Теплоемкость горных пород (часть 1)

Тепловой поток, идущий из недр Земли, оказывает огромное влияние на термодинамическое состояние горных пород и является причиной многих геологических процессов. Изучение закономерностей этих процессов возможно при теоретических и экспериментальных исследованиях теплофизических свойств минералов и горных пород и параметров теплового потока. Определение теплофизических свойств минералов и пород имеет и большое прикладное значение в связи с расширением масштабов воздействия человека на земную кору. Так, с увеличением глубин разрабатываемых месторождений воздух в горных выработках нагревается выше допустимых пределов. А в районах вечной мерзлоты строительные, горные, буровые работы осложняются специфическими особенностями поведения пород при отрицательных температурах, что потребовало их детального изучения и разработки специальных технологий.
К теплофизическим свойствам горных пород относят теплоемкость С, теплопроводность λ, температуропроводность α, тепловое расширение, плавкость пород, морозостойкость и термостойкость, полиморфные превращения и разложение минералов под воздействием высоких температур и др.
При нагревании горные породы поглощают тепло, при этом амплитуда и частота колебаний атомов и молекул увеличиваются, растет их кинетическая энергия, что проявляется изменением температуры.
Тепло, поглощаемое породой, согласно первому закону термодинамики, переходит во внутреннюю энергию dQ1 и затрачивается на внешнюю работу dQ2 (тепловое расширение, полиморфные превращения):

Тепло, переходящее во внутреннюю энергию, связано с температурой тела соотношением (dQ1=CdT, где С — теплоемкость тела. Отсюда, теплоемкость — величина, равная отношению количества теплоты dQ1 сообщаемого телу, к соответствующему изменению температуры Т этого тела:

Теплоемкость пород зависит от химического состава и условий процесса теплопередачи. Так различают теплоемкость при постоянном объеме Сv и при постоянном давлении Ср. Практически удобнее пользоваться теплоемкостью единицы массы вещества, т. е. удельной теплоемкостью

Переходя теперь к конечным значениям и пренебрегая величиной dQ2, как слишком малой, получим:

---