Kalkulator przewodnictwa cieplnego
Oblicz przewodnictwo cieplne, strumień ciepła i spadek temperatury. Wzór Fouriera q = -λ·(ΔT/Δx).
- Bez rejestracji
- Szybkie działanie
- Operacje w pamięci
Zero back-endu, 100% lokalnie.
Kalkulator przewodnictwa cieplnego
Single: Q̇=kAΔT/L. Multi: U=1/(R_si+Σ(L_i/k_i)+R_se), Q̇=U·A·ΔT.
Kalkulator przewodnictwa cieplnego – prawo Fouriera w praktyce
Kalkulator przewodnictwa cieplnego pozwala obliczyć strumień ciepła (q), współczynnik przewodnictwa cieplnego (λ), różnicę temperatur (ΔT) lub grubość warstwy (Δx) na podstawie prawa Fouriera. Narzędzie wspiera jednostki SI oraz techniczne i umożliwia szybkie symulacje cieplne dla metali, izolacji i płynów. Idealne do obliczeń inżynierskich, dydaktyki i kontroli jakości izolacji.
Podstawy teoretyczne
Prawo Fouriera
q = -λ · (ΔT / Δx)
- q – strumień cieplny [W/m²]
- λ – współczynnik przewodnictwa cieplnego [W/(m·K)]
- ΔT – różnica temperatur między powierzchniami [K]
- Δx – grubość warstwy materiału [m]
W praktyce ujemny znak wskazuje kierunek przepływu ciepła (od cieplejszej do chłodniejszej warstwy). Kalkulator operuje wartościami bezwzględnymi, przyjmując dodatnie ΔT jako różnicę temperatur w kierunku przepływu.
Tryby kalkulacji
Wybierz, którą wielkość chcesz obliczyć:
- q – oblicz strumień ciepła przy znanym λ, ΔT i Δx
- λ – oblicz przewodnictwo cieplne przy znanym q, ΔT i Δx
- ΔT – oblicz różnicę temperatur przy znanym q, λ i Δx
- Δx – oblicz grubość warstwy przy znanym q, λ i ΔT
Każdy tryb pozwala ustawić jednostki dla temperatury, mocy i długości oraz precyzję wyniku.
Jednostki i konwersje
| Wielkość | Symbol | Jednostki | Domyślna |
|---|---|---|---|
| Strumień ciepła | q | W/m², kW/m² | W/m² |
| Przewodnictwo cieplne | λ | W/(m·K) | W/(m·K) |
| Różnica temperatur | ΔT | K, °C | K |
| Grubość materiału | Δx | m, mm | m |
Wartości współczynnika przewodnictwa cieplnego λ
| Materiał | λ [W/(m·K)] | Charakterystyka |
|---|---|---|
| Srebro | 429 | Najlepszy naturalny przewodnik ciepła |
| Miedź | 398 | Bardzo dobra przewodność, typowa dla instalacji |
| Aluminium | 237 | Lekki, dobry przewodnik |
| Stal | 50 | Przewodnik umiarkowany |
| Beton | 1.7 | Wysoka masa cieplna, umiarkowane przewodnictwo |
| Woda | 0.6 | Płynny przewodnik w procesach konwekcyjnych |
| Szkło | 1.05 | Izolator dla większości zastosowań |
| Styropian | 0.036 | Bardzo dobry izolator |
| Powietrze | 0.025 | Najczęstszy izolator w konstrukcjach |
Przykłady obliczeń
Przykład 1 – obliczanie strumienia ciepła
- λ = 0.04 W/(m·K)
- ΔT = 30 K
- Δx = 0.15 m
q = 0.04 × (30 / 0.15) = 8 W/m². To strumień ciepła przez warstwę styropianu 15 cm przy różnicy 30°C.
Przykład 2 – obliczanie λ
- q = 50 W/m²
- Δx = 0.02 m
- ΔT = 5 K
λ = (q · Δx) / ΔT = (50 × 0.02) / 5 = 0.2 W/(m·K). Typowe dla tworzyw konstrukcyjnych.
Przykład 3 – obliczanie ΔT
- λ = 0.5 W/(m·K)
- q = 25 W/m²
- Δx = 0.1 m
ΔT = (q · Δx) / λ = (25 · 0.1) / 0.5 = 5 K. Oznacza to różnicę 5°C między warstwami 10 cm materiału.
Przykład 4 – grubość warstwy
- λ = 0.037 W/(m·K)
- q = 10 W/m²
- ΔT = 25 K
Δx = (λ · ΔT) / q = (0.037 × 25) / 10 = 0.0925 m = 9.25 cm. Izolacja o takiej grubości zapewni dany spadek temperatury.
Zastosowania praktyczne
- Projektowanie izolacji budynków, rur i zbiorników.
- Analiza strat ciepła przez przegrody i ściany.
- Ocena efektywności termicznej materiałów kompozytowych.
- Badania laboratoryjne nad przewodnictwem cieplnym próbek.
- Modelowanie cieplne w procesach przemysłowych i HVAC.
Najczęstsze błędy i uwagi
- Należy stosować ΔT w kelwinach (różnica °C jest równoważna).
- Uwaga na grubość w mm – przelicz na metry przed obliczeniem.
- Nie stosuj wzoru dla materiałów z konwekcją (np. płynów w ruchu).
- Strumień q dotyczy powierzchni jednostkowej. Dla całkowitej mocy pomnóż przez powierzchnię A.
- Wartość λ zależy od temperatury, wilgotności i struktury materiału.
FAQ
Czy kalkulator uwzględnia konwekcję?
Nie. Obliczenia dotyczą wyłącznie przewodnictwa cieplnego w stanie ustalonym.
Jak przeliczyć jednostki mm na m?
Podziel wartość w milimetrach przez 1000. Przykład: 50 mm = 0.05 m.
Czy różnica temperatur w °C i K jest taka sama?
Tak. ΔT w kelwinach odpowiada liczbowo ΔT w stopniach Celsjusza.
Jakie materiały są najlepszymi izolatorami?
Styropian, wełna mineralna, poliuretan i powietrze. Mają λ poniżej 0.05 W/(m·K).
Jak zwiększyć przewodnictwo cieplne?
Użyj metali, zwiększ gęstość materiału lub obniż opór kontaktowy między warstwami.
Podsumowanie
Kalkulator przewodnictwa cieplnego opiera się na prostym, lecz fundamentalnym prawie Fouriera. Pozwala weryfikować straty i efektywność izolacji, dobierać grubości materiałów oraz analizować właściwości cieplne ciał stałych. Dzięki obsłudze różnych jednostek i elastycznym trybom obliczeń jest narzędziem niezbędnym w inżynierii budowlanej, cieplnej i materiałowej.