Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Топырақтың жылулық қасиеттері - инженерлік, климаттық және ауыл шаруашылығында маңызды қолданыс тапқан топырақ физикасының құрамдас бөлігі. Бұл қасиеттер топырақ профиліне энергияны бөлуді әсер етеді. Топырақ температурасына байланысты болса да, ол топырақтағы энергияның (негізінен жылу түрінде) сәулелену, өткізгіштік және конвекциялық жолмен берілуімен байланысты. Топырақтың негізгі жылулық қасиеттері: Көлденең жылу сыйымдылығы, СИ бірліктері: J∙m−3∙K−1 Жылу өткізгіштігі, СИ бірліктері: W∙m−1∙K−1 Жылу диффузивтігі, СИ бірліктері: m2∙s−1
The thermal properties of soil are a component of soil physics that has found important uses in engineering, climatology and agriculture. These properties influence how energy is partitioned in the soil profile. While related to soil temperature, it is more accurately associated with the transfer of energy (mostly in the form of heat) throughout the soil, by radiation, conduction and convection. The main soil thermal properties are
Volumetric heat capacity, SI Units: J∙m−3∙K−1
Thermal conductivity, SI Units: W∙m−1∙K−1
Thermal diffusivity, SI Units: m2∙s−1
Бір және екі жылу зондтары
Бірде-бір зонд әдісі топыраққа енгізілген жылу көзін қолданады, осылайша жылу энергиясы белгілі бір жылдамдықпен үздіксіз қолданылады. Топырақтың жылулық қасиеттерін жылулық сенсор арқылы жылу көзіне жақын орналасқан температуралық реакцияны талдау арқылы анықтауға болады. Бұл әдіс жылуды зондтан алып кету жылдамдығын көрсетеді. Бұл құрылғының шектеулілігі тек жылу өткізгіштігін өлшеуі. Қолданылатын стандарттар: топырақтың жылулық кедергісін өлшеу жөніндегі IEEE нұсқаулығы (IEEE 442 1981 стандарты), сондай-ақ топырақ пен жұмсақ тау жыныстарының жылулық өткізгіштігін тепкілі инелік зерттеу әдісімен анықтау жөніндегі ASTM D 5334 08 стандартты сынақ әдісі. Қосымша зерттеулер жүргізілгеннен кейін қос зондты жылу импульсі әдісі әзірленді. Ол екі қатар иіндік сынамадан тұрады, олар бір-бірінен (r) қашықтықта орналасқан. Бір сынамасында жылытқыш, екіншісінде температуралық сенсор бар. Екі қос зондты құрылғы топыраққа енгізіліп, жылу импульсі қолданылады және температуралық сенсор уақыт функциясы ретінде жауап береді. Яғни, термоиндикатордан топырақ (r) арқылы сенсорға жылу импульсі жіберіледі. Бұл құрылғының үлкен артықшылығы - жылу диффузиясын және көлемдік жылу сыйымдылығын өлшеуі. Осыдан жылу өткізгіштігін есептеуге болады, яғни қос зонд топырақтың барлық негізгі жылу қасиеттерін анықтай алады. Жылу импульсі техникасының ықтимал кемшіліктері атап өтілді. Бұл топырақтың шағын өлшеу көлемін, сондай-ақ өлшеулердің топырақпен жанасуына және жылытқыш арақашықтығына сенсордың сезімталдығын қамтиды.
The single probe method employs a heat source inserted into the soil whereby heat energy is applied continuously at a given rate. The thermal properties of the soil can be determined by analysing the temperature response adjacent to the heat source via a thermal sensor. This method reflects the rate at which heat is conducted away from the probe. The limitation of this device is that it measures thermal conductivity only. Applicable standards are: IEEE Guide for Soil Thermal Resistivity Measurements (IEEE Standard 442 1981) as well as with ASTM D 5334 08 Standard Test Method for Determination of Thermal Conductivity of Soil and Soft Rock by Thermal Needle Probe Procedure. After further research the dual probe heat pulse technique was developed. It consists of two parallel needle probes separated by a distance (r). One probe contains a heater and the other a temperature sensor. The dual probe device is inserted into the soil and a heat pulse is applied and the temperature sensor records the response as a function of time. That is, a heat pulse is sent from the probe across the soil (r) to the sensor. The great benefit of this device is that it measures both thermal diffusivity and volumetric heat capacity. From this, thermal conductivity can be calculated meaning the dual probe can determine all the main soil thermal properties. Potential drawbacks of the heat pulse technique have been noted. This includes the small measuring volume of soil as well as measurements being sensitive to probe to soil contact and sensor to heater spacing.
Қашықтан зондтау
Жерсеріктік және ұшақтардың қашықтықтан зондтау жүйесі топырақтың жылулық қасиеттерінің өзгеруін анықтауға және адам ісінің көптеген аспектілеріне пайдасын тигізуге мүмкіндік берді. Жер бетінен шағылған жарықты қашықтан бақылау топырақтың ең жоғарғы қабаттарының жылулық реакциясын көрсетеді (бірнеше молекулалық қабат қалыңдығы), ал жер бетінен төменгі тереңдікке дейін энергияның өзгеруін қамтамасыз ететін жылулық инфрақызыл толқын ұзындығы ең қызықты. Жылу сенсорлары жылу өткізгіштік, конвекциялық және сәулелену процестерінің сыртқы жылытуы салдарынан жер бетінің қалың қабаттарына жылудың кіруіне және шығуына байланысты өзгерістерді байқай алады. Спутниктерден микротолқындық қашықтан зондтау да пайдалы болып шықты, өйткені бұл бұлттылықпен әсер етпейтін TIR-ге қарағанда артықшылығы бар. Топырақтың жылулық қасиеттерін өлшеудің әртүрлі әдістері әртүрлі салаларда көмек көрсету үшін пайдаланылды, мысалы; құрылыс материалдарының кеңеюі мен жиырылуы, әсіресе тоңған топырақта, газ құбырларының немесе электр кабельдерінің ұзақтығы мен тиімділігі, энергияны үнемдеу схемалары, егіншілікте екпелердің уақытын анықтау үшін, көшеттің пайда болуы мен егіннің өсуін қамтамасыз ету үшін, жылу әсері ретінде парниктік газдар шығарындыларын өлшеу, топырақтан көмірқышқыл газының босауы. Топырақтың жылулық қасиеттері қоршаған ортаны зерттеуде маңызды рөл атқарады. Мысалы, радиоактивті қалдықтардағы су қозғалысын анықтау және жер астындағы миналарды анықтау.
Remote sensing from satellites, aircraft has greatly enhanced how the variation in soil thermal properties can be identified and utilized to benefit many aspects of human endeavor. While remote sensing of reflected light from surfaces does indicate thermal response of the topmost layers of soil (a few molecular layers thick), it is thermal infrared wavelength that provides energy variations extending to varying shallow depths below the ground surface which is of most interest. A thermal sensor can detect variations to heat transfers into and out of near surface layers because of external heating by the thermal processes of conduction, convection, and radiation. Microwave remote sensing from satellites has also proven useful as it has an advantage over TIR of not being effected by cloud cover. The various methods of measuring soil thermal properties have been utilized to assist in diverse fields such as; the expansion and contraction of construction materials especially in freezing soils, longevity and efficiency of gas pipes or electrical cables buried in the ground, energy conservation schemes, in agriculture for timing of planting to ensure optimum seedling emergence and crop growth, measuring greenhouse gas emissions as heat effects the liberation of carbon dioxide from soil. Soil thermal properties are also becoming important in areas of environmental science such as determining water movement in radioactive waste and in locating buried land mines.
Қолданылуы
Топырақтың жылулық инерциясы жерді жер асты жылу энергиясын сақтау үшін пайдалануға мүмкіндік береді. Күн энергиясын жаздан қысқа дейін жер бетіндегі жылу энергиясын ұзақ мерзімді сақтау үшін пайдалана отырып, қайта өңдеуге болады. Топырақтағы еріген органикалық көміртегі мен топырақтағы органикалық көміртегі мөлшерінің өзгеруі оның тыныс алу қабілетіне әсер етуі мүмкін, я көміртегі сіңіруін ұлғайтады немесе азайтады. Сонымен қатар, жер асты жылу көздерімен жұмыс істейтін, терең емес циклді жылу сорғыларын жобалау критерийлері жылу өткізгіштігін дәл оқуды талап етеді. Бұл жоғарыда аталған жылулық жылу зондты пайдалану арқылы орындалады, жердің жылу өткізгіштігін дәл анықтау үшін.
The thermal inertia of the soil enables the ground to be used for underground thermal energy storage. Solar energy can be recycled from summer to winter by using the ground as a long term store of heat energy before being retrieved by ground source heat pumps in winter. Changes in the amount of dissolved organic carbon and soil organic carbon within soil can effect its ability to respirate, either increasing or decreasing the soils carbon uptake. Furthermore, MCS design criteria for shallow loop ground source heat pumps require an accurate in situ thermal conductivity reading. This can be done by using the above mentioned thermal heat probe to accurately determine soil thermal conductivity across the site.