Теплофізичні характеристики грунту.

Тепловий режим грунту залежить від її теплоємності та теплопровідності.

Теплоємність грунту. Розрізняють об’ємну (С_об) та питому теплоємність (С_пит). Питома теплоємність – це кількість тепла, яке потрібно витратити при нагрівання 1 кг грунту на 1 К (виражається в Дж/(кг ∙ К).

Об’ємна теплоємність – це кількість тепла, яке потрібно витратити при нагрівання 1 м³ грунту на 1 К (виражається в Дж/ м³ ∙ К). Між питомою та об’ємною теплоємністю існує залежність:

d – щільність грунту, г/см³.

Теплоємність різних компонентів грунту приведена в таблиці 12.

Таблиця 12.

Теплоємність складових частин ґрунту

Сухий грунт у середньому має питому теплоємність 0,000015 Дж/ кг∙К, об’ємну – 0,0060-0,0090 Дж/ см³ ∙ К. Вода і грунтове повітря також входять до складу грунту. Якщо об’ємна теплоємність повітря мала, то води - досить велика і становить 0,015 Дж/ м³ ∙ К. Тому вміст води у грунті підвищує його об’ємну теплоємність.

З даних таблиці 13 можна зробити висновок, що збільшення вологості грунту підвищує його об’ємну теплоємність.

Вологі грунти повільніше охолоджуються та нагріваються. Тому навесні глинисті грунти холодніше за піщані на 1 - 1,5⁰С і на стільки ж тепліші восени.

Таблиця 13.

Об’ємна теплоємність різних типів грунтів Дж/м³ ∙ К

Теплопровідність грунту. Здатність грунту передавати тепло від нагрітих шарів до холодніших називають теплопровідністю грунту. Для її вимірювання застосовується коефіцієнт теплопровідності. Це кількість тепла, яке проходить за 1 с через шар грунту площею 1 см² і завтовшки 1 см при різниці температури в 1 К (Дж/см³ ∙ с ∙ К).

Теплопровідність грунту звичайно низька і залежить від його фізичних властивостей (вологості, пористості). Чим вологіший грунт, тим вища його теплопровідність. Із збільшенням пористості грунту теплопровідність знижується. Тому вдень сухіший шар грунту прогрівається сильніше, ніж вологий, що залягає глибше.

Важливе значення має швидкість передачі тепла на глибину грунту. Для вивчення цієї залежності вводиться значення температуропровідності. Це величина, що показує, на скільки градусів підвищилась температура суміжного шару грунту за одиницю часу в результаті надходження певної кількості тепла:

К – температуропроводність грунту;

М – теплопровідність грунту;

С_об – об’ємна теплопровідність грунту.

Отже, теплоємність, теплопровідність, температуропроводність значно залежать від вологості грунту та об’єму повітря в ньому (табл. 14).

Таблиця 14.

Залежність температурного режиму грунту від його вологості

Температурний режим грунту залежить від таких факторів:

∆ механічний склад грунту, структура грунту, пухкий грунт з меншою об’ємною масою має нижчу теплопровідність ніж щільний;

∆ експозиція схилу (прогрівання південних схилів);

∆ рослинний покрив (рослинність вдень захищає грунт від нагрівання, тому температура грунту вкритого рослинністю менша, ніж температура оголеного грунту, рослини використовують вологу грунту, висушуючи його і зменшуючи теплоємність;

∆ сніговий покрив (сніг слабкий провідник тепла, особливо розсипчастий і тому сніг взимку виконує функції теплоізолятора).