Radiatsiya formulasi bilan uzatiladigan issiqlik oqimi. Bu issiqlik oqimi. B6 Murakkab issiqlik uzatish va issiqlik uzatish

Konvektsiyaning umumiy ta'sirini ifodalash uchun biz Nyutonning sovutish qonunidan foydalanamiz: = ℎ 6 3 - 47. Bu erda issiqlik uzatish tezligi devor va suyuqlik o'rtasidagi umumiy harorat farqi va sirt maydoni bilan bog'liq. Radiatsiya O'tkazuvchanlik va konveksiya mexanizmlaridan farqli o'laroq, energiya moddiy muhit orqali o'tkazilganda, issiqlik mukammal vakuum bo'lgan joylarga ham o'tkazilishi mumkin. Bunday holda, mexanizm elektromagnit nurlanishdir. Radiatsiya to'lqinsimon yoki korpuskulyar xususiyatlarni namoyon qilishi mumkin.

Harorat farqi natijasida tarqaladigan elektromagnit nurlanish; Bunga termal nurlanish deyiladi. Termodinamik mulohazalar shuni ko'rsatadiki, ideal radiator yoki qora tana tananing mutlaq haroratining to'rtinchi darajasiga mutanosib tezlikda energiya chiqaradi. 5-tenglama termal nurlanishning Stefan-Boltzman qonuni deb ataladi va ular faqat qora jismlarga tegishli. O'tkazuvchanlikning barqaror tekis devori. Keling, birinchi navbatda Furye qonunining to'g'ridan-to'g'ri qo'llanilishi mumkin bo'lgan tekis devorni ko'rib chiqaylik.

3-rasmda odatiy muammo va uning analog sxemasi ko'rsatilgan. Guruch. 3 Bir o'lchovli issiqlik oqimi bir nechta silindrsimon kesmalar va ularning elektr hamkasbi. Sferik tizimlarni harorat faqat radius funktsiyasi bo'lganda ham bir o'lchovli deb hisoblash mumkin. tanqidiy izolyatsiya. Izolyatsiyaning kritik radiusini ko'rsatish uchun bug 'trubkasi. Aytaylik, sizda energiya yo'qotilishining oldini olish va odamlarni kuyishdan himoya qilish uchun izolyatsiya qilmoqchi bo'lgan bug 'trubkasi bor. Agar bug 'o'ta qizib ketmasa, bir oz bug' quvurda kondensatsiyalanadi.

Izolyatsiya trubasining sirt harorati bug'ning to'yinganlik haroratiga taxminan tengdir, chunki quvur devoridagi issiqlik qarshiligi kichik bo'lishga intiladi va yo'qoladi. Shuning uchun quvur devori bo'ylab haroratning pasayishi juda kichik bo'ladi. Quyidagi rasmda ushbu soddalashtirilgan vazifa uchun qurilgan elektr analogi ko'rsatilgan. Izolyatsiyaning ichki va tashqi radiuslari. Izolyatsiyaning kritik radiusini aniqlash uchun biz quyidagicha harakat qilamiz. Issiqlikning ichi bo'sh shar orqali radial o'tkazuvchanligi 1-rasm Bo'shliq shar orqali issiqlikni o'tkazish Differensial hajm elementida energiya balansini yaratish, mos keladigan differentsial tenglamani aniqlash.

Yuqoridagi tenglama ichi bo'sh sferada harorat taqsimoti uchun mos keladigan differentsial tenglamadir. Ushbu muammo bilan bog'liq ikkita chegara sharti quyidagicha: izolyator qanchalik qalin bo'lsa, issiqlik uzatish tezligi past bo'ladi, chunki devor maydoni doimiy bo'lib, izolyatsiya qilinganida konveksiya qarshiligini oshirmasdan issiqlik qarshiligini oshiradi. Ammo silindrlar va sharlarni izolyatsiya qilganda boshqacha narsa sodir bo'ladi. Har xil jismlar o'rtasida yoki o'rtasida issiqlik shaklida energiya almashinuvi jarayoni turli qismlar turli haroratlarda bir xil tana.

Issiqlik uzatish har doim ko'proqdan sodir bo'ladi issiq tana sovuqqa, termodinamikaning ikkinchi qonuni natijasida. Issiqlik almashinuvi jismlar va ularning atrofidagi issiqlik muvozanatiga kelguncha sodir bo'ladi. Issiqlik konvektsiya, radiatsiya yoki o'tkazuvchanlik yo'li bilan uzatiladi. Ushbu uchta jarayon bir vaqtning o'zida sodir bo'lishi mumkin bo'lsa-da, bir mexanizm boshqa ikkitasidan ustun bo'lishi mumkin.

Elektromagnit nurlanish - bu tebranuvchi va bir-biriga perpendikulyar bo'lgan, kosmosda tarqaladigan, energiyani bir joydan ikkinchi joyga o'tkazuvchi elektr va magnit maydonlarning birikmasidir. Tarqalishi uchun moddiy muhitga muhtoj bo'lgan o'tkazuvchanlik va konveksiyadan yoki boshqa turdagi to'lqinlardan, masalan, tovushdan farqli o'laroq, elektromagnit nurlanish tarqalishi moddaga bog'liq emas; aslida nurlanish orqali energiya uzatish vakuumda samaraliroq bo'ladi. Biroq, energiya oqimining tezligi, intensivligi va yo'nalishi materiyaning mavjudligidan ta'sirlanadi.

Shunday qilib, bu to'lqinlar sayyoralararo va yulduzlararo bo'shliqdan o'tib, Yerga etib borishi mumkin. Vulkanizm, seysmik faollik, metamorfizm va orogenez hodisalari issiqlikni tashish va chiqarish orqali boshqariladigan hodisalardandir. Aslida, Yerning issiqlik balansi litosferadagi, astenosferadagi, shuningdek, sayyoramizning ichki qismidagi faollikni boshqaradi.

Yer yuzasiga yetib boruvchi issiqlik ikki manbaga ega: sayyoraning ichki qismi va quyosh. Bu energiyaning bir qismi kosmosga qaytariladi. Agar quyosh va biosfera sayyora yuzasida o'rtacha haroratni kichik tebranishlar bilan saqlab turadi deb faraz qilinsa, u holda sayyoraning ichki qismidan chiqadigan issiqlik sayyoraning geologik evolyutsiyasini belgilaydi, ya'ni u plitalar tektonikasini boshqaradi. magmatizm, tog' tizmalarining generatsiyasi, sayyoramizning ichki qismi, shu jumladan magnit maydonining evolyutsiyasi.

bu jismoniy mulk material va materialning issiqlikni "o'tkazish" qobiliyatining o'lchovidir. Agar biz bir o'lchovli holatni ko'rib chiqsak, u holda Furye qonuni yoziladi. Agar muhitning issiqlik oqimi va harorati vaqt o'tishi bilan o'zgarmasa, jarayon statsionar hisoblanadi. Agar material hajmida issiqlik bo'lmasa, bizda bo'ladi. Bu erda r - materialning zichligi. Bu ibora chegara shartlarini qo'ygan holda mintaqa ichidagi nuqtalardagi haroratni hisoblash imkonini beradi.

Biz ushbu tenglamani chegara shartlari sifatida ma'lum bo'lgan oqim va haroratdan foydalanib, sayyora ichidagi harorat taqsimoti haqida biror narsa topishga harakat qilishimiz mumkin. Bu tenglamani yana bir bor integrallash. Ushbu oxirgi ifoda chuqurlik bilan haroratning o'zgarishini aniqlash uchun ishlatilishi mumkin. Shunday qilib, issiqlik asosan o'tkazuvchanlik yo'li bilan tashiladi, deb faraz qilib, Yer misolini ko'rib chiqaylik. Harorat-chuqurlik egri chizig'i "geotermal" deb ataladi. Rasmni tahlil qilish shuni ko'rsatadiki, 100 km dan ortiq chuqurlikda mantiya sezilarli darajada erishi kerak, 150 km dan ortiq chuqurlikda esa butun mantiya erishi kerak.

Ushbu "bashoratlar" seysmik to'lqinlarning tarqalishini o'rganish natijasida olingan ma'lumotlarga mos kelmaydi, shuning uchun biz issiqlik o'tkazuvchanlik modeli mantiyadagi harorat rejimini to'g'ri bashorat qilmaydi degan xulosaga kelishimiz kerak. Haydash modeli yuqori mantiyadagi haroratni bashorat qilishda bo'lmasa ham, sayyoramizning tashqi qismiga qo'llanilganda sezilarli muvaffaqiyatni ifodalaydi, ya'ni. er qobig'i, bu erda ichki issiqlik asosan radioaktiv parchalanishdan va yer yuzasiga, haydash orqali ko'chiriladi.

Materiklardagi issiqlik oqimini o'rganishda bu muammoga qaytamiz. Pastki qismida isitiladigan va yuqori qismida sovutilgan suyuqlik qatlamini ko'rib chiqing. Suyuqlik qizdirilganda kengayish tufayli uning zichligi pasayadi. Ko'rib chiqilayotgan holatda, suyuqlik qatlamining yuqori qismi sovuqroq va shuning uchun pastki qismga qaraganda zichroq bo'ladi. Bu holat gravitatsiyaviy jihatdan beqaror bo'lib, suyuq suyuqlikning sovishini oldini oladi va u qanchalik qizib ketsa, konveksiya oqimlari tezroq paydo bo'ladi. Suyuqlikning harakati harakatlantiruvchi kuchlar tomonidan boshqariladi.

Shunday qilib, rasmda ko'rsatilganidek, to'rtburchaklar suyuqlik elementini ko'rib chiqing. Suyuq elementga ta'sir qiluvchi kuchlar: bosim gradienti, tortishish kuchi va surish kuchidan kelib chiqadigan kuchlar. Ikkinchisi uchun suyuqlikning zichligini hisobga olish kerak. Olingan kuchning vertikal komponenti keyin bo'ladi.

Radioaktiv izotoplar er qobig'ida oz miqdorda bo'lsa-da, mantiyada ham kamroq bo'lsa-da, uning tabiiy parchalanishi, chapdagi jadvaldan ko'rinib turganidek, sezilarli miqdorda issiqlik hosil qiladi. Bu jarayonning eng muhim elementlari uran, toriy va kaliydir; uran va toriyning hissasi kaliynikidan yuqori ekanligini ko'rish mumkin.

Quyidagi jadvalda radioaktiv elementlarning kontsentratsiyasi va ayrim jinslarning termal hosil bo'lishi ko'rsatilgan. Granit - bu radioaktiv materiallarning parchalanishi tufayli ko'proq issiqlik chiqaradigan tosh, chunki u ushbu elementlarning eng yuqori konsentratsiyasiga ega. Hozirgi vaqtda er qobig'ida hosil bo'lgan issiqlikni o'lchash orqali o'tmishda hosil bo'lgan issiqlikni hisoblash mumkin. Boshqa tomondan, radioaktiv elementlarning kontsentratsiyasi toshlarni aniqlashda ishlatilishi mumkin.

Radioaktiv izotopning parchalanish tezligi formula bilan berilgan. Yer qobig'ida issiqlik hosil bo'lish tezligi mantiyanikidan taxminan ikki daraja yuqori bo'lsa-da, mantiya hosil bo'lish tezligini hisobga olish kerak, chunki mantiya hajmi qobiq hajmidan ancha katta. Ushbu reaktsiya laboratoriyada yadro-mantiya chegarasida bo'lganlarning tartibi bo'yicha harorat va bosimlarda amalga oshirildi.

Rasmda issiqlik oqimining Yer bo'ylab taqsimlanishi ko'rsatilgan. Sayyora yuzasi orqali yo'qotilgan issiqlik teng taqsimlanadi. Quyidagi jadvalda asosiy hissalar ko'rsatilgan: issiqlikning 73% okeanlar orqali yo'qoladi, bu Yer yuzasining 60% ni tashkil qiladi. Issiqlikning katta qismi okean litosferasini yaratish va sovutish paytida yo'qoladi yangi material oʻrta tizmalardan chiqib ketadi. Plitalar tektonikasi asosan Yerning sovishi bilan bog'liq. Boshqa tomondan, shunday ko'rinadi o'rtacha tezlik okean tubining yaratilishi issiqlik hosil qilish tezligi va bir xil yo'qotishning umumiy tezligi o'rtasidagi muvozanat bilan belgilanadi. yuqori harorat sayyoramizning butun yuzasi bo'ylab.

Plitalar tektonikasining modellarida mantiya materiallarining ko'tarilishi okean tizmalarida sodir bo'ladi. Ushbu materiallar sovutilganda yangi okean qobig'ining paydo bo'lishiga olib keladi. Ko'tarilish zonasidan uzoqlashganda, yangi qobiq soviydi katta chuqurliklar, qalinroq va qalinroq qattiq plastinka hosil qiladi.

Quyidagi rasmda okean litosferasi yoshiga bog'liq bo'lgan issiqlik oqimining kuzatilgan qiymatlari, shuningdek, nazariy model bo'yicha hisoblangan qiymatlar ko'rsatilgan. Oldingi xatboshida aytilganlarni hisobga olsak, ushbu syujetni oqim qiymatlarini tizmagacha bo'lgan masofa funktsiyasi sifatida ifodalash sifatida talqin qilish mumkin. Ko'rinib turibdiki, okean tizmalari yaqinidagi issiqlik oqimi yuqori qiymatlarga ega bo'lib, mantiya materiallarining ko'tarilish zonasidan masofa bilan kamayadi. Kuzatilgan qiymatlarni hisoblangan qiymatlar bilan taqqoslab, modellardan olingan oqimlar tizma yaqinida kuzatilganidan yuqori ekanligi tasdiqlanadi.