Цікавий холод від Міхалича 

Одна з улюблених задач із прикладної фізики чудового інженера та викладача Семенова Віталія Івановича пов’язана із заморозками. Цей термін чув будь-який з нас, але фізичний зміст даного природного явища часто не можуть пояснити навіть люди, які непогано знаються на термодинаміці. При тому, що постановка завдання звучить досить чітко:

Задача №1

“Визначити спосіб передачі тепла у процесі «випадання» заморозків на ґрунті. Тобто визначити яким чином замерзла роса на ґрунті, траві та деревах. При цьому: температура повітря протягом найближчої доби не опускалася нижче 0 ^оС. Додаткове уточнення: заморозки (найбільш характерні) відбуваються у безвітряні та безхмарні травневі чи серпневі ночі”.

Задача №2

“Запропонувати не менше трьох принципово різних засобів захисту від заморозків”.

Цікаво спостерігати за тим, як ці задачі розкладають частинами, одночасно згадуючи і перший початок термодинаміки¹, і визначення теплоти², і способи передачі тепла³ та не знаходять правильну відповідь.

Перш ніж прочитати наступну добірку матеріалів з мережі Інтернет на тему заморозків, пропоную самостійно спробувати їх вирішити.

1. Перший початок термодинаміки говорить, що кількість енергії в будь-якій термодинамічній системі постійно. Енергія не з’являється і не зникає, а переходить із однієї форми в іншу…
2. Термодинамічна теплота визначається як енергія, що переходить з одного тіла в інше в результаті різниці температур між тілами. Теплота залишає одне тіло і поглинається іншим, температура якого нижче тіла, що втрачає енергію.
3. Передача енергії як теплоти здійснюється трьома способами: теплопровідністю, конвекцією і випромінюванням.

Значення терміну ЗАМОРОЗКИ

Заморозки (ранки) – зниження температури повітря на поверхні ґрунту та рослин нижче 0°С при позитивних середньодобових температурах повітря.

Розрізняють адвективні, радіаційні та адвективно-радіаційні заморозки.

Адвективні ЗАМОРОЗКИ

Назва походить від слова “адвекція” – доставка, вторгнення. Адвективні заморозки виникають у результаті настання хвиль холодного арктичного повітря з температурою нижче 0°С зазвичай на початку весни та пізньої осені, при повній хмарності і, отже, силі вітру; можуть триматися протягом кількох діб.

Ефективних засобів боротьби проти цього виду весняних заморозків немає, оскільки в цьому випадку холодні повітряні маси впливають на рослини протягом тривалого часу. На щастя, бувають такі весняні заморозки, переважно, у північних регіонах, де терміни посіву (посадки) городніх культур пізніші, ніж у середній смузі чи півдні.

Радіаційні ЗАМОРОЗКИ

Поверхня землі нагрівається за допомогою прямої сонячної радіації. Крім того, нагріта за рахунок розсіяної радіації атмосфера частину свого тепла віддає ґрунту. Земля отримує тепло сонячної радіації та атмосфери і, у свою чергу, виділяє теплову енергію у навколишнє середовище (довгохвильова радіація). Відбуваються радіаційні весняні заморозки перед сходом сонця у ясну та тиху погоду за відносно низьких середньодобових температур та інтенсивного нічного випромінювання. Довгохвильова радіація землі посилюється, поверхня ґрунту швидко охолоджується. Їхній рівень істотно залежить від форм рельєфу. Так, у низинах вони відбуваються частіше, ніж у піднесених місцях чи схилах. У вігнутих формах рельєфу нічне зниження температури посилено, холодне повітря довше застоюється. Тому при радіаційних заморозках пошкоджуються переважно рослини, розташовані на знижених місцях увігнутих форм рельєфу. Заморозки цього типу обмежуються тривалістю ночі і зазвичай тривають 5-6 годин поспіль.

Весняні заморозки пошкоджують листя, бруньки, що розпускаються, верхівки пагонів, суцвіття винограду, осінні заморозки – листя, іноді ягоди.

Приховані весняні заморозки

Приховані весняні заморозки трапляються досить рідко і зазвичай передують іншому виду весняних заморозків – радіаційному. У цьому випадку температура на поверхні рослин опускається нижче за нуль градусів при позитивній температурі навколишнього середовища.

Адвективно-радіаційні ЗАМОРОЗКИ

Адвективно-радіаційні заморозки утворюються внаслідок вторгнення щодо холодного повітря та подальшого його охолодження через нічне випромінювання.

Протидія радіаційним заморозкам

Активні заходи протидії заморозкам – обігрів площі городу газовими або рідко-паливними пальниками, застосування потужних вентиляторів для переміщення повітряних шарів або безперервне, укриття теплолюбних рослин і ґрунту біля них плівкою або нетканими матеріалами, рясний полив напередодні заморожування, мульчування ґрунту органічними матеріалами. На невеликих площах у безвітряну погоду може бути ефективним задимлення.

Над ділянкою з добре зволоженим ґрунтом при зниженні температури повітря відбувається конденсація, що супроводжується виділенням тепла. Город, прикритий хмарою водяної пари, цілком може протистояти радіаційному весняному заморожуванню. Вологий грунт зберігає тепло набагато краще. Рано вранці температура поверхні вологого ґрунту, як мінімум, на 1 градус вище сухого. Стратегічне значення для захисту сільськогосподарських культур від заморозків (в умовах осушених торфовищ) набуває зрошення, дощування, будівництва ставків, водосховищ, зрошувальних систем для зміни мікроклімату на осушених торфовищах, що дозволить зменшити нічне зниження температур на 8-10 градусів.

P.S. Гадаю, тепер усе стало на свої місця. Радіаційні заморозки, саме про них йшлося у поставленої задачі, відбуваються завдяки випромінюванню Землі в космічний простір. Аналогічно і Земля отримує енергію від Сонця. Цікаво відзначити, що всі способи боротьби з радіаційними заморозками ґрунтуються на трьох способах передачі тепла. По-перше, намагаються компенсувати втрати тепла шляхом теплопередачі між ґрунтом та водяною плівкою або вологим повітрям. По-друге – виключити випромінювання, організувавши захисний екран у вигляді поліетиленової плівки, диму чи туману. По-третє, забезпечили інтенсивну конвекцію примусовим обдуванням. По-четверте, підвищили теплоємність ґрунту та рослин за рахунок поливу.

P.P.S. Сподіваюся, Вам сподобалися ці задачі. Зайвий раз можна переконатися, наскільки звичайні явища можуть бути загадковими та дивовижними.

МСМ

Frios Winter SF – серія промислових камер шокової заморозки

Застосовується для швидкого заморожування м’яса, риби, ягід, фруктів, овочів, напівфабрикатів та іншої продукції харчової промисловості.

Безкоштовний прорахунок обладнання?

Ви можете безкоштовно прорахувати вартість та потужність потрібного вам обладнання. Для цього натисніть кнопку нижче, заповніть форму, в якої треба детально описати ваш запит. Або зав’яжіться з нашими менеджерами по телефону +38 (050) 620-15-08 чи e-mail: sales@frios.ua

Наші нагороди та сертифікати: