Такое свойство грунта, как его промерзание, — важный фактор, который следует учитывать при возведении нового
жилого или промышленного объекта. Скорость и глубина промерзания грунта зависят от многих составляющих: от
типа породы (см. таблицу); природной влажности; значений отрицательных температур; наличия снегового покроя
и др. Знание этого показателя необходимо, если вы хотите возвести прочный и долговечный фундамент для дома,
построить зимний водопровод.

Для функционирования водопровода в зимнее время трубы укладывают в грунт ниже уровня промерзания земли.
Трубы, как правило, утенляют полипропиленовыми чехлами. Однако всегда существует участок водопровода, под-
водящий воду непосредственно в дом и нуждающийся в дополнительной защите от промерзания. Одним из решений
в этом случае является использование па этом участке водопровода специального кабеля, который помещается в
трубу и подогревает на этом участке воду.
Саморегулирующий греющий кабель — разновидность нагревательных проводников, которые способны самостоя-
тельно изменять выделение тепла в зависимости от температуры окружающей среды. Устройство саморегулирую-
щего проводника представлено на рисунке 1

Основным устройством в конструкции является нагревательная проводящая матрица. Отдельные участки (нагре-
вательные элементы) матрицы подсоединяются параллельно к токопроводящим медным проводникам, которые,
в свою очередь, подключены к внешнему источнику тока. Принцип работы полимерной матрицы заключается в
следующем: при уменьшении температуры на любом участке матрицы электрическое сопротивление уменьшается.
Потребляемая мощность при этом увеличивается, и элемент нагревается до более высокой температуры. И наоборот,
при нагревании матрицы потребляемая мощность начинает снижаться. Таким образом достигается терморегуляция
(рис. 2)

Слои изоляции, защитной экранирующей оплётки, внешней оболочки выполняют функции термозащиты, а также
защиты от механических и электромагнитных внешних воздействий.

Металлы представляют собой поликристаллические тела, состоящие из большого числа мелких (10^-1 – 10^-5 см),
хаотично ориентированных по отношению друг к другу кристаллов.
Многие металлы (в том числе железо) в зависимости от температуры могут существовать в разных кристаллических
формах или, как их называют, в разных полиморфных модификациях. В результате полиморфного превращения
атомы кристаллического тела, имеющего решётку одного типа, перестраиваются таким образом, что образуется
кристаллическая решётка другого типа. Полиморфное превращение — обратимый процессе; он происходит как при
нагреве, так и при охлаждении твёрдого тела. Вновь образующиеся полиморфные модификации являются следстви-
ем возникновения центров кристаллизации и роста кристаллов, подобно кристаллизации из жидкого состояния.
Превращение одной полиморфной формы в другую при нагреве чистого металла сопровождается поглощением
тепла и происходит при постоянной температуре. На термической кривой (в координатах температура — время)
превращение отмечается горизонтальным участком. При охлаждении происходит выделение тепла при такой же
температуре, что и при нагреве. Температура, при которой происходит переход из одного типа кристаллической
решётки в другой, носит название температуры полиморфного превращения.
Так как полиморфные модификации вещества отличаются внутренней структурой, то свойства их различны. По-
лиморфные превращения сопровождаются скачкообразным изменением свойств металлов или сплавов: удельного
объёма, теплоёмкости, тепло- и электропроводности, магнитных, механических и химических свойств.
Ярким примером полиморфизма у неметаллических материалов является наличие двух кристаллографических мо-
дификаций чистого углерода, известных как алмаз и графит. Оба материала являются идентичными по химическому
составу и различаются лишь кристаллической структурой. В результате свойства алмаза и графита оказываются
существенно различными. Графит — это мягкий, хрупкий и непрозрачный материал, в то время как алмаз является
одним из наиболее твёрдых минералов, встречающихся в природе, и, как правило, прозрачен.

Гейзеры располагаются вблизи действующих или недавно уснувших вулканов. Для извержения гейзеров необходима
теплота, — поступающая от вулканов.
Чтобы понять физику гейзеров, напомним, что температура кипения воды зависит от давления (см. рисунок).

Представим — себе 20-метровую гейзерную трубку, наполненную горячей водой. По мере увеличения глубины темпе-
ратура воды растёт. Одновременно возрастает и давление: оно складывается из атмосферного давления и давления
столба воды в трубке. При этом везде по длине трубки температура воды оказывается несколько ниже температуры
кипения, соответствующей давлению на той или иной глубине. Теперь предположим, что по одному из боковых
протоков в трубку поступила порция пара. Пар вошёл в трубку и поднял воду до некоторого нового уровни, а часть
воды вылилась из трубки в бассейн. При этом температура поднятой воды может оказаться выше температуры
кипения при новом давлении, и вода немедленно закипает.
При кипении образуется пар, который ещё выше поднимает воду, заставляя её выливаться в бассейн. Давление на
нижние слои воды уменьшается, так что закипает вся оставшаяся в трубке вода. В этот момент образуется большое
количество пара; расширялись, он с огромной скоростью устремляется вверх, выбрасывая остатки. воды из трубки,
— происходит извержение гейзера.
Но вот весь пар вышел, трубка постепенно вновь заполняется охладившейся водой. Время от времени внизу слы-
шатся взрывы — ото в трубку из боковых протоков попадают порции пара. Однако очередной выброс воды начнётся
только тогда, когда вода в трубке нагреется до температуры, близкой к температуре кипения.

В 2011 году во время съёмок компанией Би-би-си цикла передач ''Замёрзшая планета'' операторам впервые удалось задокументировать очень интересный процесс: в толще океанических вод Антарктики под ледяным покровом начинает формироваться и расти вниз ко дну морская сосулька (Брайникл).

В том случае, если Брайниклу удаётся достичь дна, он продолжает разрастаться в сторону понижения уровня поверхности дна (рис. 1). При этом он способен убить всё живое на своём пути (морских звёзд и ежей, рыб, водоросли). Именно по этой причине его ещё называют ''ледяным пальцем смерти''.

Возникновение этого природного феномена возможно только в ледяных водах у полюсов. Когда поверхность солёной воды замерзает, меняется состав и концентрация соли в воде под ледяной корой. При образовании льда из него вытесняется практически вся соль. Таким образом, вода подо льдом становится более солёной и плотной. Повышенная концентрация соли понижает температуру замерзания вод (рис. 2) и увеличивает её плотность. В результате тяжёлый солевой раствор начинает опускаться вниз (тонуть). Нисходящий поток солевого раствора, имеющий экстремально холодную температуру, приводит к замерзанию менее соленой окружающей воды и образованию ледяного канала в виде трубки.

Пористый лёд Брайникла имеет губчатую структуру. Поэтому его нельзя сравнить с более плотный льдом, образовавшимся из пресной воды.

Чистая руда почти никогда не встречается в природе. Почти всегда полезное ископаемое перемешано с «пустой», ненужной горной породой. Процесс отделения пустой породы от полезного ископаемого называют обогащением руды.

Для обогащения руды можно использовать явление смачивания. Смачивание (несмачивание) –– явление, наблюдаемое при взаимодействии жидкостей с поверхностями твёрдых тел. Например, вода смачивает чистое стекло (растекается по поверхности), но не смачивает жирные поверхности (собирается в капли).

Способом обогащения руды, основанным на явлении смачивания, является флотация. Сущность флотации состоит в следующем. Раздробленная в мелкий порошок руда взбалтывается в воде. Туда же добавляется небольшое количество вещества, обладающего способностью смачивать одну из подлежащих разделению частей, например, крупицы полезного ископаемого, и не смачивать другую часть –– крупицы пустой породы. Кроме того, добавляемое вещество не должно растворяться в воде. При этом вода не будет смачивать поверхность крупицы руды, покрытую слоем добавки. Обычно применяют какое-нибудь масло.  В результате перемешивания крупицы полезного ископаемого обволакиваются тонкой плёнкой масла, а крупицы пустой породы остаются свободными. В получившуюся смесь очень мелкими порциями вдувают воздух. Пузырьки воздуха, пришедшие в соприкосновение с крупицей полезной породы, покрытой слоем масла и потому не смачиваемой водой, прилипают к ней. Это происходит потому, что тонкая плёнка воды между пузырьками воздуха и несмачиваемой ею поверхностью крупицы стремится уменьшить свою площадь, подобно капле воды на промасленной бумаге, и обнажает поверхность крупицы.

Крупицы полезной руды с пузырьками воздуха поднимаются вверх, а крупицы пустой породы опускаются вниз. Таким образом, происходит более или менее полное отделение пустой породы, и получается концентрат, богатый полезной рудой.

Туман состоит в основном из капелек воды, имеющих диаметр от 0,5 до 100 мкм. Если в тумане преобладают очень мелкие капельки (диаметр меньше 1 мкм), то такой туман называется дымкой. Если же капли тумана относительно велики (диаметр порядка 100 мкм), то это так называемая морось.

В зависимости от размера капелек воды туман может иметь различный оттенок. Цвет тумана определяется световыми волнами, которые, рассеиваясь на капельках воды, попадают в глаз наблюдателя. Капельки диаметром много больше микрометра практически одинаково рассеивают свет во всём интервале длин волн, воспринимаемых глазом. Этим объясняется молочно-белый и белесоватый цвет мороси. Мелкие же капельки дымки рассеивают преимущественно более короткие световые волны, поэтому туманная дымка окрашена в синеватые и голубоватые тона. 

В известном смысле возникновение тумана есть явление выпадения росы. Существенно, однако, что конденсация водяного пара в данном случае происходит не на поверхности земли, листьев или травинок, а в объёме воздуха. Центрами конденсации могут служить случайно образующиеся скопления молекул, ионы, а также пылинки, частички сажи и другие мелкие загрязнения в воздухе.

 
Для возникновения тумана необходимо, чтобы водяной пар в воздухе стал не просто насыщенным, а пересыщенным. Водяной пар становится насыщенным, если при данной температуре процессы испарения воды и конденсации водяного пара взаимно компенсируются, то есть в системе вода – пар устанавливается состояние термодинамического равновесия. На рисунке представлен график зависимости плотности насыщенного водяного пара от температуры.

Водяной пар, состояние которого соответствует точке А, становится насыщенным при охлаждении (процесс АВ) или в процессе дополнительного испарения воды (процесс АС). Соответственно, выпадающий туман называют туманом охлаждения или туманом испарения.
 

Для полётов к Луне или, например, к Марсу достаточно существующих химических
ракетных двигателей, в которых для создания тяги используется энергия сгорания топлива.
Но для того чтобы лететь дальше, к внешним планетам Солнечной системы (или к ближайшим
звёздам), и не тратить на это многие десятилетия, нужны двигатели принципиально иного
типа. В новых ядерных двигателях можно использовать энергию ядерного распада тяжёлых
радиоактивных ядер. Но наибольшую энергию на сегодняшний день можно получить,
используя реакции термоядерного синтеза.

Любой ракетный двигатель создаёт тягу, выбрасывая в окружающее пространство вещество,
которое называют рабочим телом. Из сопла обычных ракет истекают газообразные продукты
сгорания топлива. В термоядерном двигателе рабочим телом будут служить водород или
гелий, разогретый энергией деления ядер урана или плутония. Сила тяги любого двигателя
зависит от скорости истечения, с которой молекулы рабочего тела выбрасываются из сопла.
Подняв температуру, можно увеличить кинетическую энергию (и скорость) молекул. Однако
жаропрочные материалы и конструкции имеют температурные пределы, к тому же подводимая
энергия также ограниченна. Термоядерные двигатели, которые будут разогревать лёгкий
водород, имеют в этом отношении серьёзное преимущество перед химическими, продукты
сгорания которых существенно тяжелее.

Сейчас самые лучшие ракетные двигатели на химическом топливе лишь приближаются
к отметке для скорости истечения, равной 4500 м/с. Ядерные ракетные двигатели позволили
бы достичь температуры в десятки тысяч градусов и скорости истечения до 20000 м/с. Но даже
в этом случае полёт корабля до внешних планет Солнечной системы занял бы годы.

Между тем существует способ поднять скорость истечения на многие порядки. Температура
плазмы при термоядерном синтезе составляет не десятки тысяч, а миллионы градусов,
а оценочная (теоретическая) скорость истечения может достигать 21500000 м/с!
В существующих проектах термоядерных двигателей поток плазмы, создающий тягу
двигателя, истекает из открытых цилиндров — магнитных ловушек. Самый простой вариант
такого двигателя —  пробкотрон (см. рисунок), состоящий из двух магнитных катушек, расположенных на некотором удалении друг от друга
и удерживающих плазму.

Зимний водопровод на даче

Такое свойство грунта, как его промерзание, — важный фактор, который следует учитывать при возведении нового жилого или промышленного объекта. Скорость и глубина промерзания грунта зависят от многих составляющих: от самого типа породы (см. таблицу); природной влажности; значений отрицательных температур; наличия снегового покрова и др. Знание этого показателя необходимо, если вы хотите возвести прочный и долговечный фундамент для дома, построить зимний водопровод.

Нормативная глубина промерзания почвы в некоторых городах России

Для функционирования водопровода в зимнее время трубы укладывают в грунт ниже уровня промерзания земли. Трубы, как правило, утепляют подстилкой из песка или полипропиленовыми чехлами. Однако всегда существует участок водопровода, подводящий воду непосредственно в дом и нуждающийся в дополнительной защите от промерзания. Одним из решений в этом случае является использование на этом участке водопровода специального кабеля, который помещается в трубу и подогревает на этом участке воду.

Саморегулирующий греющий кабель — разновидность нагревательных проводников, которые способны самостоятельно изменять выделение тепла в зависимости от температуры окружающей среды. Устройство саморегулирующего проводника представлено на рис. 1.

Основным устройством в конструкции является нагревательная проводящая матрица. Отдельные участки (нагревательные элементы) матрицы подсоединяются параллельно к токопроводящим медным проводникам, которые, в свою очередь, подключены к внешнему источнику тока. Принцип работы полимерной матрицы заключается в следующем: при уменьшении температуры на любом участке матрицы электрическое сопротивление

уменьшается. Потребляемая мощность при этом увеличивается, и элемент нагревается до более высокой температуры. И, наоборот, при нагревании матрицы потребляемая мощность начинает снижаться. Таким образом достигается терморегуляция (рис. 2).

Слои изоляции, защитной экранирующей оплётки, внешней оболочки выполняют функции термозащиты, а также защиты от механических и электромагнитных внешних воздействий.

В нагретых телах часть внутренней энергии вещества может превращаться в энергию излучения. Поэтому нагретые тела являются источниками электромагнитного излучения в широком диапазоне частот. Это излучение называют тепловым излучением.

Эксперименты показывают, что тепловое излучение имеет непрерывный спектр. Распределение энергии излучения тела по спектру зависит от температуры тела. При этом для всех тел с увеличением температуры максимум энергии излучения смещается в коротковолновый участок спектра, а общая энергия излучения возрастает. На рисунке представлен график интенсивности излучения некоторого тела по мере его нагревания.

Принцип работы инфракрасного термометра (пирометра) заключается в изменении интенсивности теплового излучения тела в зависимости от его температуры.

Инфракрасный термометр позволяет измерять температуру быстро, без непосредственного контакта с телом. Но при измерении температуры важно учитывать коэффициент излучения тела. Разные материалы в зависимости от цвета, матовой или зеркальной поверхности по-разному излучают тепло. Коэффициент излучения материала -- это соотношение энергии, излучаемой поверхностью материала к энергии излучения абсолютно чёрного объекта при равной температуре. Для абсолютно чёрных тел этот коэффициент равен 1. Для остальных же материалов этот коэффициент меньше. В пирометрах обычно стоит фиксированный коэффициент излучения, равный 0,95. Для большинства измеряемых материалов он подойдёт, но при существенно меньших коэффициентах излучения тел измерения температуры окажутся неточными.