Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Тема 6. Теплофізичні властивості

Читайте также:
  1. Y. Напишіть про особливі властивості української мови.
  2. Б) фізико-хімічні властивості ґрунтів
  3. Будова і властивості аналізаторів
  4. В) загальні фізичні властивості
  5. Види та властивості документів
  6. Властивості та види документів
  7. Г)водні властивості ґрунту

МІНЕРАЛІВ І ГІРСЬКИХ ПОРІД

 

Теплофізичні параметри речовин і методи їхнього виміру

 

Тепловий стан земних надр є першопричиною багатьох геологічних процесів. Його вивчення включає теоретичні й експериментальні дослідження параметрів теплового поля теплофізичних параметрів, геотермічного градієнта і теплового потоку, що характеризують енергетику надр Землі.

Теплофізичні параметри визначаються наступними формулами;

теплопровідність

λ= q /grad Т, (6.1)

де: q - щільність теплового потоку; grad Т - температурний градієнт;

питома теплоємність

c=Q/m(T2-T1),(6.2)

де: Q ~ кількість теплоти; m — маса тіла; Т2 - T1 — різниця температур, на яку змінюється температура тіла масою m при підведенні до нього кількості теплоти Q;

температуропровідність

а = λ/cσ, (6.3)

де: сσ — об'ємна теплоємність [Дж/(м3×К)]

Параметром теплового поля Землі, якого можна вимірити безпосередньо, є щільність теплового потоку

q = Q/St, (6.4)

де: Q — кількість теплоти; S — площа ізотермічної поверхні; t — час.

У геологічних дослідженнях щільність теплового потоку Землі знаходиться з рівняння Фур'є:

q= - λ grad T, (6.5)

де: λ — теплопровідність гірських порід; grad Т — геотермічний градієнт; знак мінус указує на те, що тепловий потік має напрямок, протилежний напрямку геотермічного градієнта.

Коефіцієнти теплового лінійного й об'ємного розширення визначаються відповідно формулами:

α = (LT -L0)/L0; (6.6)

β=(VT -V0)/V0,

де: LT і L0 - довжина тіла відповідно при температурі Т i 00С; VТ і V0 - об'єм тіла відповідно при температурі Т і 0°С. Визначення та одиниці виміру теплофізичних параметрів приведені в таблиця 6.1.

 

Методи визначення теплофізичних параметрів твердих тіл базуються на рішенні рівняння теплопровідності

¶Т/¶t = аÑ2Т, (6.7)

де: Ñ2 — оператор Лапласа

Існують методи, засновані на закономірностях стаціонарного і нестаціонарного теплових потоків, а також калориметричні. Методи стаціонарного теплового потоку більш точні, чим нестаціонарні, але використання їх утруднене через тривалість досліду, труднощі відтворення граничних умов і громіздкості апаратури. У методах стаціонарного теплового потоку вимір проводять на спеціалізованих установках і апаратурі, призначених для виміру теплопровідності гірських порід. У практиці вимірів використовують метод пластини (стрижня) при одномірному стаціонарному тепловому потоці. Теорія методу заснована на рішенні одномірного рівняння теплопровідності, записаного для пластини (стрижня) у прямокутних координатах:

. (6.8)

Робоча формула для виміру теплопровідності

λ=q (x2-x1)/(T2-T1), (6.9)

де: q тепловий потік через плоскі поверхні чи через торцеві поверхні стрижня; x2-x1 відстань між ізотермічними поверхнями; T1 і T2 температури ізотермічних поверхонь, розташованих на відстанях x1 і x2 від початку координат.


Таблиця 6.1

Теплофізичні параметри

 

Параметр, індекс Визначення Одиниця виміру
СІ СГС
Теплопровідність l Фізичний параметр, який характеризує інтенсивність процесу теплопровідності в речовині, чисельно рівний густині теплового потоку q, при градієнті grad T, рівному одиниці. Вт/(м×К) кал/(см×с×оС)
Питома теплоємність с Теплоємність тіла, яке має масу mі підвищену температуру на 1 градус при підведені до нього кількості теплоти Q. Дж/(кг×К) кал/(г×оС)
Температуро-провідність а Фізичний параметр, який характеризує швидкість вирівнювання температури в речовині при нестаціонарній теплопровідності. м2 см2

 

 

Продовження таблиці 6.1

 

Параметр, індекс Визначення Одиниця виміру
СІ СГС
Густина теплового потоку q Вектор, направлений в бік, протилежний градієнту температури, і чисельно рівний кількості теплоти, що проходить через одиницю площі ізотермічної поверхні в одиницю часу. Вт/м2 кал/(см2×с)
Коефіцієнти теплового лінійного aі об'ємного b розширення Відносне прирощення довжини або об'єму тіла до зміни температури на один градус при постійному тиску 1/К 1/оС

Методи нестаціонарного теплового потоку при короткочасності проведення досліду забезпечують визначення а, λ, с.

Серед калориметричних методів визначення теплоємності твердих тіл найбільш прийнятний для визначення питомої теплоємності гірських порід метод змішання

с=(m1c1 + Нк) (Тп-Т0)/т (Т'-Тп), (6. 10)

де: m — маса досліджуваного зразка; m1 маса калориметричної рідини; Т температура нагрівання зразка поза калориметром; Т0 — початкова температура калориметричної рідини; Тп = Т'+ d кінцева температура калориметричної системи; d виправлення на теплообмін; с1- питома теплоємність калориметричної рідини; Hк — теплове значення калориметричної системи (теплоємність калориметричної системи без обліку теплоємності калориметричної рідини).

 

6.2 Теплофізичні параметри елементів, мінералів, і гірських порід.

Тепловий режим земної кори залежить головним чином від теплопровідності мінеральної речовини. Інші теплофізичні властивості (його температуропровідність, теплоємність, теплове розширення) відіграють меншу роль у формуванні теплового режиму і використовуються в геології і геофізиці значно рідше.

 

Теплофізичні параметри елементів і мінералів. Для самородних елементів (таблиця 6.2) характерні високі значення теплопровідності (за винятком сірки), у той час як питома теплоємність самородних металів є мінімальною стосовно гірських порід. Висока теплопровідність самородних елементів зв'язана з тим, що теплова енергія в них передається через тверду фазу безпосереднім зіткненням молекул, атомів і іонів, що знаходяться в тепловому русі, чи дифузією вільних електронів (у самородних металах).

Більшість мінералів, що складають гірські породи, можна розглядати як однофазні тверді системи, у яких вирішальне значення має гратчаста теплопровідність. У порівнянні із самородними елементами мінерали мають значно меншу теплопровідність. Теплопровідність породотвірних мінералів вивержених порід нижче, ніж акцесорних і рудних. Породотвірні мінерали метаморфічних порід (сподумен, андалузит, кіаніт і ін.) у порівнянні з породотвірними мінералами інтрузивних утворень мають значно більшу теплопровідність.

 

Таблиця 6.2

 


Дата добавления: 2015-07-12; просмотров: 195 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: Електричні властивості речовин і методи їх визначення | Питомий електричний опір хімічних елементів, мінералів і гірських порід | Питомий електричний опір гірських порід різних генетичних типів і складу | Діелектрична проникність мінералів і гірських порід | І гірських порід | Гірських порід | Пружні параметри фізичних тіл | Параметри пружності | Методи виміру пружних параметрів | Осадових порід |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Швидкість поширення подовжніх хвиль в км/с в осадових породах| Теплопровідність і теплоємність самородних елементів

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.008 сек.)