Лекции по дисциплине «физика горных пород» навоий 2017 Жиянов А. Б. Курс лекции по дисциплине «Физика горных пород»

Лекция № 8


Тема : ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД


План лекции (с.85-95/1/):

1. 
   Распространение и накопление тепла.
   

1. Распространение и накопление тепла.
Поглощение породами тепла всегда сопровождается повышением кинетической энергии молекул и атомов и фиксируется изменением температуры пород. Амплитуда колебаний молекул и ионов с ростом температуры увеличивается. При этом наблюдается прямо пропорциональная зависимость между количеством теплоты dQ, пере6ходящей во внутреннюю энергию тела, и приростом температуры dT:


dQ = C dT

где С –коэффициент пропорциональности – показатель, называемый теплоёмкостью тела и характеризующий изменение его тепловой энергии при изменении температуры на один градус.

Величина С, отнесённая к единице массы m нагреваемого объёма, называется удельной теплоёмкостью породы с:
с = С/ m или с = dQ /( m dT)

Теплопроводность (передача тепла) может быть двух типов:

1 тип - электронная – передача тепла путём обмена кинетической энергии при столкновении электронов;
2 тип - фононная - передача тепла путём постепенной передачи колебаний кристаллической решётки от одной частицы к другой поскольку ме65жду ними имеются значительные силы связей. Фононы – это кванты поля колебаний кристаллической решётки.
Количество тепла λ, проходящего в единицу времени через единицу сечения в направлении, перпендикулярном к сечению при перепаде температур, равном 1 К, на единицу расстояния называется коэффициентом теплопроводности.
Температуропроводность характеризует скорость распространения изотермической поверхности в породе.
Частный случай теплообмена через какую-то граничную поверхность от одной породы к другой, имеющей от первой отличные тепловые свойства, называется теплопередачей.
Теплопередача происходит при распространении теплового потока перпендикулярно к слоистости и трещиноватости пород, на контактах вмещающих пород с полезным ископаемым и т.д. Она происходит также между породами и флюидами (газами, жидкостями), омывающими породу. В этом случае теплопередача называется теплоотдачей.
Теплоотдачу важно знать, например, при расчётах проветривания и теплового режима глубоких шахт, в процессах термобурения и т.д.
Коэффициент теплоотдачи является не только функцией свойств контактирующих веществ, но и их состояния (например, шероховатости поверхности породы), скорости относительного перемещения флюидов и т.д.
Тепло, поглащённое горной породой, расходуется кроме её нагрева ещё и на внешнюю работу, связанную в основном с тепловым расширением. Относительное удлинение тела при нагреве его на 1 К называется коэффициентом линейного теплового расширения α.
Удельная теплоёмкость - количество тепла, необходимое для повышения температуры 1кг вещества на 1К.
Удельная теплоёмкость минералов и пород изменяется от 0,4 до 2 кДж/(кг К). Обычно она выше удельной теплоёмкости металлов.
У минералов с уменьшением их плотности наблюдается повышение удельной теплоёмкости.
Удельная теплоёмкость плотной породы зависит только от её минерального состава и может быть рассчитана по формуле арифметического средневзвешенного
с_ср =Σ с_im_i
где m_i – относительное массовое содержание минерала с удельной теплоёмкостью с_i.
Рудные минералы, как правило, имеют низкую теплопроводность, поэтому в рудосодержащих породах теплоёмкость ниже, чем в безрудных породах.