Reologia este știința proceselor de deformare și a fluxului diferitelor corpuri în timp. Reologia studiază proprietățile mecanice ale sistemelor prin manifestarea deformării sub acțiunea tensiunilor externe. Termenul
deformare înseamnă deplasarea relativă a punctelor din sistem, în care continuitatea nu este încălcată. Tensiune. Cauza de deformare este raportul dintre forță și aria de aplicare a acesteia. Cele mai simple tipuri de deformare sunt întinderea și forfecarea. Cea mai completă caracterizare a sistemelor structurate este asigurată de studierea deformării forfecării care apare sub acțiunea tensiunilor tangențiale.
Distingeți între deformările reversibile și reziduale.
Deformările care dispar după eliminarea sarcinii sunt numite reversibile. iar corpurile, restabilind în mod reversibil forma originală după îndepărtarea încărcăturii, sunt numite corpuri elastice.
Deformațiile care nu dispar după eliminarea încărcăturii, numite reziduale. iar corpurile care prezintă deformații reziduale la solicitări care depășesc limita lor elastică sunt numite cele din plastic. Unul dintre tipurile de deformare reziduală este caracteristica curgerii lichidelor, în care valoarea de împrăștiere crește continuu cu o solicitare constantă.
Proprietățile reologice ale corpurilor vâscoase ideale (lichide ideale) respectă legea lui Newton și sunt descrise prin ecuația:
unde P este forța de forfecare, Pa; # 951; - vâscozitatea fluidului, Pa; - viteza de deformare (schimbarea tensiunii în timp) sau viteza debitului de fluid.
În ecuația (6.1), rolul coeficientului de proporționalitate este jucat de vâscozitatea (fricțiunea internă), care este cea mai importantă proprietate care caracterizează structura oricărui sistem de dispersie. Viscozitatea este constanta reologica a lichidului studiat, nu depinde de metoda de masurare a acestuia si determina capacitatea lichidului de a rezista debitului. Inversa vâscozității. numita fluiditate.
Dependența de P este o linie dreaptă care iese din origine. Tangenta pantei acestei linii la axa abscisa determină valoarea vâscozității, iar axa y este valoarea randamentului (Figura 6.1).
Pentru fluxul lichidelor ideale din capilar, Poiseuille a propus o ecuație care este un caz special al ecuației lui Newton:
unde # 951; - viscozitatea lichidului; P este diferența de presiune la capătul capilar (presiunea de curgere); # 964; - timpul de scurgere a fluidului din capilar; K este constanta capilară (vâscozimetru).
Conform legilor din Newton și Poiseuille, vâscozitatea nu trebuie să depindă de presiunea exterioară decât într-un flux laminar. În turbulență, viscozitatea începe să crească odată cu creșterea presiunii, iar legile de bază ale fluxului vâscos se dovedesc a fi inaplicabile.
Viscozitatea sistemelor dispersate diferă de vâscozitatea mediului de dispersie datorată umplerii unei părți a solventului cu o fază dispersată. Odată cu creșterea concentrației fazei dispersate, crește viscozitatea sistemului de dispersie. Relația dintre vâscozitatea unui sistem de dispersie și fracția de volum a unei faze dispersate este descrisă de ecuația lui Einstein:
unde # 951; - vâscozitatea sistemului de dispersie; # 951; 0 - viscozitatea mediului de dispersie; # 966; - fracția volumică a fazei dispersate, raportul dintre volumul particulelor fazei dispersate și volumul sistemului dispersat (); # 945; - coeficientul care ia în considerare forma particulelor (pentru particule de formă sferică # 945; = 2,5).
Odată cu creșterea concentrației de particule de fază dispersată, dependența liniară # 951; - # 966; este încălcat în condiții de coliziune a particulelor, dar la o anumită concentrație vâscozitatea rămâne constantă. Sisteme similare, guvernate de ecuațiile lui Newton, Poiseuille și Einstein, sunt numite normale sau Ninton.
Pentru sistemele structurate, se observă o abatere de la dependența teoretică chiar și la concentrații scăzute. Astfel de sisteme, care nu se supun ecuațiilor lui Newton, Poiseuille și Einstein, sunt numite anomalii sau non-newtoniene.
Prezența unei structuri modifică natura fluxului lichidului. Pentru lichide pure fără structură, se observă o relație liniară între P și P (curba 1 din Figura 6.2) cu o panta constantă corespunzătoare unei vâscozități constante.
Sistemele structurate sunt caracterizate de curbe cu vâscozitate variabilă, în funcție de P (curba 2 din Figura 6.2).
La tensiuni mici (pag <РТ ) наблюдается медленное течение с малым наклоном. Это течение происходит при максимальной вязкости системы, без разрушения ее структуры, и называется ползучестью .
Fig. 6.2. Dependența ratei de solicitare asupra stresului pentru lichidele Newtoniene
Fig. 6.3. Dependența vitezei de curgere a tensiunii pentru sistemele nestructurate (1) și structurate (2)
Pe măsură ce crește tensiunea, viteza de curgere crește, corespunzând distrugerii structurii. Viscozitatea sistemului scade și corespunde așa-numitei vâscozități plastice a sistemului (). În acest caz, curba randamentului este descrisă de ecuația lui Bingham:
unde este punctul de randament (sarcina minimă la care corpul începe să curgă); - vâscozitatea plasticului care caracterizează capacitatea structurii de a rupe atunci când încărcătura se schimbă.
Valoarea stresului de curgere sau a efortului de forfecare dinamică limitată este extrapolarea acestei părți a curbei pe axa abscisă și caracterizează forța necesară pentru inițierea distrugerii structurii. O creștere suplimentară a tensiunii determină distrugerea completă a structurii la P = PM. Valoarea PM se numește tensiunea de forfecare limitată. Secțiunea finală a curbei de curgere corespunde legii lui Newton cu o vâscozitate mai mică.
Ecuația cea mai generală care descrie fluxul de fluide non-newtoniene este ecuația empirică Ostwald-Weyl:
unde k și n sunt constante empirice care reflectă proprietățile materialului.
Fig. 6.4. Dependența de debit
de la tensiunea pentru Newtonian (1),
pseudoplastice (2) și dilatante (3) lichide
Abaterea lui n de la unitate caracterizează gradul de abatere a proprietăților fluidelor non-newtoniene de la proprietățile fluidelor newtoniene. Dacă n = 1, atunci fluidul este Newtonian și constanta k coincide cu vâscozitatea Newtoniană # 951; Pentru n <1 ньютоновская вязкость уменьшается с увеличением скорости сдвига и напряжения. Соответственно этому жидкости называют псевдопластическими . При n> 1 vâscozitatea Newtoniană crește odată cu creșterea ratei de forfecare. În consecință, astfel de lichide se numesc dilatante.
Măsurarea vâscozității sistemelor dispersate, în funcție de viteza debitului, este utilizată pe scară largă în practică. În procesul tehnologic în diferitele etape, vâscozitatea sistemelor dispersate structurate poate varia foarte mult. În unele cazuri, de exemplu, în timpul transportului, este necesar ca produsul să aibă vâscozitatea maximă, adică este structurat și pentru pomparea produsului, dimpotrivă, este necesar să se creeze o viteză de curgere care să corespundă vâscozității sale minime.
Întrebări și sarcini pentru auto-control
1. Ce proprietati structurale si mecanice ale sistemelor de dispersie stiti?
2. Listați tipurile de structuri.
3. Ce este vâscozitatea? Ce fel de viscozitate știți? Cum se calculează vâscozitatea cantitativ?
4. Ce determină vâscozitatea sistemului de dispersie?
Capitolul 7
PROPRIETĂȚI OPTICE
SISTEME DE DISPOZITIV
Proprietățile optice ale sistemelor dispersate includ absorbția, reflexia, refracția, transmisia, împrăștierea luminii.
Caracteristicile specifice ale proprietăților optice ale obiectelor de chimie coloidală sunt determinate de caracteristicile lor principale: heterogenitatea și dispersia. Studiul proprietăților optice ale sistemelor dispersate este cel mai rapid și mai accesibil mijloc de determinare a mărimii, formei, structurii și concentrației particulelor. Cel mai caracteristic pentru sistemele coloidale este absorbția și împrăștierea luminii.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: