Распространение тепловой энергии в пространстве осуществляется тремя способами — теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Теплопроводность — атомарио-молекулярный перенос теплоты от частиц с более высокой энергией к частицам с меньшей энергией в рассматриваемом объеме пространства.

Распространение тепловой энергии с нагреваемой поверхности в глубь твердого тела происходит только теплопроводностью. Ско­рость распространения тепловой энергии и изменения температуры по объему нагреваемого тела характеризуется коэффициентами теп­лопроводности к, Вт/(м-К) и температуропроводности а, м2/с.

Теплопроводность металлов зависит от температуры: максимум теплопроводности металлов находится в области температур сверх­проводимости (20 К). Выше и ниже этой температуры теплопро­водность металла уменьшается. Так, для меди при 20 К Я,=4,8 кВт/ /(м-К), а при 293 К Я,= 393 кВт/(м-К).

Зависимость теплопроводности металлов и сплавов от темпера­туры определяется уравнением Ят=Яо(1+аГ), где а — коэффициент, определяющий изменение кг от температуры.

С изменением температуры теплопроводность может изменяться не только по величине, но и по знаку. Например, теплопроводность железа и малоуглеродистой стали с повышением температуры сни­жается, а аустенитной стали повышается.

Теплопроводность сплавов ухудшается при развитии внутрен­них напряжений третьего рода (в пределах кристаллической ре­шетки), например в результате образования твердых растворов в сплавах с непрерывным рядом твердых растворов. При этом мини­мум теплопроводности имеет место примерно при равной концент­рации компонентов. Теплопроводность металлов возрастает с уве­личением их зерна [78]. Считают, что коэффициент теплопровод­ности аддитивен для многофазных сплавов.

Теплопроводность неметаллических жидкостей и газов на не­сколько порядков меньше теплопроводности твердых металлов и Сплавов. Поэтому тепло в жидкостях и газах распространяется практически только конвекцией и излучением.

Конвекция — это процесс переноса тепла путем перемещения в пространстве отдельных объемов жидкости или газа, нагретых до различной температуры. В самой движущейся среде перенос тепла осуществляется теплопроводностью. Величина удельного кон­вективного теплового потока, переносимого жидкостью или газом С ПЛОТНОСТЬЮ р, кг/м3, определяется ПО формуле <7к=РvH, где о — скорость потока жидкости (газа), м/с; И — энтальпия, Дж/кг.

Перенос тепловой энергии к поверхности паяемого изделия потоком жидкости (газа) описывается законом Ньютона—Рихмаиа: dQ=aK(t—toKp)dF, где dQ — тепловой поток, Вт; dF — элемент по­верхности, м2; t — температура поверхности паяемого изделия, °С; ^окр—температура окружающей среды, °С; ак — коэффициент теп­лоотдачи конвекцией, Вт/(м2-К).

Коэффициент теплоотдачи характеризует тепловую проводи­мость окружающей жидкости или газообразной среды и численно определяет интенсивность теплоотдачи к поверхности тела. Коэф­фициент теплоотдачи при пайке зависит от конструкции паяемого изделия, его габаритов, температуры и скорости движения окру­жающей среды, ее физических свойств. Наибольший коэффициент теплоотдачи имеют жидкие расплавы солей и металлов [232— 1163 Вт/(м2-К)]. Поэтому скорость нагрева деталей в них, особенно при низкотемпературной пайке, в 3—6 раз выше, чем при нагреве в печах с газовой атмосферой.

Излучение — процесс распространения тепловой энергии в виде - электромагнитных волн. Электромагнитные волны возникают вслед­ствие движения заряженных частиц — электронов и ионов.

Частотный диапазон электромагнитных колебаний достаточно широк. Длина радиоволн составляет от нескольких километров до 1 мм; теплового (инфракрасного) излучения — от 0,8-10~3 до 0,8 мм, светового от 0,4 до 0,8 -10~3 мм, ультрафиолетового — от 2-Ю-5 до 0,4-10-3 мм, рентгеновского — от 1-Ю-8 до 2-Ю-5 мм, у-излучеиия (0,5—0,1)-10-8 мм; космического излучения 0,05-10"3 мм.

Тепловая энергия передается электромагнитным излучением с длиной волны А=0,4-;-800 мкм, т. е. световым и тепловым излу­чением.

Величина радиационного теплового потока зависит от темпера­туры и длины волны — закон Планка:

£x=*gL(e - с^г_1}

А6

где А — длина волны, м; Сі — первая константа излучения (Сі = = 5,944-10-17 Вт/м2); С2 — вторая константа излучения (С2= 1,4388- -10-2 м-К); Т — температура паяемого изделия.

По закону Планка плотность потока излучения при заданной температуре имеет максимальное значение для определенной длины волны. Если в выражении закона Планка вторая константа С2з> 2>АТ, то он сводится к простому соотношению между температу­рой и длиной волны, соответствующей максимальной плотности радиационного теплового потока — закону Вина: Amai7’=const.

Следовательно, с повышением температуры тела большую часть тепловой энергии переносит тепловое излучение, а меньшую — све­товое излучение.

Способность тел воспринимать эти виды излучения существенно зависит от величины и состояния их поверхности. По закону Сте­фана—Больцмана удельный радиационный тепловой поток твердого тела, нагретого до температуры Г, через его поверхность qr=C(Tf /100)4, т. е. пропорционален четвертой степени абсолютной темпе­ратуры поверхности твердого тела и зависит от ее состояния. Ко­эффициент лучеиспускания серого тела С=еС0, где е=0-М,0(е— степень черноты серого тела). Абсолютно черное тело поглощает любое световое излучение [С0=5,76 Дж/(м2-с-К4)].

К серым относится большинство тел, поглощающих лишь часть светового излучения. Так, для окисленной металлической поверх­ности при 20°С е=0,6-ь0,95, а для полированной е=0,2-г-0,4. С по­вышением температуры твердого тела е возрастает, а при плавлении достигает 0,9—0,95.

Если распространение тепловой энергии осуществляется одно­временно несколькими способами, то говорят о сложном теплооб­мене. Так, перенос теплоты теплопроводностью и конвекцией назы­вают конвективным теплообменом, теплопроводностью и излучени­ем — радиацнонио-коидуктивным, теплопроводностью, конвекцией и излучением — радиационно-конвективным теплообменном. В практи­ке нагрева при пайке встречается как простой, так и сложный тепло­обмен.