0.10
Сухий ущільнений | 100 – 300 | 0.10 – 0.30
Мокрий сніг | 300 – 500 | 0.30 – 0.60
Фірн | 500 – 800 | 0.60 – 1.20
Емпірична залежність:
λ_сніг ≈ a * ρ^b
де:
ρ — щільність снігу, кг/м^3
a, b — емпіричні коефіцієнти
Іній
Іній — це пориста кристалічна структура льоду з повітрям.
Типові значення:
λ_іній ≈ 0.02 – 0.10 Вт/(м·К)
Залежність:
- дуже низька щільність
- велика частка повітря
- сильна анізотропія структури
Порівняльна таблиця
Матеріал | λ, Вт/(м·К)
---------|-------------
Іній | 0.02 – 0.10
Сніг | 0.05 – 1.20
Лід | 2.1 – 2.5
| матеріал | в 10 -3 Вт / (м · К) = в мВт / (м · К) |
| іній | 470 |
| Лід 0 ° С | 2210 |
| Лід -20 ° С | 2440 |
| Лід -60 ° С | 2910 |
| сніг | 1500 |
Порівняння з іншими матеріалами
Повітря ≈ 0.025 Вт/(м·К)
Вода ≈ 0.6 Вт/(м·К)
Бетон ≈ 1.3 – 1.7
Практичне значення
- теплоізоляція снігового покриву
- промерзання ґрунтів
- льодоутворення на спорудах
- кліматологія та гляціологія
- інженерні розрахунки в холодному кліматі
Ключові висновки
- лід є добрим теплопровідником серед замерзлої води
- сніг і іній — ефективні теплоізолятори
- головний фактор — частка повітря в структурі