Теплопроводность земли таблица – , –

Теплофизические характеристики почвы » СтудИзба

Теплофизические характеристики почвы

Тепловой режим почвы в основном зависит от ее теплоемко­сти и теплопроводности.

Теплоемкость почвы. Различают объемную и удельную тепло­емкости почвы. Объемной теплоемкостью с0б называют количе­ство тепла (Дж), необходимое для нагревания 1 м3 почвы на 1°С. Удельной теплоемкостью суд называют количество тепла, требу­ющееся для нагревания 1 кг почвы на 1° С.

Объемная теплоемкость минеральных частей почвы находится преимущественно в пределах 2,0—2,5 Дж/(м3-К), но у воды и воз­духа она различается более чем в 3-Ю3 раз. Поэтому теплоем­кость почвы зависит не столько от ее минерального состава, сколько от соотношения воздуха и воды, находящихся в почвенных , порах. Теплоемкость почвы, у которой поры заполнены во-Дой, значительно больше теплоемкости сухой почвы. Следователь­но, при одинаковом притоке или отдаче тепла сухие почвы нагре­ваются или охлаждаются больше, чем влажные. В зависимости62

Глава 3

от  увлажнения теплоемкость торфянистых почв меняется в 6 раз, песка в 3,4 раза, глины в 2,4 раза (трбл. 14).

Таблица 14 Теплоемкость и коэффициент теплопроводности составных частей почвы

Температурный режим почвы

Теплоемкость

Коэффициент

Дж/(кг-К)

объемная, Дж/(.м3-К)

теплопроводности, Вт/(«-К)

Песок и глина

753,6—963,0

2,05—2,43

0,84—1,26

Торф

2009,7

2,51

0,84

Почвенный воздух

1004,8

0,0013

0,02

Почвенная вода

4186,8

4,19

/     0,50

Теплопроводность почвы. Способность почвы передавать тепло от слоя к слою называется теплопроводностью. Мерой теплопро­водности служит коэффициент теплопроводности, численно равный количеству тепла (Дж), проходящему за 1 с через сечение в 1 м2слоя толщиной 1 м при разности температур на границах слоя , в 1 °С. Теплопроводность зависит от минерального состава почвы, ее влажности и содержания воздуха в порах почвы. Теплоемкость и теплопроводность различных компонентов почвы приведены в табл. 14.

Поскольку коэффициент теплопроводности воздуха в почве почти в 25 раз меньше, чем воды, то и теплопроводность почвы, как и ее теплоемкость, зависит от влажности почвы. При замер­зании почвы ее теплопроводность увеличивается, так как тепло­проводность льда почти в 4 раза больше теплопроводности воды. Отношение коэффициента теплопроводности к объемной теплоем­кости почвы называется коэффициентом температуропроводно­сти К:

Этот коэффициент характеризует скорость распространения тепла в почве.

Сопоставление теплоемкости и коэффициентов теплопроводно­сти и температуропроводности при различной влажности почвы показывает, что теплоемкость с увеличением влажности непре­рывно возрастает. Возрастание же коэффициента теплопроводно­сти сначала идет очень быстро, а затем замедляется, так как с увеличением влажности теплопроводность почвы приближается к теплопроводности воды, которая меньше теплопроводности ми­неральных частей почвы. Коэффициент температуропроводности

К при этом вначале резко возрастает, а затем несколько снижает-

К

ся вследствие совместного влия­ния теплоемкости и теплопровод­ности почвы. Зависимость тепло­вых характеристик почвы от влажности представлена на рис. П.

Теплофизические характери­стики почвы зависят также от ее цвета (темные почвы за счет большего поглощения энергии Солнца нагреваются сильнее, чем светлые), плотности и струк­туры (пористость, зернистость). С увеличением плотности тепло­емкость и теплопроводность су­хих почв увеличивается. Разрых­ленные почвы в пахотном слое днем теплее, чем плотные, а но­чью холоднее, так как первые имеют меньшую теплопровод­ность. Кроме того, разрыхленная почва имеет большую удельную поверхность, чем плотная, и по­этому днем поглощает больше радиации, а ночью интенсивнее

излучает тепло. Полив и осадки, увеличивая теплоемкость почвы и вызывая затраты тепла на испарение, охлаждают почву.

Рис.  11. Зависимость тепловых

характеристик    почвы    от     ее

влажности   (по А.  Ф.  Чуднов-

скому).

studizba.com

Теплопроводность горных пород и минералов, их плотность и теплоемкость

Теплопроводность, теплоемкость и температуропроводность первичных осадков и пород

В таблице представлены значения коэффициента теплопроводности, удельной теплоемкости и коэффициента температуропроводности первичных осадков и горных пород при комнатной температуре.

Свойства даны для следующих осадков и пород: осадки и образовавшиеся из них осадочные, метаморфические породы и руды: брекчия, конгломерат, гравий сухой, песчаный ил, песок сухой, влажный, нефтенасыщенный, кварцит, алеврито-глинистый ил, алевролит, глинистый ил, глина сухая, влажная, аргиллит, глинистый сланец, филлит, аспидный сланец, триполит (диатомит, диатомитовый трепел), глобигериновый ил, мел, известняк, мрамор, доломит, мергель, гипс, ангидрит, каменная соль чистая, сильвинит, руда мартитовая и магнетитовая, мартитовая джеспелитовидная, роговик магнетито-мартитовый, мартитовый, торф, уголь, графит.

Магматические и образовавшиеся из них метаморфические породы и руды: дунит, перидотит, пириксинит, серпинтинит, габбро, диорит, сиенит, гранит, базальт, андезит, трахит, обсидиан, пемза, диабаз, порфирит, кварцевый порфир, пегматит, туф, лава, сланец, кристаллический сланец, гнейс, амфиболит, эклогит, роговик, скарн, чарнокит, руда: серный колчедан, медный, густой вкрапленник, пирита в кварцы, штаффелит-магнетитовая, апатит-форстерит-магнетитовая, магнетитовая.

Теплопроводность горных пород

В таблице указаны значения теплопроводности горных пород и минералов (среднее значение, минимальное и максимальное) при комнатной температуре в размерности Вт/(м·град).

Указана теплопроводность осадочных пород: аргиллит, глинистый сланец, глина, доломит, известняк, каменная соль, мел, песчаник, торф, уголь, ил, глина, песок.

Теплопроводность магматических пород: базальт, гранит, диабаз, лава, обсидиан, туф. Теплопроводность метаморфических пород: гнейс, кварцит, мрамор, сланец.

Теплопроводность горных пород изменяется в достаточно широких пределах. По значениям в таблице видно, что ее величина составляет от 0,07 Вт/(м·град) у торфа (осадочные породы) до 7,6 Вт/(м·град) у кварцита, относящегося к метаморфическим породам.

Плотность горных пород и минералов

В таблице даны значения плотности горных пород и минералов при комнатной температуре в размерности кг/м3.

Представлены значения плотности следующих минералов и пород: агат алебастр (карбонатный и сульфатный), алмаз, альбит, андезит, анортит, асбест, асбестовый сланец, базальт, берилл, бештаунит, газовый уголь, галенит, гематит, гипс, глина, гранат, гранит, доломит, известняк, известь гашеная, кальцит, кварц (плавленый, прозрачный, непрозрачный), кокс, корунд, кремень, магнетит, малахит, мел, мергель, мрамор, наждак, опал, пемза, песчаник, пирит, полевой шпат, порфир, роговая обманка, серпантин, сланец, слюда (белая, обычная, черная), соль каменная, тальк, топаз, торф сухой, торианит, торит, трогерит, турмалин, туф лавовый, уголь (антрацит, битуминозный), уранит (кальциевый, медный), флюорит.

Плотность горных пород лежит в диапазоне от 500 до 9325 кг/м3. Следует отметить, что средняя плотность горных пород составляет величину около 3,3 кг/м3. Наиболее плотным из представленных в таблице горных пород является минерал торианит — его средняя плотность равна 9325 кг/м3. К породам с наименьшей плотностью относятся торф и пемза — их средняя плотность равна 500 кг/м3.


Примечание: Будьте внимательны! Плотность горных пород и минералов в таблице указана в степени 10-3. Не забудьте умножить на 1000. Например, плотность алмаза равна 3010-3520 кг/м3.

Теплоемкость горных пород и минералов

В таблице приведены значения массовой удельной теплоемкости горных пород и минералов при температуре от 73 до 1473 К в кДж/(кг·град).

Даны значения теплоемкости следующих минералов: андалузит, апатит, асбест, аугит, берилл, боракс, базальт, гипс, гнейс, гранит, графит природный, грунт (почва, земля), грунт лунный из Моря изобилия, доломит, каолин, лава вулканическая, малахит, слюда, тальк, шпинель, шеелит.

Источники:
1. Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.:Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
2. Добрынин В.М., Вендельштейн Б.Ю., Кожевников Д.А. Петрофизика (Физика горных пород): Учеб. для вузов. 2-ое изд. перераб. и доп. под редакцией доктора физико-математических наук Д.А. Кожевникова — М.: ФГУП Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004, 368 с., ил. ISBN 5-7246-0295-4.

thermalinfo.ru

Теплоемкость и теплопроводность почвы - это... Что такое Теплоемкость и теплопроводность почвы?

Характер и энергия многих химических и физических процессов, происходящих в почве, находится часто в большей или меньшей зависимости от температурного ее состояния. Главнейшим источником теплоты почвы служат тепловые лучи солнца, к непосредственным воздействиям которых присоединяются и термические явления, сопряженные с химическими реакциями и физическими движениями частиц. Степень нагревания почвы зависит от различного состояния ее поверхности, цвета а также от ее теплоемкости и теплопроводности. Т. почвы есть среднее из Т. составляющих почву твердых частей и воды. Если принять Т. воды за единицу, главнейшие составные части почвы будут иметь следующую весовую Т. (удельную теплоту): для кварца — 0,196, известняка — 0,214, каолина — 0,233, перегноя — 0,477. Но так как удельные веса твердых частиц почвы больше удельного веса воды, то и средняя объемная Т. их выразится несколько иначе, а именно: для кварца — 0,517, известняка 0,582, каолина — 0,575, перегноя — 0,601. Разница в Т. твердых веществ почвы между собою незначительна, а потому и не должна оказывать заметного влияния на возвышение температуры при действии солнечных лучей; но, сравнивая Т. твердых частей почвы с таковою воды, мы видели, что последняя потребляет при одинаковом объеме в 2 раза больше тепловой энергии, чем первые. Отсюда понятно, какое важное значение в данном случае имеет содержание в почве воды. Почвы, насыщенные влагой, при других равных условиях, потребуют для своего нагревания значительно большего количества тепла, чем почвы сухие; испаряя содержащуюся в них в изобилии воду, данные почвы сильно охлаждаются (зяблые, холодные почвы). Что касается зимы, то благодаря той же высокой Т. сырые почвы будут теплее сухих. Над Т. русских почв почти не производилось никаких исследований, и только в последнее время в лаборатории агрономического кабинета СПб. университета были сделаны определения Т. некоторых почв в приборе, употребляемом для определения весовой Т. твердых тел, видоизмененном применительно к почве. Даем здесь цифры результатов этих определений для нескольких почв.

Суглинистый чернозем (Харьковской губ.) — 0,30; солонец (Саратовской губ.) — 0,34; песчаная почва, окрашенная гумусом (Воронежской губ.), — 0,18; супесчаный чернозем (Воронежской губ.) — 0,26; песчаная светлая почва (Воронежской губ.) — 0,162. Если Т. является важным фактором в нагревании поверхностных слоев почвы, то не менее важна и теплопроводность как распределитель тепла во всей почвенной толще. Несомненно, что теплопроводность почвы находится в зависимости прежде всего от теплопроводности составляющих ее твердых частей, воды и воздуха. По теплопроводности первое место занимают твердые вещества, затем вода и воздух. Отсюда а priori следующий вывод: более компактная почва будет более быстро передавать тепло в глубокие горизонты, чем более рыхлая почва. Пористость — порошкообразное измельчение массы — сильно затрудняет проведение тепла в почве, так как прикосновение отдельных частичек ее в высшей степени несовершенно, а лежащий между ними воздух обладает очень слабою теплопроводимостью. Влияние воды на передачу тепла в глубь почвы может быть разъяснена двумя следующими случаями. Во-первых, если почва только влажна, т. е. все водяные частички удерживаются большой капиллярной силой, вследствие чего затрудняется их циркуляция, то вода не может играть заметной роли при распределении теплоты в такой почве. В этом случае влажная почва относительно распределения теплоты по почвенным слоям будет действовать почти как сухая, т. е. как дурной проводник теплоты. Теплопроводность воды, по крайней мере сравнительно с другими почвенными элементами, недостаточно известна; во всяком случае, она меньше, чем у минеральных составных частей почвы. Тем не менее, теплопроводность влажной почвы больше, чем сухой, так как вода до некоторой степени вытесняет частицы воздуха, обладающие наислабейшею способностью проводить теплоту; притом почва теряет и свою пористость. Во-вторых, если почва настолько мокрая, что вода до некоторой степени может циркулировать, то подобная почва при нагревании сверху не передает нагретых водяных частичек в более глубокие горизонты; они находятся уже в положении самом благоприятном — устойчивого равновесия. Но если почва будет охлаждаться сверху, вследствие ли холодного ветра или лучеиспускания в мировое пространство, то охлажденные верхние частички жидкости получат стремление опускаться вниз, на место более теплых и глубже лежащих; вследствие чего охлаждение почвы будет чувствоваться на большей глубине, чем нагревание ее, но именно потому, что при охлаждении почвы участвуют большие массы частичек воды, в ней не обнаруживаются при этом такие крайности, как при противоположном явлении. Впрочем, сказанное относится только к охлаждению до 4° Ц, так как с понижением температуры за этот предел вода снова начинает расширяться. Над определением теплопроводности в русских почвах работали Мамонтов и Петров ("Материалы по изучению русских почв"), но они имели дело с искусственно насыпанными в особые цилиндры почвами, ненормально, следовательно, уплотненными, с плохой циркуляцией воздуха, а потому и результаты их опытов имеют лишь сравнительное значение (больше, меньше). Из этих данных нельзя вывести ни относительного, ни тем более абсолютного коэффициента теплопроводности различных почв.

Н. А.

dic.academic.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о