Тепловое поле
Приливно-отливное воздействие Луны и Солнца. Суточные, сезонные, многолетние и многовековые вариации солнечной активности. Региональный тепловой поток в земной коре. Дистанционное тепловизионное зондирование среды. Источники локальных тепловых потоков.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 03.03.2015 |
| Размер файла | 34,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Курсовая работа
«Тепловое поле»
Содержание
Введение
Глава 1. Общая характеристика теплового поля Земли
Глава 2. Тепловой поток
Глава 3. Взаимодействие теплового поля
Заключение
Список литературы
Введение
Тепловое поле способствует дистанционному тепловизионному зондированию Земли, которое основано на обработке космических и авиационных снимков в инфрокрасном диапазоне. Эта съемка позволяет рассчитать объемную модель теплового излучения среды для решения геологических ( изучение глубинного строения Земли, поиск нефти, газа и подземных вод), техногенных и экологических задач.
Снимки являются полноценным источником информации для проведения всестороннего анализа и построения моделей, принятия решения при изучении природных ресурсов Земли. Существенная новизна метода позволяет получать непрерывные картины распределения тепловых характеристик поля.
Исследование теплового поля земли очень актуально сейчас так как оно дает нам возможность провести съемку относительно дешевую при анализе больших территорий. Преимуществами этой съемки являются также и высокая производительность, информативность, независимость от рельефа и условий местности, экологическая чистота.
Молекулы любого вещества при взаимодействии между собой беспрерывно излучают и поглощают элементарные частицы, сложное движение которых проявляется так называемым тепловым полем или просто теплотой. Все то, что касается теплоты и есть сложное движение элементарных частиц при их взаимодействии между молекулами вещества, которое никогда не прекращается, имеет широкую характеристику скорости движения при излучении, зависимую от вещества и окружающей среды. Скорость движения элементарных частиц определяет температуру вещества. Тепловое поле, как правило, проявляется движением элементарных частиц в межмолекулярном пространстве, а также при более высокой температуре за его пределами - во внешней среде.
Глава 1. Общая характеристика теплового поля Земли
Источниками теплового поля Земли являются процессы, протекающие в ее недрах, и тепловая энергия Солнца. К внутренним источникам тепла относят радиогенное тепло, которое создается благодаря распаду рассеянных в горных породах изотопов урана, тория, калия и иных радиоактивных элементов, и тепло, обусловленное различными процессами, протекающими в Земле (гравитационной дифференциацией, плавлением, химическими реакциями с выделением или поглощением тепла, деформацией за счет приливов под действием Луны и Солнца и некоторыми другими). Тепловая энергия перечисленных источников, высвобождающаяся на земной поверхности в единицу времени, значительно выше энергии тектонических, сейсмических, гидротермальных процессов. Ниже приведены сведения об основных составляющих теплового баланса Земли (в эргах в год):
- излучение Солнца - 1032 эрг/год (подавляющая часть отражается),
- радиогенный - 1028 эрг/год,
- дифференциация вещества (гравитационная) и физико-химические процессы в земной коре и мантии - 1027 - 1028эрг/год,
- тектонические процессы (тепловая конвекция), землетрясения - 1025 эрг/год,
- приливно-отливное воздействие Луны и Солнца - 1026 эрг/год
Внутреннее тепловое поле отличается высоким постоянством. Оно не оказывает влияния на температуру вблизи земной поверхности или климат, так как энергия, поступающая на земную поверхность от Солнца, в 1000 больше, чем из недр. Вместе с тем среднее тепловое воздействие Солнца не определяет теплового состояния Земли и способно поддерживать постоянную температуру на поверхности Земли около 0 С. Фактически же благодаря изменению солнечной активности температура приповерхностного слоя воздуха, а с некоторым запаздыванием и температура горных пород изменяются.
Суточные, сезонные, многолетние и многовековые вариации солнечной активности приводят к соответствующим циклическим изменениям температур воздуха. Чем больше период цикличности, тем больше глубина их теплового воздействия. Например, суточные колебания температуры воздуха проявляются в почвенном слое глубиной 1 - 1,5 м. Это связано с переносом солнечного теплового потока за счет молекулярной теплопроводности пород и конвекции воздуха, паров воды, инфильтрирующихся осадков и подземных вод. Сезонные (годовые) колебания вызывают изменения температур на глубинах до 20 - 40 м. На таких глубинах теплопередача осуществляется в основном за счет молекулярной теплопроводности, а также движения подземных вод. На глубинах 20 - 40 м располагается нейтральный слой (или зона постоянных годовых температур). В нем температура остается практически постоянной и в каждом районе в среднем на 3,7 С выше среднегодовой температуры воздуха. Многовековые климатические изменения сказываются на вариациях температур сравнительно больших глубин. Например, похолодания и потепления в четвертичном периоде влияли на тепловой режим Земли до глубин 3 - 4 км.
Таким образом, если не учитывать многовековых климатических изменений, то можно считать, что ниже зоны постоянных температур (на глубинах свыше 40 м) влиянием цикличности солнечной активности можно пренебречь, а температурный режим пород определяется глубинным потоком тепла и особенностями термических свойств пород.
Глава 2. Тепловой поток
Тепловой поток определяется законом Фурье как:
Ф=
Где , Q -количество теплаты, t - время.
Количество теплоты можно вычеслить по формуле:
Q=-?
Где, ? - коэффициент теплопроводности горных пород, T - температура, h - глубина.
- геотермический градиент - нарастание температуры на еденицу глубины. У поверхности Земли на глубине 100 км, он равен 15 С/км. На глубине 400 км - 5 С/км. Средний градиент температур в верхней мантии 1 С/км.
На континентах температурные градиенты определялись путем измерения температуры и коэффициента теплопроводности пород на различных глубинах в буровых скважинах. Обычно для этого применяется максимальные термометры, которые находятся нередко в воде, но часто неподвижном воздухе. По возможности измерения проводится в течение нескольких часов с помощью нескольких термометров одновременно. Перед измерениями необходимо выждать некоторое время, чтобы в скважине или шахте установилось тепловое равновесие. Это время должно быть в несколько раз больше времени, затраченного на бурение скважины. Затем значения полученые в течение нескольких периодов измерений осредняются.
Теплопроводность образцов горных породиз скважины измеряется или в лаборатории, или же непостредственно на месте.
Региональный тепловой поток в земной коре.
Ниже нейтрального слоя температура пород повышается в среднем на 3 С при погружении на каждые 100 м. Это объясняется наличием регионального теплового потока от источников внутреннего тепла Земли, поднимающегося к поверхности. Его величину принято характеризовать плотностью теплового потока (или просто тепловым потоком) . Среднее значение теплового потока как на суше, так и в океанах одинаково и составляет 0,06 Вт/м2 , отклоняясь от него не более чем в 5 - 7 раз. Постоянство средних тепловых потоков суши и океанов при резком изменении мощностей и строения земной коры свидетельствует о различии в тепловом строении верхней мантии. Поэтому аномалии тепловых потоков, т.е. отклонения от установленных средних потоков, несут информацию о строении и земной коры, и верхней мантии.
Установлено, что основной источник тепла на континентах - энергия радиоактивного распада. Это объясняется большей концентрацией радиоактивных элементов в земной коре, чем в мантии. В океанах, где мощность земной коры мала, основным источником тепла являются процессы в мантии на глубинах до 700 - 1000 км. Радиогенное тепло является основным среди других видов тепловой энергии недр. За время существования Земли оно более чем в 2 раза превысило потери за счет теплопроводности.
Тепловой поток определяется не только природой и мощностью источников тепла, но и его переносом через горные породы. Тепло передается посредством молекулярной теплопроводности горных пород, конвекции и излучения. На больших глубинах (свыше 10 км) передача тепла осуществляется в основном за счет излучения нагретого вещества недр и конвекции, обусловленной движением блоков земной коры, расплавленных лав, гидротерм. На меньших глубинах перенос тепла связан с молекулярной теплопроводностью и конвекцией подземными водами.
В теории терморазведки получена следующая формула для расчета вертикального теплового потока:
qz = -?T +?? c? ?z ? T
Здесь Г-- температурный градиент или изменение температур Т2 и Т1 на глубинах z2 и z1 (ось Z направлена вниз по нормали к поверхности); ?T -- коэффициент тепло-проводности;--плотность; с --теплоемкость; vz -- вертикальная скорость конвекции (или скорость фильтрации подземных вод, если считать, что конвекция осуществляется в основном за счет подземных вод); Т--температура на глубине z=(z1+z2)/2 (см. п. 4.1). Если конвекция вод идет вверх, что наблюдается в слабопроницаемых слоях на глубинах свыше 100 м, то теплопроводный и конвективный тепловые потоки складываются (-vz), при фильтрации вниз -- вычитаются (vz). В скальных породах, а также в условиях стационарного теплообмена конвекцией можно пренебречь (vz = 0), и плотность теплового потока qz = - ?T ·Г , т. е. он определяется только теплопроводностью пород и температурным градиентом. Таким образом, региональный тепловой поток Земли может быть рассчитан через измеренные на разных глубинах температуры и тепловые свойства среды, в основном теплопроводность.
Локальный тепловой поток.
Источники локальных тепловых потоков, вызывающих аномалии температур, разнообразны: наличие многолетнемерзлотных пород, т.е. мощных (до сотен метров) толщ с отрицательными температурами; присутствие пород и руд с повышенной радиоактивностью; влияние экзотермических (с поглощением тепла) и эндотермических (с выделением тепла) процессов, происходящих в нефтегазоносных горизонтах, залежах угля, сульфидных и других рудах; проявление современного вулканизма и тектонических движений; циркуляция подземных, в том числе термальных, вод и др. Роль каждого из этих факторов определяется геологогидрогеологическим строением. Локальные тепловые потоки, как и региональные, зависят не только от наличия источников, но и от условий переноса тепла за счет теплопроводности горных пород и конвекции почвенного воздуха и подземных вод.
Глава 3. Взаимодействие теплового поля
Равновесия теплового поля не только между телами, но даже между их отдельными частями не бывает. Постоянно, при любых условиях, осуществляется переход тепла от более нагретых тел или их частей к менее нагретым телам.
Тепловое поле любой молекулы, как и энергетическое поле вещества, изолированным быть не может. Оно постоянно взаимодействует с тепловым полем молекулярной среды. Элементарные частицы молекул с более высокой температурой взаимодействуют в межмолекулярном пространстве с элементарными частицами молекул, имеющими более низкую температуру, ускоряя их движение при излучении, но при этом снижая свою скорость - теряя свою теплоту. Беспрерывно и последовательно передается теплота при взаимодействии теплового поля от одной молекулы к другой. Казалось бы, что все способствует приближению к равновесию теплового поля, но этого никогда не произойдет.
Повсеместно, независимо от состояния материи, формы и массы различных тел, их расположения, а также происходящих процессов, постоянно передается теплота от более нагретых молекул к холодным при взаимодействии только теплового поля. Другого способа передачи тепла, как взаимодействие теплового поля, не существуют.
Тепловой баланс Земли определяется внешними и внутренними источниками тепла. К внешнему источнику тепла принадлежит солнечная радиация. Являясь основным поставщиком теплоты, она при взаимодействии полей обеспечивает теплом большинство процессов в органическом и в неорганическом мире, а также в атмосфере.
К внутренним источникам теплоты принадлежат:
- искусственные источники теплоты;
- геотермические явления;
- химические процессы и радиоактивность;
- различные формы движения.
Перечисленные источники по-разному влияют на теплоту любого тела. Однако, они не позволяют тепловому полю даже на отдельном участке находится в состоянии равновесия: не может быть остановлено относительное движение тепловой материи - теплового поля. Не желательны и отклонения в тепловом балансе Земли, которые сопровождаются, как правило, атмосферными катаклизмами.
При взаимодействии элементарных частиц, тепловое поле каждого вещества имеет свою характеристику сложного движения. У одних, например, скорость движения элементарных частиц при их взаимодействии между молекулами происходит гораздо быстрее, чем у других. Значительная разница наблюдается и в количестве излучаемых элементарных частиц: одни вещества излучают их значительно больше, чем другие. Если первое явление обычно связно с так называемой теплопроводностью вещества, то второе определяет его теплоемкость.
Использование тепла в атмосферных явлениях, биохимических и иных процессах в данном материале не рассматривается.
тепловой поток земной кора
Заключение
Геотермическая разведка (терморазведка или термометрия) объединяет физические методы исследования естественного теплового поля Земли с целью изучения строения земной коры и верхней мантии, выявления геотермических ресурсов, решения поисково-разведочных и инженерно-гидрогеологических задач. Меньшее применение находят методы искусственных тепловых полей. Тепловое поле определяется внутренними и внешними источниками тепла и тепловыми свойствами горных пород. При терморазведке регистрируют радиотепловое и инфракрасное излучение земной поверхности, измеряют температуру, ее вертикальный градиент или тепловой поток. Распределение этих параметров в плане и по глубине несет информацию о термических условиях и геологическом строении изучаемого района. Основными методами терморазведки являются: радиотепловые (РТС) и инфракрасные (ИКС) съемки; региональные термические исследования на суше и акваториях; поисково-разведочные термические исследования, направленные на выявление и изучение месторождений полезных ископаемых; инженерно-гидрогеологические термические исследования, предназначенные для изучения мерзлотных условий и движения подземных вод; термический каротаж, который служит для документации разрезов скважин по теплопроводности вскрытых горных пород; лабораторные измерения термических свойств горных пород; методы искусственных тепловых полей при работах на акваториях и в скважинах.
Дистанционное тепловизионное зондирование среды. В основу технологии положено дистанционное непрерывное зондирование Земли с получением разновременных космических и разновысотных авиационных снимков теплового излучения в инфракрасной области электромагнитного спектра (8 - 14 мкм). В качестве исходных данных для проведения исследований используются космические снимки со спутников «Landsat-7», «Landsat-5», «Terra» изображения с дирижабельных и вертолетных комплексов высокого разрешения, имеющие обширный спектр сфер применения.
Метод математического моделирования используется для вычисления по тепловому полю (ТП) поверхности Земли эффективной плотности потока теплового излучения (суммарной энергетической яркости излучающего тела) на заданных глубинах. При этом происходит осреднение контуров неоднородостей при повышении точности оценок их усредненных температурных характеристик. Практически реализован эффект непрерывного зондирования и выявления в объеме аномалий по величине плотности потока теплового излучения Земли. Тепловое (или температурное) излучение представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое веществом, и возникающее за счет его внутренней энергии. Аномальные характеристики получают с использованием генерализирующей функции, на основе отображения вклада теплового излучения элементов среды в результирующее излучение элемента поверхности ?. В этом случае имеет место фундаментальное соотношение ?l?Тр=const, где ? - элемент пространственного разрешения, ?Тр - эквивалент шумовой радиационной температуры аппаратуры, l=2,5ч2,72 (Мухамедяров, 2002). Это ведет к ухудшению пространственного разрешения температурной чувствительности, а параметры модели определяют глубину проникновения. Тепловизионная съемка привязана к радиометрической температуре, где ? - излучательная способность объекта поиска, TTB термодинамическая температура, ? 2 Ч (1,4, 9, 16, 25 и др.) определяют эффективную глубину при моделировании.
Список литературы
1. Теория взаимодействия полей или проникновение в глубину неизведанных тайн. Клемантович А. А. 2008.
2. Физика. Тепловое поле Земли, результаты измерений теплового потока на суше и океанах. Юнеев И.А. 2009.
3. Дистанционное тепловизионное зондирование земли при решении геологических задач. К.М. Каримов, В. Л. Онегов, С. Н. Кокутин, В. Н. Соколов, В. Ф. Васев. 2012.
Размещено на Allbest.ur
Подобные документы
Характеристика объектов теплоснабжения. Расчет тепловых потоков на отопление, на вентиляцию и на горячее водоснабжение. Построение графика расхода теплоты. Определение расчетных расходов теплоносителя в тепловой сети. Расчет магистрали тепловой сети.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 14.08.2012Способы повышения тепловой эффективности паросиловых установок. Основные характеристики паротурбинной установки. Построение диаграммы тепловых и эксергетических потоков в установке. Расчёт параметров точек идеального и действительного циклов ПТУ.
контрольная работа [52,0 K], добавлен 17.06.2011Принцип устройства и действия тепловой трубки Гровера. Основные способы передачи тепловой энергии. Преимущества и недостатки контурных тепловых труб. Перспективные типы кулеров на тепловых трубах. Конструктивные особенности и характеристики тепловых труб.
реферат [1,5 M], добавлен 09.08.2015Определение тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Построение температурного графика регулирования тепловой нагрузки на отопление. Расчёт компенсаторов и тепловой изоляции, магистральных теплопроводов двухтрубной водяной сети.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 22.10.2013Электромагнитное поле, его характеристики и источники. Влияние электромагнитных лучей, исходящих от сотовых телефонов, на организм человека. Источники радиационного излучения: естественные и созданные человеком. Термины и единицы измерения радиации.
курсовая работа [134,2 K], добавлен 10.04.2014Определение возможностей Солнца. Расчет интенсивности солнечной радиации методом коэффициентов. Расчет интенсивности солнечной радиации аналитически. Расчёт потребностей в электроэнергии. Интенсивность падающей солнечной радиации для разных углов наклона.
контрольная работа [212,8 K], добавлен 26.11.2014Свойства, длина волны, спектр, источники, применение невидимого глазом электромагнитного ультрафиолетового излучения. Положительное и негативное воздействие УФ-излучения на человека. Действие облучения на кожу во время высокой солнечной активности.
презентация [64,7 K], добавлен 12.04.2015Электрическое поле Земли. Атмосферики, радиоизлучения Солнца и галактик. Физические основы взаимодействия электромагнитных полей с биологическими объектами. Главные преимущества и недостатки лазеротерапии. Глубина проникновения волн в различные ткани.
курсовая работа [179,2 K], добавлен 16.05.2016Количество солнечной энергии, попадающей на Землю, ее использование человеком. Способы пассивного применения солнечной энергии. Солнечные коллекторы. Технологический цикл солнечных тепловых электростанций. Промышленные фотоэлектрические установки.
презентация [3,3 M], добавлен 06.12.2015Определение величин тепловых нагрузок района и годового расхода теплоты. Выбор тепловой мощности источника. Гидравлический расчет тепловой сети, подбор сетевых и подпиточных насосов. Расчет тепловых потерь, паровой сети, компенсаторов и усилий на опоры.
курсовая работа [458,5 K], добавлен 11.07.2012
