Теплопроводность и температуропроводность пород (часть 1)

При нагревании любых тел тепло от участков с более высокой температурой передается участкам с более низкой температурой. Происходит теплообмен — самопроизвольный необратимый процесс переноса тепла в пространстве с неоднородным полем температуры. В общем случае теплоперенос может осуществляться в трех формах: конвекции, теплопроводности и излучения. Процесс теплообмена, при котором перенос тепла в неравномерно нагретой среде имеет атомно-молекулярный характер (не связан с макроскопическим движением среды) называется теплопроводностью. Для горных пород в практически наблюдаемом интервале температур характерна именно эта форма теплопереноса.
Для образца породы, противоположные торцы которого имеют температуру Т1 и Т2 (рис. 6.1), количество теплоты, передаваемой по образцу от более нагретого торца будет пропорционально разности температур ΔТ, площади образца ΔS, времени Δt и обратно пропорционально расстоянию между торцами:

где λ — коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств пород и называемый теплопроводностью:

Если обозначить величину ΔТ/ΔХ=gradТ (градиент температур), а величину

(q — удельный тепловой поток), то формула для определения теплопроводности примет вид

Отсюда вытекает определение теплопроводности — это удельный тепловой поток при градиенте температуры, равном единице. Таким образом, λ характеризует теплопроводяшие свойства вещества, т. е. показывает, насколько легко и быстро материал проводит тепло. Единицей λ в СИ является Вт/м∙К).
Наибольшей теплопроводностью обладают самородные элементы (за исключением серы), Вт/(м∙К): для серебра — 418, меди — 396, золота — 310. Повышенной теплопроводностью (до 10...40 Вт/м∙К)) обладают также рудные минералы: пирит, сфалерит, гематит, рутил.

---