15) Основные параметры, характеризующие тепловые свойства. Температура Дебая. Фазовые переходы I и II-го рода.

Основные параметры:

Коэффициент теплопроводности λ определяется из уравнения Фурье, которое гласит: плотность теплового потока q прямо про­порциональна градиенту температуры (grad Т), т.е.

где λ - коэффициент пропорциональности, получивший на­звание коэффициента теплопроводности, или просто теплопро­водности.

Плотность теплового потока q — это количество теплоты, пе­редаваемое через единицу изотермической поверхности в единицу времени от более нагретой части тела к менее нагретой. Размерность q кал/м²ч или Вт/м², с учётом этого размерность λ Вт/(м·К).

Удельная теплоёмкость С - количество теплоты, поглощае­мое единицей массы вещества (кг), при нагревании тела на один градус, размерность С — Дж/кг·К.

Коэффициент температуропроводности (α) - параметр, харак­теризующий скорость изменения температуры вещества в неста­ционарных тепловых процессах. Он определяется как отношение теплопроводности λ к произведению удельной теплоёмкости С на плотность вещества σ, выражается в м²/с.

Коэффициенты теплового линейного (α) и объёмного (β) рас­ширения определяются, соответственно, формулами:

ΔL/L = α·ΔT, ΔV/V = β·ΔT

здесь L — длина тела, V — объём тела.

Из приведённых зависимостей следует, что размерность ко­эффициентов α и β одинакова (⁰C)^-1, K^-1, т.е. в обратных единицах шкалы Цельсия или Кельвина.

При повышении температуры породы частота колебания уз­лов решётки минералов возрастает относительно плавно до неко­торого предела - до температуры Дебая, выше которой наступает агармоничность в колебательном процессе, что влечёт за собой из­менение тепловых свойств.

Температура Дебая отделяет низкотемпературную область, где проявляются квантовые эффекты, от высокотемпературной, где справедливы законы классической статистической механики. Эта температура зависит от упругих постоянных кристаллов, она варь­ирует в весьма широких пределах, например у NaCl температура Дебая составляет 47 ⁰С, а у алмаза — 1577 °С.

Фазовые переходы в минеральном скелете породы де­лятся на две группы: фазовые переходы 1 рода и фазовые переходы II рода.

При фазовых переходах I рода, например от кристаллического состояния в жидкое, процесс идёт с поглощением тепла при посто­янной температуре. Поступающее тепло расходуется не на нагрев породы, а на разрыв межатомных связей, на деформацию и полное разрушение кристаллической решётки. Если переход происходит в обратном направлении (кристаллизация расплава), то порода вы­деляет (отдаёт) теплоту.

Фазовые переходы, не связанные с поглощением или выделе­нием теплоты, но с резким изменением физических свойств, при определённых температурах, называются фазовыми переходами II рода. Примерами фазового перехода II рода являются: переход ферромагнитных минералов в парамагнитное состояние (в темпе­ратурной точке Кюри) и переход металлов и некоторых их соеди­нений в сверхпроводящее состояние при температуре, близкой к 0°К, характеризуемое уменьшением электрического сопротивле­ния до нуля.