ТЕРМОФИЗИЧНИ СВОЙСТВА, Наръчник на строителя, Свойства на стъклото, Наръчник на строителя
ТОПЛОФИЗИЧНИ СВОЙСТВА
Топлинният капацитет на стъкла с различен химичен състав варира от 0,3 до 1,05 kJ/(kg·K). С повишаване на температурата до tg, топлинният капацитет се увеличава леко, в интервала tg - tf се увеличава бързо. С увеличаване на съдържанието на алкални оксиди топлинният капацитет се увеличава, с увеличаване на съдържанието на PbO и BaO той намалява.
Топлопроводимостта характеризира способността на веществото да провежда топлина в градиентно температурно поле. Стъклото е с ниска топлопроводимост. Топлопроводимостта на стъклото се характеризира с коефициента на топлопроводимост λ, който за различни силикатни стъкла варира от 0,7 до 1,3 W/(m·K). Най-висока топлопроводимост има разнообразие от кварцово стъкло. Обикновеното калтриево-силикатно стъкло (прозорец) има λ = 0,97 W/(m·K). С повишаване на температурата топлопроводимостта се увеличава и при нагряване над tg приблизително се удвоява. Коефициентът на топлопроводимост зависи от химичния състав на стъклото и може да се изчисли с помощта на формулата за адитивност.
Топлинно разширение на телата. Нагряването на тялото при постоянен обем води до увеличаване на линейните размери и обем. Топлинното разширение се характеризира с обемни и линейни коефициенти на топлинно разширение. Истинските стойности се определят като диференциални стойности, които отчитат нарастването на размера на тялото с повишаване на температурата:
където V0 и l0 са началният обем и дължина на тялото.
На практика те използват средни стойности и изчислени в определен температурен диапазон ?t=0…100; 100…200°C и др.:
Експериментално е по-лесно да се определи температурният коефициент на линейно разширение (TCLE), отколкото обемният. Тъй като стъклото е изотропно тяло, с добро приближение обемният коефициент се изразява каточрез линеен: β≈3α.
Влияние на състава на стъклото върху TCLE. За силикатни стъкла минималната стойност на TCLE в диапазона от 0. 1000°C е характерна за кварцовото стъкло: α = 5x10 -7 o C -1 . За алкално-силикатни стъкла, с увеличаване на концентрацията на алкалния компонент от 0 до 33%, LTEC се увеличава. Това се дължи на два фактора:
намаляване на степента на свързаност на структурната мрежа;
появата в системата на по-малко силни Si-O-Si връзки от типа Si-O-Me.
Естеството на алкалния компонент също влияе върху αt. Топлинното разширение се увеличава с увеличаване на йонния радиус в серията
Двойно заредените йони на алкалоземните метали допринасят за увеличаване на степента на свързаност на структурната мрежа и имат по-висока Me-O енергия на свързване от йоните на алкални метали. Според ефективността на въздействие върху αt в посока на неговото намаляване алкалоземните метали се подреждат в следния ред:
тези. най-ниските стойности на αt се постигат при Ba.
αt намалява, когато в стъклото се въведат многозарядни йони от типовете Fe(lll), La, Ce, B, Al, Zr, което се дължи на свързването на слабо поляризирани кислородни атоми в силни координационни полиедри и увеличаване на свързаността на смесената рамка елемент-силиций-кислород.
Термичната устойчивост характеризира свойствата на материалите да издържат на единични или многократни температурни промени без разрушаване. При рязко охлаждане или нагряване в стъклото възникват термоеластични напрежения: при нагряване - компресия, а при охлаждане - разтягане. Тъй като стъклените продукти имат по-висока якост на натиск, устойчивостта на топлина на стъклените продукти е по-висока при внезапно нагряване, отколкото при внезапно охлаждане.
Коефициентът на топлоустойчивост на материала може да се изчисли по формулата на Winkelmann-Schott:
където S е константа, отчитаща форматапродукти;
σr - якост на опън;
E е модулът на еластичност;
c е топлинният капацитет на стъклото;
Или в по-ясна форма:
където обозначението е същото.
Сред силикатните стъкла най-високата термична стабилност (
1000°C) има кварцово стъкло, което се характеризира с оптимална комбинация от параметри: най-ниска стойност на αt (5x10 -7o C -1), висок коефициент на топлопроводимост.