Плотность льда и снега, теплопроводность, теплоемкость льда
Плотность, теплопроводность и теплоемкость льда в зависимости от температуры
В таблице приведены значения плотности, теплопроводности, удельной теплоемкости льда в зависимости от температуры в интервале от 0 до -100°С.
По данным таблицы видно, что с понижением температуры удельная теплоемкость льда уменьшается, а теплопроводность и плотность льда, напротив, растут. Например, при температуре 0°С плотность льда имеет значение 916,2 кг/м 3 , а при температуре минус 100°С его плотность становится равной 925,7 кг/м 3 .
Значение удельной теплоемкости льда при 0°С составляет 2050 Дж/(кг·град). При снижении температуры льда с -5 до -100°С его удельная теплоемкость снижается в 1,45 раза. Теплоемкость льда в два раза меньше значения этой величины у воды.
Теплопроводность льда при понижении его температуры с 0 до минус 100°С увеличивается с 2,22 до 3,48 Вт/(м·град). Лед более теплопроводен, чем вода — он может проводить в 4 раза больше тепла при одинаковых граничных условиях.
Следует отметить, что плотность льда меньше плотности воды, однако с понижением температуры плотность льда растет и при приближении к абсолютному нулю температуры плотность льда становится близка к величине плотности воды.
| Температура, °С | Плотность, кг/м 3 | Теплопроводность, Вт/(м·град) | Теплоемкость, Дж/(кг·град) |
|---|---|---|---|
| 0.01 (Вода) | 999,8 | 0,56 | 4212 |
| 0 | 916,2 | 2,22 | 2050 |
| -5 | 917,5 | 2,25 | 2027 |
| -10 | 918,9 | 2,30 | 2000 |
| -15 | 919,4 | 2,34 | 1972 |
| -20 | 919,4 | 2,39 | 1943 |
| -25 | 919,6 | 2,45 | 1913 |
| -30 | 920,0 | 2,50 | 1882 |
| -35 | 920,4 | 2,57 | 1851 |
| -40 | 920,8 | 2,63 | 1818 |
| -50 | 921,6 | 2,76 | 1751 |
| -60 | 922,4 | 2,90 | 1681 |
| -70 | 923,3 | 3,05 | 1609 |
| -80 | 924,1 | 3,19 | 1536 |
| -90 | 924,9 | 3,34 | 1463 |
| -100 | 925,7 | 3,48 | 1389 |
Теплофизические свойства льда и снега
В таблице представлены следующие свойства льда и снега:
- плотность льда, кг/м 3 ;
- теплопроводность льда и снега, ккал/(м·час·град) и Вт/(м·град);
- удельная массовая теплоемкость льда, ккал/(кг·град) и Дж/кг·град);
- коэффициент температуропроводности, м 2 /час и м 2 /сек.
Свойства льда и снега представлены в зависимости от температуры в интервале: для льда от 0 до -120°С; для снега от 0 до -50°С в зависимости от уплотненности (плотности). Температуропроводность льда и снега в таблице приведена с множителем 10 6 . Например, температуропроводность льда при температуре 0°С равна 1,08·10 -6 м 2 /с.
Давление насыщенного пара льда
В таблице приведены значения давления насыщенного пара льда при сублимации (переход льда в пар, миную жидкую фазу) в зависимости от температуры в интервале от 0,01 до -80°С. Из таблицы видно, что с понижением температуры льда давление его насыщенного пара снижается.
- Чубик И. А., Маслов А. М. Справочник по теплофизическим характеристикам пищевых продуктов и полуфабрикатов. М.: Пищевая промышленность, 1970 — 184 с.
- Волков. А.И., Жарский. И.М. Большой химический справочник. — М: Советская школа, 2005. — 608 с.
Источник
Твердость льда от температуры таблица
ТАНГЕНС УГЛА МЕХАНИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ВО ЛЬДУ. Механическая характеристика льда, являющаяся мерой его внутреннего трения
где j — соответствует сдвигу фазы между напряжением s = s 0 exp (i w t ) и деформацией e = e 0 ехр [i( w t — j )] при упругих колебаниях с частотой w ; Q -1 — обратная механическая добротность льда (по аналогии с добротностью электрического колебательного контура).
ТАРАН ЛЕДОВЫЙ. Подводный ледяной выступ на боковой поверхности льдины, айсберга или ледяного барьера, образовавшийся в результате более интенсивной абляции надводной части и в ее волноприбойной зоне.
ТАЯНИЕ ЛЬДА. Процесс фазового перехода льда из твердого состояния в жидкое, вызывающий уменьшение его прочности, толщины и горизонтальных размеров, вплоть до полного исчезновения. В природных условиях таяние льда происходит с верхней, боковой и нижней поверхностей.
Внешним проявлением процесса таяния льдов является наступление последовательных стадий его разрушения, сроки наступления которых фиксируются следующими датами: дата начала таяния льда (день, когда температура воздуха достигла температуры плавления льда при данной солености); дата появления снежниц (день, когда на заснеженной поверхности ледяного покрова появились темные пятна мокрого снега); дата появления озерков (день, когда на поверхности ледяного покрова начали развиваться озерки талон воды). Каждому возрасту льда соответствует своя форма озерков и хорошо развитых снежниц; дата появления проталин (день, когда на поверхности ледяного покрова появились сквозные округлые отверстия-проталины); дата появления водяного заберега (день, когда под берегом в результате таяния снега на льду или поступления воды с берега образовалась полоса талой воды).
ТВЕРДОСТЬ ЛЬДА. Способность льда оказывать сопротивление проникновению другого тела (обычно это индентор, имеющий форму сферы или пирамиды), не получающего остаточных деформаций. Определяется как отношение действующей нагрузки Р к поверхности образовавшейся вмятины S . Твердость Н = P / S является средним значением давления во вмятине. В зависимости от температуры льда и времени приложения нагрузки (короткому времени соответствует динамическая твердость, длительному — статическая твердость) значения Н могут различаться более чем на порядок.
ТЕКСТУРА ЛЬДА. Особенность строения льда, обусловленная пространственными расположениями воздушных, минеральных и органических включений. С учетом воздушных включений лед подразделяется на монолитный (лишенный видимых включений) и пористый (с наличием включений, которые могут иметь равномерное, слоистое и вертикально-волокнистое распределение). По размеру включений лед подразделяется на мелкопузыристый (включения менее 0,2 мм), среднепузыристый (включения от 0,2 до 0,5 мм), крупнопузыристый (включения от 0,5 до 1,0 мм), крупно-полостной (включения более 1,0 мм). Форма включений бывает овальная, трубчатая, ветвистая и трансформирующаяся. По происхождению включения подразделяются на первичные (аутогенные), вторичные (ксеногенные) и с нарушенной текстурой (катакластические) (рис. 12). На рисунке видна трансформация первичных цилиндрических и ветвистых воздушных включений под влиянием радиационного прогрева в весенний период.
Рис. 12. Текстура пористого пресноводного льда конжеляционного образования (вертикальный срез).
ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ ЛЬДА. Температура, при которой происходит плавление льда при каком-то постоянном внешнем давлении. Плавление морского льда происходит не при определенной температуре, как у пресного льда, а непрерывно, начиная с момента, когда температура ниже 0°С до температуры замерзания морской воды данной солености.
ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТЬ ЛЬДА (КОЭФФИЦИЕНТ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ). Параметр, характеризующий скорость изменения температуры льда в нестационарных тепловых процессах. Коэффициент температуропроводности льда
где C p — удельная теплоемкость льда при постоянном давлении, r — плотность льда, l — коэффициент теплопроводности, численно равен повышению температуры единицы объема льда в результате теплового потока, соответствующего коэффициенту теплопроводности l .
ТЕНЗОР ДЕФОРМАЦИИ ЛЬДА. Совокупность деформаций бесконечно малого параллелепипеда льда, выделенного около данной точки. Представляет собой симметричный тензор 2-го ранга
Деформированное состояние элемента льда считается известным, если известны компоненты тензора деформации льда.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ЛЬДА. Свойство льда, которое характеризуется расчетным значением напряжения Орасч, при котором мог бы произойти одновременный разрыв всех межатомных связей на поверхности разрыва. Как и у других твердых тел, оценивается значением 0,1 Е, где Е — модуль Юнга льда.
Обычно фактические значения прочности на несколько порядков ниже теоретических. Причина низкой прочности обычных тел — неравномерное распределение внутренних напряжений; межатомные связи нагружены неодинаково, а в атомной структуре тел имеются слабые места.
При сложении одноименных внешних и внутренних напряжений возникают локальные перенапряжения, которые могут достичь значений теоретической прочности, приводя к разрыву межатомных связей. В слабых местах структуры под действием больших локальных напряжений разрыв межатомных связей происходит очень легко—так зарождаются разрывы сплошности тела. Рост и слияние разрывов сплошности образует макроскопическую трещину, развитие которой приводит к разрушению тела. Теоретическую прочность также называют идеальной прочностью, плотностью сил когезии (т. е. сил молекулярного взаимодействия частей одного и того же тела) или просто когезией, которая может быть охарактеризована теплотой (работой) испарения.
ТЕПЛОЕМКОСТЬ ЛЬДА. Одна из основных термодинамических характеристик льда, отражающая степень его нагрева в результате количества теплоты, полученной льдом. В практических расчетах обычно используют удельную теплоемкость льда, понимая под этим количество теплоты, которое необходимо сообщить единице массы льда, чтобы повысить его температуру на 1 К. Теплоемкость пресноводного льда уменьшается с понижением температуры (от 2,12 кДж/(кг*К) при 0°С), стремясь к нулю при О К.
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ЛЬДА (КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ). Величина, характеризующая процесс переноса тепловой энергии в неравномерно нагретом льду, приводящий к выравниванию температуры. Теплопроводность является коэффициентом пропорциональности между плотностью теплового потока q и градиентом температуры Т, входящих в известное уравнение
Теплопроводность льда численно равна плотности теплового потока при разности температуры 1 К на единицу расстояния. С понижением температуры теплопроводность возрастает. Согласно теоретическим расчетам и многочисленным экспериментальным данным, при температуре
0°С теплопроводность пресноводного льда равна
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ (ТЕРМИЧЕСКИЕ) СВОЙСТВА ЛЬДА. Свойства льда, определяющие условия теплопередачи и формирования температуры льда.
ТЕРМИЧЕСКОЕ РАЗРУШЕНИЕ. Разрушение ледяного покрова вследствие его таяния при повышении температуры воздуха. Термическое разрушение уменьшает прочность льда, изменяет его структуру и текстуру, сокращает горизонтальные размеры и др.
Внешними проявлениями термического разрушения ледяного покрова являются взлом и дробление льдов, фиксируемые следующими сроками их появления: дата начала весеннего взлома (день, когда произошел откол части припая, день появления первых признаков таяния и снижения его прочности); дата первой весенней подвижки припая (день, когда видимая площадь припая (за исключением его подошвы), расчлененного большим количеством трещин, испытала горизонтальный сдвиг, сохранив при этом взаимное положение блоков льда); дата окончательного разрушения припая (день, когда произошел распад припая на блоки льда, которые сместились относительно друг друга, понизив тем самым сплоченность льда).
ТЕРМИЧЕСКОЕ РАСТРЕСКИВАНИЕ АЙСБЕРГОВ. Процесс термического разрушения айсберга под действием высвобождения энергии, заключенной в запрессованных в лед пузырьков воздуха, диапазон давления в которых колеблется от 0,5 до 2,0 МПа. Высвобождение воздуха из таких пузырьков может вызывать кавитацию или резонансное возбуждение.
ТОРОС. Отдельное нагромождение кусков и обломков льда на верхней поверхности ледяного покрова, образовавшегося при сжатии ледяных полей в точках их контакта.
ТОРОСИСТОСТЬ ЛЬДА. Мера оценки торосистых льдов, определяемая отношением площади торосистого льда к общей площади зоны, в которой производится оценка степени покрытия льда торосами. Выражается в баллах.
ГРЯДОВАЯ ТОРОСИСТОСТЬ. Упорядоченная торосистость льдов в виде равномерно распределенных по поверхности ледяного покрова гряд торосов. Оценивается по количеству гряд торосов на единицу длины зоны наблюдений в направлении, перпендикулярном грядам торосов.
БЕСПОРЯДОЧНАЯ ТОРОСИСТОСТЬ. Хаотически распределенные по поверхности ледяного покрова торосы и их гряды (фото 36). Оценивается так же, как общая торосистость. Выражается в баллах.
ТОЧНОСТЬ ЛЕДОВОГО ПРОГНОЗА. Осредненная погрешность прогнозов, составленных по данному методу прогнозирования.
ТРЕЩИНЫ В ЛЕДЯНОМ ПОКРОВЕ. Нарушения сплошности ледяного покрова, представляющие собой зону, в которой прекращается взаимодействие между ионами и атомами кристаллической решетки на разных ее сторонах. Образуются в результате разрыва или разлома, как результат превышения прочности льда на растяжение, сжатие, изгиб и сдвиг. Трещины в ледяном покрове подразделяются по генетическим и морфологическим признакам.
По морфологическим признакам трещины подразделяются на следующие виды.
По форме в плане их простирания — прямые (прямолинейные, клиновидные, щелевидные), изогнутые (дугообразные, кулисообразные, круговые), изломанные (зигзагообразные, синусоидные, циклоидные) (фото 38).
По форме разреза краев трещин—гладкие, неровные, зазубренные.
По длине—внутриблоковые (длиной до 5 км), межблоковые (длиной до 100 км), магистральные (длиной в несколько сотен километров).
По величине раскрытия—узкие (шириной до 5 м), средние (шириной от 5 до 15 м), широкие (шириной до 50 м).
По глубине проникновения — зияющие, нераскрывшиеся.
По возрасту—свежие (трещины с чистой водой или с начальными видами льда в них), молодые (трещины, покрытые молодыми льдами), старые (трещины, покрытые однолетними льдами) (фото 39).
ТРЕЩИНЫ ВОЛНОВЫЕ. Трещины, образующиеся в прикромочной зоне ледяного покрова под действием ветровых волн и зыби. Состоят из длинных продольных и коротких поперечных, формирующих в совокупности полигональную структуру ледяного покрова (фото 40).
ТРЕЩИНЫ ИЗОСТАТИЧЕСКИЕ. Трещины, образующиеся в ледяном покрове под действием нагрузки торосов, их гряд или барьеров, а также искусственных нагрузок.
ТРЕЩИНЫ ПРИЛИВНО-ОТЛИВНЫЕ. Трещины, образующиеся в припайных льдах в результате изгибных деформаций, происходящих вдоль береговой черты, вокруг стамух, островков и других препятствий.
ТРЕЩИНЫ ТЕРМИЧЕСКИЕ. Трещины, образующиеся обычно в верхних слоях ледяного покрова при достаточно быстром изменении во льду термических напряжений, возникающих при резких изменениях температуры льда.
ТРЕЩИНЫ ОТРЫВА. Трещины, возникающие при растяжении ниласовых или молодых льдов, а также в ледяном покрове со значительной пространственной неоднородностью (см. фото 34)
ТРЕЩИНЫ ОТСЛОЕНИЯ. Трещины, образующиеся на границе раздела между однолетними или старыми льдами и ниласовыми или молодыми льдами, когда прочность ниласовых или молодых льдов на растяжение оказывается выше прочности их сцепления с более крепкими льдами.
ТРЕЩИНЫ РАЗДВИГА. Трещины, образующиеся в ледяном покрове в результате их двухстороннего сжатия.
ТРЕЩИНЫ СКОЛА. Трещины, образующиеся в ледяном покрове в местах внедрения в результате сжатия остроугольных выступов гряд торосов, выдающихся мысов и др.
ТРЕЩИНЫ СКОЛЬЖЕНИЯ. Трещины, образующиеся в однолетних льдах, в зонах их поперечных сдвигов.
ТРЕЩИНЫ СМЕЩЕНИЯ. Трещины, образующиеся в ниласовых и молодых льдах, формирующихся в уже имевшихся ранее каналах, разводьях и полыньях при взаимном сдвиге смежных блоков льда.
ТРОГИ. Борозды на дне моря, распаханные айсбергами. Встречаются на глубине до 380 м. В настоящее время известны борозды длиной до 3 км, шириной до 30 м и глубиной 6,5 м.
Источник
