uchebnik13

сят во внешний -1 цилиндр калориметра. В отверстие крыш­

ки из бюретки приливают 10 или 15.мл воды, в зависимости т навески почвы. Перед этим отверстие для воды в дне цилиндра лотно закрывают палочкой. Калориметр ставят в каркас

при"ор собран, дают ему ПОстоять 5-10 .мин для выравнива­

ния \;емпературы и затем приступают к опыту. Запись ведут

по фо~ме табл. 41.

Во время опыта калориметр теряет часть тепла в окружаю­

щее пространство (лучеиспусканием), на что необходимо вво­

дить поправку. Поправку определяют из 10 отсчетов по термо­ метру Бекмана перед опытом и после опыта, которые произво­ дят через каждую минуту. Затем вычисляют поправку на луче­

с почвой, а отверстие вновь закрывают палочкой. Воду и почву перемешивают мешалкой. При смачивании выделяется теплота и температура повышается. Наблюдения за температурой по тер­ мометру Бекмана после смачивания продолжают через каждую

минуту до тех пор, пока температура начнет снижаться, после

271

чего делают еще 1О отсчетов через каждую минуту или одиу

отсчет через 1О .миl-t и опыт считают законченным. Длительность

опыта (n) - 3-15 J,шl-t в зависимости от почвы. Прп вычислени

учитывают максимальное показание термометра Бекмана, в на1:

случае 2,300. Температурный скачок tO = 2,30 - 1,02 = 1,2 .

Однако истинное повышение температуры t u было более высок, м,

калори'V!етра, t" - маКСИ'V!aJ1ЬНЫЙ температурный скачок после сма­ чивания почвы с поправкой на потерю тепла за счет ,,'Iучеиспус­

кания.

Теплота смачивания в кал/г почвы

где т - навеска почвы.

По теплоте смачивания q вычисляют величину максимальной гигроскопической WJ.lг~'O = 2q.

ТЕПЛОВЫЕ СВОйСТВА ПОЧВ

Основные тепловые свойства почвы - весовая и объемная

теплое\1КОСТЬ, теПЛОПРОВОNЮСТЬ и те\1пературопроводность. Они

определяют степень нагревания почвы, скорость и глубину про­

никновения тепла в нижележащие горизонты.

костью - Си' Объемная и весовая теплоемкости связаны между

собой уравнением:

где d1 - удельный вес твердой фазы почвы. Следовательно, опре­

делив весовую теплоемкость и удельный вес твердой фазы почвы,

можно вычислить объемную теш:юе:\1КОСТЬ почвы. Теплоемкость С/)

твердой фазы почвы аддитивна теплоемкости составляющих ее

ко\шонентов. По данным сотрудника лаборатории физики почв

МГУ Е. А. Дмитриева, тептюемкость твердой прокаленной части

почвы в интервале температур 25-50~ равна 0,184 для таежных

272

\ На основании этих величин автор предложил эмпирическую формулу для вычисления удельной весовой теплоемIЮСТИ твердой фазы

~почв-Св.

(98)

Ii - процент химически связанной и кристаюшзационной воды;

б - процент гумуса;

в - процент СО2 в почве.

Если в почве нет карбонатов или гумуса, то соответствующие

Ч.'Iены в расчете опускают.

Расчеты теплоемкости, приведенные автором по данным сокра­

щенного валового анализа твердой фазы, показали хорошую сход­

ность с фактическими данными.

Объемная теплоемкость почвы естественного сложения зависит

от теплоемкости твердой фазы почвы, влажности почвы и содер­

жания воздуха в ней. Зная объемную удельную теплоемкость

и количественный состав компонентов, легко вычислить объемную

Теплоемкость воздуха ничтожно мала и в расчет ее часто не

принимают.

Определение теплоемкости с помощью калориметра. Принцип

калориметрического метода состоит в следующем: навеску сухой

почвы М, имеющую удельную теплоемкость С"' нагревают до t2°,

сения почвы в калориметр устанавливают равновесную темпера­

туру Т. При этом почва теряет часть тепла, а калориметр и вода

Описываемый калориметр (рис. 87) состоит из калоримет­

рического латунного стакана цилиндрической формы - 1 емко­ стью 700-1500 .I'rtЛ, который вставляют во второй, защитный стакан -2 с воздушной оболочкой (или без нее) Стакан

закрывают эбонитовой крышкой - 3, в которую вмонтированы /1

приемник для образца почвы - 4, пропеллерная мешалка - 5

для перемешивания в калориметре воды или спирта и термомеТРI

Бекмана - б для определения ее температуры. Смонтированным

калориметр помещают в большой защитный бак - 7 с теПЛQ­ изоляцией из войлока - 9, заполненный жидкостью - 8, пере­

мешивание которой производят специальной мешалкой - 10 и температуру которой контролируют обыкновенным термомет­

С ПОЧIЮй

в латунный цилиндр, на внешней стороне которого намотана

спираль для обогрева калориметрического стакана. Между ци­

линдром и баком размещают батарею термопар, регистрирую­

щих разность температур между ними с помощью зеркального

гальванометра.

Внешний большой защитный бак служит для поддержания

постоянной температуры, одинаковой с калориметрической си­

стемой. Внутри его смонтирован обогреватель, на который по

дают питание с ЛАТР'а порядка 30 v через реостат, регулирую щий напряжение. К системе подключен змеевик охлаждения,

расположенный в защитном баке калориметра, через который

из расположенного рядом ультратермостата прогоняют спирт,

274

пониженной, по сравнению с калориметром, температуры. Охла­ дитель автоматически включается через фотореле, когда цепь

обогревателя калориметра выключается, и спирт в защитном баке

Иtofеет более высокую температуру, чем калориметрическая си­

стема. Наоборот, если в защитном баке температура ниже,

то\ автоматически включается обогреватель бака. Таким путем

ПОдДерживают постоянство температуры калориметра и окру­

жающего его защитного бака, что исключает потерю тепла ка­

.1ОриметрическоЙ системой в окружающее пространство.

ний калориметра, добива-

u

ются стационарного состояния температуры калориметрическои

жидкости, наблюдая за показаниями термометра Бекмана. Из

ультратермостата бюкс с почвой С помощью трубки, сделанной

из термоизоляционного материала, переносят в приемник кало­

риметра. Температуру воды в калориметре отсчитывают по термометру Бекмана - [\.

По ходу температуры в системе в течение опыта автоматиче­

ски включается то охладитель, то нагреватель защитного бака.

Через 3-5 .мин после того, как в калориметрической системе

установлен постоянный ход температуры по термометру Бекмана,

делают отсчет - Т и опыт считают законченным. Удельную весовую теплоемкость твердой фазы почвы С рассчитываЮl

2

где К - тепловое значение калориметрического стакана систем,,!. определяемое по Теплоте растворения КО;

в конце опыта.

Адиабатический калориметр позволяет определять удельную

теплоемкость почвы в любом интервале температур от 20 дО 90ОС

со средней относительной погрешностью 1-2%. Его широко

используют при изучении фазовых изменений воды, льдистости,

при определении незамерзающей воды в почвах и грунтах.

Теплопроводность почвы - способность ее поглощать и про­

водить тепло от слоя к слою в направлении, обратном термиче­

скому градиенту, т. е. из мест горячих в холодные. Теплопереда­

ча в почве слагается из теплопроводности твердой и жиДкой фаз

почвы, теплопроводности и конвекции тепла через поры, а так­

же излучения его между стенками пор. Количество передающей

ся через слой ПОЧВbl тепловой энергии - пропорционально гра­

диенту температур и коэффициенту теплопроводности - л. ~o эффициент теплопроводности измеряют количеством тепла

в калориях, прошедшего в секунду через сечение почвы в 1 см2,

при толщине слоя в 1 см и температурном градиенте на концах слоя в }О. Величина теплопроводности почвы зависит от теПJlО­

проводности основных компонентов ее (твердой и жидкой фазы)

Коэффициент теплопроводности твердой фазы почвы колеблется

в пределе 5,8·10-3-0,9·10-3, для воды же oh=1,24.10--3 ,

воздуха - 0,36.10-3 кал/см сек· град.

Прогревание глубинных горизонтов почвы прямо пропор­

ционально ее теплопроводности и обратно - теплоеМКОС1!I.

Существует ряд методов определения теплопроводности почв

Наиболее ценны из них те, которые позволяют определить эт)

характеристику в почве естественного сложения.

Опишем метод шарового зонда постоянной мощности, теоре­

тическое обоснование которого разработал А. Ф ЧудновскиИ.

а прибор - Каганов.

Определение теплопроводности почв шаровым зондом (ШЗ). Сущность метода состоит в том, что в почву вводят нагреватель

в форме металлического шара. Изменение температуры поверхно-

•

276

Выражение

r

'Y'1t·K·t

при этом равно нулю. Окончательно теплопроводность почвы

вычисляют по формуле

6с2

Л = - . (100)

N

Величина в дана в паспорте прибора.

Главные части прибора - шаровые зонды и измерительное

устройство, смонтированное в портативном деревянном ящике.

Шар о в айз о н Д (рис. 89) составлен из двух полушарий.

(радиусом в 1 см), сделанных из листовой меди толщиною в 0,2 мм.

Внутри шара - J помещен нагреватель, состоящий из металличе­ ского сердечника с намотанной на него манганиновой проволакай.

Общее сопротивление нагревателя OKOJ10 20 ОМ. К внутренней

оболочке шара припаян «горячий» конец термопары; «холодный»

конец помещают в почву - 2. Для изоляции от в,;,sи их покры

вают слоем краски. Термопары измеряют температуру шара Та'

Проволоки нагревателя и термопар разветвляются через колодки--

3 и 4. Выводные провода термопар - 5 имеют коричневый цвет.

277

случаях полярность. Затем отмечают начальное положение стрелки гальванометра - ПО. Ключ К следует поставить в рабо­

чее положение на 300 или 600 тА, в зависимости от потребной

величины нагревательного тока, и включить секундомер. С по­

мощью рестата R, имеющего на панели винт, устанавливают

спределенную силу тОка в цепи подогревателя. После включе­

Рис. 91. Градуировочная кривая

На основании полученных данных строят график на милли­

метровой бумаге: по оси ординат откладывают показания гальва­

Форма записи при определении теплопроводности приведена

в табл. 42.

Этим прибором можно определять - л и в лаборатории на

монолитных образцах соответствующего размера.

ЕСJIИ известны температуропроводность -Кt И объемная тепло­

емкость - Cv , то теплопроводность можно вычислить по формуле:

279

Т а б.1 И Ц а 42

Форма записи данных опыта по определению

Температуропроводность почв

Температуропроводность характеризует способность почвы вырав­

нивать свою температуру при наличии разницы степени нагрева

в данной и соседней точках. Коэффициент температуропроводности Кt равен тому повышению температуры, которое произойдет веди

нице объема почвы при поступлении в нее тепла, численно рав­

ногЬ ее теплопроводности - k

i

Kt=c,

v

где Cv - объемная теплоемкость почвы.

При вы ажениии величин в системе GgS

К, - с.м2/сек

Определение температуропроводности почвы в лабораторных

условиях можно произвести калориметрическим методом по Конд­

ратьеву, довольно прост И доступен также метод тонкой ШIaСТИНЫ с мгновенным импульсом тепла Чудновского, пригодный для поле­ вых и Jlабораторных условий.

Калориметрическое определение температуропроводности почвы

Kt основано на теории регулярного режима охлаждения Кондрать­

.ева; при этом определении температурное ПОJIе свободно от ВJIИЯ­

ния резких температурных неравномерностей, связанных с перво­ начальным состоянием системы. При этом коэффициент темпера­

туропроводности определяюТ'по фОРМУJlе Kt = К-т, где К-посто­

янная прибора, т - коэффициент, зависящий от формы, размера

и тепловых характеристик образца почвы.

280