Теплопроводность — это способность текстильных материалов проводить тепло при условии разницы температур по обе стороны материала. Оценивают свойство двумя характеристиками:
— коэффициент теплопроводности (Вт/м°С) показывает, какое количество тепла Q (Дж) проходит за время т (1 час) сквозь образец материала толщиной б=1м, площадью S (1 м 2 ) при разности температур (Т1 — Т2) = 1 C и рассчитывается по формуле:
— коэффициент теплопередачи К (Вт/мс) характеризует теплопроводность материалов при их фактической толщине и рассчитывается по формуле.
Способность текстильных материалов пропускать (удерживать) тепло оценивают следующими двумя характеристиками:
— удельное тепловое сопротивление — это характеристика, которая является обратной коэффициента теплопроводности:
— тепловое сопротивление — это характеристика, которая является обратной коэффициенту теплопередачи:
Тепловые сопротивления характеризуют способность материалов препятствовать прохождению через них тепла, то есть теплозащитные свойства материалов.
Значения коэффициентов теплопроводности волокон близки друг к другу, так Я хлопка составляет 0,05; льна и шелка — 0,04; шерсти — 0,03; наибольший коэффициент теплопроводности имеет вода — 1; наименьший — в воздух — 0,02. В связи с этим теплозащитные качества текстильных материалов определяются тепловым сопротивлением воздуха, которое в них находится. Чем выше пористость структуры материала, тем лучше будут его теплозащитные качества. Повышение влажности материала значительно снижает его теплозащитные способности.
Теплозащитные качества материалов зависят также от таких факторов, как:
— толщина и плотность материала,
— количество слоев материалов в пакете одежды, два слоя тонких материалов имеют лучшие теплозащитные качества чем один слой толстого материала благодаря наличия между слоями материалов прослойки воздуха, который выполняет теплоизоляционную роль;
— конструкция (покрой, свобода облегания) модели одежды,
— вид отделки материала: ворсование, валяние улучшают теплозащитные качества материалов.
Теплоемкость — способность текстильных материалов поглощать тепло при повышении температуры. Характеризуется свойство удельной теплоемкостью С (Дж/кг °С), которая показывает, какое количество тепла Q (Дж) необходимо предоставить материала массой m (1кг) для того, чтобы повысить его температуру t на 1°С, и рассчитывается по формуле.
Теплоемкость — важная теплофізична свойство текстильных материалов, так как она характеризует их способность нагреваться от источника тепла, а потом сохранять это тепло, т.е. характеризует их тепловую инерцию. Материалы, которые имеют высокую теплоемкость, имеют хорошие теплозащитные качества.
Температуропроводність — это способность материалов выравнивать температуры в разных точках своей поверхности, то есть передавать тепло от более нагретых участков к менее нагретым. Характеризуется свойство коэффициентом температуропроводность, который зависит от коэффициента теплопроводности, удельной теплоемкости и объемной массы материала, и рассчитывается по формуле.
Температуропроводність текстильных материалов влияет на их теплозащитные качества. Материалы для зимней одежды должны иметь минимальную температуропроводність.
Температуропроводність также играет большую роль в процессах ВТО, так как определяет скорость и равномерность прогрева материалов. Наличие влаги в материале значительно повышает его температуропроводність.
Для определения характеристик теплозащитных свойств материалов используют две группы методов:
— методы, которые базируются на принципах стационарного теплового режима. Теплопроводность определяется расчетом коэффициента теплопередаче по затратам электрической энергии, которая необходима для хранения постоянной разности температур по обе стороны материала.
— методы нестационарного теплового режима.
За этими методами определяется скорость охлаждения нагретого физического тела, которое было изолировано от окружающей среды материалом, что испытывается.
Тепло — и термостойкость. В процессах производства текстильных материалов, изготовления из них швейных изделий, а также при эксплуатации одежды и ухода за ним материалы часто подпадают под действие высоких температур. При установлении режимов этих процессов необходимы сведения о стойкость материалов к действию высоких температур, которая характеризуется двумя показателями: тепло — и термостойкостью.
Читайте также: Что за ткань elit
Теплостойкость материалов оценивают максимальными температурами, выше которых начинается ухудшение свойств материала, которое препятствует его использованию по назначению.
Термостойкость материалов оценивают температурами, под действием которых начинается термический распад материала.
Тепло — и термостойкость материалов определяется аналогичными свойствам волокон, из которых они изготовлены. Так, целлюлозные волокна при повышении температуры до 100-120°С теряют свою прочность на 30%, однако после охлаждение до нормальной температуры прочность восстанавливается. Дальнейшее повышение температуры до 140-150°С вызывает необратимые изменения в структуре волокон. Сухая шерсть не меняет своих качеств при нагревании до 150°С. Однако в водном и паровой среде при тех же температурах возникает снижение прочности волокна. Полиамидные волокна снижают свою прочность на 50% уже при температуре 110-120°С, но эти изменения носят обратимый характер, то есть после охлаждения волокна к нормальной температуры прочность восстанавливается. Наибольшую теплостойкость имеют полиэфирные (160°С), поліакрілнітрільні (180°С) и полівінілспиртові (190°С) волокна.
При соприкосновении материала с нагретой поверхностью при ВТО наличие влаги создает условия для быстрого и равномерного прогрева всей массы материала и снижает возможное повреждение волокон. В связи с этим при разработке режимов ВТО необходимо установить верное соотношение между такими параметрами:
Физические свойства тканей
При подборе тканей, трикотажа или нетканых материалов для тех или иных видов одежды и в процессах их влажно-тепловой обработки имеют особое значение теплозащитные свойства (теплоемкость, температуропроводность и теплостойкость), которые характеризуют отношение этих материалов к действию на них тепловой энергии.
Через материалы для одежды тепло передается главным образом теплопроводностью. Теплопроводностью называется способность любого вещества проводить тепло:
Степень теплопроводности материала численно характеризуется коэффициентом теплопроводности %:
Коэффициент теплопроводности показывает количество тепла, которое проходит за 1 ч через 1 м 2 однородного слоя толщиной в 1 м при разности температур на ее поверхностях в 1°С.
О теплозащитных свойствах материалов при их фактической толщине судят по коэффициенту теплопередачи К, определяемого по формуле :
Материалы для одежды не являются однородными слоями, а представляют собой систему из большого количества волокон, отделенных друг от друга порами различной формы и размеров, заполненных воздухом.
Рис. 11-63. Зависимость теплопроводности от числа слоев в одежде
Передача тепла в таких материалах слагается из передачи тепла теплопроводностью через порообразующий волокнистый слой, теплопроводностью и конвекцией через поры и излучением между стенками пор. Количество тепловой энергии, передающейся любым из этих способов, приблизительно пропорционально разности температур (t1—t2) двух прилегающих изотермических поверхностей.Для материалов одежды, величина коэффициента теплопроводности К изменяется приблизительно в пределах 0,033—0,070 ккал/м ч град, а для воздуха составляет 0,020 ккал/м — ч-град. Величина коэффициента теплопроводности для одного и того же материала не является постоянной, а. может изменяться в зависимости от объемного веса материала, влажности, температуры, воздухопроницаемости и направления теплового потока.
Из графика видно, что с увеличением количества слоев одежды теплопроводность снижается и повышаются ее теплозащитные свойства.
Чем больше тепловое сопротивление материала, тем выше его теплоизоляционные свойства. Тепловое сопротивление сложного слоя равно сумме сопротивлений каждого из составляющих слоев, т. е.
Читайте также: Подушка для беременных выкройка сколько надо ткани
Ткани, трикотаж и нетканые материалы представляют собой дисперсную систему, в которой волокна относительно равномерно распределены в дисперсной среде (воздухе). Основной особенностью структуры этих материалов является высокая пористость и сравнительно малая величина контактных площадей между отдельными волокнами в материале. Поэтому теплопередача в материалах одежды осуществляется в значительной степени через слой сравнительно неподвижного воздуха, заключенного в материале.
Таблица 11-15. Коэффициент теплопроводности различных материалов при различном объемном весе.
Коэффициент теплопроводности в ккал/м-ч-град
Тепловое сопротивление текстильных материалов представляет собой некоторую среднюю величину от теплового сопротивления волокна и воздуха, находящегося в порах. В табл. 11-15 представлены данные о коэффициенте теплопроводности различных материалов при разном объемном весе
Как видно из таблицы, различные материалы при резко отличающемся объемном весе имеют близкий по значению коэффициент теплопроводности. Однако объемный вес материалов для одежды не оказывает существенного влияния на их тепловое сопротивление только в определенном интервале значений. При дальнейшем увеличении объемного веса и уменьшении пористости тепловое сопротивление уменьшается, а теплопроводность увеличивается. Так, при увеличении объемного веса ткани (бобрика) в 2,5 раза ее тепловое сопротивление снизилось более чем на 45%.
Рис. 11-64. Зависимость теплового сопротивления тканей от их толщины (в условиях спокойного воздуха)
Рис. 11-65. Влияние избыточной влажности пакета одежды на его тепловое сопротивление
Исходя из этого, сделаны выводы: 1) ткани с меньшим объемным весом являются более теплозащитными; 2) структура ткани при заданной толщине в условиях неподвижного воздуха непосредственно не влияет на тепловое сопротивление. Зато структура ткани оказывает существенное влияние на ее толщину и воздухопроницаемость, которые тоже непосредственно влияют на тепловое сопротивление материалов для одежды. Толщина ткани является одним из главных факторов, влияющих на тепловое сопротивление одежды независимо от ее волокнистого состава и плотности (рис. 11-64). С увеличением толщины материалов одежды пропорционально возрастает и их тепловое сопротивление. С повышением влажности материалов для одежды резко падает их тепловое сопротивление. На рис. 11-65 представлена зависимость теплового сопротивления материалов одежды от их влажности.
Резкое падение теплового сопротивления материалов одежды от их влажности объясняется тем, что коэффициент теплопроводности воды, проникающей в поры материала, равен 0,5 ккал/м-ч-град (в 20 раз больше, чем воздуха в порах среднего размера). Кроме того, наличие воды в порах материала увеличивает размеры контактных площадок между волокнами материала, что также оказывает влияние на снижение теплового сопротивления.
Рядом исследователей установлено, что увеличение коэффициента теплопроводности прямо пропорционально увеличению влажности. Степень влияния влажности текстильных материаллов на их теплопроводность неодинакова для различных тканей и зависит от рода волокон и объемного веса тканей. Так, теплопроводность тканей хлопчатобумажных более резко увеличивается с увеличением влажности, чем шерстяных тканей. Зависимость коэффициента теплопроводности тканей от их влажности может быть выражена следующей формулой:
где λвл — коэффициент теплопроводности влажной ткани; λСух — коэффициент абсолютно сухой ткани; W — объемная влажность ткани в %;
а —постоянный коэффициент, равный, приблизительно, для шерстяных тканей 0,0024 и для хлопчатобумажных — 0,0039. Зависимость теплового сопротивления от вида и объемного веса волокнистого материала приведена в табл. 11-16.
Таблица 11-16. Зависимость теплового сопротивления от вида и объемного веса материала
Суммарное тепловое сопротивление в м 2 Ч-град1ккал при объемном весе в г/см 3
Читайте также: При гипотиреозе развивается муцинозный отек вследствие накопления в тканях
Что такое теплопроводность ткани
В курсе физики вопрос о физических явлениях — тепловых и электрических, вызвал особый интерес. В результате выполнения данной работы мы хотели углубить и закрепить имеющиеся знания по этому вопросу физики.
Объектом исследования являются различные образцы тканей.
Гипотеза исследования: теплопроводность, влагопроницаемость, способность электризоваться зависят от вида тканей.
Актуальность работы: вусловиях холодного климата возникает проблема соответствующей одежды, которая должна быть комфортной, не электризоваться и хорошо сохранять тепло, для этого она должна обладать малой теплопроводностью. А в редкие жаркие дни не привести к перегреву тела. И, поэтому мы решили исследовать некоторые виды тканей на теплопроводность, электризацию и влагопроницаемость.
Цель работы: исследовать теплопроводность, электризацию и влагопроницаемость различных видов тканей в условиях школьного физического кабинета.
-изучить теоретическую основу понятия теплопроводности и влажности тканей; -экспериментально исследовать теплопроводность, электризацию и влагопроницаемость различных видов тканей.
Данные задачи решались с помощью нескольких методов:
— теоретические (изучение, анализ литературы); — эмпирические (наблюдения, измерения); — интерпретационные (количественная и качественная обработка результатов).
Практическая значимость: эксперименты внесут определенный вклад в понимание физических процессов, происходящих в нашей повседневной жизни, позволят рассмотреть их более наглядно.
Оборудование:
— калориметр с водой; — экспериментальный материал (образцы тканей); — цифровая лаборатория «Архимед» с датчиками температуры и влажности; — электронные весы; — секундомер; — электроскоп, эбонитовая, стеклянная палочки.
Основная часть
Одежда помогает нам защищаться от излишнего охлаждения или перегревания, содействует поддержанию температуры тела. Подбирая соответствующее белье, платье, можно замедлить или ускорить отдачу телом тепла и тем самым облегчить организму возможность регулировать свой тепловой баланс при различных метеорологических условиях.
На обширной территории нашей страны существуют большие различия в климате, погоде. И это во многом определяет одежду населения. Так, она наиболее разнообразна у жителей умеренного климата с ярко выраженными сезонами года: зимним, летним, весенне-осенним (большая часть европейской части России, южные районы азиатской части, Северный Казахстан, где суровая зима чередуется с жарким летом, а также приморские влажные районы Прибалтики, Белоруссии с их пасмурным летом и прохладной сырой зимой). По-особому одеваются жители Арктики, Заполярья и Севера, где преобладает в основном холодная погода с очень сильными морозами и ветрами, а лето прохладное и часто сырое. Есть свои закономерности в одежде для самых жарких (Средней Азии), жарких и влажных (Черноморское побережье), а также высокогорных районов страны (Памир, Тянь-Шань, Кавказ, Алтай). Прежде всего, ткани должны создавать наиболее благоприятный режим для сохранения теплового равновесия организма и обеспечивать необходимый обмен влаги между телом и окружающей средой, меньше накапливать электростатические заряды.
Свойства тканей должны соответствовать конкретным условиям жизни и деятельности человека.
Исследовательская часть
Опыт №1 «Измерение температуры остывающей воды при наличии одного слоя тканевого мешочка»
Оборудование: цифровая лаборатория Архимед, датчик температуры, стакан калориметра, образцы тканей, сосуд с горячей водой.
В ходе выполнении исследовательской работы были проведены эксперименты с различными видами тканей. Для выполнения эксперимента мы помещали стакан калориметра, наполненный горячей водой, в тканевый мешочек. Через равные промежутки времени (3 минуты) измеряли датчиком температуру под тканью, записывали показания в таблицу, рассчитывали скорость изменения температуры и строили диаграмму (Фото 1).
Фото 1 «Измерение температуры»
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом