Daugiau

2.1: 2.2. Flux - geomokslai

2.1: 2.2. Flux - geomokslai


Srauto tankis, F, šioje knygoje vadinamas srautu, yra kiekio perdavimas ploto vienetui per laiko vienetą. Metrinių (SI) vienetų pavyzdžiai yra masės srautas (kg · m–2· S–1) ir šilumos srautas, (J · m-2· S–1). Naudojant vatų apibrėžimą (1 W = 1 J · s–1), šilumos srautas taip pat gali būti nurodomas vienetais (W · m–2). Srautas yra įtekėjimo ar nutekėjimo kiekio matas, pvz., Per fiksuoto tūrio kraštą, todėl dažnai naudojamas Eulerio sistemose (2.7 pav.).

Kadangi srautas yra susijęs su kryptimi, taip ir srautas yra susijęs su kryptimi. Turite atsižvelgti į srautus Fx, Fyir F.z atitinkamai x, y ir z kryptimis. Srautas teigiama x kryptimi (į rytus) rašomas teigiama F reikšmex, o srautas priešinga kryptimi (į vakarus) yra neigiamas.

Bendras šilumos ar masės kiekis, tekantis per A zonos plokštumą per laiko intervalą ∆t, apskaičiuojamas taip:

( begin {align} Suma = mathbb {F} cdot A cdot Delta t tag {2.9} end {align} )

Šilumai, suma ≡ ∆QH pagal apibrėžimą.

Srautai kartais užrašomi kinematine forma, F, dalijant iš oro tankio, ρoras :

( begin {align} F = frac { mathbb {F}} { rho _ { text {air}}} tag {2.10} end {align} )

Kinematinis masės srautas lygus vėjo greičiui, M. Kinematiniai srautai taip pat gali būti 3 stačiakampio kryptimis: Fx, Fyir F.z.

[ATSARGIAI: nepainiokite simbolio M naudojimo. Čia tai reiškia „vėjo greitį“. Anksčiau tai reiškė „reiškia anomaliją“. Šioje knygoje daugelis simbolių bus pakartotinai naudojami įvairiems daiktams pavaizduoti dėl riboto simbolių skaičiaus. Net jei simbolis nėra apibrėžtas, paprastai jo reikšmę galite nustatyti pagal kontekstą.]

Šilumos srautai F.H galima į kinematinę formą padalyti iš abiejų oro tankio ρoras ir oro savitoji šiluma Cp, gaunamas kiekis, turintis tuos pačius vienetus kaip temperatūra ir vėjo greitis (K · m · s–1)

( begin {align} F_ {H} = frac { mathbb {F} _ {H}} { rho_ {air} cdot C_ {p}} quad for heat only tag {2.11 } end {align} )

Sausam orui (indeksas „d“) Jūros lygyje:

ρoras · Cpd = 1231 (W · m–2) / (K · m · s–1) = 12,31 mb · K–1 = 1,231 kPa · K–1 .

Kartais srautai išreiškiami kinematine forma, nes rezultatas pateikiamas lengvai išmatuotais kiekiais. Pavyzdžiui, nors dauguma žmonių neturi „vatų“ skaitiklių normaliam „dinaminiam“ šilumos srautui matuoti, jie turi termometrus ir anemometrus. Gauta temperatūra ir vėjo greitis turi kinematinio šilumos srauto vienetus (K · m · s)–1). Panašiai masės srautui lengviau išmatuoti vėjo greitį nei oro kilogramams viename plote per laiką.

Šilumos srautus gali sukelti įvairūs procesai. Spinduliniai srautai yra spinduliuojanti energija (elektromagnetinės bangos ar fotonai) ploto vienetui per laiko vienetą. Šis srautas gali keliauti per vakuumą. Advektyvus srautas sukelia vėjas, pučiantis per tam tikrą teritoriją ir nešantis su juo šiltesnę ar šaltesnę temperatūrą. Pavyzdžiui, šiltas vėjas, pučiantis į rytus, sukelia teigiamą šilumos srauto komponentą FHx x kryptimi. Šaltas vėjas, pučiantis į vakarus, taip pat suteikia teigiamą FHx. Neramūs srautai sukelia sūkuriniai judesiai ore, o laidūs srautai sukelia viena į kitą atšokusios molekulės.

Paraiškos pavyzdys

Oro masės srautas yra 1 kg · m–2· S–1 per 1 m pločio ir 2,5 m aukščio durų angą. Koks oro masės kiekis kiekvieną minutę praeina pro duris ir kokia kinematinio masės srauto vertė?

Raskite atsakymą

Duota: plotas A = (1 m) · (2,5 m) = 2,5 m2

F = 1 kg · m–2· S–1

Rasti: a) Suma =? kg, ir (b) F =? m · s–1​​​​​​​

Eskizas: (žr. 2.7 pav.)

a) Naudokite ekv. (2.9):

Kiekis = (1 kg · m–2· S–1) · (2,5 m2) (1 min.) · (60 s min.)–1) = 150 kg.

b) Tarkime: ρ = 1,225 kg · m – 3 jūros lygyje

Naudokite ekv. (2.10):

F = (1 kg · m–2· S–1) / (1,225 kg · m–3) = 0,82 m · s–1.

Patikrinti: Vienetai gerai. Eskizas gerai. Fizika gerai.

Ekspozicija: Kinematinis srautas prilygsta labai mažam, mažesniam kaip 1 m s – 1 vėjo greičiui, pučiamam pro duris, tačiau kiekvieną minutę jis perneša gana daug masės.

Paraiškos pavyzdys

Jei saulės šilumos srautas, pasiekiantis Žemės paviršių, yra 600 W m – 2, raskite srautą kinematiniais vienetais.

Raskite atsakymą:

Duota: F.H = 600 W m–2

Rasti: F.H =? K · m s–1

Tarkime: jūros lygis.

Naudokite ekv. (2.11)

FH = (600 W m–2) / [1231 (P · m–2) / (K · m · s–1)] = 0,487 K · m s–1

Patikrinti: Vienetai gerai. Fizika gerai.

Ekspozicija: Šis spinduliavimo šilumos srautas yra lygus 1 m s advekciniam srautui–1 vėjas pučia orą, kurio temperatūra viršija apie 0,5 ° C.


Žiūrėti video įrašą: Chemijos pamoka Chemijos ir geomokslų fakultete 2018