Коллоидтық жүйелердің реологиялық қасиеттері

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 9 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

АБАЙ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ ПЕДАГОГИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

Коллоидтық жүйелердің реологиялық қасиеттері

Коллоидтық химия

Автордың аты-жөні: Талипов Е. К.

Тобы: 6В01510-ХК 2топ 1топша

Оқытушының аты-жөні: Жақсыбаева Ж. М.

Алматы 2022ж

Жоба паспорты

Жобаның атауы: Коллоидты жүйелердің реологиялық қасиеттері
Жоба авторы: 3-курс студенті Талипов Ержігіт Карімұлы
Жетекшінің аты-жөні: Жақсыбаева Жанар Мұратқызы
Мақсаттары: Коллоидты жүйелердің реологиялық қасиеттері туралы ақпарат беру, Тұтұырлыты анықтау әдісімен таныстыру және ротациялық вискозиметрмен таныстыру
Міндеттері: Теориялық және практикалық бөлімнен тұруы қажет.
Жоба нәтижесі (өнім) : ЭАК-2М құралымен таныстырылды.
Жобалау жұмыстарының кезеңдері: Ақпараттар жинау, ақпараттарды талдау және сұрыптау, жобаны жазу, жобаны қорғау.
Жобаны материалдық-техникалық қамтамасыз ету: ПК, MS PowerPoint, Интернет желісі мен оқулықтар.

Кіріспе

Реология - материалдардың деформациялық қасиеттері туралы ғылым. Ол механиканың, термодинамиканың және геометрияның әмбебап қағидалары негізінде кез келген материалдар үшін орындалатын және жалпылама деформациялаушы күштер әсерінен олардың өзгеру заңдарын орнататын тұтас орта механикасынан (ТОМ) кейбір негізгі түсініктерді алған. Материалдар реологиялық объектілер ретінде серпімділікпен, тұтқырлықпен, беріктікпен және басқа реологиялық тұрақтылармен сипатталады. Реологияның негізгі міндеттерінің бірі белгілі бір рецептура және технология бойынша дайындалған материал қандай зат: серпімді қатты зат, аққыш сұйықтық, эластикалық (каучук тәріздес) дене, пластикалық құрам немесе басқа нәрсе болып шығатынын және рецептура мен технология реологиялық күй мен тұрақтылар шамаларына қалай әсер ететінін орнату болып табылады. Бұл мәселені шешудің негізгі жолы - эмпирикалы, яғни материал салмақ түскенде қалай өзгеретінін тәжірибелік жолмен орнату. Реология заңдарын танудың осы жолы зерттелетін, бұл жағдайда реологиялық, объектілер мен құбылыстарды жіктеуге әкеледі. Әртүрлі материалдарды күнделікті пайдалану тәжірибесі оларды қатты, сұйық және газ тәріздес деп бөлуге мүмкіндік береді. Әрбір топ сыртқы күштердің әсерінен өзіне тән қасиеттерді көрсетеді, сондай-ақ деформациялау режиміне (жылдамдығына) қарай басқа топтың қасиеттерін де көрсете алады. Мысалға, батыру жағдайына қарай сұйық заттың қасиеттерін (өз салмағының әлсіз ұза әсер етуші күшінен қалқып шығады) қатты дененің қасиеттерін (балғамен ұрғанда сынады) көрсетеді, сондай-ақ шамасы бойынша қалыпты импульс күші қысқа уақытқа әсер еткенде серпімділік пайда бола алады. Барлық материалдар қандай да бір деңгейде битумға ұқсас, ал дисперсті жүйелер басқа да күрделірек реологиялық қасиеттерді анықтайды. Материалдардың құрылымдық-механикалық қасиеттерінің деформациялау режиміне және жүйе параметрлеріне тәуелділіктерін толық зерттеумен инженерлік реология айналысады. Инженерлік реологияның негізгі міндеті зерттеу объектісінің өзгеру заңдарын анықтау, реологиялық модельді таңдау және негізгі реологиялық тұрақтыларды анықтау.

1. Теориялық негіз

Физикалык денелердің (қатты денелер мен түрлі материалдардың) негiзгi қасиеттерi - олардың механикалық қасиеттерi: беріктілік, серпімділік, эластикалылық, пластикалылық және тұтқырлық . Бұл қасиеттер дененiң құрылымымен олардын iшiндегi молекулалық - байланысу күштерiнiң және молекулалардың жылулық қозғалыстарының ерекшеліктерімен байланысты, сондықтан оларды жалпы құрылымдық-механикалық қасиеттер деп атайды. Қатты дененiң құрылымы дегенiмiз тек кристалдык тордын құрылысы ғана емес, сонымен қатар поликристалдық дененiң дисперстік кұрылымы, және де бiр-бiрiмен молекулалық байланысқан атомдар, иондар, молекулалар немесе коллоидтық бөлшектерден түзiлген кұрылымдар. Мұнда катты дененiң құрылымы жеке бөлшектiн - монокристалдың кристалдық торының құрылысымен ғана сипатталып қоймай, оның жеке бөлшегiнiн шамасымен де, сол бөлшектiн өлшемi бойынша таралу сипатымен, катты денеде ақаулардың болуымен және ақаулардың таралуымен де сипатталады. Жүйелердiң құрылымдық-механикалық қасиеттерiн реология әдіс терiмен зерттейдi. «Реология» атауы негiзiнен, гректің «ρεοσ» - «ағу» және «λογοσ» -«iлiм» деген сөздерінен пайда болған.

Дененің деформациясы деп жүйенiң бiртұтастығы бұзылмастан басқа нүктемен салыстырмалы ығысуын айтады. Деформация кайтымды және қайтымсыз (қалдыкты) болуы мүмкiн. Қайтымды деформацияға серпімді деформациялар жатады. Қайтымсыз деформация тұтқыр (кез келген кернеу Р мәнiндегi) ағуға және пластикалык (кейбір дағдарыстык мəндерден асқан кернеу Р мәндерiндегi) ағуға тең. Серпiмдi деформациялармен қатар көлемдiк (созылу, сығылу), ығысу және айналу деформациясы деп бөлінеді. Олар сандық түрде өлшемсіз шамалармен сипатталады. Бiрөлшемді деформациялану кезiнде созылу салыстырмалы ұзару шамасымен сипатталады:

мұнда, l ₀ және l - дененің созылғанға дейiнгi және одан кейiнгi ұзындығы, сәйкесінше Δ l - абсолюттi ұзару. Ығысу деформациясы Р кернеуінің әсерінен болған салыстырмалы ығысумен анықталады:

мұнда, у - жоғары кабаттын ығысуы, х - ығыстырылған кабаттын қалыңдығы.

Деформациянын түрі әсер еткен кернеу P түрiне байланысты. Денені деформацияға ұшыратқан кернеу (жүктеме) Р әсер еткен кернеуiн ауданына қатысты күшімен анықталады. Әсер еткен күш бетке перпендикулярлы (калыпты) және тангенсиалды, яғни бетке жанамалай бағытталған болуы мүмкін. Сәйкесінше кернеудiн екi түрi бар: калыпты және тангенсиалды. Әрине, бұларға екi негiзгi деформациялар сәйкес: созылу (немесе сығылу) және ығысу. Кернеудiн өлшем бiрлiгi ӨЖ (СИ) жүйесi бойынша - Па (паскаль) . Дисперсті жүйелерді зерттеу кезiнде кебiнде ығысу деформациясы колданылады. Реологияда дененiн механикалық қасиеттерiн үлгiлер арқылы сипаттайды. Серпiмдi, тұткыр және пластикалык касиеттер бiр элементтен тұратын қарапайым реологиялық үлгiлермен бейнеленедi: идеал серпiмдi Гук денесі, идеал тұтқыр Ньютон денесi және идеал пластикалық Сен-Венан-Кулон денесi.

Идеал серпімді Гук денесі қарапайым серіппемен (1 а-сурет) . деформация шамасы Гук заңымен аныкталады:

мұнда, Р - қалыпты (созылу) кернеу, γ - салыстырмалы созылу дефор-мациясы, Е - серпімділік модулі.

Юнг модулi Е осы тендеудiң пропорционалдык коэффициенті болып табылады және материал каттылығын сипаттайды. Юнг модулi P=f(γ) қисығының көлбеуiнiң тангенс бұрышы α мәніне тең. Гук заңынан серпiмдi дененiң деформациясы γ оған әсер еткен кернеудің шамасына тура пропорционал екенi көрiнедi. (1 ə-сурет) . Идеал серпiмдi дененiң деформациясы толық қайтымды, яғни кернеудің әсері жойылғаннан кейiн дененiң деформациясы толығымен жойылады.

1-сурет. Идеал серпімді Гук денесiнiн үлгiсi (а) мен осы үлгi деформациясының күш кернеуiне тәуелдiлiгi (ə)

Идеал тұтқыр Ньютон денесi идеал тұтқыр сұйықтықпен толты-рылған iшiнде поршенi бар цилиндрден тұрады (2а-сурет) . Деформация жылдамдығы, яғни цилиндрдiн қозғалу жылдамдығы бұл үлгіде Ньютон заңымен сипатталады:

мұнда, P - жанама күш кернеуi, γ` = dγ/dτ - деформация жылдамдығы, η - тұтқырлық коэффициенті (тұтқырлық), τ -деформация уақыты.

γ'=f (P) қисығының координаталар басынан шығатын түзу Ньютон заңына сәйкес екені анык. Мұнда, dγ/dτ oсi жағындағы көлбеудін тангенс бұрышы η-қа тен, ал Р осі жағындағы тангенс бұрышының шамасы аққыштыққа 1/h тең (2 ә-сурет) . Ньютон суйықтықтарының тұтқырлығы жүктемеге тәуелсіз.

Кернеудің тұрақты шамасындағы (P=const) деформация әсер етуші кернеудiң уакытына пропорционал (2 б-сурет) :

Түзудiн τ осi жағындағы көлбеудiң тангенс бұрышының tgα мәнi P/η тең.

2-сурет. Идеал тұтқыр Ньютон денесiнiң үлгiсi (а), осы дененің деформация жылдамдығының кернеуге (ә) және уақытқа (б) тәуелділігі

Идеал пластикалық Сен-Венан-Кулон денесi бетте сырғитын қатты денеден тұрады (3 а-сурет) . Бұл дененiң бет бойынша қозғалысы «құрғақ үйкеліс» заңына сәйкес және белгiлi бiр шектi кернеу Р мәнiне (аққыштық шегiне) тең. Идеал пластикалық дененiң құрылымы деформация кезiнде бұзылады да, оның кернеуге қарсы әсерi толық жойылады.

Серпiмдi, тұткыр және пластикалык касиеттерi бар реал дененiң күрделi реологиялык сипаты қарапайым реологиялық үлгiлерден (Гук, Ньютон және Сен-Венан-Кулон үлгiлерi) бiр-бiрiмен тізбектеп және параллельдi жалғастырылған жинактармен сипатталынады. Осы үш үлгі идеал серпiмдi дененi, идеал тұтқыр сұйықты және идеал пластикалық дененi суреттейді. Бұл қарапайым үлгiлердi тiзбектеп және параллель қоса отырып, параметрлерi реал дененiң қасиеттеріне жақын күрделi үлгiнi алуға болады. Тізбектеп байланысқан элементтердiң күш кернеулерi мынадай:

Бұның деформациясы элементтердiң деформацияларының косын-дыларына тең:

Осы элементтердi параллельдi жалғағанда кернеулердiң қосындысы алынады:

Деформация шамасы сол элементтердiн деформация шамаларына тен:

3-сурет. Идеал пластикалық Сен-Венан-Кулон денесiнiң үлгiсi (а) және осы дененiң деформациясының кернеуге тәуелділігі (ә)

Гук және Ньютон (серпiмдi және тұтқыр) элементтерін тізбектеп жалғаса, серпімді тұтқыр дененiң қасиеттерін сипаттайтын, яғни сұйықтың серпiмдi қасиетiн ескеретін Максвелл үлгiсiн бередi.

Осы үлгiлердiң деформациясының кернеудің әсер ету уақытына тəуел-ділігі 4 ә-суретте келтiрiлген.

4-сурет. Серпiмдi тұтқыр Максвелл денесiнiң үлгісі (a), осы үлгінің деформациясының уакытқа тәуелдiлiгi (ə), кернеуiнiң релаксациясы (б)

Тұрақты кернеудін Р әсерінен алғашқыда Максвелл үлгiсiнiң Гук элементi деформацияланады (лездік кайтымды деформация - γ _серп ), ал содан соң Ньютон элементiнiң деформациясымен анықталатын тұтқыр ағу басталады (кайтымсыз деформация - γ _пл ) . Жүктің әсері жойылғаннан кейiн (P=0) серпiмдi деформация жоғалады да, қайтымсыз деформациясы γ _пл сақталады.

2. Практикалық бөлім

Сұйықтықтардың тұтқырлығын анықтау

Сұйықтықтардың тұтқырлығын әртүрлі әдістермен анықтауға болады. Біз тек маныздыларына тоқталайық.

Құлап келе жатқан шар әдісі сұйықтыққа белгiлi көлемi мен массасы бар шар еркiн кұлау жылдамдығын анықтауға негізделген. Сұйықтықтың турбуленттi қозғалысы пайда болмас үшін шардың құлау жылдамдығы өте көп болмау керек, ал шар кұлайтын ыдыс кен болу керек. Тұтқырлық коэффициентінің тендеуiнен шығатын теңдеуден оңай табуға болады:

Тәжірибеші шардың құлау жылдамдығы арқылы тұтқырлықты таба отырып, жүзгiн бөлшектерінің радиустарын тұндыру жылдамдығы арқылы табуға тура келетiн есепке керi келетiн есепті шығарады.

(11) тендеуiнен шардын құлау жылдамдығы сұйықтықтың тұтқырлығына кері пропорционалды екенi көрініп тұр. Мұндай тәуелдiлiк шардын кең ыдысқа кұламай, Гепплер вискозиметрiнде сияқты сұйықтығы бар қисайған шыны түтікше бойынша қозғалғанда сақталады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.