14. Теплоемкость и теплопроводность почвы. Зависимость от гранулометрического состава и влажности.

30. Основные теплофизические характеристики: теплопроводность, температуропроводность, теплоемкость. Теплоемкость

— отношение бесконечно малого количества тепла , полученного телом, к соответствующему приращению его температуры:

И з формулы ясен физический смысл Т. С — это тепло, которое необходимо затратить, чтобы увеличить температуру тела на 1°. Т. единицы массы тела называют удельной Т. и обозначают , [кал/г*град]; Т. единицы объема называют объемной Т. и обозначают , [кал/см³*град]. Т. С тела массой m и объемом V можно рассчитать, зная его удельную или объемную Т.: . Объемная и удельная Т. связаны соотношением: где — плотность почвы. Объемная Т. численно равна количеству тепла, необходимому для нагревания одного см почвы на 1 град.; удельная — количеству тепла, необходимому для нагревания одного грамма почвы на 1°С.

Т. — величина аддитивная, т.е. Т. почвы складывается из Т. составляющих ее почвенных фаз. Если обозначить объемные доли твердой фазы, воды и воздуха через то в сумме они составят 1. Каждая из фаз имеет соответствующую объемную Т.: твердая фаза, , в среднем — 0.48 кал/см³*°С, вода — 1, а воздух, — всего лишь 0.003 кал/см³*°С. А Т. почвы в целом составит уже

Отметим также, что Т. воздуха несравненно низка по сравнению с другими компонентами, и этой составляющей Т. почвы также нередко пренебрегают. Следовательно, уравнение Т. почвы будет иметь следующий вид:

Из этого уравнения следует и то, что Т. почвы будет линейно повышаться с увеличением влажности. Это выражается в зависимости объемной Т. от удельной теплоемкости сухой почвы и весовой влажности (W):

к оторая, подчеркнем, справедлива в данном виде для системы СГС.

Линейно Т. будет увеличиваться и с увеличением плотности почвы, что видно из приведенного выше уравнения. И, как следствие, уплотненные почвы будут иметь повышенную Т., т.е. для их прогрева потребуется большее количество тепла.

Теплопроводность

— способность почв проводить тепло от слоя к слою при наличии разности нагрева в двух соседних точках.

Коэффициент Т. равен количеству тепла (в Дж), прошедшего в 1 секунду через почву сечением 1 см² при толщине 1 см и температурном градиенте 1 °С  . Коэффициент теплопроводности твердой фазы почвы колеблется в пределах 2,43—0,38 , для воды — 0,52 , воздуха — 0,15 .

См. так же 12 — Температуропроводность.

Н

21.

асыщеннаяя гидравлическая проводимость (коэффициент фильтрации) почв. Зависимость от свойств пчв и методы определения.

Коэффициент фильтрации — это способность почвы проводить насыщенный поток влаги под действием градиента гидравлического давления. Обычно, при градиенте давления, близком к единице.

Уравнение Дарси

( уравнение фильтрации) — поток влаги (q) в насыщенной почве пропорционален коэффициенту фильтрации (К_ф) и градиенту гидравлического напора:

где гидравлический напор и длина колонки имеют одинаковые размерности длины, а размерности К_ф и q одинаковы — [длина/время], например, м/сут, см/сут.

Приведенная запись У.Д. применима для линейного потока. В случае радиального потока (например, потока грунтовых вод к вертикальной скважине) используются другие уравнения. Обычно используют формулу Эркина для расчета К_ф по динамическим данным о подъеме уровня воды в вертикальной скважине после предварительной откачки:

г де Н — предельный напор воды (перепад между уровнем грунтовых и начальным уровнем воды в скважине), r- радиус скважины-дрены, m — постоянная, зависящая от радиуса скважины, варьирует от 4 до 2.5, а для дрен с радиусом от 2.5 до 5 см принимаемая равной 3.5, — динамическое изменение уровня воды в скважине от начального (h₀) и регистрируемого (А,) в каждый момент времени (t). Если по динамическим данным о величине уровня воды в скважине-дрене построить график в координатах то эта зависимость будет ,лизка к линейной, угол наклона которой составит α. Тангенс угла наклона будет характеризовать радиальный поток влаги. Тогда уравнение по расчету коэффициента фильтрации будет выглядеть следующим образом.

У. Д. справедливо для условий ламинарной, установившейся (стационарной), безнапорной (или близкой к безнапорной) фильтрации. Закон Дарси справедлив и для трехмерного переноса воды: — градиент гидравлического напора в трехмерном пространстве. Отметим, что произведение является произведением скалярной величины К_ф на векторную , и в этом случае поток q — тоже вектор, направление которого определяется векторной величиной .

У. Д. применимо не только для движения воды, но и для других жидкостей с учетом вязкости фильтрующейся жидкости.

У

32.

дельная поверхность почвы. Методы определения и расчета.

Удельная поверхность почвы — площадь поверхности 1 г твердофазных почвенных частиц [м /г]. Удельная поверхность характеризует дисперсность почвы и состояние поверхности почвенных частиц. Различают полную У.П.П.  , внутреннюю (S_i) и внешнюю (S_e): .

Внутренняя поверхность — это поверхность микротрещин, микроковерн, микровпадин в почвенных частицах. Внешняя — образуется после заполнения внутренней поверхности частиц. Полная удельная поверхность , внутренняя (S_i) и внешняя (S_e) отражают сорбционную способность почвы, форму частиц, состояние их поверхности.

Определяют различные виды У.П.П. по кривой сорбции (или десорбции) паров воды и рассчитывают по уравнению БЭТ (см. Уравнение БЭТ).