Характеристика климатических факторов

Температура - один из наиболее важных климатических факторов. Для различных климатических поясов Земли она колеблется от -75 до +50 °С. Однако большое число изделий работает в условиях нагрева (до 500 °С и выше) или охлаждения (-100 ºС и ниже) их элементов. Тепловое воздействие может быть стационарным, периодическим и непериодическим. Установившийся режим теплообмена как внутри изделия, так и изделия с внешней средой создает стационарное тепловое воздействие. Периодическое тепловое воздействие происходит при повторно-кратковременной работе изделий, суточном изменении температуры окружающей среды, регулярном солнечном облучении и т.д.; непериодическое тепловое воздействие вызывается единичными или сравнительно редкими случайными действиями тепла и холода.

Изменение температуры окружающей среды может изменить физико-химические свойства материалов. При повышении температуры ускоряется развитие некоторых дефектов в материалах, понижающих прочность соединений конструкций, ухудшаются функциональные и электрические характеристики изделий. При одновременном воздействии тепла и механических нагрузок многие материалы легко деформируются. У ряда материалов при нагреве происходит химическое разложение и ускоряется старение, что приводит к изменению их характеристик.

В зонах с холодным климатом могут быть резкие колебания температуры изделий, вызываемые их нагревом в период работы и охлаждением после выключения. При резком изменении окружающей температуры на поверхности и внутри изделия конденсируется влага. Периодические расширения и сжатия, соприкасающихся металлических и пластмассовых деталей могут вызывать нарушение герметичности изделия и разрушение деталей. Резкие колебания температуры приводят к разрушению паяных, сварных, клепаных и других соединений, отслоению и растрескиванию покрытий, появлению утечки наполнителей.

Влажность - один из наиболее опасных воздействующих климатических факторов. Она ускоряет коррозию материалов, изменяет электрические характеристики диэлектриков, вызывает тепловой распад материалов, гидролиз, рост плесени и многие другие механические повреждения изделий.

Воздействие влажности на изделия существенно зависит от свойств воды, которая может находиться в трех состояниях: жидком, твердом (лед) и газообразном (пар). В жидком состоянии вода характеризуется следующими основными физическими параметрами: плотностью, вязкостью и поверхностным натяжением. При увеличении температуры от 20 до 100°С значения всех перечисленных факторов уменьшаются: плотность от 0,998 до 0,985 г • см^-1; вязкость от 10 до 2,5 Па • с; поверхностное натяжение от 76 • 10³ до 60 • 10³ Н • см^-1. Абсолютно чистой воды в природе не бывает. Она представляет собой химически активное соединение, легко вступающее в реакции со многими веществами.

Для характеристики содержания водяного пара в воздухе и других газах, т.е. оценки влажности, пользуются следующими основными параметрами:

1) Абсолютная влажность, под которой понимают выраженную в граммах массу водяного пара (МВ.П.., г), содержащегося в единице объема (V,м³) влажного воздуха:

E = M _в.п. / V (2)

В большинстве случаев абсолютную влажность воздуха выражают давлением упругости водяною пара (парциальным давлением p_в._п.), содержащегося в воздухе, т. к возникает сложность определения массы водяного пара. Упругость водяного пара выражают в единицах давления (в паскалях, в миллиметрах ртутного столба или в миллибарах).

2) Влагосодержание d, т.е. отношение массы водяного пара к массе сухого воздуха (газа), в том же объеме:

d =М_в._п/М_с._в. (3)

При этом d пропорционально барометрическому давлению и является функцией только парциального давления пара.

3) Температура точки росы, т.е. температура, которую будет иметь влажный воздух (газ), если охладить его до полного насыщения по отношению к плоской поверхности воды.

4) Относительная влажность φ - отношение давления p_в._п. водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению p _н._{п t} ⁰ насыщенного пара при данной температуре или отношение действительной влажности Е к максимально возможной Е_н при данной температуре. Относительная влажность выражается в относительных единицах (φ=Е/Е_н≤1) или в процентах (φ ≤100 %).

Относительная влажность характеризует степень насыщения газа водяным паром.

Влажность воздуха следует рассматривать во взаимосвязи с другими параметрами, характеризующими состояние газа (давлением, температурой, плотностью). При постоянной относительной влажности абсолютная влажность является функцией температуры.

Атмосферные конденсированные осадки, такие, как роса, иней, изморозь и гололед, оказывают существенное влияние на различные изделия; для оценки атмосферных конденсированных осадков рекомендуется пользоваться такими характеристиками, как толщина отложения, плотность осадков, продолжительность воздействия и ряд других.

Если температура падает ниже точки росы, при которой абсолютная влажность равна 100%, и содержащийся в воздухе водяной пар достигает состояния насыщения, то выпадают осадки в виде воды, снега, росы, инея, тумана.

Осадки воздействуют своей механической энергией, понижают температуру изделий, повышают влажность.

Наличие осадков и тумана обычно ухудшает условия работы изделий. Осадки и туман действуют на материалы и изделия так же, как и повышенная влажность воздуха. Влага, оставшаяся на изделии после дождя, может способствовать коррозии металлов, так как в дождевой воде содержится некоторое количество растворенных кислот и солей. Резкие перепады температур, возникающие при внезапном выпадении дождя на разогретые солнцем поверхности изделии из керамики или стекла, могут привести к их растрескиванию.

Особенно сильное разрушающее воздействие на изделия могут оказывать морская вода и морской туман, резко ускоряющие коррозию вследствие содержащихся в них солей хлора, магния и других элементов. Туман с капельками морской воды также усиливает коррозию металлов и может ухудшить электрические свойства изоляционных материалов.

Интенсивно протекает коррозия металлов, вызываемая попаданием на них морской воды в виде брызг, а также при периодическом его погружении в морскую воду. В связи со свободным доступом кислорода воздуха коррозия в этих условиях идет значительно быстрее, чем при постоянном погружении изделия в воду.

Примеси в воздухе. Примеси в воздухе могут вызывать нарушения функционирования электрических элементов, изменять режимы теплообмена, вызывать механические повреждения (пыль, песок), усиливать коррозионные процессы и т.п.

Пыль - смесь твердых частиц в воздухе. Естественная пыль состоит из космической и земной частей. В свободную атмосферу осаждается 120 - 150 мм пыли за 100 лет. Техническая пыль образуется при сжигании топлива, износе и обработке деталей. Технической пыли осаждается на два порядка больше, чем естественной. Серьезную проблему представляют для больших городов дымовые газы, содержащие в сравнительно больших количествах серу, из которой образуются в итоге сернистая и серная кислоты, соединения фтора, пары ртути и другие активные вредные химические соединения.

Неорганическая пыль представляет собой частицы, имеющие форму пластинок, иголочек, круглых чешуек, размеры которых в среднем колеблются от 5 до 200 мкм. В состав неорганической минеральной пыли в основном входят кварц, полевой шпат, а также иногда слюда, хлориды и доломиты.

Частицы пыли, имеющие острые грани, могут быть абразивными, а иногда и гигроскопичными.

Органическая пыль представляет собой споры растений, плесневые грибы, бактерии, частицы волокон шерсти и хлопка, мельчайшие остатки насекомых и растений. В городах органическая пыль содержит около 40 % веществ, состоящих из сажи и смол. Особенностью органической пыли является ее способность при наличии влаги служить хорошей питательной средой для развития плесени.

Помимо пыли в воздухе содержатся дым и индустриальные газы. Мельчайшие частицы дыма способны достигать высоты более 5.000 м и перемещаться на большие расстояния. Дымовые газы индустриальных предприятий содержат углерод, смолы и значительный процент золы (до 90%). Наиболее вредными и распространенными составными частями дымовых газов являются сера и ее соединения (в частности, сернистый ангидрид SO2).В воздухе сернистый ангидрид окисляется, превращаясь в серный ангидрид SO₃, который, соединяясь с водой, образует сернистую кислоту Н₂SО₃ и серную кислоту Н₂SО₄. Разрушающим действием характеризуются угарный газ СО, ненасыщенные углеводороды (этилен С₂Н₄, ацетилен С₂Н₂ и др.), хлор Сl₂, соединения фтора, паров ртути и другие.

Солнечное излучение представляет собой электромагнитные волны с длинами 0,2-5 мкм. На ультрафиолетовую область (длина волны до 0,4 мкм) приходится 9% энергии, на видимую (длина волны 0,4 - 0,7 мкм) -41% и на инфракрасную область с длинами воли 0,72мкм - 50 % солнечной энергии. Влияние солнечного излучения на изделие заключается в его нагреве и химическом разложении некоторых органических материалов. Наибольшее воздействие оказывают ультрафиолетовые лучи, которые обладают высокой энергией. Под действием этих лучей происходит поверхностное окисление материалов частичное разложение полимеров, содержащих хлор, расщепление органических молекул, быстрое старение пластмасс, изменение важнейших органических компонентов и цвета у некоторых типов термореактивных пластмасс, образование корки на поверхности резины и ее растрескивание.

Атмосферное давление создается массой воздуха в данном месте. Колебания атмосферного давления вследствие изменения погоды ±7%, а при тропических бурях превышают 10 %. Ряд изделий по своему функциональному назначению может работать в условиях резко повышенного и резко пониженного атмосферного давления, что следует учитывать при проведении соответствующих испытаний. Изменение давления вызывает опасность пробоев воздушных промежутков электрических установок в связи с изменением диэлектрической проницаемости воздуха, может изменять диаграмму направленности излучения электромагнитных антенн, влияет на режим теплообмена изделия, нарушает в ряде случаев герметичность изделий и расположение подвижных деталей.

Выше 11 км располагается так называемая стандартная атмосфера, в пределах которой температура считается постоянной.

Плотность атмосферы N _м характеризуется числом молекул, содержащихся в 1 см³ воздуха на данной высоте над уровнем моря. Она пропорциональна давлению лежащего выше слоя. Если предположить состав атмосферы однородным, а температуру постоянной, то плотность и давление будут равномерно изменяться с высотой. При этом давление определяется по барометрической формуле

 (4)

где p₀ - давление вблизи поверхности Земли; М - масса грамм-молекулы газа;

g - ускорение свободного падения;

h - высота над поверхностью моря;

R = 8,32 Дж/(град • моль) - универсальная газовая постоянная;

Т - абсолютная температура.

Плотность атмосферы на данной высоте

N _м =Р/(k Т), (5)

где k =1,38•10^-23 Дж/град - постоянная Больцмана.

Состав воздуха и температура изменяются с высотой, что приводит к отклонению распределения плотности и давления от значения, определяемого по формулам. При подъеме на первые 1000мм в пределах тропосферы давление убывает на 133,32 Па на каждые 10м подъема. Дальнейшее увеличение высоты приводит к убыванию давления примерно в геометрической прогрессии.

 

1234	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: