Термостойкое стекло

Термосто'йкое стекло', ,способное выдерживать резкие перепады температур (тепловые удары), не разрушаясь. К Т. с. относятся все стекла, имеющие низкий температурный коэффициент расширения a. Наиболее термостойкое - ,не разрушающееся при смене температур до 1000° С (a=5,67Ч10 ^–71/°С при температуре 500 °С). К Т. с. относятся также боросиликатные и некоторые др. виды стекол. Стойкость обычных промышленных стекол (оконных, тарных) до 80-100 °С. Термостойкость стекла зависит не только от его химического состава, но и от интенсивности теплоотдачи на поверхности изделия, качества этой поверхности и размеров изделия. Повышают термостойкость закалкой, а также огневой полировкой и химической обработкой, устраняющими дефекты поверхности стекла. Из Т. с. изготовляют химико-лабораторную посуду, колбы для радиоламп, водомерные указатели для паровых котлов и т. д.

Термостойкость

Термосто'йкость,термическая стойкость, способность огнеупорных и др. хрупких материалов противостоять, не разрушаясь, ,обусловленным изменением температуры при нагреве или охлаждении. Т. зависит от коэффициента термического расширения и теплопроводности материала, его упругих и др. свойств, а также от формы и размеров изделия. На этих зависимостях основаны формулы расчёта коэффициентов и критериев Т. На практике Т. оценивают обычно числом теплосмен (циклов нагрева и охлаждения), выдерживаемых образцом (изделием) до появления трещин, частичного или полного разрушения, либо температурным градиентом, при котором возникают трещины.

Термостойкость полимеров

Термосто'йкость полиме'ров,см. .

Термосфера

Термосфе'ра(от ...и греч. sphбira - шар), слой верхней ,расположенный между верхней границей -мезопаузой и основанием (в среднем от высот около 80 кмдо 500 км) .Положение этих уровней изменяется в пределах ± 10-20%. Для Т. характерен положительный градиент температуры. Он равен нулю в мезопаузе, имеет максимальное значение между 100 и 200 кми вновь становится равным нулю вблизи основания экзосферы. Здесь атмосфера становится практически изотермической. От мезопаузы до экзосферы температура приблизительно изменяется от 200 К до 1000-2000 К. Особенно велики вариации температуры у основания экзосферы.

  Плотность Т. в среднем изменяется от 1,8 Ч10 ^-8 г/см ³на высоте около 80 кмдо        1,8Ч10 ^-15 г/см ³на высоте около 500 км.В мезопаузе относительный состав атмосферных компонент близок к приземному, но чем выше, тем большее количество кислорода находится в атомарном состоянии. На уровне около 120 кмначинается диффузионное разделение газов. Выше уровня 200-300 кмпреобладающим становится более лёгкий атомарный кислород. Выше 500 кмимеются значительные относительные концентрации ещё более лёгких элементов: водорода и гелия. Часть молекул и атомов Т. находится в ионизированном состоянии и сосредоточена в нескольких слоях (см. ) .

  Все характеристики Т. подвержены весьма значительным вариациям в зависимости от географического положения, солнечной активности, сезона года и времени суток. Температурный и динамический режим Т. регулируется поглощаемой ею энергией. Эта энергия может вводиться как от источников, расположенных извне, так и снизу из .Основные источники термосферной энергии: жёсткое солнечное электромагнитное излучение, диссоциирующее и ионизирующее атмосферу; энергичные заряженные частицы (протоны и электроны), вторгающиеся в высокоширотные области атмосферы во время ;диссоциированные на атомы молекулы атмосферы; акустически гравитационные волны, которые могут возникать как в тропосфере, так и в верхней атмосфере в области полярных сияний; диссипация энергии при циркуляции Т.

  Молекулы азота, кислорода и атомы кислорода, преобладающие в составе термосферы, не могут излучать в больших количествах инфракрасное излучение. Поэтому из-за недостаточности излучающей способности Т. сильно разогревается, в особенности на больших высотах. При этих условиях отвод тепла может осуществляться только теплопроводностью к вследствие положительного градиента температуры. В мезопаузе содержится большое количество сложных молекул (двуокиси углерода, воды и озона), которые хорошо излучают инфракрасную радиацию и тем самым обеспечивают отвод тепла, накопленного вверху, за пределы земной атмосферы.

  Т. оказывает тормозящее действие на ИСЗ. Кроме того, от её состояния сильно зависит поведение ионосферы.

  Лит.:Околоземное космическое пространство, пер. с англ., М., 1966; Физика верхней атмосферы Земли, пер. с англ., под ред. Г. С. Иванова-Холодного, Л., 1971; Красовский В. И., Штили и штормы в верхней атмосфере, М., 1971.

  В. И. Красовский.

Термотаксис

Термота'ксис,движение свободно передвигающихся растительных и животных организмов, вызываемое односторонним тепловым раздражением. При положительном Т. движение происходит в сторону более высокой температуры, при отрицательном - более низкой. См. .

Термотерапия

Термотерапи'я,метод физиотерапии; то же, что .

Термотропизм

Термотропи'зм,изгиб растущих частей растений, например кончиков корней или стеблей, в ответ на действие теплового раздражителя. Т. можно наблюдать на корешках, помещенных во влажные опилки между двумя сосудами - с холодной и тёплой водой. До определённой температуры корешки изгибаются в направлении более нагретого тела, проявляя положительный Т., выше этой температуры - изгибаются в сторону более холодного тела (отрицательный Т.). См. .

Термоупругий эффект

Термоупру'гий эффе'кт,появление при изменении температуры тела.

Термофиксация

Термофикса'циятканей, стабилизация тканей, придание материалам из синтетических волокон и нитей устойчивых размеров, уменьшение сминаемости, улучшение внешнего вида. Для этого производится нагрев тканей (в сухой среде до температуры 220 °С, во влажно-паровой - до 130 °С), а затем быстрое охлаждение. Длительность стабилизации составляет 10-90 сек.При использовании для отделки различных тканей синтетических термореактивных смол под Т. понимают также обработку при температурах 140-170 °С материалов, предварительно пропитанных смолой.

Термофильные организмы

Термофи'льные органи'змы(от ...и греч. philйo - люблю), термофилы, организмы, обитающие при температуре, превышающей 45 °С (гибельной для большинства живых существ). Таковы некоторые рыбы, представители различных беспозвоночных (червей, насекомых, моллюсков), разнообразные микроорганизмы (простейшие, бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли) и некоторые папоротникообразные и цветковые растения. Местообитание Т. о. - горячие источники (где температура достигает 70 °С), ,верхние слои сильно прогреваемой солнцем почвы, а также разогревающиеся в результате жизнедеятельности органического вещества (кучи влажного сена и зерна, торф, навоз и т. п.). Т. о., в широком смысле слова - обитатели тропиков (исключая морские глубины и высокогорья), а также сапрофиты и паразиты, обитающие в теле гомойотермных (теплокровных) животных при t35-40 °С. Некоторые Т. о. в умеренных и высоких широтах могут рассматриваться как реликты более тёплых эпох, когда они имели широкое распространение.

  Лит.:Имшенецкий А. А., Микробиологические процессы при высоких температурах, М.- Л., 1944; Мишустин Е. Н., Емцев В. Т., Микробиология, М., 1970; Генкель П. А., Микробиология с основами вирусологии, М., 1974.

Термофобные организмы

Термофо'бные органи'змы(от ...и греч. phуbos - страх, боязнь), разнообразные растительные и животные организмы, способные нормально существовать и размножаться только при относительно низких температурах (обычно не выше 10 °С), а также те организмы, для которых такие температурные условия являются оптимальными. К Т. о. относится большинство обитателей глубин океанов, морей, крупных озёр, а также обитатели водоёмов и суши районов с холодным климатом (Арктики, Антарктики, высокогорий). Термофобные микроорганизмы чаще называются ,а термофобные растения - .

Термофон

Термофо'н(от ...и греч. phonй - звук), акустический излучатель, действие которого основано на явлении термической генерации звука. Основной элемент Т. - тонкий проводник (полоска металлической фольги, проволочка толщиной 2- 6 мкм) ,по которому протекает переменный ток частоты f. Периодические изменения температуры проводника и окружающего его слоя воздуха вызывают соответственные колебания давления, распространяющиеся в среде в виде звуковой волны. Частота излучаемого звука f ₁=2 f; так как количество выделяющегося в проводнике тепла пропорционально квадрату силы тока. Для того чтобы f ₁ = f,через фольгу или проволочку пропускают ещё постоянный ток, величина которого превышает амплитуду переменного. Излучающий проводник обычно помещают в камеру с жёсткими стенками, размеры которой меньше длины звуковой волны l. Амплитуда звукового давления в полости камеры может быть вычислена по амплитуде тока с учётом теплоёмкости, теплопроводности и температуры окружающей среды и проводника, давления окружающей среды и геометрических параметров. Поэтому Т. применяется как первичный источник звука для калибровки .Для расширения частотного диапазона Т. его камеру заполняют газом с большей по сравнению с воздухом скоростью звука (водородом или гелием), тогда используемое при расчёте звукового давления условие малости размеров камеры относительно длины волны выполняется до более высоких частот.

  Лит.:Беранек Д., Акустические измерения, пер. с англ., М., 1952, с. 93-99.

Термохимический ракетный двигатель

Термохими'ческий раке'тный дви'гатель,см. .

Термохимия

Термохи'мия,раздел вообще и в частности, включающий измерение и вычисление , (например, парообразования), теплот др. процессов, изучение , и веществ и физико-химических систем, а также температурной зависимости этих величин.

  Экспериментальный метод Т. - .Её содержание составляет разработка методов определения перечисленных характеристик. Для термохимических измерений служат .

  На необходимость исследования тепловых эффектов и теплоёмкостей впервые (1752-54) указал М. В. .Первые термохимические измерения провели во 2-й половине 18 в. Дж. ,А. и П. .В 19 в. в работах Г. И. ,П. ,Х. Ю. ,В. Ф. и других учёных техника калориметрических измерений была усовершенствована. В начале 20 в. развитие Т. ознаменовалось, с одной стороны, дальнейшим повышением точности и расширением интервала температур эксперимента, а с другой - установлением связи между энергетическими эффектами процессов и строением частиц (атомов, молекул, ионов), а также положением элементов в Д. И. Менделеева. Вместе с тем росло число изученных веществ, а с середины 20 в. теория Т. стала развиваться на основе квантовохимических и статистических представлений.

  Трудность, а иногда и невозможность непосредственного измерения тепловых эффектов многих процессов часто приводит к необходимости их определения косвенным путём - к вычислению с помощью основного закона Т. - .При этом для расчётов пользуются стандартными  различных веществ, а для взаимодействия органических соединений - стандартными .Пересчёт  химических реакций на другие температуры осуществляют с помощью .Отсутствие нужных для вычисления данных часто заставляет прибегать к приближённым закономерностям, позволяющим найти различные энергетические характеристики процессов и веществ на основании их состава и строения, а также по аналогии с изученными веществами и процессами.

  Данные термохимические исследований и найденные закономерности используются для составления тепловых балансов технологических процессов, изучения теплотворности топлив, расчёта ,установления связи между энергетическими характеристиками веществ и их составом, строением, устойчивостью и реакционной способностью. В сочетании с др. термодинамическими характеристиками термохимические данные позволяют выбрать оптимальные режимы химических производств.

  Широкое развитие получила Т. -определение теплоёмкости, теплот растворения, смешения и испарения, а также их зависимости от температуры и концентрации. Эти характеристики позволяют установить свойства отдельных компонентов, рассчитать теплоты и тепловые эффекты др. процессов, что важно для суждения о природе растворов и их структуре. Методы Т. используются в ,при изучении биологических процессов, во многих других исследованиях.

  Лит.:Скуратов С. М., Колесов В. П., Воробьев А. Ф., Термохимия, ч. 1-2, М., 1964-66; Мищенко К. П., Полторацкий Г. М., Вопросы термодинамики и строения водных и неводных растворов электролитов, [Л.], 1968; Experimental thermochemistry, v. 1-2, N. Y.-L., 1956-62; Кальве Э., Пратт А., Микрокалориметрия, пер. с франц., М., 1963; Мортимер К., Теплоты реакций и прочность связей, пер. с англ., М., 1964; Бенсон С., Термохимическая кинетика, пер. с англ., М., 1971; Сталл Д., Вестрам Э., Зинке Г., Химическая термодинамика органических соединений, пер. с англ., М., 1971. См. также лит. при ст. , , .

  М. Х. Карапетьянц.

Термоцепторы

Термоце'пторы,то же, что .

Термочувствительные краски

Термочувстви'тельные кра'ски,термоиндикаторные краски, краски, содержащие различные химические соединения, которые способны изменять свой цвет при определённой температуре. Изменение цвета может происходить, например, вследствие разложения термочувствительного соединения (гидроокиси железа, карбоната кадмия) или образования нового соединения в результате реакции термоиндикаторных компонентов краски (например, образование сульфида свинца из тиомочевины и свинцового сурика). Различают обратимые (одно- или многократно восстанавливающие свой первоначальный цвет) и необратимые Т. к. С помощью Т. к., которые выпускаются в виде паст или карандашей, могут быть измерены температуры в интервале 35-1600 °С с точностью от ±0,5 до ±10 °С. Применяют Т. к. в тех случаях, когда использование обычных средств термометрии затруднено или невозможно.

Термоэдс

Термоэдс,электродвижущая сила, возникающая в электрической цепи, состоящей из нескольких разнородных проводников, имеющих в местах контактов различную температуру (см. , ) .

Термоэластопласты

Термоэластопла'сты,термопластичные эластомеры, синтетические полимеры, которые при обычных температурах обладают свойствами резин, а при повышенных размягчаются, подобно термопластам. Сочетание таких свойств обусловлено тем, что Т. являются ,в макромолекулах которых эластичные блоки (например, полибутадиеновые) чередуются в определённой последовательности с термопластичными (например, полистирольными). В отличие от каучуков, Т. перерабатываются в резиновые изделия (например, обувь), минуя стадию .

Термоэлектрическая дефектоскопия

Термоэлектри'ческая дефектоскопи'я,см. в ст. .

Термоэлектрические явления

Термоэлектри'ческие явле'ния,совокупность физических явлений, обусловленных взаимосвязью между тепловыми и электрическими процессами в металлах и полупроводниках. Т. я. являются эффекты Зеебека, Пельтье и Томсона. состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает эдс (термоэдс), если места контактов поддерживают при разных температурах. В простейшем случае, когда электрическая цепь состоит из двух различных проводников, она называется ,или .Величина термоэдс зависит только от температур горячего T ₁ и холодного T ₂контактов и от материала проводников. В небольшом интервале температур термоэдс Еможно считать пропорциональной разности ( T ₁– T ₂) ,то есть Е= a( T ₁– Т ₂). Коэффициент aназывается термоэлектрической способностью пары (термосилой, коэффициента термоэдс, или удельной термоэдс). Он определяется материалами проводников, но зависит также от интервала температур; в некоторых случаях с изменением температуры a меняет знак. В таблице приведены значения а для некоторых металлов и сплавов по отношению к Pb для интервала температур 0-100 °С (положительный знак aприписан тем металлам, к которым течёт ток через нагретый спай). Однако цифры, приведённые в таблице, условны, так как термоэдс материала чувствительна к микроскопическим количествам примесей (иногда лежащим за пределами чувствительности химического анализа), к ориентации кристаллических зёрен, термической или даже холодной обработке материала. На этом свойстве термоэдс основан метод отбраковки материалов по составу. По этой же причине термоэдс может возникнуть в цепи, состоящей из одного и того же материала при наличии температурных перепадов, если разные участки цепи подвергались различным технологическим операциям. С др. стороны, эдс термопары не меняется при последовательном включении в цепь любого количества др. материалов, если появляющиеся при этом дополнительные места контактов поддерживают при одной и той же температуре.

обратен явлению Зеебека: при протекании тока в цепи из различных проводников, в местах контактов, в дополнение к теплоте Джоуля, выделяется или поглощается, в зависимости от направления тока, некоторое количество теплоты Q _n, пропорциональное протекающему через контакт количеству электричества (то есть силе тока Iи времени t) : Q _n= П lt.Коэффициент П зависит от природы находящихся в контакте материалов и температуры (коэффициент Пельтье).

  У. (Кельвин) вывел термодинамическое соотношение между коэффициентом Пельтье и Зеебека ( a), которое является частным проявлением симметрии кинетического коэффициента (см. ): П = aТ,где Т -абсолютная температура, и предсказал существование третьего Т. я. - .Оно заключается в следующем: если вдоль проводника с током существует перепад температуры, то в дополнение к теплоте Джоуля в объёме проводника выделяется или поглощается, в зависимости от направления тока, дополнительное количество теплоты Q _t(теплота Томсона): Q _t = t( T ₂ - T ₁) lt,где t - коэффициент Томсона, зависящий от природы материала. Согласно теории Томсона, удельная термоэдс пары проводников связана с их коэффициентом Томсона соотношением: da/dT=( t ₁ - t ₂)/ Т.

  Эффект Зеебека объясняется тем, что средняя энергия электронов проводимости зависит от природы проводника и по-разному растет с температурой. Если вдоль проводника существует градиент температур, то электроны на горячем конце приобретают более высокие энергии и скорости, чем на холодном; в полупроводниках в дополнение к этому концентрация электронов проводимости растет с температурой. В результате возникает поток электронов от горячего конца к холодному и на холодном конце накапливается отрицательный заряд, а на горячем остаётся нескомпенсированный положительный заряд. Процесс накопления заряда продолжается до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не вызовет поток электронов в обратном направлении, равный первичному, благодаря чему установится равновесие. Алгебраическая сумма таких разностей потенциалов в цепи создаёт одну из составляющих термоэдс, которую называют объёмной.

  Вторая (контактная) составляющая - следствие температурной зависимости .Если оба контакта термоэлемента находятся при одной и той же температуре, то контактная и объёмная термоэдс исчезают.

  Вклад в термоэдс даёт также эффект увлечения электронов фононами. Если в твёрдом теле существует градиент температуры, то число ,движущихся от горячего конца к холодному, будет больше, чем в обратном направлении. В результате столкновений с электронами фонолы могут увлекать за собой последние и на холодном конце образца будет накапливаться отрицательный заряд (на горячем - положительный) до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не уравновесит эффект увлечения; эта разность потенциалов и представляет собой 3-ю составляющую термоэдс, которая при низких температурах может быть в десятки и сотни раз больше рассмотренных выше. В магнетиках наблюдается дополнительная составляющая термоэдс, обусловленная эффектом увлечения электронов .

  В концентрация электронов проводимости велика и не зависит от температуры. Энергия электронов также почти не зависит от температуры, поэтому термоэдс металлов очень мала. Сравнительно больших значений достигает термоэдс в и их сплавах, где концентрация носителей значительно меньше и зависит от температуры, а также в некоторых переходных металлах и их сплавах (например, в сплавах Pd с Ag термоэдс достигает 86 мкв/°С) .В последнем случае концентрация электронов велика. Однако термоэдс велика из-за того, что средняя энергия электронов проводимости сильно отличается от энергии Ферми. Иногда быстрые электроны обладают меньшей диффузионной способностью, чем медленные, и термоэдс в соответствии с этим меняет знак. Величина и знак термоэдс зависят также от формы поверхности Ферми. В металлах и сплавах со сложной различные участки последней могут давать в термоэдс вклады противоположного знака и термоэдс может быть равна или близка к нулю. Знак термоэдс некоторых металлов меняется на противоположный при низких температурах в результате увлечения электронов фононами.

  В дырочных на холодном контакте скапливаются дырки, а на горячем - остаётся нескомпенсированный отрицательный заряд (если только аномальный механизм рассеяния или эффект увлечения не приводят к перемене знака термоэдс). В термоэлементе, состоящем из дырочного и электронного полупроводников, термоэдс складываются. В полупроводниках со смешанной проводимостью к холодному контакту диффундируют и электроны и дырки, и их заряды взаимно компенсируются. Если концентрации и подвижности электронов и дырок равны, то термоэдс равна нулю.

  В условиях, когда вдоль проводника, по которому протекает ток, существует градиент температуры, причём направление тока соответствует движению электронов от горячего конца к холодному, при переходе из более горячего сечения в более холодное, электроны передают избыточную энергию окружающим атомам (выделяется теплота), а при обратном направлении тока, проходя из более холодного участка в более горячий, пополняют свою энергию за счёт окружающих атомов (теплота поглощается). Этим и объясняется (в первом приближении) явление Томсона. В первом случае электроны тормозятся, а во втором - ускоряются полем термоэдс, что изменяет значение t, а иногда и знак эффекта.

  Причина возникновения явления Пельтье заключается в том, что средняя энергия электронов, участвующих в переносе тока, зависит от их энергетического спектра (зонной структуры материала), концентрации электронов и механизма их рассеяния, и поэтому в разных проводниках различна. При переходе из одного проводника в другой электроны либо передают избыточную энергию атомам, либо пополняют недостаток энергии за их счёт (в зависимости от направления тока). В первом случае вблизи контакта выделяется, а во втором - поглощается теплота Пельтье. Рассмотрим случай, когда направление тока соответствует переходу электронов из полупроводника в металл. Если бы электроны, находящиеся на примесных уровнях полупроводника, могли бы точно так же перемещаться под действием электрического поля, как электроны проводимости, и в среднем энергия электронов равнялась бы энергии Ферми в металле, то прохождение тока через контакт не нарушало бы теплового равновесия ( Q _n= 0). Но в полупроводнике электроны на примесных уровнях локализованы, а энергия электронов проводимости значительно выше уровня Ферми в металле (и зависит от механизма рассеяния). Перейдя в металл, электроны проводимости отдают свою избыточную энергию; при этом и выделяется теплота Пельтье. При противоположном направлении тока из металла в полупроводник могут перейти только те электроны, энергия которых выше дна зоны проводимости полупроводника. Тепловое равновесие в металле при этом нарушается и восстанавливается за счёт тепловых .При этом поглощается теплота Пельтье. На контакте двух полупроводников или двух металлов также выделяется (или поглощается) теплота Пельтье вследствие того, что средняя энергия участвующих в токе электронов по обе стороны контакта различна.

  Таким образом, причина всех Т. я. - нарушение теплового равновесия в потоке носителей (то есть отличие средней энергии электронов в потоке от энергии Ферми). Абсолютные значения всех термоэлектрических коэффициентов растут с уменьшением концентрации носителей; поэтому в полупроводниках они в десятки и сотни раз больше, чем в металлах и сплавах.

  Лит.:Жузе В. П., Гусенкова Е. И., Библиография по термоэлектричеству, М.- Л., 1963; Иоффе А. Ф., Полупроводниковые термоэлементы, М.- Л., 1960; Займан Дж., Электроны и фононы, пер. с англ., М., 1962; Попов М. М., Термометрия и калориметрия, 2 изд., М., 1954; Стильбанс Л. С., Физика полупроводников, М., 1967.

  Л. С. Стильбанс.

Термоэлектрический генератор

Термоэлектри'ческий генера'тор(ТЭГ), термоэлектрогенератор, устройство для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, принцип действия которого основан на эффекте Зеебека (см. ) .В состав ТЭГ входят: термобатареи, набранные из полупроводниковых ,соединённых последовательно или параллельно; теплообменники горячих и холодных спаев термобатарей.