ฟลักซ์ความร้อนที่ส่งผ่านโดยสูตรการแผ่รังสี นี่คือการไหลของความร้อน B6 การถ่ายเทความร้อนเชิงซ้อนและการถ่ายเทความร้อน

เพื่อแสดงผลกระทบโดยรวมของการพาความร้อน เราใช้กฎการระบายความร้อนของนิวตัน: = ℎ 6 3 - 47 ในที่นี้ อัตราการถ่ายเทความร้อนสัมพันธ์กับความแตกต่างของอุณหภูมิรวมระหว่างผนังกับของเหลว และพื้นที่ผิว การแผ่รังสี ต่างจากกลไกการนำและการพาความร้อน เมื่อพลังงานถูกถ่ายเทผ่านตัวกลางของวัสดุ ความร้อนยังสามารถถ่ายโอนไปยังบริเวณที่มีสุญญากาศที่สมบูรณ์แบบ ในกรณีนี้กลไกคือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า การแผ่รังสีสามารถแสดงคุณสมบัติเป็นคลื่นหรือรูปร่างได้

การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าอันเป็นผลมาจากความแตกต่างของอุณหภูมิ สิ่งนี้เรียกว่าการแผ่รังสีความร้อน ข้อพิจารณาทางอุณหพลศาสตร์แสดงให้เห็นว่าหม้อน้ำในอุดมคติหรือ ตัวดำจะแผ่พลังงานออกมาในอัตราสัดส่วนกับกำลังที่สี่ของอุณหภูมิสัมบูรณ์ของร่างกาย สมการที่ 5 เรียกว่ากฎการแผ่รังสีความร้อนของ Stefan-Boltzmann และใช้ได้กับวัตถุสีดำเท่านั้น ผนังเรียบของการนำไฟฟ้าที่มั่นคง ขั้นแรก ให้พิจารณาผนังเรียบที่สามารถประยุกต์ใช้กฎฟูริเยร์โดยตรงได้

รูปที่ 3 แสดงปัญหาทั่วไปและวงจรแอนะล็อก ข้าว. 3 ความร้อนหนึ่งมิติไหลผ่านการตัดรูปทรงกระบอกหลายอันและคู่ทางไฟฟ้าของพวกมัน ระบบทรงกลมยังถือได้ว่าเป็นมิติเดียวเมื่ออุณหภูมิเป็นเพียงฟังก์ชันของรัศมี การแยกตัวที่สำคัญ ท่อไอน้ำเพื่อแสดงรัศมีวิกฤตของฉนวน สมมติว่าคุณมีท่อไอน้ำที่คุณต้องการเป็นฉนวนเพื่อป้องกันการสูญเสียพลังงานและปกป้องผู้คนจากการถูกไฟไหม้ หากไอน้ำไม่ร้อนเกินไป ไอน้ำบางส่วนจะควบแน่นในท่อ

อุณหภูมิพื้นผิวของฉนวนท่อจะเท่ากับอุณหภูมิอิ่มตัวของไอน้ำโดยประมาณ เนื่องจากความต้านทานความร้อนที่ผนังท่อมีแนวโน้มที่จะน้อยและหายไป ดังนั้นอุณหภูมิที่ตกคร่อมผนังท่อจะมีขนาดเล็กมาก รูปต่อไปนี้แสดงแอนะล็อกไฟฟ้าที่สร้างขึ้นสำหรับงานที่เรียบง่ายนี้ รัศมีด้านในและด้านนอกของฉนวน ในการกำหนดรัศมีวิกฤตของฉนวน เราจะดำเนินการดังนี้ การนำความร้อนในแนวรัศมีผ่านทรงกลมกลวง รูปที่ 1 การนำความร้อนผ่านทรงกลมกลวง สร้างสมดุลพลังงานในองค์ประกอบปริมาตรเชิงอนุพันธ์เพื่อกำหนดสมการเชิงอนุพันธ์ที่สอดคล้องกัน

สมการข้างต้นเป็นสมการเชิงอนุพันธ์ที่เหมาะสมสำหรับการกระจายอุณหภูมิในทรงกลมกลวง เงื่อนไขขอบเขตสองประการที่เกี่ยวข้องกับปัญหานี้มีดังนี้ เนื่องจากฉนวนที่หนาขึ้น อัตราการถ่ายเทความร้อนก็จะยิ่งต่ำลง เนื่องจากพื้นที่ผนังจะคงที่ และเมื่อหุ้มฉนวน จะเพิ่มความต้านทานความร้อนโดยไม่เพิ่มความต้านทานการพาความร้อน แต่สิ่งที่แตกต่างออกไปจะเกิดขึ้นกับกระบอกสูบและทรงกลมเมื่อคุณแยกมันออก กระบวนการแลกเปลี่ยนพลังงานในรูปของความร้อนระหว่างวัตถุต่างๆ หรือระหว่าง ส่วนต่างๆตัวเดียวกันที่อุณหภูมิต่างกัน

การถ่ายเทความร้อนมักเกิดขึ้นมากกว่าเสมอ ร่างกายอบอุ่นเย็นลงอันเป็นผลมาจากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ การถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นจนกว่าร่างกายและสิ่งแวดล้อมจะเข้าสู่สภาวะสมดุลทางความร้อน ความร้อนถูกถ่ายเทโดยการพาความร้อน การแผ่รังสี หรือการนำความร้อน แม้ว่ากระบวนการทั้งสามนี้อาจเกิดขึ้นพร้อม ๆ กัน แต่ก็อาจเกิดขึ้นได้ว่ากลไกหนึ่งมีชัยเหนืออีกสองกระบวนการ

การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นการรวมกันของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ที่แกว่งและตั้งฉากซึ่งกันและกัน แพร่กระจายผ่านอวกาศ นำพลังงานจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง ต่างจากการนำและการพาความร้อนหรือคลื่นประเภทอื่นๆ เช่น เสียง ซึ่งต้องการสื่อวัสดุในการแพร่กระจาย การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ได้ขึ้นอยู่กับสสารที่จะแพร่กระจาย อันที่จริง การถ่ายเทพลังงานโดยการแผ่รังสีจะมีประสิทธิภาพมากกว่าในสุญญากาศ อย่างไรก็ตาม ความเร็ว ความเข้ม และทิศทางของการไหลของพลังงานนั้นได้รับผลกระทบจากการมีอยู่ของสสาร

ดังนั้นคลื่นเหล่านี้สามารถผ่านอวกาศระหว่างดาวเคราะห์และระหว่างดวงดาวและไปถึงโลกได้ ภูเขาไฟ แผ่นดินไหว ปรากฏการณ์ของการเปลี่ยนแปลงและ orogeny เป็นปรากฏการณ์บางอย่างที่ควบคุมโดยการขนส่งและการปล่อยความร้อน อันที่จริง สมดุลความร้อนของโลกควบคุมกิจกรรมในธรณีภาค ในแอสทีโนสเฟียร์ และภายในดาวเคราะห์ด้วย

ความร้อนที่มาถึงพื้นผิวโลกมีสองแหล่ง: ภายในของโลกและดวงอาทิตย์ พลังงานบางส่วนกลับคืนสู่อวกาศ หากสันนิษฐานว่าดวงอาทิตย์และชีวมณฑลรักษาอุณหภูมิเฉลี่ยบนพื้นผิวของดาวเคราะห์ด้วยการผันผวนเล็กน้อย ความร้อนที่เล็ดลอดออกมาจากด้านในของดาวเคราะห์จะกำหนดวิวัฒนาการทางธรณีวิทยาของดาวเคราะห์ กล่าวคือ มันควบคุมการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลก แมกมาทิซึม การสร้างเทือกเขา วิวัฒนาการของส่วนในของโลก รวมถึงสนามแม่เหล็ก

มัน คุณสมบัติทางกายภาพวัสดุและเป็นตัววัดความสามารถของวัสดุในการ "นำ" ความร้อน หากเราพิจารณากรณีหนึ่งมิติ กฎฟูริเยร์ก็จะถูกเขียนขึ้น หากฟลักซ์ความร้อนและอุณหภูมิของตัวกลางไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา จะถือว่ากระบวนการหยุดนิ่ง หากไม่มีความร้อนในปริมาณของวัสดุเราก็จะมี โดยที่ ρ คือความหนาแน่นของวัสดุ นิพจน์นี้ช่วยให้คุณคำนวณอุณหภูมิที่จุดต่างๆ ภายในภูมิภาคได้ โดยขึ้นอยู่กับการกำหนดเงื่อนไขขอบเขต

เราสามารถใช้สมการนี้เพื่อพยายามเรียนรู้บางอย่างเกี่ยวกับการกระจายอุณหภูมิภายในดาวเคราะห์ โดยใช้การไหลและอุณหภูมิที่พื้นผิวที่รู้จักเป็นเงื่อนไขขอบเขต การรวมสมการนี้อีกครั้งจะช่วยให้ นิพจน์สุดท้ายนี้สามารถใช้เพื่อกำหนดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิด้วยความลึก ดังนั้น ขอพิจารณากรณีของโลก โดยถือว่าความร้อนถูกส่งผ่านโดยการนำเป็นหลัก เส้นโค้งอุณหภูมิ-ความลึกเรียกว่า "ความร้อนใต้พิภพ" การวิเคราะห์จากรูปแสดงให้เห็นว่าที่ความลึกมากกว่า 100 กม. เสื้อคลุมจะต้องมีการหลอมเหลวอย่างมีนัยสำคัญ ในขณะที่สำหรับความลึกมากกว่า 150 กม. เสื้อคลุมทั้งหมดจะต้องละลาย

"การคาดการณ์" เหล่านี้ไม่เห็นด้วยกับข้อมูลที่ได้จากการศึกษาการแพร่กระจายคลื่นไหวสะเทือน ดังนั้นเราต้องสรุปว่าแบบจำลองการนำความร้อนไม่ได้ทำนายโปรไฟล์อุณหภูมิในเสื้อคลุมได้อย่างถูกต้อง แม้ว่ารูปแบบการขับขี่จะไม่ได้คาดการณ์อุณหภูมิในเสื้อคลุมด้านบน แต่ก็แสดงถึงความสำเร็จที่สำคัญเมื่อนำไปใช้กับส่วนนอกของโลก กล่าวคือ เปลือกโลกซึ่งความร้อนภายในส่วนใหญ่มาจากการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีและถูกส่งไปยังพื้นผิวโดยการขับรถ

เราจะกลับมาที่ปัญหานี้เมื่อศึกษาการไหลของความร้อนในทวีปต่างๆ พิจารณาชั้นของของเหลวที่ให้ความร้อนที่ด้านล่างและทำให้เย็นลงที่ด้านบน เมื่อของเหลวถูกทำให้ร้อน ความหนาแน่นของของเหลวจะลดลงเนื่องจากการขยายตัว ในกรณีที่อยู่ระหว่างการพิจารณาส่วนบนของชั้นของเหลวจะเย็นกว่าและหนาแน่นกว่าส่วนล่าง สถานการณ์นี้ไม่เสถียรด้วยแรงโน้มถ่วง ทำให้ของเหลวของเหลวเย็นลง และยิ่งร้อนขึ้น กระแสการพาความร้อนก็จะยิ่งเร็วขึ้น การเคลื่อนที่ของของไหลขับเคลื่อนด้วยแรงขับเคลื่อน

ดังนั้นให้พิจารณาองค์ประกอบของเหลวรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าดังแสดงในรูป แรงที่กระทำต่อธาตุของไหล ได้แก่ แรงที่เกิดจากการไล่ระดับแรงดัน แรงโน้มถ่วง และแรงผลัก ในระยะหลังต้องคำนึงถึงความหนาแน่นของของเหลวด้วย ส่วนประกอบแนวตั้งของแรงที่ได้จะเป็นอย่างนั้น

แม้ว่าไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีจะมีอยู่เล็กน้อยในเปลือกโลกและพบได้น้อยกว่าในเสื้อคลุม แต่การสลายตัวตามธรรมชาติของไอโซโทปจะทำให้เกิดความร้อนในปริมาณมาก ดังที่เห็นได้จากตารางทางด้านซ้าย องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของกระบวนการนี้คือ ยูเรเนียม ทอเรียม และโพแทสเซียม จะเห็นได้ว่าการมีส่วนร่วมของยูเรเนียมและทอเรียมนั้นสูงกว่าโพแทสเซียม

ตารางต่อไปนี้แสดงความเข้มข้นของธาตุกัมมันตรังสีและการเกิดความร้อนของหินบางชนิด หินแกรนิตเป็นหินที่ปล่อยความร้อนมากขึ้นเนื่องจากการสลายตัวของวัสดุกัมมันตภาพรังสีเนื่องจากมีความเข้มข้นสูงสุดของธาตุเหล่านี้ การวัดความร้อนที่เกิดจากเปลือกโลกในปัจจุบันสามารถนำมาใช้ในการคำนวณความร้อนที่เกิดขึ้นในอดีตได้ ในทางกลับกัน ความเข้มข้นของธาตุกัมมันตรังสีสามารถนำมาใช้ในการหาคู่ของหินได้

อัตราการสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีถูกกำหนดโดยสูตร แม้ว่าอัตราการสร้างความร้อนในเปลือกโลกจะมีขนาดใหญ่กว่าชั้นเปลือกโลกประมาณสองคำสั่ง แต่ก็ต้องคำนึงถึงอัตราการผลิตเสื้อคลุมด้วย เนื่องจากปริมาตรของเสื้อคลุมมีมากกว่าปริมาตรของเปลือกโลกมาก ปฏิกิริยานี้ดำเนินการในห้องปฏิบัติการที่อุณหภูมิและแรงกดดันตามลำดับของปฏิกิริยาที่ส่วนต่อประสานระหว่างแกนกลางกับเสื้อคลุม

รูปแสดงการกระจายของความร้อนไหลไปตามพื้นโลก ความร้อนที่สูญเสียไปบนพื้นผิวของดาวเคราะห์มีการกระจายอย่างเท่าเทียมกัน ตารางต่อไปนี้แสดงการมีส่วนร่วมหลัก: 73% ของความร้อนหายไปในมหาสมุทรซึ่งประกอบขึ้นเป็น 60% ของพื้นผิวโลก ความร้อนส่วนใหญ่จะหายไปในระหว่างการสร้างและเย็นตัวของเปลือกโลกในมหาสมุทรเมื่อ วัสดุใหม่ออกจากสันเขาตรงกลาง การแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลกนั้นสัมพันธ์กับการเย็นตัวของโลกโดยพื้นฐาน ในทางกลับกัน ปรากฏว่า ความเร็วเฉลี่ยการสร้างพื้นมหาสมุทรถูกกำหนดโดยความสมดุลระหว่างอัตราการสร้างความร้อนและอัตราการสูญเสียโดยรวม อุณหภูมิสูงทั่วพื้นผิวโลก

ในแบบจำลองการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลก การขึ้นของวัสดุปกคลุมเกิดขึ้นที่สันเขาในมหาสมุทร วัสดุเหล่านี้เมื่อถูกทำให้เย็นลงจะนำไปสู่การก่อตัวของเปลือกโลกในมหาสมุทรใหม่ เมื่อเคลื่อนตัวออกจากโซนขึ้น เปลือกโลกใหม่จะเย็นลงถึง ลึกมาก, ขึ้นรูปเป็นแผ่นแข็งที่หนาขึ้นและหนาขึ้น

รูปต่อไปนี้แสดงค่าที่สังเกตได้ของฟลักซ์ความร้อนตามหน้าที่ของอายุของเปลือกโลกในมหาสมุทรตลอดจนค่าที่คำนวณจากแบบจำลองทางทฤษฎี เมื่อพิจารณาจากสิ่งที่กล่าวในย่อหน้าก่อน พล็อตนี้สามารถตีความได้ว่าเป็นการแสดงค่าฟลักซ์เป็นฟังก์ชันของระยะห่างจากสันเขา ดังที่เห็นได้ชัดเจน การไหลของความร้อนใกล้กับสันเขาในมหาสมุทรมีค่าสูง โดยลดลงตามระยะห่างจากโซนขึ้นของวัสดุปกคลุม เมื่อเปรียบเทียบค่าที่สังเกตได้กับค่าที่คำนวณได้ จะตรวจสอบได้ว่าฟลักซ์ที่ได้จากแบบจำลองนั้นสูงกว่าค่าที่สังเกตได้บริเวณสันเขา