Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Конденсирленген күй классификациясы Сұйық күй термодинамикасы. Беттік керілу. Сұйықтықтардың физикалық қасиеттері






«Конденсирленген кү й физикасы» - бір жағ ынан жалпы физиканың, ал екіншіден «Материалтану» ғ ылымның бір бө лігі деп айтуғ а болады.

Конденсирленген кү й физикасына - қ атты дене жә не сұ йық тық физикасы кіреді.

Бастапқ ыда қ атты дене физикасы негізгі екі бағ ыт бойынша дамыды. 19 ғ. соң ында серпімділік теориясының математикалық ақ параты қ ұ растырылып, жоғ ары дә режеге дейін жетілдірілді. Келесі бағ ыты кристалдарғ а қ атысты симметриялардың топтарың математикалық сипаттау. Бірақ бұ л саладағ ы нақ ты жетістіктер 1930 ж. таяу атомдардың қ ұ рылысын қ анағ атты тү сіндірген кванттық физиканың дамуымен байланысты болды. Электрондардың орбиталары жә не қ атты дененің атомдары арасындағ ы кү штердің табиғ аты туралы ұ ғ ымдар қ олданылады. Сө йтіп металдағ ы электрө ткізгіштікті, металдармен изоляторлар айырмашылығ ын, қ атты денелердің жылу сиымдылығ ын жә не олардың оптикалық қ асиеттерін тү сіндіретін ғ ылыми негіз қ ұ рылды. Отызыншы жылдардың соң ында ә сіресе 1945 ж. кейін кристалдық қ ұ рылымдардың ақ ауларың жә не олардың қ атты денелердің физикалық қ асиеттеріне ә серін зерттеу бағ ыты пайда болып дамыды.

Сонымен қ атты дене физикасы екі бағ ыт бойынша қ арастырылады: қ асиеттерді оқ у жә не қ ұ рылыммен оның ақ ауларын зерттеу.

Бү гінгі кү нге дейін машина жасауда қ олданылып келген металдың негізі - қ ара металлургия, демек темір негізді металдар. Конструкциялық жә не қ ұ рал саймандық материалдың 90-95% темір негізді болып келеді. Темірдің физикалық жә не технологиялық қ асиеттері ү йлесімді, жер қ ойнауындағ ы қ оры мол, арзан. Темір мен оның қ орытпаларының қ ұ ны тү сті металдар қ ұ нынан бірнеше есе тө мен.

Соң ғ ы жылдарда жаң а ғ ылыми-техникалық даму дә уірі - атом энергиясы, электроника, ғ арышты игеру, радио, автоматтандыру жү йесі жә не т.б. салалардың талабына сай жаң а металдарғ а мұ қ таждық ө суде. Қ азіргі металтанудың теориялық негізгі бағ ыты таза жә не аса таза металдар, ерекше қ асиеттерге ие наноматериалдар жә не композитті материалдар ө ндіру тә сілдерін іздестіру болып табылады. Материлдарғ а қ оршағ ан ортаның тигізетін ә серін зерттеуге де кө п кө ң іл бө лінуде.

Техниканың дамуымен қ атар металғ а қ ойылатын талаптарда ө згеруде. Олар металдың конструкциялық беріктігін арттыру, жоғ ары температурағ а тө зімділігі, аса тө мен температурада тұ тқ ырлығ ынан айырылмайтын, агрессиялық орталарғ а тө зімділігі, басқ а да физикалық, химиялық қ асиеттері жоғ ары болу керек. Осы қ ойылғ ан талаптарды қ анағ аттандыру мақ сатымен металл қ орытпаларын, арнаулы қ орытпаларды, композитті материалдарды қ олдану кейінгі жылдарда машина жасауда кең інен жолғ а қ ойылғ ан.

Қ атты денелерде атомдардың орналасу тә ртібі бар жә не зандылық тарғ а бағ ынады, атомдар арасындағ ы тартылу жә не тебілу кү штері тең герілген. Сондық тан қ атты денелер газдар мен сұ йық тық тарғ а қ арағ анда ө зінің пішінің сақ тайды.

Атомдардың орналасуының реттік дә режесіне байланысты қ атты денелер кристалдық жә не аморфтық болып келеді.

Электрө ткізгіштігі бойынша қ атты денелер ө ткізгіш, жартылай ө ткізгіш жә не диэлектриктер болып бө лінеді.

Ө ткізгіштердің электрө ткізгіштігі температура артқ ан сайын тө мендейді (электр кедергісі керісінше артады):

 

l - t-температурасындағ ы меншікті электрө ткізгіштік

r – t-температурасындағ ы меншікті кедергі

r0 t0 температурасындағ ы меншікті кедергі

a - t – кедергінің термиялық коэффициенті

Ал жартылай ө ткізгіштердікі керісінше температура артқ ан сайын артады (электр кедергісі керісінше азаяды).

Ө ткізгіштер қ атарына металдар, металдық қ орытпалар жатады.

Металдар қ ара жә не тү сті болып ү лкен екі топқ а бө лінеді.

Қ ара металдар тобына бойындағ ы қ асиеттерінің темірге ү қ састығ ына қ арай кобальт, никель, марганец элементтері кіреді.

Тү сті металдар тобындағ ы элементтер қ атарына тығ ыздығ ы тө мен, жең іл- Ве, Мg, А1, Ті; балқ у температурасы тө мен - Zn, Сd, Sn, Рb, Sb; балқ у температурасы жоғ ары- Ті, Сr, Nb, W, V, Мо, т.б; оқ шау жататын асыл металдар- Аu, РҺ, Рd, Рt, Аg, Оs, т.б.: атомдық техникада қ олданатын, уранды металдар -U, ТҺ, Ра жә не тағ ы басқ а элементтер кіреді.

Кварцтың табиғ и кристалы (тау хрусталы), тас тұ зының кесектері т. с. с. жеке ірі кристалдардың ғ ана кристалдық қ ұ рылысы сыртынан тікелей кө рініп тұ рады. Мұ ндай жеке кристалдар монокристалдар деп аталады. Ал қ атты денелердің кө пшілігінің қ урылысы ұ сақ кристалды, немесе басқ аша айтқ анда, поликристалды болады.

Металл емес материалдар қ атарына органикалық жә не органикалық емес полимерлер: пластмассаның тү рлері, металл емес негіздегі композитті материалдар, каучук жэне резең ке, клейлер, герметиктер, лактар мен бояу жабындары, сонымен қ атар графит, шыны, керамика, ағ аш жатады.

Полимерлер айтарлық тай беріктігі, қ атаң дығ ы жә не иілімділігі, жарық тық мө лдірлігі, химиялық тү рақ тылығ ы, диэлетрлік қ асиеттері жағ ынан тең десі жоқ материалдар қ атарына жатады. Олардың технологиялық икемділігін, пайдаланудағ ы тиімділігін айта кеткен жө н. Бұ ларда неғ ұ рлым қ арапайым қ осылыстағ ы молекулалар (маномерлер) топ-топ (полимер) болып бірігеді. Мысалы, С2Н4О мономерден (паральдегидтен) полимер (ацетальдегид) жасалады; бұ л ацетальдегидтің ә рбір молекуласы паральдегидтің ү ш молекуласынан (С2Н4О)3 қ ұ ралады.

Д.И.Менделеев ашқ ан периодтық заң, Н.С.Курнаков, А.М.Бочвар, А.А.Байков, С.С.Штейнберг, Юм-Розери, Аустен, Котрелл, Ле-Шателье жэне де кө птеген ғ алымдар металтану ғ ылымының дамуына ү лкен ү лес қ осты.

Полимерлер химиясы мен физикасының табысты дамуына ү лес қ осқ ан кө рнекті ғ алымдар қ атары: П.П.Кобеко, В.А.Каргина, А.П.Александрова, С.С. Медведева, С.Н.Ушакова, В.В.Коршака, К.А.Андрианова ж.б.

 

Сұ йық тық тар

Сұ йық тардың да кристалл денелер тә різді белгілі кө лемі болатын болса, сонымен қ атар сү йық тар газдар тә різді ө здері тұ рғ ан ыдыстын, пішінін қ абылдайды.Кристалдық кү йге бө лшектердің (атомдар мен молекулалардың) реттелген орналасуы тә н болатын болса, газдарда бү л мағ ынада алсақ толық бейберекеттік (хаос) болады деуге болады.Рентгенографиялық зерттеулердің керсеткендей, сү йық тарда бү л мағ ынада да аралық кү й бақ ыланады. Сұ йық тарда бө лшектердің орналасуында таяу тә ртіп бақ ыланады. Бұ л дегеніміз кез келген бө лшекке қ атысты онымен іргелес бө лшектердің орналасуында белгілі тә ртіп болады, олар тә ртіппен орналасады дегенді біддіреді. Бірақ берілген бө лшектен алыстағ ан сайын басқ а бө лшектердің оғ ан қ атысты орналасуында зандылық азая береді де, тез арада тә ртіптен жұ рдай боламыз. Кристалдарда алыс тә ртіп бар: кезкелген бө лшекке қ атысты тә ртіппен орналасу біршама ү лкен кө лемдерде бақ ыланады.

Сү йық тарда таяу тө ртіптің болуы сү йық қ ү рылымын квазикристалд ық (кристалғ а ү қ сас) деп атауғ а мү мкіндік береді.

Алыс тә ртіптің болмауынан сұ йық тарда негізінен бө лшектері тә ртіппен орналасатын кристалдарғ а тә н болатын анизотропия байқ алмайды. Молекулалары созылың қ ы болатын сұ йық тарда біршама кө лемде молекулалардың бірдей бағ ытталуы бақ ыланады, осының арқ асында оптикалық жә не басқ а кейбір физикалық қ асиеттерінде анизотропия бақ ыланады. Мү ндай сү йыктар сұ йык кристалдар деп аталып кетті. Оларда молекулалардың бағ дарлануында ғ ана тә ртіп бар да, ал молекулалардын ө зара орналасуында байырғ ы сү йық тардағ ы тө різді алыс тә ртіп байқ алмайды.

Я. И. Френкель бойынша сұ йық тардағ ы жылулық қ озғ алыстын сипаты мынандай болады. Ә рбір молекула қ айсыбір уақ ыт аралығ ында белгілі тепе-тендік қ алпынық тө ң ірегінде тербеліп тү рады. Уақ ыт ө ткен сайын молекула, молекула мө лшеріндей қ ашық тық қ а секіріп ө тіп, жана орын алып, ө зінің тепе-тендік қ алпының орнын ө згертеді. Сө йтіп, молекулалар белгілі қ алыптарда бола отырып, сұ йық ішінде тек баяу орын ауыстырып отырады екен. Я. И. Френкель кө ркемдеп суреттегеніндей, молекулалар сү йық ішіндекө шпенділік ө мір сү ріп, ү немі кошіп-қ онып жү реді, осы кезде олардың кысқ а мерзімді кө шіп-қ онулары біршама ұ зағ ырақ отырық шылық пен алмасып отырады. Мұ ндай орынық ты уақ ыттары тү рліше болады жә не оны жиі ө згеріп отырады, бірақ бір қ алыпта тербеліп отыру уақ ыттары ә рбір сұ йық ү шін белгілішамағ а ие болады жө не бұ л шама температура артқ ан кезде кү рт тү седі екен. Осығ ан байланысты температура артқ ан кездс молекулалардың козғ алғ ыштығ ы кү рт артады, ал бұ л дегеніміз тұ тқ ырлығ ын да тү сіреді деген сө з.

Сұ йық тардың немесе газдардың тепе-тең дігі кезіндегі қ ысым Паскаль заң ына бағ ынады: тыныштық тағ ы сұ йық тың кез келген жеріндегі қ ысым барлық бағ ытта бірдей болады, мұ нда қ ысым тыныштық тағ ы сұ йық алып тұ рғ ан кө лем бойынша бірдей беріледі.

Сұ йық тың тепе-тең дігі кезінде горизонталь бойынша қ ысым барлық уақ ытта бірдей болады, сондық тан ыдыс қ абырғ асынан алыстағ ы сұ йық тың еркін беті барлық уақ ытта горизонталь болады.

Сұ йық тың қ озғ алысы ағ ыс (ағ ым) деп аталады, а қ озғ алыстағ ы сұ йық тың бө лшектерінің жиынтығ ы ағ ын деп аталады.

Графиктік тү рде сұ йық тардың қ озғ алысы ағ ым сызық тары арқ ылы кескінделді, ол сызық тар оларғ а жанамалар бағ ыты бойынша берілген уақ ыт кезең індегі сұ йық тық жылдамдығ ы векто рымен сә йкес келеді.

Сұ йық тың ағ ымы жылдамдығ ы кө п жерде ағ ым сызық тарының тығ ыздың ы кө п болады, ол ағ ым жылдамдығ ы баяу жерде ағ ым сызық тарының тығ ыздығ ы аз болатындай етіп жү ргізіледі.

Ағ ым сызық тарымен шктелген сұ йық бө лігі ағ ым тү тігі деп аталады.

Егер ағ ым сызық тарының формасы жә не орналасуы, сондай-ақ оның ә р нү ктесіндегі жылдамдық мә ндері уақ ыт ө ткен сайын ө згермейтін болса, сұ йық тың ағ ымы орнық қ ан (немесе стационарлы) деп аталады.

Ішкі ү йкеліс кү штері болмайтын, қ иялдағ ы (ойдағ ы) сұ йық идеал сұ йық деп аталады.

 

- Бернулли тең деуі.

 

Мұ ндағ ы р – статистикалық қ ысым (айналып ағ ып ө тетін дене бетін сұ йық тың тү сіретін қ ысымы); - гидростатикалық қ ысым; - динамикалық қ ысым.

Бернулли тең деуі – идеал сұ йық ьың орнық қ ан ағ ымна қ олдануғ а болатын энергияның сақ талу заң ы болып табылады.

Бернулли тең деуінен жә не ү здіксіздік тең деуінен қ имасы ә р тү рлі тү тікте сұ йық тық ағ уы кезінде, тү тіктің тар жерлерінде сұ йық тың жылдамдығ ы ү лкен болады, ал статикалық қ ысым тү тіктің кең жерлерінде ү лкен болады.

 

Тұ тқ ырлық (ішкі ү йкеліс).

Тұ тқ ырлық – сұ йық тың бір бө лігінің басқ а бө лігіне салыстырғ анда қ озғ алысына кедергі жасайтын нақ ты сұ йық тың қ асиеті.

Нақ ты сұ йық тық бір қ абатының басқ а қ абаттарына салыстырғ анда орын ауыстыруы кезінде қ абаттар беттеріне жанама бойымен бағ ытталғ ан ішкі ү йкеліс кү штері пайда болады.

Жылдамдау қ абаттар, баяулау қ абаттарды ү детеді жә не керісінше, баяу қ абаттар оғ ан жанасатын жылдам қ абаттарды тежейді. Жылдамдық градиенті , қ абаттан қ абатқ а х бағ ытында (қ абаттардың қ озғ алыс бағ ытына перпендикуляр бағ ытта) жылдамдық қ алайша тез ө згеретінін кө рсетедеі.

Ішкі ү йкеліс кү ші жылдамдық градиентіне жә не қ арастырылып отырғ ан қ абат бетінің ауданына пропорционал болады.

.

Сұ йық тың табиғ атына тә уелді пропорционалдық коэффициент, динамикалық тұ тқ ырлық (немесе тұ тқ ырлық) деп аталады.

Тұ тқ ырлық бірлігі – паскаль – секунд – ол сұ йық тың ламинарлық ағ ысы жә не 1м-де модулі 1 м/с жылдамдық градиенті кезінде, қ абаттардың жанасу беті 1м2 – та 1Н ішкі ү йкеліс кү ші пайда болатын ортаның динамикалық тұ тқ ырлығ ы ().

Тұ тқ ырлық ү лкен болғ ан сайын, сұ йық тық соғ ұ рлым идеалдық тан ө згеше болады, солғ ұ рлым онда ү лкен ішкі ү йкеліс кү ші пайда болады. тұ тқ ырлық температурағ а тә уелді, мұ нда ондай тә уелділіктің сипаты сұ йық тар жә не газдар ү шін ә р тү рлі болады (сұ йық тар ү шін температура ө ткен сайын азаяды, алгаздарда керісінше кө бейеді), бұ л жағ дай олардағ ы ішкі ү йкеліс механизмінің айырмашылығ ын кө рсетеді.

Егер ә р жұ қ а қ абат кө ршілеріне қ арағ анда олармен араласпай ағ ын бойымен сырғ анайтын болса, ағ ыс ламинарлы (қ абатты) деп аталады.

Егер сұ йық тың бө лшектері бір қ абаттан екінші бір қ абатқ а ө тіп жататын болса (ағ ысқ а перпендикуляр қ ұ раушысы болса), ағ ыс тутбулентті (қ ұ йынды) деп аталады. Бұ нда сұ йық тың (газдың) екпінді араласуымен жә не қ ұ йын пайда болуымен қ атар жү реді.

 

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.