Кіріспе. Тау жыныстарының физикасының мақсаты мен есептері
Жыныстың жылуөткізгіштігі және температура өткізгіштігі
жүктеу/скачать 260,52 Kb.
|
Лекция ФГП (копия) (копия)
| Жыныстың жылуөткізгіштігі және температура өткізгіштігі
Минералдар мен тау-кен жыныстары негізінде жылуды нашар өткізеді, олар қатты денелердің ішінде салыстырмалы төмен жылуөткізгіштік мәнге ие - 0,1-7Вт/(м·К). Жоғары жылуөткізгіштікке - 30-40Вт/(м·К)-ге дейін тек кейбір рудалы, мысалы сфалерит сияқты минералдар ие. Кристалдық торының ақауының (дефект) аздығынан, тордың жоғарғы куаттылығынан және фонондардын еркін жүру жолының ұзындығынан, алмазда 200 Вт/(м·К) λ, мәні өте жоғары. Жыныс кұраушы минералдар ішінде жылуөткізгіштіктің жоғары мәні кварцта, [λ =712Вт/мК]болады. Сондықтан тығыз аз кеуекті рудасыз жыныста (1n тобы) λ шамасының жыныс құрамында кварцтың көбеюімен өсуі байқалады. Басқа руда емес минералдармен салыстырғанда жоғары жылуөткізгіштікке гидрохимиялық шөгінділер - тас тұз, сильвин, ангидрит - ие, ал төмен жылуөткізгіштікке - тас көмір, асбест және басқа жыныстар ие. Жыныстың жылуөткізгіштігі жынысты құраушы минералдардың жылуөткізіштік қабілетімен анықталады және жанасу жағдайлары жақсы минералдардың статистикалық қоспасы болып табылатын жыныстар үшін, олардың жылуөткізгіштігіне есептеу үшін логарифмдік орташа шаманың формуласы (2.3) жарайды. Қабатты ортада қабатқа перпендикулярға қарағанда, қабат бойымен жылуөткізу шамасы жоғары. және мәндерін есептеуге болады. Қабатты тау-кен жынысының жылуөткізгіштігінің анизатропия коэффициенті орта шамамен 1,1-1,5 болады. Жылуөткізгіштік анизотропиясы тек әр түрлі қабаттардан құралған жыныстарда ғана емес, сонымен қатар тақтатасты жыныстар мен жымдастығыжақсы минералдарда да болады. Мысалы, слюдаларда жымдастық бойымен жылуөткізгіштігі, жымдастыққа көлденеңге қарағанда 6 есе жоғары; графит үшін бұл қатынас 2 және одан да жоғары болады. Мұндай құбылыстың физикалық мәні мынада: минералдың кристалдық решеткасына кіретін бөлшектер қабаттылық жазықтығы бойымен қарқындырақ әсерлеседі және керісінше, молекулалық қозғалыстар жымдастық жазықтығына перпендикуляр бағытта нашар беріледі. Кеуекті жыныстардың жылуөткізгіштілігі оларды құрайтын фазалардың - сұйық, газ және қатты - күрделі функциясы болып келеді. Кеуекті жыныстарда жылу энергиясының берілуі жылуөткізгіштік жолымен де, сондай ақ кеуекті кеңістіктерді толтырушысы конвекциялау арқылы (жылуберу) да болады. Бірақ та егер кеуек мөлшері зерттелуші көлеммен салыстырғанда өте аз болса, онда конвекция құбылысын есепке алмауға да болады. Мысалы, радиусы 3 мм кеуекте конвективті жылу ағынының үлесіне жалпы жылу ағынының 0,13% -і ғана тиеді. Егер жыныстың қызу температурасы 1000 К-нен аспайтын болса, жылуды сәуле шығару арқылы беру құбылысын да есепке алмауға болады. Ауаның жылуөткізгіштігі λа өте төмен екені белгілі [0,023 Вт/(м-К)]. Сондықтан, λ құрғақ кеуекті жыныстардың жылуөткізгіштігі кеуексіз жыныстардың жылуөткізгіштігіне қарағанда әрқашан да төмен болады. Мысалы, құмның жылуөткізгіштігі тығыз құмтастың жылуөткізгіштігіне қарағанда 6-7 есе төмен. Жыныстағы кеуектер қалпы үлкен рөл атқарады. Егер жыныстағы кеуектер ұзынырақ болса (жарықшақ тәрізді), онда жылуөткізгіштік, кеуектер жылуағынына перпендикуляр орналасқанда едәуір төмендейді. Бұл жағдайда есептеу үшін гармоникалық ортаөлшеу формуласы жарайды (10.20)
мұндағы λ - жыныстың минералдың фазасының жылуөткізгіштік коэффициенті.
(10.22)
(4.20) және (4.21) теңдеулері бойынша кеуектер мен жарықшақтар қалпына байланысты жылуөткізгіштіктің шекті мәндерін анықтауға болады. Кеуектерді толтырып тұрған газдардың құрамы да айтарлықтай әсерін тигізеді.
мұндағы λо - монокристалдық жылуөткізпштік коэффициенті; dср түйірлер мөлшері, см; В - түйірдің бір нүктесіндегі температуралық градиентінің бүкіл үлгінің орташа температуралық градиентіне қатынасы (мрамор үшін 0 °С температура жағдайында В=0,0027). Аморф λам және кристалды λкр минералдың жылуөткізгіштігінен едәуір айырмашылық бар. Негізінде, λкр>λам , және де λам1,9 Вт/(мК), яғни жыныста әйнектектес массаның болуы оның жылуөткізгіштігін төмендетеді. Жыныстың температура өткізгіштігінің өзгеру шегі шамамен 10-6-10-7 м2/с аралығында өзгереді. Тығыздығының өсуімен жыныстың температура өткізгіштігі сәл ғана төмендейді. Жыныстың температураөткізгіштігі, жылуәткізгіштік тәрізді оның құрылысына байланысты. Қабат бойымен әрдайым үлкен перпендикулярға қарағанда . Жыныстың кеуектілігі оның температура өткізгіштігін төмендетеді. жүктеу/скачать 260,52 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|