Ջերմային հոսք, որը փոխանցվում է ճառագայթման բանաձևով. Սա ջերմության հոսք է: B6 Համալիր ջերմության փոխանցում և ջերմային փոխանցում

Կոնվեկցիայի ընդհանուր ազդեցությունն արտահայտելու համար մենք օգտագործում ենք Նյուտոնի սառեցման օրենքը. = ℎ 6 3 - 47: Այստեղ ջերմության փոխանցման արագությունը կապված է պատի և հեղուկի ընդհանուր ջերմաստիճանի տարբերության և մակերեսի հետ: Ճառագայթում Ի տարբերություն հաղորդման և կոնվեկցիայի մեխանիզմների, երբ էներգիան փոխանցվում է նյութական միջավայրի միջոցով, ջերմությունը կարող է փոխանցվել նաև այն տարածքներին, որտեղ կա կատարյալ վակուում: Այս դեպքում մեխանիզմը էլեկտրամագնիսական ճառագայթումն է: Ճառագայթումը կարող է դրսևորել ալիքաձև կամ կորպուսային հատկություններ:

Ջերմաստիճանի տարբերության արդյունքում տարածվող էլեկտրամագնիսական ճառագայթում; Սա կոչվում է ջերմային ճառագայթում: Թերմոդինամիկական նկատառումները ցույց են տալիս, որ իդեալական ռադիատոր կամ սև մարմինէներգիա կճառագի մարմնի բացարձակ ջերմաստիճանի չորրորդ ուժին համաչափ արագությամբ։ 5-րդ հավասարումը կոչվում է ջերմային ճառագայթման Շտեֆան-Բոլցմանի օրենք, և դրանք կիրառելի են միայն սև մարմինների համար։ Հաղորդման կայուն հարթ պատ: Եկեք նախ դիտարկենք հարթ պատը, որտեղ կարելի է ուղղակիորեն կիրառել Ֆուրիեի օրենքը:

Նկար 3-ը ցույց է տալիս բնորոշ խնդիրը և դրա անալոգային միացումը: Բրինձ. 3 Միաչափ ջերմային հոսք մի քանի գլանաձեւ կտրվածքների և դրանց էլեկտրական նմանակի միջով: Գնդաձև համակարգերը կարող են համարվել նաև միաչափ, երբ ջերմաստիճանը միայն շառավղից է: Կրիտիկական մեկուսացում. Գոլորշի խողովակ՝ մեկուսացման կրիտիկական շառավիղը ցույց տալու համար: Ենթադրենք, դուք ունեք գոլորշու խողովակ, որը ցանկանում եք մեկուսացնել՝ կանխելու էներգիայի կորուստը և պաշտպանելու մարդկանց այրվածքներից: Եթե ​​գոլորշին գերտաքացած չէ, խողովակի մեջ որոշակի գոլորշի կխտանա:

Մեկուսիչ խողովակի մակերեսային ջերմաստիճանը մոտավորապես հավասար է գոլորշու հագեցվածության ջերմաստիճանին, քանի որ խողովակի պատի ջերմային դիմադրությունը հակված է փոքր լինելու և անհետանում է: Հետեւաբար, խողովակի պատի վրայով ջերմաստիճանի անկումը շատ փոքր կլինի: Հետևյալ նկարը ցույց է տալիս այս պարզեցված առաջադրանքի համար կառուցված էլեկտրական անալոգը: Մեկուսացման ներքին և արտաքին շառավիղները: Մեկուսացման կրիտիկական շառավիղը որոշելու համար մենք կգործենք հետևյալ կերպ. Ջերմության շառավղային փոխանցումը խոռոչ գնդով Նկար 1 Ջերմության անցում խոռոչ գնդով Դիֆերենցիալ ծավալային տարրում էներգիայի հավասարակշռության ստեղծում՝ համապատասխան դիֆերենցիալ հավասարումը որոշելու համար:

Վերոնշյալ հավասարումը հարմար դիֆերենցիալ հավասարում է սնամեջ գնդում ջերմաստիճանի բաշխման համար: Այս խնդրի հետ կապված երկու սահմանային պայմանները հետևյալն են. քանի որ որքան հաստ է մեկուսիչը, այնքան ցածր է ջերմության փոխանցման արագությունը, քանի որ պատի տարածքը մշտական ​​է, և երբ այն մեկուսացված է, այն մեծացնում է ջերմային դիմադրությունը՝ առանց կոնվեկցիոն դիմադրության մեծացման: Բայց բալոնների և գնդերի հետ մեկ այլ բան է տեղի ունենում, երբ այն մեկուսացնում ես: Ջերմության տեսքով էներգիայի փոխանակման գործընթացը տարբեր մարմինների կամ միջև տարբեր մասերնույն մարմինը տարբեր ջերմաստիճաններում:

Ջերմային փոխանցումը միշտ տեղի է ունենում ավելի շատից տաք մարմինավելի ցուրտ՝ թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքի արդյունքում։ Ջերմային փոխանցումը տեղի է ունենում այնքան ժամանակ, մինչև մարմինները և նրանց շրջապատը հասնեն ջերմային հավասարակշռության: Ջերմությունը փոխանցվում է կոնվեկցիայի, ճառագայթման կամ հաղորդման միջոցով: Չնայած այս երեք գործընթացները կարող են տեղի ունենալ միաժամանակ, կարող է պատահել, որ մի մեխանիզմը գերակշռի մյուս երկուսին:

Էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի համակցություն է, որոնք տատանվում և ուղղահայաց են միմյանց, տարածվում են տարածության մեջ և էներգիա են տեղափոխում մի վայրից մյուսը: Ի տարբերություն հաղորդման և կոնվեկցիայի կամ ալիքների այլ տեսակների, ինչպիսիք են ձայնը, որոնց տարածման համար անհրաժեշտ է նյութական միջավայր, էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը կախված չէ նյութից՝ տարածելու համար. իրականում ճառագայթման միջոցով էներգիայի փոխանցումն ավելի արդյունավետ է վակուումում: Այնուամենայնիվ, էներգիայի հոսքի արագության, ինտենսիվության և ուղղության վրա ազդում է նյութի առկայությունը:

Այսպիսով, այդ ալիքները կարող են անցնել միջմոլորակային և միջաստղային տարածության միջով և այնտեղից հասնել Երկիր: Հրաբխությունը, սեյսմիկ ակտիվությունը, մետամորֆիզմի և օրոգենության երևույթները այն երևույթներից են, որոնք վերահսկվում են ջերմության տեղափոխման և արտազատման միջոցով: Փաստորեն, Երկրի ջերմային հավասարակշռությունը վերահսկում է ակտիվությունը լիթոսֆերայում, ասթենոսֆերայում, ինչպես նաև մոլորակի ներքին մասում:

Երկրի մակերեսին հասնող ջերմությունը երկու աղբյուր ունի՝ մոլորակի ներսը և արևը: Այս էներգիայի մի մասը վերադարձվում է տիեզերք: Եթե ​​ենթադրվում է, որ արևը և կենսոլորտը պահպանում են մոլորակի մակերեսի միջին ջերմաստիճանը փոքր տատանումներով, ապա մոլորակի ներսից բխող ջերմությունը որոշում է մոլորակի երկրաբանական էվոլյուցիան, այսինքն՝ այն վերահսկում է թիթեղների տեկտոնիկան, մագմատիզմ, լեռնաշղթաների առաջացում, մոլորակի ներքին մասի էվոլյուցիան՝ ներառյալ նրա մագնիսական դաշտը։

այն ֆիզիկական սեփականություննյութը և նյութի ջերմություն «հաղորդելու» ունակության չափանիշն է։ Եթե ​​դիտարկենք միաչափ դեպքը, ապա գրված է Ֆուրիեի օրենքը։ Եթե ​​միջավայրի ջերմային հոսքը և ջերմաստիճանը ժամանակի ընթացքում չեն փոխվում, ապա գործընթացը համարվում է անշարժ: Եթե ​​նյութի ծավալում ջերմություն չկա, կունենանք. Որտեղ ρ-ն նյութի խտությունն է: Այս արտահայտությունը թույլ է տալիս հաշվարկել ջերմաստիճանը տարածաշրջանի կետերում` սահմանային պայմանների կիրառմամբ:

Մենք կարող ենք կիրառել այս հավասարումը, որպեսզի փորձենք ինչ-որ բան սովորել մոլորակի ներսում ջերմաստիճանի բաշխման մասին՝ օգտագործելով հոսքը և ջերմաստիճանը հայտնի մակերեսները որպես սահմանային պայմաններ: Այս հավասարումը կրկին ինտեգրելը տալիս է. Այս վերջին արտահայտությունը կարող է օգտագործվել խորությամբ ջերմաստիճանի փոփոխությունը որոշելու համար: Հետևաբար, հաշվի առեք Երկրի դեպքը, ենթադրելով, որ ջերմությունը տեղափոխվում է հիմնականում հաղորդման միջոցով: Ջերմաստիճան-խորություն կորը կոչվում է «երկրաջերմային»։ Նկարի վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ 100 կմ-ից ավելի խորություններում թիկնոցը պետք է զգալի հալչում ունենա, մինչդեռ 150 կմ-ից ավելի խորության դեպքում ամբողջ թիկնոցը պետք է հալվի:

Այս «կանխատեսումները» չեն համապատասխանում սեյսմիկ ալիքների տարածման ուսումնասիրությունից ստացված տեղեկատվությանը, ուստի պետք է եզրակացնել, որ ջերմահաղորդականության մոդելը ճիշտ չի կանխատեսում թիկնոցում ջերմաստիճանի պրոֆիլը։ Թեև շարժիչ մոդելը վերին թիկնոցում ջերմաստիճանը կանխատեսելու մեջ չէ, այն զգալի հաջողություն է, երբ կիրառվում է մոլորակի արտաքին մասում, այսինքն. երկրակեղևը, որտեղ ներքին ջերմությունը հիմնականում առաջանում է ռադիոակտիվ քայքայման հետևանքով և տեղափոխվում է մակերես՝ վարելով։

Այս խնդրին կանդրադառնանք մայրցամաքներում ջերմային հոսքն ուսումնասիրելիս։ Դիտարկենք ներքևում տաքացված և վերևում սառեցված հեղուկի շերտը: Երբ հեղուկը տաքացվում է, դրա խտությունը նվազում է ընդարձակման պատճառով: Քննարկվող դեպքում հեղուկ շերտի վերին մասը կլինի ավելի սառը և, հետևաբար, ավելի խիտ, քան ստորինը։ Այս իրավիճակը գրավիտացիոն առումով անկայուն է, ինչը թույլ չի տալիս հեղուկ հեղուկի սառչումը, և որքան շատ է այն տաքանում, այնքան ավելի արագ են առաջանում կոնվեկցիոն հոսանքները: Հեղուկի շարժումը պայմանավորված է շարժիչ ուժերով:

Հետևաբար, հաշվի առեք ուղղանկյուն հեղուկ տարրը, ինչպես ցույց է տրված նկարում: Հեղուկ տարրի վրա ազդող ուժերն են՝ ճնշման գրադիենտի ուժերը, ձգողականության ուժը և մղման ուժը: Վերջինիս համար պետք է հաշվի առնել հեղուկի խտությունը։ Ստացված ուժի ուղղահայաց բաղադրիչը կլինի այն ժամանակ.

Թեև ռադիոակտիվ իզոտոպները փոքր քանակությամբ կան երկրակեղևում և ավելի քիչ տարածված են թիկնոցում, դրա բնական քայքայումը զգալի ջերմություն է արտադրում, ինչպես երևում է ձախ կողմի աղյուսակից: Այս գործընթացի ամենակարևոր տարրերն են ուրանը, թորիումը և կալիումը; երևում է, որ ուրանի և թորիումի ներդրումն ավելի բարձր է, քան կալիումինը։

Հետևյալ աղյուսակը ներկայացնում է ռադիոակտիվ տարրերի կոնցենտրացիան և որոշ ապարների ջերմային առաջացումը: Գրանիտը այն քարն է, որն ավելի շատ ջերմություն է արձակում ռադիոակտիվ նյութերի քայքայման պատճառով, քանի որ այն ունի այս տարրերի ամենաբարձր կոնցենտրացիան: Ներկա պահին երկրակեղևի կողմից առաջացած ջերմության չափումը կարող է օգտագործվել անցյալում առաջացած ջերմությունը հաշվարկելու համար: Մյուս կողմից, ռադիոակտիվ տարրերի կոնցենտրացիան կարող է օգտագործվել ժայռերի ժամադրության ժամանակ:

Ռադիոակտիվ իզոտոպի քայքայման արագությունը տրվում է բանաձևով. Թեև երկրակեղևում ջերմության առաջացման արագությունը մոտավորապես երկու կարգով ավելի մեծ է, քան թիկնոցինը, պետք է հաշվի առնել թիկնոցի արտադրության արագությունը, քանի որ թիկնոցի ծավալը շատ ավելի մեծ է, քան կեղևի ծավալը։ Այս ռեակցիան իրականացվել է լաբորատորիայում միջուկ-թաղանթ միջերեսում գտնվող ջերմաստիճանների և ճնշման տակ:

Նկարը ցույց է տալիս ջերմության հոսքի բաշխումը Երկրի երկայնքով: Մոլորակի մակերեսով կորցրած ջերմությունը հավասարաչափ բաշխված է։ Հետևյալ աղյուսակը ցույց է տալիս հիմնական ներդրումը. ջերմության 73%-ը կորչում է օվկիանոսների միջոցով, որոնք կազմում են Երկրի մակերեսի 60%-ը: Ջերմության մեծ մասը կորչում է օվկիանոսային լիթոսֆերայի ստեղծման և սառեցման ժամանակ, երբ նոր նյութհեռանում է միջին գագաթներից։ Թիթեղների տեկտոնիկան հիմնովին կապված է Երկրի սառեցման հետ: Մյուս կողմից, թվում է, թե Միջին արագությունըօվկիանոսի հատակի ստեղծումը որոշվում է ջերմության առաջացման արագության և դրա կորստի ընդհանուր արագության միջև հավասարակշռությամբ. բարձր ջերմաստիճանիմոլորակի ամբողջ մակերեսի վրա:

Թիթեղների տեկտոնիկայի մոդելներում թիկնոցային նյութերի վերելքը տեղի է ունենում օվկիանոսի լեռնաշղթաներում։ Այս նյութերը, երբ սառչում են, հանգեցնում են նոր օվկիանոսային ընդերքի ձևավորմանը։ Բարձրացող գոտուց հեռանալիս նոր ընդերքը սառչում է մինչև մեծ խորություններ, ձևավորելով ավելի հաստ և հաստ կոշտ ափսե:

Հետևյալ նկարը ցույց է տալիս ջերմային հոսքի դիտարկված արժեքները՝ որպես օվկիանոսային լիթոսֆերայի տարիքից կախված, ինչպես նաև տեսական մոդելից հաշվարկված արժեքները։ Հաշվի առնելով նախորդ պարբերությունը՝ այս սյուժեն կարող է մեկնաբանվել որպես հոսքի արժեքներ՝ որպես լեռնաշղթայի հեռավորության ֆունկցիա: Ինչպես երևում է, օվկիանոսային լեռնաշղթաների մոտ ջերմային հոսքն ունի բարձր արժեքներ՝ մանթիայի նյութերի բարձրացող գոտուց հեռավորության հետ նվազումով։ Դիտարկված արժեքները հաշվարկված արժեքների հետ համեմատելով՝ ստուգվում է, որ մոդելներից ստացված հոսքերն ավելի բարձր են, քան լեռնաշղթայի մոտ դիտվածները: