Структурно-механічні властивості дисперсних систем. Основні поняття про фізико-хімічну механіку. Реологічні характеристики дисперсних систем. Реологічні криві течії та в’язкості
4. здатність до утворення структур;
текучість;
поведінку харчових мас у різних технологічних процесах;
якість і товарний вигляд продуктів харчування.
Структурно-механічні властивості визначають:
5. в`язкість,
пружність,
повзучість,
пластичність,
міцність,
реласакція та ін.
Дисперсні системи характеризуються
такими механічними властивостями:
6. Одним із головних типів структур – є
коагуляційна:
частинки взаємодіють безпосередньо або через
тонкі прошарки рідкого дисперсійного
середовища.
Коагуляційни контакти з’являються на ліофобних
ділянках мозаїчної поверхні частинок дисперсної
фази, що дає можливість використати
поверхнево-активні речовини як для
послаблення, так і для підсилення таких
контактів.
7. Для коагуляційних структур характерні
низька міцність,
висока пластичність,
здатність до високоеластичних деформацій,
яскраво виражена тиксотропія.
8. Тиксотропія
Тиксотропія – це здатність структурованої
системи до зворотного встановлення структури
після її механічного руйнування.
Час відновлення структури називають
тиксотропним періодом, .τ
9. швидкістю дифузії,
висотою енергетичного бар’єру.
Величина для реальних систем може
коливатися від секунд до декількох годин.
τ
Фізичний зміст періоду тиксотропії близький за змістом
до періоду повільної коагуляції та визначається:
10. Реологічні криві, отримані при зростанні
напруження зсуву, не співпадають з реологічними
кривими, отриманими при зменшенні напруження,
тобто утворюється петля гістерезису.
11. Другий тип структур –
конденсаційно-кристалізаційні
– утворюються у різноманітних неорганічних та
органічних, низько- та високомолекулярних
кристалічних та аморфних дисперсних системах при:
спіканні,
пресуванні,
ізотермічній перегонці,
виділенні нової високодисперсної фази із
пересичених розчинів та розплавів.
Такі структури мають високу міцність, крихкість.
Для них характерні незворотні деформації та
відсутність тиксотропії.
12. хімічного складу,
структури,
фізико-хімічних факторів:
температури,
перемішування,
адсорбційної та хімічної взаємодії,
середовища,
ПАР та ін.
Фізико-хімічна механіка встановлює залежність
механічних властивостей системи від:
13. Структурно-механічні властивості речовин
досліджують методами реології – науки про
деформацію та течію у системах.
Під дією навантаження у системі виникають
деформації.
Деформації – це відносне зміщення точок
системи під дією зовнішніх сил або температури,
при якому не порушується її суцільність.
14. Вони можуть бути:
пружними (зворотніми) та
не пружними (залишковими).
Деформації, які зникають після припинення дії
зовнішніх сил, називаються пружними.
Залишкові деформації, при яких не
спостерігається руйнування тіла, називають
пластичними.
15. Напруження Р, що
викликає деформацію
тіла, визначається
відношенням величини
пружної сили F до площі
S, на яку вона діє:
S
F
P = , Па
16. В основі реології лежать дві аксіоми.
Перша – під дією всебічного, рівномірного
стиснення всі матеріальні тіла поводяться
однаково, як ідеально пружні.
Таке стиснення різних за фазовим станом тіл
– тверді, рідкі, гази – викликає в них тільки
пружну деформацію, яка супроводжується
збільшенням густини та зменшенням розмірів
системи при зберіганні її форми.
При знятті навантаження відновлюються
первинні параметри тіла та значення густини.
17. Згідно з другою аксіомою
матеріальна система характеризується
всіма реологічними властивостями, але
різною мірою.
До основних реологічних властивостей
відносяться:
пружність,
в’язкість,
пластичність та
міцність.
Вони проявляються при деформації зсуву.
19. Під дією механічного напруження у тілі виникають
деформації.
Коли напруження P пропорційне деформації
тіло називається ідеально пружнім і описується
законом Гука:
0ε
0
GP ε=
G – модуль пружності або модуль Юнга,
характеризує пружні властивості тіла
20. Структурована система
підпорядковується закону Гука до
певного напруження, яке називається
межею пружності .
Якщо напруження вище межі пружності,
виникає новий вид деформації –
пластична, яка не зникає повністю
після зняття напруги.
rP
21. Реологічні властивості рідини при деформаціях
зсуву характеризуються в`язкістю .
За законом Ньютона для звичайних рідин зв`язок
між напруженням та градієнтом швидкості
деформації виражається наступним
співвідношенням:
•
⋅==Ρ εη
τ
ε
η
d
d
де , - градієнт швидкості деформації, ;
- динамічна в`язкість, Па∙с.
22. Динамічна в`язкість чисельно дорівнює
імпульсу, що переноситься від шару до шару
рідини через одиничну площу в одиницю часу
при одиничному градієнті швидкості.
Величина, що обернена в`язкості, називається
текучістю.
Текучість характеризує рухливість рідини і є
однією із властивостей речовини.
η
ν
1
=
23. В’язкість залежить від властивостей рідини,
що тече, напруги зсуву та часу.
Якщо в’язкість не залежить від напруження
зсуву та часу, вона називається
ньютонівською, а тіла, що мають таку
в’язкість, – ньютонівськими рідинами.
24. Ньютонівські рідини підлягають закону течії
Пуазейля:
Ql8
Pr4
π
η =
де lr, - радіус та довжина капіляра, через
який витікає рідина під тиском P ;
Q - витрати рідини за одиницю часу.
25. У структурованих системах в`язкість найчастіше
залежить від напруження зсуву і часу. Такі
системи називають неньютонівськими, або
аномальними.
В`язкість, яка не залежить від часу, але
залежить від напруження зсуву, називається
ефективною.
26. Якщо напруження зсуву перевищує напруження
сухого тертя терP , наприклад, рух тіла на площині,
тобто при терPP〉 , то 0〉ε , 0〉
τ
ε
d
d
. При цьому
відбувається течія з будь-якою швидкістю. Ці
твердження є законом Сен-Венана.
27. Межа текучості - це напруження,
нижче від якого відсутні пластичні
деформації, або вони дуже малі.
Таким чином, межа текучості також
характеризує реологічні властивості
системи.
1kΡ
28. В`язка течія, зазвичай, спостерігається у
структурованих рідинах, а пластична – у
твердоподібних системах.
В`язкість пластичної течії називається
пластичною в`язкістю.
Для структурованих рідин межа текучості
дорівнює нулю і течія може відбуватися при
будь-якому малому напруженні зсуву.
Для твердоподібних тіл межа текучості більше
нуля 01
〉Ρk
30. Розглянемо структуровані
рідини з тиксотропною
структурою, в`язкість яких
залежить від напруження
зсуву.
Під дією напруги, яка не
перевищує межі міцності
просторової структури,
виникає повільна течія з
постійною в`язкістю .0η
31. При незначних навантаженнях
структура встигає повністю
відновитися внаслідок
броунівського руху частинок та
елементів структури.
Така структура називається
практично не зруйнованою,
а – в`язкість структури, яка
практично не зруйнована
(рис.3.1, ділянка 1).
0η
32. У разі подальшого
збільшення напруження зсуву
руйнування
надмолекулярних зв`язків
коагуляційної структури
переважає їх відновлення і
рідина тече зі змінною
в`язкістю (рис. 3.1, ділянка 2).
33. При напрузі зсуву ,
де – напруга практично
зруйнованої надмолекулярної
структури, поперечні зв`язки
повністю руйнуються і не
встигають відновитися.
При цьому в`язкість спадає до
найменшого значення , а далі
залишається сталою.
В`язкість відповідає
практично зруйнованій структурі
(рис. 3.1, ділянка 3). і рідина
тече зі сталою мінімальною
в`язкістю.
mPP〉
mP
mη
mη
34. Крива, яка відображає залежність швидкості течії від напруження
зсуву Р, називається реологічною кривою течії