Capitolul 4 Proprietățile termofizice ale mineralelor și pietrelor
4.1 Parametrii termofizici ai substanțelor și metodele de măsurare a acestora
Starea termică a interiorului pământului este cauza principală a multor procese geologice. Studiul său include studii teoretice și experimentale ale parametrilor câmpului termic (4,6,8).
Distribuția temperaturilor pe suprafața Pământului și în interiorul său, adică câmpul termic natural al Pământului, este determinat de:
distribuția spațială și puterea surselor de căldură. Aceste surse sunt soarele, precipitațiile atmosferice, elementele radioactive, reacțiile chimice, cristalizarea, condensarea și alte procese.
capacitatea rocilor de a transfera căldură - transferul de energie termică;
distribuția spațială a rocilor cu conductivitate termică diferită.
Conductivitatea termică este procesul de distribuție a căldurii de la încălzitor la volume mai puțin încălzite de substanțe încălzite neuniform, ceea ce ajută la egalizarea temperaturii mediului.
În 1822, Jean Baptiste Fourier a stabilit legătura dintre gradientul de temperatură și densitatea fluxului de căldură. Această relație a fost numită Legea Fourier, care precizează modul în care cantitatea de energie transferată este definită ca densitatea fluxului de căldură proporțional cu gradientul de temperatură:
unde q este densitatea fluxului de căldură, gradT este gradientul de temperatură, λ este coeficientul de proporționalitate, numit coeficientul de conductivitate termică sau pur și simplu conductivitatea termică.
Cu alte cuvinte, conductivitatea termică λ este un parametru fizic care caracterizează intensitatea procesului de conductivitate termică într-o substanță numeric egală cu densitatea fluxului de căldură q la un gradient de temperatură gradT. egal cu unitatea. Formula ecuației de proporționalitate:
Densitatea fluxului de căldură q este un vector îndreptat spre partea opusă gradientului de temperatură și numeric egal cu cantitatea de căldură care trece prin zona unității suprafeței izometrice per unitate de timp.
Unitatea de conductivitate termică în sistemul SI este W / (m · K), în sistemul CGS cal / (cm · ° C).
Capacitatea de căldură este cantitatea de căldură care trebuie furnizată corpului pentru a crește temperatura cu 1 K. Căldura specifică a unei mase unitare a unei substanțe se numește căldura specifică. Unitate de măsură în sistemul SI J / kg · K, în sistem SGS cal / g ° C.
unde Q este cantitatea de căldură, m este masa corpului; T2-T1, diferența de temperatură pentru care temperatura corpului cu masa m sa schimbat atunci când sa aplicat cantitatea de căldură Q.
Difuzivitatea termică este valoarea care caracterizează rata de schimbare a temperaturii (egalizare). Este numeric egal cu raportul dintre conductivitatea termică și capacitatea de căldură pe unitatea de volum a materiei. Se exprimă în unități de m 2 / s. calculat:
unde cσ este capacitatea de încălzire a volumului.
Metoda cea mai comună pentru studierea proprietăților termice este metoda staționară și încălzirea dinamică. Proprietățile termice sunt de obicei determinate în laborator. În teren, temperatura în godeuri este măsurată cu ajutorul unui jurnal termic. Cunoscând parametrii termici studiați pe eșantioane și distribuția temperaturii în puțul din amonte, este posibil să se determine fluxul de căldură
Parametrii termofizici ai elementelor și mineralelor.
Regimul termic al crustei pământului depinde în principal de conductivitatea termică a materiei minerale. Conductivitatea termică cea mai mare este observată în elementele native. Valorile lui λ diferă foarte puțin de elementele pure corespunzătoare. Cea mai mare valoare a lui λ este observată în argint și numeric egală cu 418-420 W / (m-K). Conductivitatea termică ridicată (până la 30 W / (m · K)) se observă în aur, cupru al altor elemente native, cum ar fi grafitul (268-389 W / (m · K)), diamantul (121-163 W / )), cu excepția sulfului (0,85 W / (m · K)). Se observă o conductivitate termică ridicată (de la 100 la 200 W / (m · K)) în compușii minerali cu metale: aluminiu, potasiu, sodiu, magneziu, calciu.
Cu toate acestea, unele metale native, precum și alte elemente care apar și nu apar în starea liberă, au:
mediu [10 până la 50 W / (m · K) pentru plumb, antimoniu, mangan, toriu, uraniu, zinc];
scăzut [1,5 până la 10 W / (m · K) pentru mercur, bismut, cadmiu];
Scăzută [0,5 până la 1,5 W / (m · K) pentru bor];
foarte scăzută [<0,5 Вт/(м·К) для водорода, фтора, хлора, кислорода]
valorile coeficientului de conductivitate termică (Kobranova VN 1986).
Există o relație strânsă între conductivitatea electrică și conductivitatea termică. Se presupune că raportul este aproximativ constant.
Prezența elementelor cu conductivitate termică ridicată (50 - 300 W / (m · K)) în compoziția minerală crește adesea conductivitatea termică minerală. Nimic densitatea de ambalare afectează, de asemenea, conductivitatea termică. Cu cât este mai mare distanța interatomică, cu atât conductivitatea termică este mai mică.
Cele mai multe minerale care formează roci au o conductivitate termică mult mai scăzută. Conductibilitatea termică a mineralelor formate de rocă ale rocilor ignifuge este mai mică decât mineralele auxiliare și minerale. Mineralele formatoare de pori ale rocilor metamorfice (spodumene, andalusite, cyanite etc.), comparativ cu mineralele formatoare de rocă ale formărilor intruzive, au o conductivitate termică semnificativ mai mare.
Clasele principale de minerale studiate în termeni de conductivitate termică sunt aranjate în următoarea ordine în ordine descrescătoare:
metale native, precum și diamant de grafit (> 120 W / (m · K));
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: