Средние широтные величины составляющих Т. б. земной поверхности для океанов, суши и Земли и Т. б. атмосферы приведены в таблицах 1, 2, где величины членов Т. б. считаются положительными, если соответствуют приходу тепла. Так как эти таблицы относятся к средним годовым условиям, в них не включены члены, характеризующие изменения теплосодержания атмосферы и верхних слоев литосферы, поскольку для этих условий они близки к нулю.
Для Земли как планеты, вместе с атмосферой, схема Т. б. представлена на рис. На единицу поверхности внешней границы атмосферы поступает поток солнечной радиации, равный в среднем около 250
ккал/см
2в год, из которых около
отражается в мировое пространство, а 167
ккал/см
2в год поглощает Земля (стрелка
Q
sна
рис.
). Земной поверхности достигает коротковолновая радиация, равная 126
ккал/см
2в год; 18
ккал/см
2
в год из этого количества отражается, а 108
ккал/см
2в год поглощается земной поверхностью (стрелка
Q). Атмосфера поглощает 59
ккал/см
2в год коротковолновой радиации, то есть значительно меньше, чем земная поверхность. Эффективное длинноволновое излучение поверхности Земли равно 36
ккал/см
2в год (стрелка
I)
,поэтому радиационный баланс земной поверхности равен 72
ккал/см
2в год. Длинноволновое излучение Земли в мировое пространство равно 167
ккал/см
2в год (стрелка
I
s)
.Таким образом, поверхность Земли получает около 72
ккал/см
2в год лучистой энергии, которая частично расходуется на испарение воды (кружок
LE) и частично возвращается в атмосферу посредством турбулентной теплоотдачи (стрелка
Р)
.
Табл. 1. - Тепловой баланс земной поверхности, ккал/см 2год
| Широта, градусы | Океаны | Суша | Земля в среднем |
| R LE Р F o | R LE Р | R LE Р F 0 | |
| 70-60 северной широты 60-50 50-40 40-30 30-20 20-10 10- 0 0-10 южной широты 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 Земля в целом | 23- 33 -16 26 29- 39 -16 26 51- 53 -14 16 83- 86 -13 16 113- 105 - 9 1 119- 99 - 6 -14 115- 80 - 4 -31 115- 84 - 4 -27 113- 104 -5 -4 101- 100 - 7 6 82- 80 -9 7 57- 55 -9 7 28- 31 -8 11 82- 74 -8 0 | 20 -14 - 6 30 -19 -11 45 -24 -21 60 -23 -37 69 -20 -49 71 -29 -42 72 -48 -24 72 -50 -22 73 -41 -32 70 -28 -42 62 -28 -34 41 -21 -20 31 -20 -11 49 -25 -24 | 21 -20 - 9 8 30 -28 -13 11 48 -38 -17 7 73 -59 -23 9 96 -73 -24 1 106 -81 -15 -10 105 -72 - 9 -24 105 -76 - 8 -21 104 -90 -11 -3 94 -83 -15 4 80 -74 -12 6 56 -53 - 9 6 28 -31 - 8 11 72 -60 -12 0 |
Данные о составляющих Т. б. используются при разработке многих проблем климатологии, гидрологии суши, океанологии; они применяются для обоснования численных моделей теории климата и для эмпирической проверки результатов применения этих моделей. Материалы о Т. б. играют большую роль в изучении изменений климата, их применяют также в расчётах испарения с поверхности речных бассейнов, озёр, морей и океанов, в исследованиях энергетического режима морских течений, для изучения снежных и ледяных покровов, в физиологии растений для исследования транспирации и фотосинтеза, в физиологии животных для изучения термического режима живых организмов. Данные о Т. б. были использованы и для изучения географической зональности в работах советского географа А. А. Григорьева.
Табл. 2. - Тепловой баланс атмосферы, ккал/см 2год
| Широта, градусы | R a | L r | P | F a |
| 70-60 северной широты 60-50 50-40 40-30 30-20 20-10 10-0 0-10 южной широты 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 Земля в целом | -70 -60 -60 -69 -82 -83 -76 -74 -76 -74 -71 -64 -57 -72 | 28 43 47 46 42 70 115 90 74 51 55 61 58 60 | 9 13 17 23 24 15 9 8 11 15 12 9 8 12 | 33 4 -4 0 16 -2 -48 -24 -9 8 4 -6 -9 0 |
Лит.:Атлас теплового баланса земного шара, под ред. М. И. Будыко, М., 1963; Будыко М. И., Климат и жизнь, Л., 1971; Григорьев А. А., Закономерности строения и развития географической среды, М., 1966.
М. И. Будыко.
Схема теплового баланса системы земная поверхность - атмосфера.
Тепловой баланс моря
Теплово'й бала'нсморя, соотношение прихода и расхода теплоты в море, основными составляющими которого являются: ,турбулентный и конвективный моря с атмосферой, потеря теплоты на испарение, перенос её течениями. Кроме того, в Т. б. моря входит приход и расход теплоты в результате на поверхность моря, выпадения осадков, речного стока, образования и таяния льдов, поступления теплоты из недр Земли через поверхность дна моря, химических процессов в море, перехода части кинетической энергии воды и воздуха в теплоту. Подробнее см. в ст. .
Тепловой баланс (физич.)
Теплово'й бала'нс,сопоставление прихода и расхода (полезно использованной и потерянной) теплоты в различных .В технике Т. б. используется для анализа тепловых процессов, осуществляющихся в паровых котлах, печах, тепловых двигателях и т. д. Т. б. составляется в единицах энергии ( , ) или в % общего количества теплоты, приходящихся на единицу выпускаемой продукции, на 1 чработы, на период времени (цикл) или на 1 кгизрасходованного вещества. В научных исследованиях Т. б. пользуются при решении многих астрофизических, геофизических, химических, биологических и других проблем (см. моря, Земли и т. д.).
Т. б. рассчитывается на основе физических теплот ( ) ,участвующих в процессе веществ, и теплот соответствующих химических реакций. Для сложных процессов (особенно в металлургии, химической технологии и т. д.) Т. б. предшествует построение материального баланса, т. е. сопоставление прихода и расхода масс веществ в этом процессе; при этом Т. б. установки часто получается как сумма Т. б. аппаратов, составляющих эту установку. Различают Т. б. расчётные и экспериментальные, составленные по данным тепловых испытаний.
Т. б. выражается: в виде уравнения (в одной части которого суммируется приход теплоты, в другой - её расход или потери), таблицы или диаграммы ( рис. ). Например, Т. б. парового котла выражается след. уравнением:
,
где
- теплота сгорания топлива;
- физическая теплота топлива;
- физическая теплота воздуха;
- теплота, переданная рабочему телу;
- потеря теплоты с уходящими газами;
- потери теплоты из-за химического и механического недожога топлива;
- потеря теплоты с излучением в окружающую среду.
По данным Т. б. определяют численное значение как отдельных частей, так и всей установки в целом. Для оценки экономичности установок, вырабатывающих несколько видов энергии, может применяться эксергический баланс (см. ) .
Лит.см. при статьях и .
И. Н. Розенгауз.
Тепловой баланс автомобильного двигателя: а - полезно использованная теплота; б - потери с выхлопными газами; в - потери с охлаждающей водой; г - прочие потери.
Тепловой вакуумметр
Теплово'й вакуумме'тр,см. в ст. .
Тепловой двигатель
Теплово'й дви'гатель, ,в котором тепловая энергия преобразуется в механическую работу. Т. д. составляют наибольшую группу среди первичных двигателей и используют природные энергетические ресурсы в виде химического или ядерного топлива. В основе работы Т. д. лежит замкнутый (или условно замкнутый) термодинамический цикл (см. ) .Эффективность работы идеального Т. д. определяется термодинамическим кпд (см. ) .Работа реального Т. д., имеющего дополнительные потери, например на трение, вихреобразование, тепловые потери, оценивается так называемым эффективным кпд, то есть отношением механической работы на выходном валу Т. д. к подведённой тепловой энергии. Эффективный кпд Т. д. колеблется в пределах 0,1-0,6. По типу машин, осуществляющих рабочие термодинамические процессы, Т. д. подразделяются на поршневые двигатели (см. ) , и .Возможны комбинации этих типов Т. д., например , .По способу подвода теплоты для нагрева рабочего тела Т. д. подразделяются на ,в которых процессы сгорания топлива и преобразования теплоты в механическую работу происходят в одних и тех же рабочих полостях (цилиндрах) Т. д., и двигатели внешнего сгорания, в которых рабочее тело получается (или нагревается) вне самого Т. д. в специальных устройствах (см., например, , ) .
О. Н. Емин.
Тепловой комфорт
Теплово'й комфо'рт,комфортное тепловое состояние, функциональное состояние организма человека, характеризующееся определённым содержанием и распределением теплоты в поверхностных и глубоких тканях тела при минимальном напряжении аппарата .Субъективно такое состояние оценивается как наиболее предпочитаемое. Объективно оно характеризуется постоянством ,минимальной активностью потовых желёз (неощутимое потоотделение 40-60 г/ч) ,небольшими периодическими колебаниями температуры конечностей, особенно кистей и стоп (в диапазоне 30-31 °С) при почти неизменном уровне температуры кожи в области туловища (около 33 °С), относительным постоянством средней температуры кожи (32-33 °С), оптимальным уровнем функционирования сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной, выделительной и других физиологических систем организма, а также наивысшим уровнем умственной работоспособности. Т. к. наблюдается у человека, находящегося в состоянии мышечного покоя при теплопродукции около 80 ккал/ч(1 ккал= 4,19 кдж) или при лёгкой работе с теплопродукцией, не превышающей 150 ккал/ч(канцелярский труд, работа инженера, оператора, научного сотрудника и т. п.), при известном сочетании параметров микроклимата - температуры, относительной влажности, скорости движения воздуха и теплового излучения. Нормативы микроклимата для жилых и общественных зданий, обеспечивающие Т. к., разрабатываются дифференцированно, применительно к разным климатическим зонам, сезонам года и возрастным группам. У большинства взрослых практически здоровых людей, постоянно проживающих в умеренной климатической зоне и одетых в обычную комнатную одежду, Т. к. наблюдается зимой при температуре воздуха 18-22 °С, летом 23-25 °С, при разнице температур воздуха и ограждений не более 3 °С, относительной влажности 30-60%, скорости движения воздуха 0,05-0,15 м/сек(зимой) и 0,2-0,4 м/сек(летом). Зоне комфорта обнажённого человека соответствует температура воздуха 28-30 °С. Под влиянием ряда факторов (физическая работа, акклиматизация к теплу или холоду, некоторые патологические состояния) зона Т. к. несколько изменяется. Тренировка и закаливание организма путём применения воздушных ванн и водных процедур с постепенным снижением температуры раздражителя, а также динамического микроклиматического воздействия, понижая нижнюю границу, расширяют зону Т. к., чем повышают сопротивляемость организма к простудным факторам. В ночное время рекомендуется умеренное понижение температуры вдыхаемого воздуха на 1-2 °С при хорошей теплоизоляции тела, что способствует глубине сна. У детей в первые годы жизни, особенно у новорождённых, и у пожилых людей из-за функциональной недостаточности аппарата терморегуляции зона комфортного микроклимата сужается. Индивидуальные различия границ зоны Т. к. зависят от особенностей ,акклиматизации, развития подкожного жирового слоя, привычки к ношению одежды с той или иной теплоизоляцией и т. п.
Лит.:Слоним А. Д., Воронин Н. М., Влияние на организм климата как средства профилактики и курортного лечения, в кн.: Основы курортологии, ч. 1, М., 1959, с. 20-59; Горомосов М. С., Микроклимат жилищ и его гигиеническое нормирование, М., 1963; Руководство по коммунальной гигиене, т, 3, М., 1963, с. 203-51; Кандрор И. С., Демина Д. М., Ратнер Е. М., Физиологические принципы санитарно-климатического районирования территории СССР, М., 1974.
Е. М. Ратнер.
Тепловой насос
Теплово'й насо'с,устройство для переноса тепловой энергии от теплоотдатчика с низкой температурой (чаще всего - окружающей среды) к теплоприёмнику с высокой температурой. Для работы Т. н. необходима затрата внешней энергии (например, механической, электрической, химической). Процессы, происходящие в Т. н., подобны процессам, осуществляемым рабочим телом в ,с той разницей, что назначение холодильной машины - производство холода, а Т. н. - производство теплоты (см. ) .Рабочим телом в Т. н. обычно является жидкость с низкой температурой кипения (например, фреон, аммиак). Теплоприёмник Т. н. получает, кроме теплоты, эквивалентной совершаемой внешней работе, теплоту, перенесённую от теплоотдатчика, например речной воды; следовательно, коэффициент преобразования энергии в Т. н. всегда больше единицы и такой процесс более выгоден, чем непосредственное превращение электрической, механической или химической энергии в теплоту. Однако условия развития энергетики, заключающиеся в совместной выработке теплоты и электроэнергии, ограничивают использование Т. н., который применяется только в тех случаях, когда другие виды теплоснабжения затруднены (например, при удалённости объекта от ТЭЦ). Иногда Т. н. применяется для отопления в районах с жарким климатом, так как в летний период эта же установка охлаждает подаваемый в здание воздух. Т. н. получил широкое распространение во время 2-й мировой войны 1939-45 в связи с топливными затруднениями, особенно в странах, где имеется в избытке дешёвая электрическая энергия гидростанций (например, в Швейцарии, Швеции, Норвегии и др.).
В. С. Бунин.
Тепловой пограничный слой
Теплово'й пограни'чный слой,слой теплоносителя (жидкости или газа) между его основным потоком и поверхностью теплообмена; в этом слое температура теплоносителя меняется от температуры стенки до температуры потока. См. .
Тепловой поток
Теплово'й пото'к,количество теплоты, переданное через изотермическую поверхность в единицу времени. Размерность Т. п. совпадает с размерностью .Т. п. измеряется в или ккал/ч(1 вт= 0,86 ккал/ч) .Т. п., отнесённый к единице изотермической поверхности, называется плотностью Т. п., удельным Т. п. или тепловой нагрузкой; обозначается обычно q,измеряется в вт/м 2или ккал/( м 2 Чч) .Плотность Т. п. - вектор, любая компонента которого численно равна количеству теплоты, передаваемой в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной к направлению взятой компоненты.
Тепловой процесс
Теплово'й проце'сс,термодинамический процесс, изменение состояния физической системы ( ) в результате теплообмена и совершения работы. Если Т. п. протекает настолько медленно, что в каждый момент рабочее тело будет находиться в ,то он является равновесным, в противном случае Т. п. - .Если Т. п. можно провести в обратном направлении через ту же последовательность промежуточных состояний, то он называется (такой Т. п. должен быть равновесным). Все реальные Т. п. - ,поскольку они осуществляются с конечными скоростями, при конечных разностях температур между источником теплоты и рабочим телом и сопровождаются трением и потерями теплоты в окружающую среду.
Т. п. могут происходить при постоянных давлении ( ) ,температуре ( ) ,объёме ( ) .Т. п., протекающий без теплообмена с окружающей средой, называется ;при обратимом адиабатном процессе системы остаётся постоянной, то есть процесс изоэнтропийный. Необратимый адиабатный процесс сопровождается увеличением энтропии. Т. п., при котором остаётся постоянной (теплосодержание) системы, - изоэнтальпийный процесс. ,при осуществлении которых производятся работа, теплота или холод, в технике называются циклами (см. , , . ) .
И. Н. Розенгауз.
Графическое изображение тепловых процессов на диаграмме р - V (давление - объём): 1 - изобара; 2 - изотерма; 3 - адиабата; 4 - изохора.
Тепловой пункт
Теплово'й пункт,теплораспределительный пункт, комплекс установок, предназначенных для распределения тепла, поступающего из ,между потребителями в соответствии с установленными для них видом и параметрами теплоносителя.
Т. п. оборудуется приборами регулирования и учёта расхода тепла. В Т. п.. обслуживающем потребителей пара, обычно размещаются редукционно-охладительные установки, снижающие давление и температуру пара до требуемых значений, и установки для сбора и возврата конденсата в источник .В Т. п.. распределяющем горячую воду, расходуемую на коммунально-бытовые нужды, обычно устанавливается смесительное устройство, которое снижает температуру поступающей из тепловой сети воды до значения, предусмотренного, например, в системе .В СССР наибольшее распространение в качестве смесительных устройств получили водоструйные элеваторы ( ) ,применяются также смешения. Т. п. независимых систем теплоснабжения оборудуются водо-водяными подогревателями отопления. При закрытых системах в Т. п. устанавливаются водо-водяные подогреватели горячего водоснабжения, чаще всего двухступенчатые, позволяющие сократить расход воды в тепловой сети. При открытых системах в оборудовании Т. п. обычно предусматриваются клапаны для смешения воды, поступающей на из подающей и обратной линий тепловой сети, и автоматического поддержания заданной температуры смешанной воды.
Различают индивидуальные Т. п. (ИТП), обслуживающие одно здание (или его часть) и располагаемые обычно в его подвале, и групповые Т. п., обслуживающие группу зданий и размещаемые, как правило, в отдельных сооружениях. При закрытых системах теплоснабжения групповые Т. п. называют центральными (ЦТП). В них устанавливают подогреватели (теплообменники) и циркуляционные насосы для горячего водоснабжения, поддерживающие нужную температуру и напор воды у водоразборных точек. При необходимости в ЦТП размещаются насосы холодного водоснабжения, пожарные насосы и другое инженерное оборудование микрорайона.
Лит.см. при ст . .
Н. М. Зингер.
Тепловой реактор
Теплово'й реа'ктор, ,в котором подавляющее число делений ядер делящегося вещества происходит при взаимодействии их с .
Для замедления до тепловых энергий (средняя энергия нейтронов деления составляет около 2 Мэв) в реактора размещают замедлитель - вещество, содержащее лёгкие ядра и слабо поглощающее нейтроны. В качестве замедлителей могут быть использованы водород (протий и дейтерий), бериллий, углерод или их соединения - обычная тяжёлая вода, углеводороды, окись бериллия. Чаще всего замедлителем в Т. р. служит вода или графит.
В качестве ядерного топлива в Т. р. используют делящиеся изотопы урана и плутония ( 233U, 235U, 239Pu, 241Pu), которые обладают большими сечениями захвата нейтронов малых энергий. Это даёт возможность создания Т. р. с относительно малой и, следовательно, относительно малым количеством загружаемого делящегося вещества. Основной вид ядерного топлива, используемого в Т. р., - природный уран или уран, несколько обогащенный изотопом 235U. В процессе деления 235U освобождается ~2,5 нейтрона на ядро; при этом в среднем 1 нейтрон расходуется на поддержание ,а часть оставшихся (до 0,9 нейтрона) взаимодействует с содержащимся в топливе 238U (называемым иногда сырьевым материалом), образуя вторичное ядерное топливо - 239Pu. Доля нейтронов, взаимодействующих с сырьевым материалом, определяется выбором замедлителя и количеством самого сырьевого материала в активной зоне. В Т. р. с уран-ториевым циклом (ядерное топливо - 233U, сырьевой материал - 232Th, см. ) число таких нейтронов может превосходить число разделившихся ядер в 1,05-1,1 раза, что даёт возможность осуществлять расширенное воспроизводство ядерного топлива.
Регулирование работы Т. р. (при необходимости ослабить или усилить интенсивность процесса деления) обычно осуществляется реактора (в активную зону вводят или из неё выводят вещества, интенсивно поглощающие нейтроны). Хорошие поглотители - кадмий, бор, редкоземельные элементы. Чаще всего используют соединения бора (например, карбид бора) или бористую сталь; в частичное регулирование производят изменением концентрации борсодержащих веществ (например, борной кислоты) в (воде). Характеризуют рабочее состояние Т. р. так называемым эффективным коэффициентом размножения К э-отношением числа поглощённых в реакторе нейтронов одного поколения к числу поглощённых нейтронов предыдущего поколения. При К э= 1 реактор находится в критическом стационарном состоянии, при К э>1 мощность реактора растет, при К э<1 - падает.
В качестве теплоносителя, отводящего из реактора тепло, которое выделяется в процессе деления, используют жидкости и газы, слабо поглощающие нейтроны и способные осуществлять эффективный теплообмен (обычную и тяжёлую воду, органические жидкости, двуокись углерода, гелий). В отдельных случаях применяют жидкие металлы и соли. Вода и органические жидкости обычно выполняют в Т. р. функции замедлителя и теплоносителя одновременно.
В качестве конструкционных материалов активной зоны Т. р. используют Al (при t= 200-250 °С), Zr (250 < t <400 °C) и сталь ( t> 400 °С). Al и Zr сравнительно мало влияют на интенсивность поглощения нейтронов в реакторе; сталь же обладает большим сечением поглощения нейтронов, поэтому в соответствующих Т. р. необходимо использовать обогащенное топливо.
В современной (середина 70-х гг.) Т. р. являются основным видом реакторов и находят самое разнообразное применение. Т. р. используют для производства электроэнергии, опреснения воды, получения искусственных делящихся веществ и радиоактивных изотопов, при технических испытаниях материалов и конструкций, изучении физических процессов и явлений и т. д.
Лит.см. при ст. .
С. А. Скворцов.
Тепловой режим почвы
Теплово'й режи'м по'чвы. изменение теплового состояния во времени. Главный источник тепла, поступающего в почву, - .Тепловое состояние почвы определяется теплообменом в системе: приземный слой воздуха - растение - почва - горная порода. Тепловая энергия почвы принимает участие в фазовых переходах почвенной влаги, выделяясь при льдообразовании и конденсации почвенной влаги и расходуясь при таянии льда и испарении. Поступление солнечной радиации на поверхность почвы ослабляется растительностью, а охлаждение почвы зимой - снежным покровом. Скорость и направление теплового потока определяются направлением и величиной градиентов температур и теплоёмкостью, теплопроводностью и температуропроводностью почвы. Численное значение названных свойств (эффективная величина) зависит от влажности, плотности сложения, гранулометрического (механического). Минералогического, химического состава почвы. Т. р. п. обладает вековой, многолетней, годовой и суточной цикличностью, сопряжённой со сменой режимов инсоляции и излучения. В среднем многолетнем выражении годовой баланс тепла данной почвы равен нулю, а среднегодовая температура одинакова во всём её профиле. Суточные колебания температуры почвы охватывают толщу почвы мощностью от 20 смдо 1 м.годовые - до 10-20 м.Т. р. п. формируется главным образом под воздействием климатических условий, но имеет и свою специфику, связанную с теплофизическим состоянием как самой почвы, так и подстилающих её пород; особое воздействие на Т. р. п. оказывают многолетнемёрзлые породы. Т. р. п. оказывает непосредственное влияние на рост и развитие растительности. Важный показатель теплообеспеченности растений почвенным теплом - сумма активных температур почвы на глубине пахотного слоя (0,2 м) .Для регулирования Т. р. п. применяют тепловые мелиорации (гребневание, прикатывание, рыхление, густота посева, затенение, плёночные покрытия, мульчирование, искусственный обогрев и пр.). См. также Земли.
Лит.:Шульгин А. М.. Температурный режим почвы, Л., 1957; Димо В. Н., Тепловой режим почв СССР, М., 1972.
В. Н. Димо.
Тепловой удар (в технике)
Теплово'й уда'рв технике, то же, что .
Тепловой удар (мед.)
Теплово'й уда'р,тепловая лихорадка, острое заболевание человека и животных, обусловленное расстройствами терморегуляции при длительном воздействии на организм высокой температуры внешней среды. У человека может развиться при работе в горячем цеху (например, у литейщиков, сталеваров), на открытом воздухе в районах с жарким климатом, во время длительного перехода в жаркое время дня и т. д. Возникновению Т. у. способствуют нарушения теплообмена при сердечно-сосудистых заболеваниях, болезнях щитовидной железы, ожирении, обезвоживании (понос, рвота). Т. у. легко возникает у детей до года в связи с несовершенной теплорегуляцией. Различают лёгкую, среднюю и тяжёлую формы Т. у. При лёгкой форме отмечаются слабость, головная боль, тошнота, учащение пульса. Резкая слабость, состояние оглушённости, обморок, рвота, повышение температуры тела до 39-40 °С свидетельствуют о Т. у. средней тяжести. При продолжающемся воздействии температурного фактора внезапно развивается тяжёлая форма поражения с потерей сознания, судорогами, учащённым, поверхностным дыханием, ослаблением кровообращения, повышением температуры тела до 41-42 °С. Возможен смертельный исход.