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热量交换方式和热特性(3)

时间:2013-10-17 11:01 来源:未知 作者:地理教师 责任编辑:地理教师
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空气 1.008×103 0.0013×106 0.021 1.6×10-5 水 4.2×103 4.2×106 0.59 1.4×10-7
 
(二)导热率
    物体内部传导热量快慢的能力用导热率(λ)表示。它是指1m深度的土壤,温差为1℃,1s钟通过1m2横截面的热通量,单位为J/(m·s·℃)。在其他条件相同的情况下,物体的导热率愈大,其表面温度的升降也就愈和缓。
    土壤固体颗粒的导热率比空气大几十倍、甚至一、二百倍,比水也要大几倍,而水的导热率又比空气大三十倍。
    一般来说,根据实验数据,土壤矿物学性质对于土壤热力特性的影响是不大的。因此,土壤导热率主要决定于土壤中空气和水分含量的多少。随着土壤湿度的增加,土壤导热率增大;随着土壤孔隙度增多,土壤导热率变小。潮湿而紧实的土壤导热率良好,白天地面得热后能迅速下传,地面升温缓慢,夜间地面失热后,下层热量迅速上传补充,土壤降温也缓慢。干燥而疏松的土壤,增温和冷却都将较潮湿而紧实的土壤剧烈。
(三)导温率
    导热率只表示物体转移热量快慢的能力,并不能决定温度的变化。因为温度的变化除与热量传递速度有关外,同时还决定于物体的热容量。为了表示物体温度的变化速率,用导热率与热容量之比作指标,并称为导温系数或导温率(K)。
    导温率(K):它表示物体传递温度和消除层次间温度差异的能力。其定义为:单位体积的物体,由于流入(或流出)数量为λ的热量后,温度升高(或降低)的数值,其单位为m2/s(平方米/秒)。可用下式表示   K=λ/Cv
    在其他条件相同的情况下,物体导温率大,温度由物体表面向里或由里向物体表面传播愈快,温度变化所及深度愈深,各深度温度差异能较快消除。
    导温率最大的是静止的空气,空气的导温率比水大百倍,比土壤固体颗粒大几十倍。因此,过湿的沼泽土壤,热力特性极为不好,导温很差。
由导温率的公式可知,导温率与导热率大小成正比,与热容量成反比。在土壤中,随土壤湿度增加,导热率和热容量都增大,但两者变化速度是不同的,因此导温率与土壤湿度的关系是复杂的。据研究,干土起初因湿度上升使导热率增大的速度超过热容量增大的速度,故导温率是增大的,也就是干土变湿的初期,导温性能变好。但待土壤湿度增至一定程度后,导热率增大已不显著,而热容量仍随湿度线性上升,反而使导温率减少了。因此,仅在某一适中的土壤湿度时(据研究在20-30%时),土壤的导温性最好,太干或太湿都不好。
在近地气层,空气不是处于静止状态,而是处于乱流状态,乱流状态下空气的导温率(又称为乱流交换系数或感热交换系数)比土壤空气分子的导温率大得多,一般增大几千上万倍,有时大3-5个量级(即×103-105)。所以,在有乱流运动的空气中,只需考虑乱流导温率,可忽略分子导温率。
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