복사 공식에 의해 전달되는 열유속. 이것은 열의 흐름입니다. B6 복합 열전달 및 열전달

대류의 전반적인 효과를 표현하기 위해 우리는 뉴턴의 냉각 법칙을 사용합니다: = ℎ 6 3 - 47. 여기서 열 전달 속도는 벽과 액체 사이의 총 온도차 및 표면적과 관련이 있습니다. 복사 전도 및 대류의 메커니즘과 달리 에너지가 물질 매체를 통해 전달될 때 열은 완전한 진공이 있는 영역으로 전달될 수도 있습니다. 이 경우 메커니즘은 전자기 복사입니다. 방사선은 물결 모양 또는 입자 속성을 나타낼 수 있습니다.

온도 차이의 결과로 전파되는 전자기 복사; 이것을 열복사라고 합니다. 열역학적 고려 사항은 이상적인 라디에이터 또는 흑체신체의 절대 온도의 4승에 비례하는 비율로 에너지를 방출합니다. 수학식 5를 스테판-볼츠만 열복사 법칙이라고 하며 흑체에만 적용됩니다. 안정적인 평면 전도 벽. 먼저 푸리에의 법칙을 직접 적용할 수 있는 평평한 벽을 살펴보겠습니다.

그림 3은 일반적인 문제와 그 아날로그 회로를 보여줍니다. 쌀. 3 여러 개의 원통형 절단부와 전기적인 대응물을 통한 1차원 열 흐름. 온도가 반지름의 함수일 때 구형 시스템도 1차원으로 간주될 수 있습니다. 중요한 격리. 단열재의 임계 반경을 설명하는 증기관. 에너지 손실을 방지하고 사람들을 화상으로부터 보호하기 위해 단열하려는 증기 파이프가 있다고 가정해 보겠습니다. 증기가 과열되지 않으면 일부 증기가 파이프에 응축됩니다.

파이프 단열재의 표면 온도는 파이프 벽의 열 저항이 작아 사라지는 경향이 있기 때문에 증기의 포화 온도와 거의 같습니다. 따라서 파이프 벽을 가로지르는 온도 강하는 매우 작습니다. 다음 그림은 이 단순화된 작업을 위해 구축된 전기 아날로그를 보여줍니다. 단열재의 내부 및 외부 반경. 절연의 임계 반경을 결정하기 위해 다음과 같이 행동합니다. 속이 빈 구를 통한 방사형 열 전도 그림 1 속이 빈 구를 통한 열 전도 해당 미분 방정식을 결정하기 위해 미분 체적 요소에서 에너지 균형을 생성합니다.

위의 식은 속이 빈 구의 온도 분포에 적합한 미분 방정식입니다. 이 문제와 관련된 두 가지 경계 조건은 다음과 같습니다. 단열재가 두꺼울수록 벽 면적이 일정하므로 열전달률이 낮아지고 단열되면 대류 저항을 증가시키지 않고 열 저항을 증가시킵니다. 그러나 실린더와 구체를 분리하면 다른 일이 발생합니다. 서로 다른 물체 또는 물체 사이에서 열의 형태로 에너지를 교환하는 과정 다양한 부품다른 온도에서 같은 몸.

열전달은 항상 더 많은 곳에서 발생합니다. 따뜻한 몸열역학 제2법칙의 결과로 더 차가워집니다. 열전달은 물체와 그 주변이 열평형에 도달할 때까지 발생합니다. 열은 대류, 복사 또는 전도에 의해 전달됩니다. 이 세 가지 프로세스가 동시에 발생할 수 있지만 한 메커니즘이 다른 두 메커니즘보다 우선할 수 있습니다.

전자기 복사는 전기장과 자기장의 조합으로 서로 수직으로 진동하고 공간을 통해 전파되며 에너지를 한 곳에서 다른 곳으로 전달합니다. 전도 및 대류 또는 전파하는 데 물질적 매체가 필요한 소리와 같은 다른 유형의 파동과 달리 전자기 복사는 전파하는 물질에 의존하지 않습니다. 그러나 에너지 흐름의 속도, 강도 및 방향은 물질의 존재에 의해 영향을 받습니다.

따라서 이러한 파도는 행성간 및 성간 공간을 통과하여 지구에 도달할 수 있습니다. 화산 활동, 지진 활동, 변성 현상 및 조산 현상은 열의 전달 및 방출에 의해 제어되는 현상 중 일부입니다. 사실, 지구의 열 균형은 암석권, 연약권, 그리고 행성 내부의 활동을 제어합니다.

지구 표면에 도달하는 열은 두 가지 근원, 즉 행성 내부와 태양이 있습니다. 이 에너지의 일부는 우주로 반환됩니다. 태양과 생물권이 작은 변동으로 행성 표면의 평균 온도를 유지한다고 가정하면 행성 내부에서 방출되는 열은 행성의 지질 학적 진화, 즉 판 구조를 제어합니다. 마그마티즘, 산맥의 생성, 자기장을 포함한 행성 내부의 진화.

그것 물성재료이며 열을 "전도"하는 재료의 능력을 측정합니다. 1차원 경우를 고려하면 푸리에 법칙이 작성됩니다. 매질의 열유속과 온도가 시간에 따라 변하지 않으면 공정은 정지된 것으로 간주됩니다. 재료의 부피에 열이 없으면 열이 있습니다. 여기서 ρ는 재료의 밀도입니다. 이 표현식을 사용하면 경계 조건의 부과에 따라 영역 내의 지점에서 온도를 계산할 수 있습니다.

경계 조건으로 알려진 표면의 흐름과 온도를 사용하여 행성 내부의 온도 분포에 대해 배우기 위해 이 방정식을 적용할 수 있습니다. 이 방정식을 다시 적분하면 제공됩니다. 이 마지막 표현은 깊이에 따른 온도 변화를 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 따라서 열이 주로 전도에 의해 전달된다고 가정하고 지구의 경우를 고려하십시오. 온도-깊이 곡선을 "지열"이라고 합니다. 그림의 분석에 따르면 100km보다 깊은 깊이에서는 맨틀이 상당한 용융을 해야 하는 반면 150km보다 깊은 깊이에서는 맨틀 전체가 녹아야 합니다.

이러한 "예측"은 지진파 전파 연구에서 얻은 정보와 일치하지 않으므로 열전도도 모델이 맨틀의 온도 프로파일을 정확하게 예측하지 못한다는 결론을 내려야 합니다. 구동 모델이 상부 맨틀의 온도를 예측하는 것은 아니지만 행성의 바깥 부분, 즉 행성의 바깥 부분에 적용하면 상당한 성공을 나타냅니다. 내부 열이 주로 방사성 붕괴에서 발생하고 구동에 의해 표면으로 전달되는 지각.

대륙의 열 흐름을 연구할 때 이 문제로 돌아갑니다. 바닥에서 가열되고 상단에서 냉각되는 액체 층을 고려하십시오. 액체가 가열되면 팽창으로 인해 밀도가 감소합니다. 고려 중인 경우 액체 층의 상부는 더 차가우므로 하부보다 밀도가 높습니다. 이 상황은 중력적으로 불안정하여 액체 액체가 냉각되는 것을 방지하고 더 많이 가열될수록 더 빠른 대류가 발생합니다. 유체의 움직임은 구동력에 의해 구동됩니다.

따라서 그림과 같이 직사각형 유체 요소를 고려하십시오. 유체 요소에 작용하는 힘은 압력 구배로 인한 힘, 중력 및 추력입니다. 후자의 경우 액체의 밀도를 고려해야 합니다. 결과적인 힘의 수직 구성 요소는 다음과 같습니다.

방사성 동위원소는 지각에 소량 존재하고 맨틀에서도 흔하지 않지만, 왼쪽 표에서 볼 수 있듯이 자연 붕괴로 인해 상당한 양의 열이 발생합니다. 이 과정의 가장 중요한 요소는 우라늄, 토륨 및 칼륨입니다. 우라늄과 토륨의 기여도가 칼륨의 기여도보다 높다는 것을 알 수 있다.

다음 표는 방사성 원소의 농도와 일부 암석의 열 발생을 나타냅니다. 화강암은 이러한 원소의 농도가 가장 높기 때문에 방사성 물질의 붕괴로 인해 더 많은 열을 방출하는 돌입니다. 현재 지각에서 발생하는 열량을 측정하면 과거에 발생하는 열량을 계산할 수 있습니다. 반면에 방사성 원소의 농도는 암석 연대 측정에 사용할 수 있습니다.

방사성 동위원소의 붕괴율은 공식으로 주어진다. 지각의 열 생성 속도는 맨틀의 열 생성 속도보다 약 100배 높지만 맨틀의 부피가 지각의 부피보다 훨씬 크기 때문에 맨틀 생성 속도를 고려해야 합니다. 이 반응은 코어-맨틀 경계면의 온도와 압력에서 실험실에서 수행되었습니다.

그림은 지구를 따라 흐르는 열의 분포를 보여줍니다. 행성 표면을 통해 손실된 열은 고르게 분포됩니다. 다음 표는 주요 기여를 보여줍니다. 열의 73%는 지구 표면의 60%를 구성하는 바다를 통해 손실됩니다. 대부분의 열은 해양 암석권이 생성되고 냉각되는 동안 손실됩니다. 신소재중간 능선에서 출발합니다. 판 구조론은 근본적으로 지구의 냉각과 관련이 있습니다. 한편으로 보인다. 평균 속도해저의 생성은 열 발생 속도와 열 손실률 사이의 균형에 의해 결정됩니다. 높은 온도행성의 전체 표면에 걸쳐.

판 구조론 모델에서 맨틀 물질의 상승은 해령에서 발생합니다. 이러한 물질은 냉각될 때 새로운 해양 지각을 형성합니다. 상승 영역에서 멀어질 때 새로운 지각은 다음으로 냉각됩니다. 큰 깊이, 더 두껍고 두꺼운 단단한 판을 형성합니다.

다음 그림은 해양 암석권의 나이에 따른 열유속의 관측값과 이론적 모델에서 계산된 값을 보여줍니다. 이전 단락에서 말한 것을 고려할 때 이 플롯은 융기선까지의 거리 함수로 자속 값을 나타내는 것으로 해석될 수 있습니다. 보시다시피, 해양 능선 근처의 열유속은 높은 값을 가지며 맨틀 물질의 상승 영역에서 멀어질수록 감소합니다. 관측값과 계산값을 비교하여 능선 부근에서 관측된 것보다 모델에서 파생된 플럭스가 높은 것을 확인하였다.