Bezwładność cieplna chondrytu Jezersko w powietrzu i próżni. Wpływ temperatury
Authors: Szurgot Marian A. ,   Centrum Nauczania Matematyki i Fizyki Politechniki Łódzkiej
Published: July 2024

Bezwładność cieplną (Γ) chondrytu Jezersko (H4 S2/3 W2) określono na podstawie danych literaturowych dotyczących ciepła właściwego, przewodności cieplnej i gęstości objętościowej. Wykazano, że bezwładność cieplna tego meteorytu wynosi 2384 tiu (tiu = J · m–2 · K–1 · s–1/2) w temperaturze pokojowej (300 K), a 2024 tiu w temperaturze 200 K w powietrzu pod normalnym ciśnieniem. W warunkach próżni bezwładność cieplna meteorytu Jezersko wynosi 1802 tiu w temperaturze 300 K i 1533 tiu w temperaturze 200 K. Bezwładność cieplna chondrytu Jezersko jest zbliżona do wartości bezwładności cieplnej chondrytu Covert H5 (2450 tiu w powietrzu, 1850 tiu w próżni w temperaturze pokojowej), chondrytu Slovak H5 (2530 tiu w powietrzu, 1930 tiu w próżni w temperaturze pokojowej), chondrytu Lumpkin L6 (1567 tiu w 200 K w próżni), chondrytu Pułtusk H5 (1775 tiu w 300 K, 1521 tiu w 200 K w próżni), chondrytu Metsäkylä H4 (2360 tiu w powietrzu, a 1590 tiu w próżni w temperaturze pokojowej), chondrytu Y-74191 L3 (1795 tiu w 300 K, 1511 tiu w 200 K w próżni), chondrytu Y-74647 H4 (1704 tiu w 300 K, 1443 tiu w 200 K w próżni), chondrytu Y-74156 H4 (1969 tiu w 300 K, 1706 tiu w 200 K w próżni) i jest zbliżona do średniej wartości bezwładności cieplnej 11 chondrytów grupy H: 2570 (±224) tiu w powietrzu pod ciśnieniem 1 atm, a nieco niższej bezwładności cieplnej, wynoszącej 2053 (±388) tiu, w próżni w temperaturze pokojowej (296 K). Bezwładność cieplna meteorytu Jezersko przewidywana dla powietrza pod ciśnieniem 1 atm jako ośrodka wypełniającego pory meteorytu jest dla tej samej temperatury około 1,32 razy większa niż bezwładność cieplna przewidywana dla ośrodka, którym jest próżnia. Stosunek bezwładności cieplnej określanej w powietrzu do bezwładności cieplnej określanej dla próżni jest dla meteorytu Jezersko dla każdej temperatury równy 1,323. Wartość tego stosunku jest zbliżona do stosunku określonego dla chondrytu Covert H5 (1,324) oraz chondrytu Slovak H5 (1,311) i jest zbliżona do średniej wartości tego stosunku dla 11 chondrytów grupy H: 1,28 (±0,18) w temperaturze pokojowej (~300 K). Stosunek bezwładności cieplnej w temperaturze 300 K do bezwładności cieplnej w temperaturze 200 K znajduje się dla meteorytu Jezersko w zakresie 1,175–1,178, zarówno dla powietrza, jak i dla próżni, i jest zbliżony do stosunku wyznaczonego dla chondrytów: Gladstone H5 (1,185), Kunashak L6 (1,186), Leeday A L6 (1,186), Leeday B L6 (1,183), Pułtusk H5 (1,167), i mieści się w zakresie określonym dla nieantarktycznych chondrytów typu H w próżni (zakres 1,10–1,19, a średnia dla czterech chondrytów zwyczajnych: 1,14 (±0,04)). Dane Yomogidy i Matsuiego (1983) pozwoliły ustalić funkcję dopasowania dla zależności temperaturowej bezwładności cieplnej Γ(T) dla grupy chondrytów zwyczajnych, w szczególności chondrytów: Gladstone H6 oraz chondrytu antarktycznego Y-74191 L3, a także przewidzieć funkcję dopasowania zależności temperaturowej bezwładności cieplnej chondrytu Jezersko H4 dla dwóch ośrodków wypełniających wnętrze meteorytu: dla próżni oraz dla powietrza pod ciśnieniem 1 atm. Zależność temperaturową bezwładności cieplnej chondrytu Jezersko określonej dla próżni oraz dla powietrza pod normalnym ciśnieniem można dopasować za pomocą funkcji wykładniczej typu Γ(T) = A · exp(–C · T) + B, gdzie T jest temperaturą w skali bezwzględnej [K], natomiast A, B i C są stałymi. Wartości stałych A, C i B równania Γ(T) dla chondrytu Jezersko są porównywalne ze stałymi dla dwóch chondrytów: Gladstone H6 oraz Y-74191 L3. Dla chondrytu zwyczajnego Jezersko H4 określono następujące wartości stałych: (i) dla próżni: Avacuum = −2444, Bvacuum = 1920 oraz Cvacuum = 0,01008 (RMSE = 12), a (ii) dla powietrza pod normalnym ciśnieniem wartości stałych: Aair = −3357, Bair = 2540 i Cair = 0,01008 (RMSE = 14, ang. root mean square error, błąd średni kwadratowy). Wykorzystując eksponencjalną funkcję dopasowania Γ(T), obliczono wartości Γ dla trzech meteorytów: Jezersko H4, Gladstone H6 i Y-74191 L3 dla różnych temperatur z zakresu 100–500 K. Uzyskano dobrą zgodność pomiędzy wartościami bezwładności cieplnej otrzymanymi na podstawie danych eksperymentalnych dotyczących przewodności cieplnej, gęstości objętościowej oraz ciepła właściwego a wartościami bezwładności cieplnej przewidywanymi na podstawie funkcji Γ(300)(T). Przewidywane wartości bezwładności cieplnej dla materii meteorytu Jezersko przy zastosowaniu funkcji Γ(T) są następujące: Γ(100 K) = 1169 tiu, Γ(200 K) = 2040 tiu, Γ(300 K) = 2357 tiu, Γ(400 K) = 2473 tiu, Γ(500 K) = 2516 tiu dla powietrza pod ciśnieniem 1 atm oraz Γ(100 K) = 882 tiu, Γ(200 K) = 1541 tiu, Γ(300 K) = 1782 tiu, Γ(400 K) = 1870 tiu i Γ(500 K) = 1902 tiu dla próżni. Wykorzystanie funkcji Γ(T) prowadzi do nieco mniejszych, ale praktycznie jednakowych dla obu ośrodków wartości stosunku Γ(300)/Γ(200): 1,156 dla próżni i 1,155 dla powietrza niż te otrzymane bezpośrednio ze wzoru definiującego Γ. Stosując nowo odkrytą zależność liniową pomiędzy porowatością chondrytów zwyczajnych a ich bezwładnością cieplną, uzyskano dla chondrytu Jezersko wartości Γ: 1582 tiu w 200 K oraz 1786 tiu w 300 K w próżni, zgodne z przewidywaniem opartym na równaniu definiującym bezwładność cieplną. Prezentowane wyniki badań wskazują, że bezwładność cieplna chondrytu Jezersko mieści się w zakresie wartości bezwładności cieplnej materii dwóch grup chondrytów zwyczajnych – grupy H oraz grupy L i jest reprezentatywna dla grupy H, a funkcja wykładnicza opisuje zadowalająco zależność temperaturową bezwładności cieplnej Γ(T) chondrytów Jezersko H4, Gladstone H6 oraz Y-74191 L3.