第一篇:煤的物理性質(zhì)
8.4.3煤的物理性質(zhì)及宏觀(guān)特征
井田內(nèi)各煤層煤巖物理性質(zhì)基本相同,煤層為黑色,條痕黑褐色。瀝青光澤節(jié)理不發(fā)育,煤的質(zhì)地較堅(jiān)硬,但性脆易破碎,斷口以參差狀為主,局部貝殼狀和平整狀,具反光性。
各煤層宏觀(guān)煤巖組份大致相同,以亮煤為主,暗煤為次,絲炭很少,條帶狀結(jié)構(gòu),層狀構(gòu)造,宏觀(guān)煤巖類(lèi)型為半亮煤、半暗煤。
煤的有機(jī)質(zhì)組份占75.3~94.0%,平均87.9%,無(wú)機(jī)質(zhì)組份為6.0~24.7%,平均12.1%。無(wú)機(jī)質(zhì)組分是以粘土類(lèi)為主,碳酸鹽類(lèi)次之。有機(jī)質(zhì)組分以鏡質(zhì)體及惰質(zhì)體為主,半鏡質(zhì)體次之,殼質(zhì)體少量,顯微煤巖類(lèi)型統(tǒng)計(jì)結(jié)果各煤層均為亮暗煤型。以上說(shuō)明井田范圍內(nèi)煤質(zhì)比較均勻,形成機(jī)制具有橫向上和縱向上的均一性。
8.4.4煤的化學(xué)性質(zhì)
(1)發(fā)熱量(Qgr.daf)礦井煤層發(fā)熱量普遍較高,原煤(Qb.d)兩極值為27.49~30.16MJ/kg,B21煤層平均值最高為30.16MJ/kg,B2最低為27.49MJ/kg。原煤(Qb.daf)兩極值為30.89~32.89MJ/kg,B21煤層平均值最高為32.89MJ/kg,B4最低為30.89MJ/kg,屬高發(fā)熱量煤。
(2)灰份(Ad)各煤層原煤灰份產(chǎn)率普遍較低,灰份產(chǎn)率兩極值為3.51%~17.24%,平均值為9.43%,變化標(biāo)準(zhǔn)差2.79,變異系數(shù)29.56。浮煤灰份兩極值為1.39%~10.35%,平均值為4.09%,變化標(biāo)準(zhǔn)差1.63,變異系數(shù)39.96。由此可知礦區(qū)內(nèi)9層可采煤層中B2、B5、B7三層煤為低灰份煤外,其余煤層均為特低灰份煤。
(3)揮發(fā)份(Vdaf)各煤層屬中揮發(fā)份煤,原煤揮發(fā)份為24.47~44.42%,平均33.47%,變化標(biāo)準(zhǔn)差4.32,變異系數(shù)12.49。主要煤層原煤揮發(fā)份均小于37%,全區(qū)原煤揮發(fā)份大于37%的有5個(gè),分布在B7、B6、B5煤層中,其中B7煤層2個(gè),B6煤層1個(gè),B5煤層2個(gè),煤層揮發(fā)份集中在中等揮發(fā)份等級(jí)中,其它分析結(jié)果均在25~37%中間,除B7煤層為高揮發(fā)份煤,B6、B5煤層局部為高揮發(fā)份煤外,其它煤層為中揮發(fā)等級(jí)的煤。(4)水分(Mad)
各煤層的原煤水分(Mad)含量變化在2.26~6.53%,平均值3.60%,變化標(biāo)準(zhǔn)差0.51,變異系數(shù)14.24;浮煤0.99~15.60%,平均4.21%,變化標(biāo)準(zhǔn)差0.23,變異系數(shù)7.54。屬低水份煤。
(5)粘結(jié)性
各煤層粘結(jié)指數(shù)值測(cè)試數(shù)據(jù)均為0~3,按粘結(jié)性的四個(gè)等級(jí)比照,全礦煤層均為粉狀,無(wú)粘結(jié)性。
(6)煤的有害組份(硫、磷)礦井內(nèi)各煤層硫含量低,原煤全硫均小于1%,各煤樣全硫在0.09~0.94%間,各煤層全硫均值在0.18~0.53%間,屬特低硫煤;
磷平均含量的兩極值為0.002~0.056%,平均0.02%,總體屬特低磷—低磷煤。其中以B0、B1、B4煤層含量較低,平均值小于0.01%,屬特低磷煤,其它煤層平均值在0.01~0.05%之間,屬低磷煤。
8.4.5煤的工業(yè)用途
該井田各主要煤層揮發(fā)份產(chǎn)率普遍在26.43~44.38%,粘結(jié)指數(shù)0~3,煤類(lèi)為不粘煤和長(zhǎng)焰煤,以不粘煤為主,長(zhǎng)焰煤少量,屬長(zhǎng)焰煤的有:B7、B6煤層井田以北+1750m水平以上、B5煤層2線(xiàn)以西;其它均為不粘煤。
各煤層屬特低灰份、特低硫、特低—中磷、高發(fā)熱量的含油—富油煤,可做動(dòng)力用煤和民用煤,并且還可做煉油用煤。
8.5開(kāi)采技術(shù)條件
8.5.1水文地質(zhì)條件
礦區(qū)地形屬低中山地形,西南部有基巖出露,第四系覆蓋較多,地勢(shì)總體南高北低,地形有利于自然排水。礦區(qū)內(nèi)有常年流動(dòng)的小東溝河通過(guò),氣候干燥,蒸發(fā)強(qiáng)于降水。礦床埋藏于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面(1691.01m)以下,受礦區(qū)西界內(nèi)小東溝河及河床孔隙潛水對(duì)礦床充水的影響,礦床充水主要源于第Ⅲ含水層孔隙裂隙承壓水。據(jù)ZK111、ZK311孔涌水試驗(yàn)資料:?jiǎn)挝挥克?q)為0.205~0.208L/s·m(0.1 綜上,礦區(qū)水文地質(zhì)條件屬中等類(lèi)型。 巖石熱物理性質(zhì) 在傳熱分析中,熱擴(kuò)散率a(單位是m^2/s)是熱導(dǎo)率λ與比熱容c和密度ρ之比。 a=λ/(ρ·c) 其中:熱導(dǎo)率λ(單位:W/(m·K)) 比熱容(單位:J/(kg·K)) 密度(單位:kg/(m^3))。 熱擴(kuò)散率又叫導(dǎo)溫系數(shù),它表示物體在加熱或冷卻中,溫度趨于均勻一致的能力。這個(gè)綜合物性參數(shù)對(duì)穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱沒(méi)有影響,但是在非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程中,它是一個(gè)非常重要的參數(shù)。 對(duì)于普通的巖石來(lái)說(shuō),~ 10^-6 m^2/s。 在300K,空氣的熱擴(kuò)散率是0.000024 m^2/s。 ——《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》 雖然一般而言各類(lèi)巖石的導(dǎo)熱系數(shù)最大,砂土次之,黏土最小,但是由于巖石孔隙率低導(dǎo)致含水量低,因此巖石用于土壤換熱器的換熱持久性最差,黏土次之,砂土最好。這是由于土壤和巖石的比熱遠(yuǎn)小于水的比熱,一般常見(jiàn)的巖石比熱大約是0.84KJ/Kg?K,而水的比熱是4.19KJ/Kg?K,干土壤的比熱在1.6KJ/Kg?K,單位水體中可以?xún)?chǔ)存的溫差能約是干土壤的1.2~2.3倍,巖石的2倍。因此土壤中含水量的高低對(duì)土壤源熱泵的效果有明顯的影響,土壤中水份的遷移還對(duì)過(guò)渡季節(jié)空調(diào)系統(tǒng)停止運(yùn)行后地下土壤溫度的自然恢復(fù)至關(guān)重要,特別是對(duì)土壤源熱泵系統(tǒng)的持久運(yùn)行作用很大。土壤比重:土壤密度與4℃時(shí)純水密度之比。一般取2.65;火山石的物理與化學(xué)部分指標(biāo)如下: 物理性能指標(biāo):性能指標(biāo)單位檢測(cè)結(jié)果性能指標(biāo)單位檢測(cè)結(jié)果火山石(玄武巖)的特性。 巖石的物理性質(zhì) 土壤熱物性變化 三、土壤溫度一年內(nèi)變化手工簡(jiǎn)單計(jì)算 夏季每延米散熱60w/m,冬季取熱量40w/m,夏冬兩季的空調(diào)時(shí)間分別為120/90天,每天工作12小時(shí)。土壤比熱為1200 J/(kg·K),密度為2000kg/m3,埋管間距按照5米計(jì)算。1、面積25m2,厚度1米的土壤質(zhì)量: 2000x25=50000kg 2、夏季放熱量為: X3600x12x120=311040000J 3、夏季過(guò)后土壤平均溫度升高 311040000/1200/50000=5.184K 4、冬季取熱量為 x3600 x12x90=155520000J 5、冬季土壤平均溫度降低: 155520000/1200/50000=2.5922K 6、土壤全年平均溫度提升2.592K 一、金屬包括:純金和合金 純金(是純凈物中的單質(zhì)):24K金、體溫計(jì)中的汞 合金(是混合物):鐵合金、銅合金(青銅、黃銅、白銅) 金屬屬于金屬材料,但金屬材料不一定是純金,也可能是合金。 有些物質(zhì)雖然含有金屬元素,但不是金屬材料,如:Fe3O4、MgO、MnO2等,因?yàn)樗麄儾痪哂薪饘俚奈锢硇再|(zhì)。 二、金屬的物理性質(zhì): ①大多數(shù)金屬具有金屬光澤,密度和硬度較大,熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較高,具有良好的延展性和導(dǎo)電導(dǎo)熱性。 ②不同的金屬又有自己的特性,如鐵、鋁大多數(shù)金屬都是呈銀白色,但銅呈紫紅色,金呈黃色;細(xì)鐵粉、銀粉是黑色的;常溫下多數(shù)金屬都是固體,但汞是液體。 考點(diǎn):物質(zhì)的性質(zhì)與用途的關(guān)系(生活中的常識(shí)) ① 物質(zhì)的性質(zhì)在很大程度上決定了物質(zhì)的用途 ② 考慮物質(zhì)的用途時(shí)需考慮價(jià)格、資源、、是否美觀(guān)、使用是否便利,以及肥料是否易于回收和對(duì)環(huán)境的影響 等多種因素。 例子:1.制作猜到、鐮刀、錘子所選用的金屬硬度要大,因而選擇硬度較大的鐵,而不用硬度較小的鋁。 2.制電線(xiàn)我們選用銅而不用銀,主要原因是雖然銀的導(dǎo)電性比銅好,但銀的價(jià)格要比銅高很多。 3.燈泡里的燈絲用鎢而不用錫,是因?yàn)殒u是熔點(diǎn)最高的金屬,高溫時(shí)不易融化。 4.水龍頭鍍鉻是因?yàn)殍F在潮濕的空氣中易生銹,鉻是硬度最大的金屬,鍍?cè)阼F的表面及耐磨、美觀(guān),又防銹,能延長(zhǎng)水龍頭的使用壽命;如果在水龍頭的表面鍍金,不僅增加了成本,而且由于金的硬度較小,是水龍頭不耐用,縮短了水龍頭的使用壽命。 三、合金(是混合物):是在金屬中加熱融合某些金屬或非金屬制得的具有金屬特征的物質(zhì) (1)合金中至少有一種金屬,合金可以有金屬與金屬融合而成,也可以由金屬與非金屬融合而成,例如生鐵和鋼是鐵碳的合金。 (2)合金具有金屬的特性,如:導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性。 (3)合金的硬度一般比組成他們的純金屬硬度大,熔點(diǎn)比組成他們的純金屬熔點(diǎn)低。 (4)純鐵質(zhì)軟,生鐵和鋼比純鐵硬度大。 生鐵和鋼的性能不同是因?yàn)?含碳量不同,鋼的性能優(yōu)于生鐵 生鐵含碳量2%—4.3%鋼含碳量0.03%—2% 不銹鋼是鋼的一種,抗腐蝕性好,常用于制醫(yī)療器械 (4)鈦合金:與人體具有很好的“相容性”,因此可以用來(lái)制造人造骨等。也可用于火箭,導(dǎo)彈,航天飛機(jī),船舶,化工和通信設(shè)備,制造人造骨。 第八節(jié) 物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì) 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1.了解物質(zhì)的兩種變化及區(qū)分兩類(lèi)變化的依據(jù)。2.了解物質(zhì)的兩類(lèi)性質(zhì),知道區(qū)分兩類(lèi)性質(zhì)的方法。3.會(huì)區(qū)分物質(zhì)的性質(zhì)和變化。 4.通過(guò)實(shí)驗(yàn)親自體驗(yàn)物質(zhì)變化的過(guò)程,提高學(xué)習(xí)科學(xué)的熱情。 【教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】 重點(diǎn): 1.物理變化和化學(xué)變化的概念與判斷依據(jù)。2.物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的概念。難點(diǎn): 1.物理變化和化學(xué)變化的區(qū)別。2.物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的區(qū)別。3.變化和性質(zhì)的區(qū)別。 【教學(xué)過(guò)程】 [師]:上課![生]:起來(lái)![師]:同學(xué)們好![生]:老師好,請(qǐng)坐! [師]:上課前,老師先為你們表演一個(gè)節(jié)目,這是一個(gè)長(zhǎng)條的氣球,現(xiàn)在看我折——折——折就變成了一只可愛(ài)的“小狗”,氣球從長(zhǎng)條的形狀變成了小狗的形狀,在這個(gè)過(guò)程中只發(fā)生了什么改變? [生]:形狀。 [師]:有沒(méi)有產(chǎn)生新的物質(zhì)? [生]:沒(méi)有 [師]:如果物質(zhì)只發(fā)生了形狀、溫度(30攝氏度的水和50攝氏度的水)、顏色(水中加入紅墨水變紅)、狀態(tài)(液態(tài)的水和固態(tài)的冰)等改變,而沒(méi)有產(chǎn)生新的物質(zhì),這種變化叫做物理變化。 [師]:請(qǐng)你舉幾個(gè)物理變化的事例? [生]:冰山消融、鐵絲彎曲、橡皮泥壓扁等。 [師]:我們現(xiàn)在再來(lái)看一個(gè)實(shí)驗(yàn):教師演示(用鑷子夾住木炭放在酒精燈中加熱,燒紅后放在燃燒匙中,并伸入氧氣中燃燒),看到了什么現(xiàn)象? [生]:(1)木炭在氧氣中劇烈燃燒(2)發(fā)出白光(3)產(chǎn)生大量的熱量 [師]:在這個(gè)過(guò)程中有沒(méi)有產(chǎn)生新物質(zhì)? [生]:“有”或“沒(méi)有” [師]:那我們就來(lái)驗(yàn)證下到底有沒(méi)有新物質(zhì)的產(chǎn)生 教師再拿出一瓶充滿(mǎn)氧氣的集氣瓶,有什么作用? [生]:作為對(duì)照 [師]:把澄清石灰水分別到入兩瓶集氣瓶中,觀(guān)察有什么現(xiàn)象? [生]:氧氣的集氣瓶——無(wú)現(xiàn)象 二氧化碳的集氣瓶——變渾濁 [師]:說(shuō)明木炭在氧氣中燃燒,確實(shí)產(chǎn)生了新物質(zhì),像這樣如果物質(zhì)在發(fā)生變化后有新的物質(zhì)產(chǎn)生,這種變化叫做化學(xué)變化! 如鐵生銹:如何用最簡(jiǎn)單的方法證明鐵與鐵銹并不是同一種物質(zhì)? [生]:用吸鐵石吸 [師]:物理變化和化學(xué)變化的最根本區(qū)別是:有無(wú)產(chǎn)生新物質(zhì)。而在我們剛才的木炭燃燒過(guò)程中,溫度升高了,說(shuō)明在這個(gè)過(guò)程中也包括物理變化,大量實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象都表明:化學(xué)變化中通常都伴隨著物理變化。 食鹽溶解到水中是屬于物理變化還是化學(xué)變化呢?請(qǐng)同學(xué)小組完成【做一做1】 【做一做1 】把定量的食鹽(紙包中)溶解到燒杯里的定量水中,用玻璃棒不斷攪拌,直至全部溶解。 【 思 考 】該過(guò)程屬于物理變化還是化學(xué)變化? 【檢驗(yàn) 方法】把配置好的食鹽水放到蒸發(fā)皿中,放在三角架上,用酒精燈加熱,并用玻璃棒攪拌,直至水蒸發(fā)完(注意:當(dāng)水快蒸發(fā)完時(shí),用坩堝鉗移開(kāi)蒸發(fā)皿,小心操作防止因物質(zhì)濺出而燙傷); 現(xiàn)象:_有食鹽析出_; 結(jié)論:該變化屬于物理變化。[師]:食鹽溶解后并沒(méi)有消失,而是以微粒的形式存在于水分子之間。 看下面兩句話(huà)有什么區(qū)別: 1.食鹽在水中溶解了 2.食鹽能在水中溶解 一樣嗎? [生]:不一樣 [師]:其實(shí)第一句話(huà)是我們學(xué)過(guò)的物理變化,第二句是物理性質(zhì); 在物質(zhì)的多種性質(zhì)中,顏色、狀態(tài)、氣味、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、硬度、延展性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等性質(zhì),是物質(zhì)不需要發(fā)生化學(xué)變化就能表現(xiàn)出來(lái)的,這些性質(zhì)叫做物理性質(zhì)。 物質(zhì)的有些性質(zhì),如物質(zhì)的可燃性,只在物質(zhì)的化學(xué)變化中才能表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì),叫做化學(xué)性質(zhì)。 性質(zhì)是物質(zhì)本身具有的,跟是否發(fā)生變化無(wú)關(guān),描述是往往用:“是——”、“能 ——”、“可以——”、“易(或不易)——”等詞。 接下去完成【做一做2】 【做一做2 】取少量稀鹽酸到試管(A)中,撕一小段鎂條,先用磨砂紙除去表面的黑色物質(zhì),進(jìn)行觀(guān)察,物理性質(zhì)有: 銀白色、質(zhì)軟、表面有光澤的金屬; 再把鎂條放入試管(A)中,觀(guān)察到的現(xiàn)象 鎂條會(huì)逐漸溶解,產(chǎn)生無(wú)色氣體,同時(shí)會(huì)放熱; 【 思 考 】該過(guò)程屬于物理變化還是化學(xué)變化? 【檢驗(yàn) 方法】另取一試管(B),加入等量的稀鹽酸,在兩支試管中,分別滴加少量氫氧化鈉,對(duì)比觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 試管(A):無(wú)現(xiàn)象; 試管(B):產(chǎn)生白色沉淀。 【結(jié) 論】:該過(guò)程屬于化學(xué)變化。 【拓 展】:從實(shí)驗(yàn)中可以得知鎂的化學(xué)性質(zhì):能與稀鹽酸反應(yīng)?!井?dāng)堂訓(xùn)練】 選擇填空:A、物理變化B、物理性質(zhì)C、化學(xué)變化D、化學(xué)性質(zhì) ①木炭燃燒生成二氧化碳,屬于(); ②木炭具有可燃性,屬于(); ③鐵在潮濕的空氣中容易生銹,屬于()④金屬鎢不易熔化,屬于()⑤水結(jié)冰了,屬于()⑥銅絲能導(dǎo)電,屬于(); ⑦鐵在高溫下熔化成鐵水,屬于(); ⑧碘固體能升華成碘蒸氣,屬于() 第三章 海水的物理特性和世界大洋的層化結(jié)構(gòu) 海水組成(ConstituentsofSeawater) 一、海水組成(ConstituentsofSeawater): 11種主要無(wú)機(jī)鹽,占99.99%; 海水:混合溶液=淡水+無(wú)機(jī)鹽+有機(jī)物+懸浮質(zhì)+…… 二、海水組成恒定性原理(Principleofconstantproportion): Marcet原理或Dittwar定律 無(wú)論海水所溶解的鹽類(lèi)的濃度大小如何,其中常量離子間比值總是恒定的。 海水的物理性質(zhì) 一、淡水(Freshwater)分子結(jié)構(gòu)(Molecularstructure):極性,分子締合力 溶解力強(qiáng):水分子有很強(qiáng)的極性 密度變化異常: 不遵從“熱脹冷縮”。最大密度時(shí)溫度是4攝氏度沸點(diǎn)(boilingpoint)和融點(diǎn)(meltingpoint)、比熱(specificheat)、蒸發(fā)潛熱(latentheatofvaporization)等熱性質(zhì)比氧的同族化合物高。 二、海水的熱力學(xué)性質(zhì)(Energeticpropertyofseawater)1)熱容(seatcapacity)、比熱容(specificheat)熱容(heatCapacity):海水溫度升高1K所吸收的熱量。(單位:J/K)比熱容((specificheatcapacity)):?jiǎn)挝毁|(zhì)量海水的熱容。單位:J/(Kkg)定壓比熱Cp:在一定壓力下測(cè)定的比熱容。定容比熱Cv:在一定體積下測(cè)定的比熱容。 二者皆是溫(T)、鹽(S)、壓(P)的函數(shù)。Cp在海洋學(xué)中較常用,比Cv值略大。Cp值隨鹽度的增高而降低,隨溫度的變化比較復(fù)雜,低溫、低鹽時(shí)隨溫度升高而減小,高溫、高鹽時(shí)隨溫度升高而增大。2)熱膨脹 熱膨脹系數(shù):溫度升高1K單位體積海水的增量。是T、S、P的函數(shù)。 海水的熱膨脹系數(shù)比純水的大,且隨溫度、鹽度和壓力的增大而增大;在大氣壓力下,低溫、低鹽海水的熱膨脹系數(shù)為負(fù)值,說(shuō)明當(dāng)溫度升高時(shí)海水收縮。由正轉(zhuǎn)負(fù)對(duì)應(yīng)的密度最大。 3)壓縮性(Compressibility)、絕熱變化,位溫(PotentialTemperature)壓縮系數(shù):?jiǎn)挝惑w積海水,壓力增加1Pa體積的負(fù)增量。 若海水微團(tuán)在被壓縮時(shí),因和周?chē)K袩崃拷粨Q而得以維持其水溫不變,則稱(chēng)為等溫壓縮。若海水微團(tuán)在被壓縮過(guò)程中,與外界沒(méi)有熱量交換,則稱(chēng)為絕熱壓縮。海水的壓縮系數(shù)隨溫度、鹽度和壓力的增大而減小。 絕熱變化:絕熱提升時(shí),壓力減小,體積膨脹,對(duì)外做功,消耗內(nèi)能導(dǎo)致溫度降低;絕熱下沉?xí)r,壓力增加,體積減小,對(duì)力對(duì)海水微團(tuán)做功,增加期內(nèi)能使溫度增加。 位溫(potentialtemperature):某一深度海水絕熱上升到海面時(shí)溫度稱(chēng)該深度海水的位溫。比現(xiàn)場(chǎng)溫度低 4)蒸發(fā)潛熱(latentheatofvaporization)和飽和水氣壓 比蒸發(fā)潛熱:使單位質(zhì)量海水化為同溫度的蒸汽所需的熱量,稱(chēng)為海水的比蒸發(fā)潛熱,以L(fǎng)表示,單位是焦耳每千克或每克,記為J/kg或J/g。 飽和水氣壓:是指水分子由水面逃出和同時(shí)回到水中的過(guò)程達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí),水面上水汽所具有的壓力。5)熱傳導(dǎo)(transmissionofheat)相鄰海水溫度不同時(shí),熱量由高溫處向低溫處轉(zhuǎn)移,這就是熱傳導(dǎo)。由分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)引起的熱傳導(dǎo),稱(chēng)為分子熱傳導(dǎo)。主要與海水的性質(zhì)有關(guān)。由海水塊體的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)所引起,則稱(chēng)為渦動(dòng)熱傳導(dǎo)或湍流熱傳導(dǎo)。主要和海水的運(yùn)動(dòng)狀況有關(guān)。 6)沸點(diǎn)升高、冰點(diǎn)降低 海水的沸點(diǎn)(boilingpoint)和冰點(diǎn)(freezingpoint)與鹽度有關(guān),即隨著鹽度的增大,沸點(diǎn)升高而冰點(diǎn)下降。冰點(diǎn)溫度(freezingpoint)隨鹽度s的增加而降低。 三、海水的其他物理性質(zhì)(Anotherphysicalpropertyofseawater)1)粘滯性(viscosity): 當(dāng)相鄰兩層海水作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),由于水分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)或者海水塊體的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)(湍流),在兩層海水之間便有動(dòng)量傳遞,從而產(chǎn)生切應(yīng)力。2)滲透壓(penetrationpressure): 在海水與淡水之間放置一個(gè)半滲透膜,水分子可以透過(guò),但鹽分子不能透過(guò)。那么,淡水一側(cè)的水會(huì)慢慢地滲向海水一側(cè),使海水一側(cè)的壓力增大,直至達(dá)到平衡狀態(tài)。此時(shí)膜兩邊的壓力差,稱(chēng)為滲透壓。3)表面張力(surfacetension): 液體的自由面上,由于分子之間的吸引力所形成的合力使自由表面趨向最小。 溫、鹽、密概念及之間關(guān)系 1.溫度(Temperature)描述物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)的量度。2.鹽度(Salanity)1)鹽度(1902):1kg海水中將(Br-,I-)以氯置換,碳酸鹽分解為氧化物,有機(jī)物全部氧化,所余固體物質(zhì)的總克數(shù)。(480度加熱48小時(shí))利用“海水組成恒定性”,測(cè)定出其中某一主要成分的含量,便可推算出海水鹽度。 2)氯度:1kg海水中將(Br-,I-)以氯代替,所含氯的總克數(shù)。轉(zhuǎn)換為鹽度的關(guān)系式為:S‰=0.030+1.8050Cl‰ 3)電導(dǎo)鹽度 4)實(shí)用鹽標(biāo)PSS78: 為使鹽度的測(cè)定脫離對(duì)氯度測(cè)定的依賴(lài),JPOTS又提出了1978年實(shí)用鹽度標(biāo)度(thePracticalSalinityScale,1978),并建立了計(jì)算公式,編制了查算表,自1982年1月起在國(guó)際上推行。建立實(shí)用鹽度的固定參考點(diǎn): 配制一種濃度為32.4356‰高純度的KCl溶液,它在“一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力”下,溫度為15℃時(shí),與氯度為19.374‰(鹽度為35.000‰)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)海水在同壓同溫條件下的電導(dǎo)率恰好相同,把這一點(diǎn)作為實(shí)用鹽度的固定參考點(diǎn)。3.密度和比容(Density&Capacity)密度(Density):?jiǎn)挝惑w積物體的質(zhì)量; 比容(SpecificCapacity):?jiǎn)挝毁|(zhì)量物體的體積是比容。二者皆是溫、鹽、壓的函數(shù)。 現(xiàn)場(chǎng)密度:一定溫、鹽、壓下測(cè)得的密度。條件密度(ConditionalDensity):g/cm3 密度超量:kg/m3 狀態(tài)方程(StateFunction):描述海水溫、鹽、壓、密等理化特征參量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 海冰(SeaIce) 1、Tf、Tmax與鹽度關(guān)系(ConnectionbetweenTf、TmaxandS)隨鹽度的增加而降低,且前者比后者降的慢,當(dāng)鹽度為24.695時(shí)二者均是-1.33度。 2、結(jié)冰過(guò)程(Freezingprocedure)淡水結(jié)冰:表層開(kāi)始結(jié)冰。海水結(jié)冰:大于24.695時(shí)結(jié)冰前一直對(duì)流混合,然后混合層都達(dá)冰點(diǎn)時(shí)一起結(jié)冰。 結(jié)冰條件:冰點(diǎn)溫度,結(jié)晶核 3、海冰分布(Distributionofseaice)北極 南極 季節(jié)變化 4、海冰物理性質(zhì)(Physicalpropertyofseaice)鹽度(salanity):1kg海冰融化后海水的鹽度。 密度(density):與S有關(guān),與冰內(nèi)的氣泡有關(guān)。1/10在水上,9/10在水下。比熱(specificheat):比純水冰大,且隨鹽度增高而增大。受鹵水的影響,隨溫度有較大的變化,因其鹽度值有很大差異。低鹽比熱小,高鹽比純水冰大數(shù)倍。熱傳導(dǎo)系數(shù)(coefficientofheattransmission):比純冰小,受氣泡影響大大減小,天然保溫層。 5、海冰與海洋水文狀況的關(guān)系(Seaiceandhydrologicstatus)1)對(duì)水文要素垂直分布影響: 同性成層:豐富的漁業(yè)資源。鹽度躍層(halocline): 密度躍層(pycnocline):融冰時(shí)表層會(huì)形成暖而淡的水層覆蓋在高鹽冷水上,形成密度躍層。 形成大洋底層水(bottomwaterofocean); 2)對(duì)海水運(yùn)動(dòng)影響:潮汐(tide),海浪(seawaves)3)對(duì)海洋熱狀況影響:輻射(radiation),水溫 冬季:結(jié)冰,結(jié)晶熱,冰蓋,皮襖; 夏季:反射,融冰,融結(jié)熱 6、海冰的危害(Harmofseaice)港口,航運(yùn),海上油氣開(kāi)發(fā) 世界大洋的熱量與水量平衡 海面熱收支(Heatbudgetoftheseasurface) 一、太陽(yáng)輻射Qs(Solarradiation) 1、輻射定律(lawofradiation): 1)、斯蒂芬—波爾茲曼定律:任何溫度高于絕對(duì)零度的物體都能以輻射的形式向外釋放能量,它與絕對(duì)溫度Tk的4次方成正比。 2)維恩定律:輻射能量的最大波長(zhǎng)與輻射體表面的絕對(duì)溫度成反比??傒椛淠?直達(dá)輻射+散射輻射 2、影響因素(influencingfactors): A、太陽(yáng)高度h: B、大氣透明度 C、天空中的云量、云狀 3、總輻射能分布(Thedistributionoftotalradiantenergy): 1)緯度(latitude): A、隨緯度升高而減小 B、除赤道地區(qū)外,夏半年均高于冬半年且差值隨緯度升高而增大。C、經(jīng)向梯度夏半年小于冬半年。2)進(jìn)入海水中的輻射能: 主要被表層海水吸收,隨深度增加指數(shù)衰減。 二、海面有效回輻射Qb(significantreradiationoftheseasurface) 1、定義(definition):海面向大氣的長(zhǎng)波輻射與大氣向海洋的長(zhǎng)波輻射之差。 2、影響因素(influencingfactors): A、海面水溫(seasurfacetemperature)B、空氣中的濕度(humidity)C、云量、云狀(cloud) 3、分布(distribution): 表面水溫和海洋上層的相對(duì)濕度的日變化和變化相對(duì)較小,則Qb隨緯度及季節(jié)變化小。 三、蒸發(fā)潛熱Qe(latentheatofevaporation) 1、對(duì)海氣間熱交換起重要作用(importanteffect) 2、影響因素(influencingfactors): A.水汽溫差 B.大氣中水汽垂直分布 C.風(fēng)速 3、分布及變化(distributionandchanges):(a)經(jīng)向(南北): 赤道蒸發(fā)量小(相對(duì)濕度大,風(fēng)速小)高緯度海區(qū)?。囟鹊停可伲└睙釒Ш托棚L(fēng)帶海區(qū)大氣流下沉,空氣干燥,氣溫高,風(fēng)大(b)季節(jié)變化: 冬季最強(qiáng)(風(fēng)速大,水汽壓差大,水溫高于氣溫,空氣層結(jié)不穩(wěn)) 四、感熱交換Qh(exchange) 1、海氣溫度不等,通過(guò)熱傳導(dǎo)也有熱量傳遞。 2、有兩個(gè)影響因素:海面風(fēng)速和海氣溫差。 3、分布:寒暖流區(qū)較強(qiáng) 4、季節(jié)變化:冬季強(qiáng),夏季較小 五、世界大洋海面年平均熱收支隨緯度變化 海洋內(nèi)部熱交換(Heatexchangeintheocean) 一、鉛直方向上的熱輸運(yùn)Qz(vertical) 二、水平方向熱輸送QA(horizontal) 三、海洋中全熱量平衡(equilibrium)海洋中的水平衡 一、影響因子(Influencingfactors): 1、蒸發(fā)(evaporation): 熱量、水量消耗的過(guò)程。44萬(wàn)立方千米。124—126cm/a 2、降水(precipitation):41萬(wàn)立方千米,113.7cm/a。各大洋分布不均勻。與大氣環(huán)流有關(guān)。 3、大陸徑流、地下水(runoff&groundwater):2.92萬(wàn)km3,大西洋最多,亞馬遜(第一徑流),密西西比(第二大河),剛果(第二大徑流),全部注入大西洋(Atlantic),可使海面上升23cm/a.印度洋(IndianOcean)次之,太平洋最少。長(zhǎng)江(第三徑流)只及亞馬遜18.9%。全部注入,使太平洋(PacificOcean)海面上升7cm/a。 4、結(jié)冰與融冰(icingandmelting):局地影響 5、海流(current):整個(gè)大洋是可逆的,局部海區(qū)有影響。 二、水平衡方程(Equationsofhydrologicalcycle) 1、方程(equations): 對(duì)整個(gè)世界大洋、全年或多年平均 2、水平衡對(duì)鹽度的影響(effectonsalinity)1)世界大洋表層鹽度分布取決于蒸發(fā)和降水量之差。2)(E-P)~S 3)低緯度海區(qū)(lowerlatituderegion):降水大于蒸發(fā),P-E>0,S低。4)副熱帶海區(qū)(subtropicalregion):蒸發(fā)大于降水,P-E<0,S高。5)副極地海區(qū)(subpolarregion):多云帶,蒸發(fā)少,S低。 3、局部地區(qū)各大洋的情況(localregions)北冰洋(ArcticOcean):徑流大,蒸發(fā)量小,水量盈余,鹽度低,冰點(diǎn)升高,易結(jié)冰。 太平洋(PacificOcean):降水最多,降水+徑流>蒸發(fā),水量盈余,平均鹽度低。大西洋(AtlanticOcean):降水少,蒸發(fā)>降水+徑流,導(dǎo)致水位損失12cm/a。平均鹽度高。 世界大洋及中國(guó)海溫鹽密分布及變化 一、概述(Summary)1.對(duì)整個(gè)世界大洋 75%的水體溫度(watertemperature)在0-6°C,50%在1.3-3.8°C,整體水溫平均3.8°C。其中太平洋(thePacificOcean)3.7°C,大西洋(theAtlanticOcean)4.0°C,印度洋(theIndianOcean)3.8°C。表層海水平均溫度17.4°C,其中太平洋19.1°C,大西洋16.9°C,印度洋17.0°C。(太陽(yáng)輻射入海的光能被表層海水吸收,因此表層海水溫度(SeaSurfaceTemperature)高于海洋內(nèi)部。2.大西洋表層水低于太平洋的原因: 1)兩大洋擁有的熱帶海域面積;2)與北冰洋(theArcticOcean)水交換 3.熱赤緯:最高溫出現(xiàn)的位置。平均在7°N左右。熱赤緯不是在赤道的原因: 1)大洋環(huán)流系統(tǒng)(oceancirculationsystem)的配置 2)與兩極水交換 二、分布(Distribution) (一)水平分布(horizontaldistribution)1.表層(surfacelayer):等溫線(xiàn)(isotherm)成條帶狀,沿緯向逐漸減小東、西邊界等溫線(xiàn)彎曲方向相反寒暖流交匯處等溫線(xiàn)密集徑向溫度梯度(meridionalthermalgradient)冬季大于夏季。 2.深層(abyssallayer):表層以下太陽(yáng)輻射(solarradiation)直接影響減弱,環(huán)流情況與表層不同,所以水溫分布與表層不同。500m,水溫經(jīng)向梯度減小,南北溫差減小。西邊界(westernboundary)出現(xiàn)明顯高溫區(qū)。1000m,經(jīng)向變化更小,大西洋、印度洋高溫區(qū)是高溫高鹽地中海水溢出形成高鹽中層水。4000m,溫度分布均勻,整個(gè)大洋溫差不過(guò)3°C。底層,南極底層水(Antarcticbottomwater)影響,性質(zhì)均勻,約0°C左右。 (二)垂直分布(verticaldistribution)表層高,隨深度增加而降低。各緯度分布不同: 1.低緯度(lowlatitude):表層溫高的均勻?qū)?100m左右),下面強(qiáng)大溫躍層(主溫躍層)。主溫躍層(mainthermocline,又稱(chēng)永久性溫躍層):不隨季節(jié)變化。在緯向上,赤道(equator)附近的主溫躍層較強(qiáng)、較薄,深度大約在300m左右;在副熱帶(subtropical)海域下降,深度加深,厚度加大。高緯度)區(qū)域,強(qiáng)度增大,厚度減小,水層變淺。極地(polarregion)水域不出現(xiàn)永久性躍層。2.中緯度(mid-latitude): 上為均勻混合層(mixinglayer),其下季節(jié)性溫躍層(seasonalthermocline)。3.高緯度(highlatitude): 極鋒(front)向極一側(cè),不存在永久性躍層,冬季在上層出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象(暖中間水),深度100m左右;夏季冷中間水。季節(jié)性溫躍層生消規(guī)律: 三、水溫的變化(Changesofwatertemperature) (一)日變化(diurnalchange): 很小,變幅不超過(guò)0.3°C。日較差:最高溫與最低溫之差。 1.影響因素:主要因子是太陽(yáng)輻射(solarradiation)、內(nèi)波(internalwave)等。2.表層: 相比之下,晴天比多云大;無(wú)風(fēng)比有風(fēng)大;低緯比高緯大;夏季比冬季大;近岸比外海大。主要受 云(cloud)、風(fēng)(wind)、潮流(tidalcurrents)影響。3.深層: 表層水溫的日變化,通過(guò)海水內(nèi)部的熱交換(heatexchange)向深層傳播。變幅隨深度增加而減小,位相則落后。 (二)年變化(annualchange): 表層受制太陽(yáng)輻射(solarradiation)年變化。最高溫與最低溫差為年較差,赤道和極地海域年變幅小于1°C,最大值出現(xiàn)副熱帶海域8-9°C,寒暖流交匯處可達(dá)14、15°C。北半球(theNorthernHemisphere)變幅大。近海大于大洋。表層以下水溫的年變化,主要靠混合(mixing)和海流(oceancurrents)等因子施加影響。 (三)非規(guī)則變化(irregularchange):西班牙圣嬰ELNino現(xiàn)象。 鹽度分布及變化(DistributionandChangesofSalinity) 一、概述(Summary)世界大洋鹽度平均值(meansalinityoftheworld'socean)以大西洋最高,為34.90;印度洋次之,為34.76,太平洋最低,為34.62。 二、空間分布(Spatialdistribution)空間分布不均勻。 (一)水平分布(horizontaldistribution)1.表層(surfacelayer): 總特征,基本上具有緯線(xiàn)(woof)方向的帶狀分布特征和經(jīng)向分布呈鞍馬狀; 寒暖流交匯區(qū)和徑流(runoff)沖淡海區(qū)等鹽線(xiàn)(isohaline)密集;某些海域達(dá)0.2/km。鹽度的最高與最低值多出現(xiàn)在大洋邊緣的海盆(oceanbasinsaroundtheedgeoftheocean)中;地中海(Mediterranean)、波斯灣(PersianBay)、紅海(RedSea)達(dá)39-43,波羅的海(TheBalticSea)北部最低時(shí)只有3。冬季鹽度分布特征與夏季相似。 平均各大洋表層鹽度(meansurfacesalinityofeachocean),北大西洋(NorthAtlantic)(最高(35.5),南大西洋(SouthAtlantic)、南太平洋(SouthPacific)次之(35.2),北太平洋(NorthPacific)最低(34.2)。大西洋鹽度高于太平洋鹽度的原因:(1)大西洋沿岸無(wú)高大山脈;(2)洋流影響 2.深層(abyssallayer): 鹽度差異隨深度的增加而減小。在500m,整個(gè)大洋鹽度水平差異約2.3,高鹽中心移往大洋西部。1000m約1.7;至2000m,0.6;深處幾近均勻。 (二)垂直分布(verticaldistribution)1.赤道區(qū):(equatorzone)均勻低鹽層、鹽度最大層—鹽度躍層(halocline)—鹽度最小層,緩慢增加。南強(qiáng)北弱 2.副熱帶海區(qū)(subtropicalzone):均勻高鹽層、鹽度最小層.3.極地海區(qū)(polarregion): 層狀分布的原因,大洋表層以下的海水都是從此海區(qū)表層輻聚(convergence)下沉而來(lái)的。 三、鹽度的變化(Changesofsalinity)1.日變化(diurnalchange): 表層很小,變幅通常小于0.05。下層,受內(nèi)波(internalwave)的影響,常有大于表層的。 日較差:一天中最高、最低鹽度之差。2.季節(jié)變化(seasonalchange): 由蒸發(fā)(evaporation)、降水(precipitation)、徑流(runoff)、融冰(icemelting)結(jié)冰(icing)及大洋環(huán)流(oceancirculation)等因素制約。有年變化的周期。但各海區(qū)不同,無(wú)普遍規(guī)律可循。 3.不規(guī)則變化(irregularchange):(1)徑流(runoff)(2)地震(earthquake)密度分布及變化(DistributionandChangesofDensity) 一、分布(Distribution) (一)水平分布(horizontaldistribution)是T、S、P的函數(shù) 1.表層(surfacelayer):取決于溫度(temperature)和鹽度(salinity),沿經(jīng)向從赤道(equator)向兩極(poles)逐漸增大。 2.深層(abyssallayer):密度(density)水平差異減小。 (二)垂直分布(verticaldistribution)主要取決于溫度.1.隨深度(depth)增加而不均勻的增大。 2.低緯(lowlatitude)與主溫躍層對(duì)應(yīng),出現(xiàn)密度躍層(pycnocline)。 3.沿各緯度分布與主溫躍層相應(yīng)。熱帶表面密度(surfacedensityoftropicalzone)小,密度躍層強(qiáng)度大,副熱帶表面密度增大,密度躍層強(qiáng)度(intensity)相對(duì)減弱。極鋒(front)向極一側(cè),不存在躍層。(表面密度大)個(gè)別海域形成淺而弱的密躍層。(降水、融冰)在淺海,隨著季節(jié)性溫躍層(seasonalthermocline)的生消也會(huì)存在密度躍層的生消過(guò)程。 二、變化(Changes)1.日變化(diurnalchange):微不足道。深層有密度躍層存在時(shí),受內(nèi)波(internalwave)影響會(huì)有波動(dòng),但無(wú)規(guī)律。 2.年變化(annualchange):與溫度、鹽度年變化有關(guān),綜合作用也導(dǎo)致了密度年變化的復(fù)雜。 中國(guó)海溫鹽分布及變化(DistributionandChangesofTemperatureandSalinityinChinaSea)季節(jié)性溫、鹽躍層 溫、鹽日較差 溫、鹽年較差 觀(guān)測(cè)手段(Measurements) 一、傳統(tǒng):顛倒溫度計(jì)(Deep-seareversingthermometer) 二、電子(electronic):CTD 三、紅外(infrared):熱電偶、熱敏電 海水混合(MixingofSeaWater) 一、混合概念、形式(Definitionandtypes) (一)定義(definition): 混合是海水的一種普遍運(yùn)動(dòng)形式,混合過(guò)程就是海水各種特性逐漸趨向均勻的過(guò)程。 (二)混合形式(mixingtype):分子混合(molecularmixing),渦動(dòng)混合(turbulentmixing),對(duì)流混合(convectivemixing)分子混合(molecularmixing):分子的熱運(yùn)動(dòng)與相鄰海水進(jìn)行交換,只與海水的性質(zhì)有關(guān)。 渦動(dòng)混合(turbulentmixing):海水微團(tuán)的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)與相鄰海水進(jìn)行交換。與海水的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。 對(duì)流混合(convectivemixing):熱鹽作用引起,主要是鉛直方向水體交換。 (三)海水混合具有區(qū)域性(localcharacter):界面混合(interfacemixing)和內(nèi)部混合(interiormixing)。 1、界面混合(interfaceblending)海氣界面:強(qiáng)烈的動(dòng)力和熱力過(guò)程。風(fēng)混合;熱力對(duì)流混合。海底層混合:主要由海流、潮流等動(dòng)力因子引起,自海底向上發(fā)展。海洋鋒區(qū):不同水團(tuán)相交匯的海區(qū),有水平和垂直混合。 2、海洋內(nèi)部混合(interiorblending)海洋內(nèi)波引起的混合尤為重要; “雙擴(kuò)散對(duì)流”效應(yīng):由于分子熱傳導(dǎo)系數(shù)大于鹽擴(kuò)散系數(shù)(100倍),引起的自由對(duì)流,促進(jìn)海洋內(nèi)部混合。通常兩種形式: 1)冷而淡的海水置于暖而咸的海水之上溫度出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài),上下層海水是靜力穩(wěn)定狀態(tài),由于分子擴(kuò)散的結(jié)果,上層海水增溫增鹽,下層降溫降鹽,由于熱傳導(dǎo)系量是鹽擴(kuò)散系數(shù)的100倍,所以上層海水由于增溫而密度減小,導(dǎo)致海水從界面處上升,下層降溫降鹽而密度增大,導(dǎo)致海水從界面處下降。對(duì)流從界面開(kāi)始分別向上和向下擴(kuò)展。 2)暖而咸海水置于冷而淡海水之上與1)形式相似,上下層海水通過(guò)界面產(chǎn)生對(duì)流。海洋中觀(guān)測(cè)到“鹽指”(saltfinger)雙擴(kuò)散對(duì)流效應(yīng)大大促進(jìn)了海洋內(nèi)部的混合。 二、混合效應(yīng)及影響因素(Effectandinfluencingfactorsofmixing)1.動(dòng)力混合:均勻?qū)?,溫度躍層(thermocline),鹽度躍層(halocline),形成密度躍層(pycnocline)2.對(duì)流混合:均勻?qū)樱鳆}:溫度躍層,降溫:鹽度躍層,不會(huì)出現(xiàn)密度躍層 三、混合增密效應(yīng)(Density-enhancedeffect)混合收縮效應(yīng):混合后的密度大于混合前海水的平均密度。海水密度隨溫、鹽和壓力的變化是非線(xiàn)性的。 四、水團(tuán)之間混合(Mixingbetweenwatermasses)海洋熱鹽細(xì)結(jié)構(gòu)(MicrostructureofOcean'sTemperatureandSalinity) 一、海洋細(xì)結(jié)構(gòu)(microstructureoftheocean): 相對(duì)常規(guī)觀(guān)測(cè)尺度的鉛直向結(jié)構(gòu),稱(chēng)其為“細(xì)微”。很多很薄的水層構(gòu)成,層內(nèi)溫鹽性質(zhì)相對(duì)均勻的分層結(jié)構(gòu)。 二、兩種型式(Twopatterns):階梯狀結(jié)構(gòu)和不規(guī)則的擾動(dòng)型 1.階梯狀結(jié)構(gòu)(ladderpattern): 海洋上層大風(fēng)的擾動(dòng)或相鄰海水的入侵。在海洋深層的一般認(rèn)為是“雙擴(kuò)散”對(duì)流是其形成原因。 2.不規(guī)則擾動(dòng)型(irregulardisturbedpattern): 躍層內(nèi)有厚度為數(shù)米的溫度和密度相當(dāng)均勻的薄層,有時(shí)甚至有逆溫現(xiàn)象??赡苁莾?nèi)波的破碎或小尺度湍流形成。第二篇:巖石熱物理性質(zhì)
第三篇:金屬的物理性質(zhì)
第四篇:物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)教案
第五篇:教案第三章海水物理性質(zhì)