Тепловий потік передається випромінюванням формула. Тепловий потік це. В6Складний теплообмін та теплопередача

Щоб виразити загальний ефект конвекції, ми використовуємо закон охолодження Ньютона: = ℎ 6 3 - 47. Тут швидкість теплопередачі пов'язана із загальною різницею температур між стінкою та рідиною, а площа поверхня. Випромінювання На відміну від механізмів провідності та конвекції, коли передача енергії здійснюється через матеріальне середовище, тепло може також переноситися в райони, де є ідеальний вакуум. У цьому випадку механізм є електромагнітним випромінюванням. Радіація може виявляти хвилясті чи корпускулярні властивості.

Електромагнітне випромінювання, що поширюється внаслідок різниці температур; Це називається тепловим випромінюванням. Термодинамічні міркування показують, що ідеальний випромінювач або чорне тіловипромінюватиме енергію зі швидкістю, пропорційною четвертому ступеню абсолютної температури тіла. До рівняння 5 називається закон теплового випромінювання Штефана-Больцмана, і вони застосовуються тільки до чорних тіл. Стійка плоска стінка провідності. Давайте спочатку розглянемо плоску стіну, де може бути виконане пряме застосування закону Фур'є.

На малюнку 3 показана типова проблема та її аналогова схема. Рис. 3 Одновимірний потік тепла через кілька циліндричних розрізів та їх електричний аналог. Сферичні системи також можуть розглядатися як одновимірні, коли температура є лише функцією радіусу. Критична ізоляція. Парова трубка для ілюстрації критичного радіусу ізоляції. Припустимо, у вас є парова труба, яку ви хочете ізолювати, щоб запобігти втраті енергії та захистити людей від опіків. Якщо пара не перегрілася, у трубі конденсується деяка пара.

Температура поверхні труби-ізоляції приблизно дорівнює температурі насичення пари, оскільки тепловий опір на стінці труби має тенденцію бути невеликим і зникає. Отже, зниження температури на стіні труби буде дуже невеликим. На наступному малюнку показаний електричний аналог, побудований для цього спрощеного завдання. Внутрішній та зовнішній радіуси ізоляції. Для визначення критичного радіусу ізоляції будемо діяти в такий спосіб. Малюнок 1 Проведення тепла через порожню кулю Створення енергетичного балансу в диференціальному елементі об'єму для визначення відповідного диференціального рівняння.

Наведене вище рівняння є відповідним диференціальним рівнянням для розподілу температури у сфері порожнистої. Дві граничні умови, пов'язані з цією проблемою, полягають у наступному: оскільки чим товщі ізолятор, тим нижча швидкість теплопередачі, оскільки площа стінки постійна, а при її ізоляції вона збільшує тепловий опір без збільшення опір конвекції. Але з циліндрами та сферами відбувається щось інше, коли ви його ізолюєте. Процес обміну енергією у вигляді тепла між різними тілами чи між різними частинамитого ж тіла, що знаходяться за різної температури.

Теплопередача завжди походить від більш теплого тіладо холоднішого, в результаті Другого закону термодинаміки. Передача тепла відбувається до тих пір, поки тіла та їх околиці не досягнуть теплової рівноваги. Тепло передається конвекцією, випромінюванням чи провідністю. Хоча ці три процеси можуть відбуватися одночасно, може статися, що один механізм переважає дві інші.

Електромагнітне випромінювання є комбінацією електричних і магнітних полів, осцилирующих і перпендикулярних один одному, що поширюються через простір, що несе енергію з одного місця в інше. На відміну від провідності та конвекції, або інших типів хвиль, таких як звук, яким необхідне матеріальне середовище для розповсюдження, електромагнітне випромінювання не залежить від матерії для її поширення, насправді передача енергії випромінюванням є більш ефективними у вакуумі. Однак на швидкість, інтенсивність та напрямок потоку енергії впливає присутність речовини.

Таким чином, ці хвилі можуть проходити міжпланетний і міжзоряний простір і досягати Землі від. Вулканізм, сейсмічна активність, явища метаморфізму та орогенезу – це деякі з явищ, які контролюються перенесенням та виділенням тепла. Фактично, тепловий баланс Землі контролює активність у літосфері, астеносфері, а також у внутрішній частині планети.

Тепло, що досягає поверхні Землі, має два джерела: внутрішній простір планети та сонце. Частина цієї енергії повертається до космосу. Якщо прийнято, що сонце та біосфера підтримують середню температуру на поверхні планети з невеликими коливаннями, то теплота, що виходить зсередини планети, зумовлює геологічну еволюцію планети, тобто вона контролює тектоніку плит, магматизму, генерації гірських ланцюгів, еволюції внутрішньої частини планети її магнітного поля.

Це фізична властивістьматеріалу та є мірою здатності матеріалу «проводити» тепло. Якщо розглядати одновимірний випадок, то закон Фур'є записується. Якщо тепловий потік та температура середовища не змінюються з часом, процес вважається стаціонарним. Якщо в обсязі матеріалу немає тепла, ми матимемо. Де ρ – щільність матеріалу. Цей вираз дозволяє обчислювати температуру в точках у межах області за умови накладання граничних умов.

Ми можемо застосувати це рівняння, щоб спробувати дізнатися щось про розподіл температури всередині планети, використовуючи як граничні умови потік і температуру відомі поверхні. Інтегрування цього рівняння знов дає. Цей останній вираз може бути використаний для визначення зміни температури з глибиною. Розглянемо, отже, випадок Землі, вважаючи, що тепло переноситься головним чином провідністю. Крива температури-глибини називається "геотермальною". Аналіз малюнка показує, що у глибинах понад 100 км мантія повинна мати значне плавлення, а глибин понад 150 км повинна плавитися вся мантія.

Ці «передбачення» не узгоджуються з інформацією, отриманою в результаті вивчення поширення сейсмічних хвиль, тому ми маємо зробити висновок про те, що модель теплопровідності не передбачає правильного профілю температур у мантії. Попри те, водіння модель над прогнозуванні температури у верхній мантії, вона представляє значний успіх при застосуванні до зовнішньої частини планети, тобто. земної кори, де внутрішнє тепло головним чином результаті радіоактивного розпаду і транспортується на поверхню, шляхом водіння.

Ми повернемося до цієї проблеми щодо теплового потоку на континентах. Розглянемо шар рідини, нагрітої в нижній частині та охолоджений у верхній частині. Коли рідина нагрівається, її густина зменшується через розширення. У цьому випадку верхня частина рідкого шару буде холоднішою і, отже, щільніше нижньої. Ця ситуація є гравітаційно нестійкою, перешкоджаючи охолодженню рідкої рідини, і що більше нагрівається, то швидше виникають конвекційні струми. Рух рідини обумовлений рушійними силами.

Розглянемо таким чином прямокутний рідинний елемент, як показано на малюнку. Силами, які діють елемент рідини, є: сили через градієнта тиску, сили тяжкості і сили тяги. Для останнього необхідно враховувати густину рідини. Вертикальна складова набутої сили буде тоді.

Хоча радіоактивні ізотопи існують у невеликих кількостях у земній корі і також менш поширені у мантії, його природний розпад виробляє значну кількість тепла, як можна бачити з таблиці зліва. Найбільш важливими елементами цього процесу є уран, торій та калій; видно, що внесок урану і торію вищий, ніж у калію.

У наступній таблиці представлена ​​концентрація радіоактивних елементів та теплове утворення деяких порід. Граніт - це камінь, який виділяє більше тепла через розпад радіоактивних матеріалів, оскільки він має найвищу концентрацію цих елементів. Вимір тепла, що генерується земною корою, в даний час може бути використано для розрахунку тепла, що виділяється в минулому. З іншого боку, концентрація радіоактивних елементів може бути використана у датуванні гірських порід.

Швидкість розпаду радіоактивного ізотопу дається формулою. Хоча швидкість вироблення тепла в земній корі приблизно на два порядки вища, ніж у мантії, необхідно враховувати швидкість виробництва мантії, оскільки обсяг мантії набагато вищий за обсяг кори. Ця реакція була проведена в лабораторії при температурах і тисках порядку тих, що знаходяться на межі серцевини-мантії.

На малюнку показано розподіл теплового потоку вздовж Землі. Тепло, втрачене через поверхню планети, рівномірно розподілено. У наступній таблиці наведено основні вклади: 73% тепла втрачається через океани, які становлять 60% Землі. Більшість тепла втрачається при створенні та охолодженні океанічної літосфери, коли новий матеріалвідходить від середніх гребенів. Тектоніка плит принципово пов'язана із охолодженням Землі. З іншого боку, видається, що Середня швидкістьстворення дна океану визначається балансом між темпами вироблення тепла та загальною швидкістю втрати тієї ж самої високої температурипо всій поверхні планети.

У моделях тектоніки плити сходження мантійних матеріалів відбувається на океанських хребтах. Ці матеріали після охолодження призводять до появи нової океанічної кори. При віддаленні від висхідної зони нова кора остигає до великих глибин, утворюючи більш товсту та товсту жорстку пластину.

На наступному малюнку показані значення теплового потоку, що спостерігаються, залежно від віку океанічної літосфери, а також значення, розраховані за теоретичною моделлю. Враховуючи сказане у попередньому абзаці, цей графік можна інтерпретувати як подання значень потоку як функції відстані до хребта. Як видно, тепловий потік поблизу океанічних хребтів має високі значення, зменшуючись при віддаленні від висхідної зони мантійних матеріалів. Порівнюючи значення, що спостерігаються з обчисленими значеннями, перевіряється, що потоки, отримані з моделей, вище, ніж ті, які спостерігаються поблизу хребта.