Интересный холод от Михалыча

Одна из любимых задач прикладной физики замечательного инженера и преподавателя Семенова Виталия Ивановича связана с заморозками. Этот термин слышал любой из нас, но физическое содержание данного природного явления часто не могут объяснить даже люди, неплохо разбирающиеся в термодинамике. При том, что постановка задачи звучит достаточно четко:

Задача №1

«Определить способ передачи тепла в процессе «выпадения» заморозков на почве. То есть определить каким образом замерзшая роса на почве, траве и деревьях. При этом: температура воздуха в течение ближайших суток не опускалась ниже 0 °С. в безветренные и безоблачные майские или августовские ночи».

Задача №2

«Предложить не менее трех принципиально разных средств защиты от заморозков».

Интересно наблюдать за тем, как эти задачи раскладывают по частям, одновременно упоминая и первое начало термодинамики1, и определение теплоты2, и способы передачи тепла3 и не находят правильный ответ.

Прежде чем прочесть следующую подборку материалов из сети Интернет на тему заморозков, предлагаю самостоятельно попробовать их решить.

1. Первое начало термодинамики гласит, что количество энергии в любой термодинамической системе постоянно. Энергия не появляется и не исчезает, а переходит из одной формы в другую…
2. Термодинамическая теплота определяется как энергия, переходящая из одного тела в другое в результате разности температур между телами. Теплота покидает одно тело и поглощается другим, температура которого ниже теряющего энергию тела.
3. Передача энергии в виде теплоты осуществляется тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Значение термина ЗАМОРОЗКИ

Заморозки — снижение температуры воздуха на поверхности почвы и растений ниже 0°С при положительных среднесуточных температурах воздуха.

Различают адвективные, радиационные и адвективно-радиационные заморозки.

Адвективные ЗАМОРОЗКИ

Название происходит от слова «адвекция» – доставка, вторжение. Адвективные заморозки возникают в результате наступления волн холодного арктического воздуха с температурой ниже 0 С обычно в начале весны и поздней осени, при полной облачности и, следовательно, силе ветра; могут держаться в течение нескольких суток.

Эффективных средств борьбы против этого вида весенних заморозков нет, поскольку в этом случае холодные воздушные массы влияют на растения в течение длительного времени. К счастью, бывают такие весенние заморозки, в основном, в северных регионах, где сроки посева (посадки) огородных культур более поздние, чем в средней полосе или юге.

Радиационные заморозки

Поверхность земли нагревается посредством прямой солнечной радиации. Кроме того, нагретая за счет рассеянной радиации атмосфера часть своего тепла отдает почве. Земля получает тепло солнечной радиации и атмосферы, и, в свою очередь, выделяет тепловую энергию в окружающую среду (длинноволновая радиация). Происходят радиационные весенние заморозки перед восходом солнца в ясную и тихую погоду при низких среднесуточных температурах и интенсивном ночном излучении. Длинноволновая радиация земли усиливается, поверхность почвы быстро охлаждается. Их уровень существенно зависит от форм рельефа. Так, в низинах они происходят чаще, чем в возвышенных местах или склонах. В изогнутых формах рельефа ночное понижение температуры усилено, холодный воздух дольше застаивается. Поэтому при радиационных заморозках повреждаются преимущественно растения, расположенные на пониженных местах вогнутых форм рельефа. Заморозки этого типа ограничиваются длительностью ночи и обычно длятся 5-6 часов подряд.

Весенние заморозки повреждают листья, распускающиеся почки, верхушки побегов, соцветия винограда, осенние заморозки — листья, иногда ягоды.

Скрытые весенние заморозки

Скрытые весенние заморозки встречаются довольно редко и обычно предшествуют другому виду весенних заморозков – радиационному. В этом случае температура на поверхности растений опускается ниже нуля градусов при положительной температуре окружающей среды.

Адвективно-радиационные ЗАМОРОЗКИ

Адвективно-радиационные заморозки образуются вследствие вторжения холодного воздуха и последующего его охлаждения через ночное излучение.

Противодействие радиационным заморозкам

Активные меры противодействия заморозкам – обогрев площади огорода газовыми или жидко-топливными горелками, применение мощных вентиляторов для перемещения воздушных слоев или непрерывное, укрытие теплолюбивых растений и почвы возле них пленкой или неткаными материалами, обильный полив накануне замораживания, мульчирование почвы. На небольших площадях в безветренную погоду может быть эффективным задымление.

Над участком с хорошо увлажненной почвой при понижении температуры воздуха происходит конденсация, сопровождающаяся выделением тепла. Огород, прикрытый облаком водяного пара, вполне может противостоять радиационной весенней заморозке. Влажная почва сохраняет тепло гораздо лучше. Ранним утром температура поверхности влажной почвы, как минимум, на 1 градус выше сухой. Стратегическое значение для защиты сельскохозяйственных культур от заморозков (в условиях осушенных торфяников) приобретает орошение, дождевание, строительство прудов, водохранилищ, оросительных систем для изменения микроклимата на осушенных торфяниках, что позволит снизить ночное снижение температур на 8-10 градусов.

P.S. Полагаю, теперь все стало на свои места. Радиационные заморозки, именно о них говорилось в поставленной задаче, происходят благодаря излучению Земли в космическое пространство. Аналогично и Земля получает энергию от Солнца. Интересно отметить, что все способы борьбы с радиационными заморозками основываются на трех способах передачи тепла. Во-первых, пытаются компенсировать потери тепла путем теплопередачи между грунтом и водяной пленкой или влажным воздухом. Во-вторых – исключить излучение, организовав защитный экран в виде полиэтиленовой пленки, дыма или тумана. В-третьих, обеспечить интенсивную конвекцию принудительным обдуванием. В-четвертых, повысить теплоемкость почвы и растений за счет полива.

P.P.S. Надеюсь, вам понравились эти задачи. Лишний раз можно убедиться, насколько обычные явления могут быть загадочными и удивительными.

МСМ

Frios Winter SF — серия промышленных камер шоковой заморозки

Применяется для быстрой заморозки мяса, рыбы, ягод, фруктов, овощей, полуфабрикатов и других продуктов пищевой промышленности.

Бесплатный просчет оборудования?

Вы можете бесплатно просчитать стоимость и мощность требуемого вам оборудования. Для этого нажмите кнопку ниже, заполните форму, в которой нужно подробно описать ваш запрос. Или завяжитесь с нашими менеджерами по телефону +38 (050) 620-15-08 или по e-mail: sales@frios.ua

Наши награды и сертификаты: