Структурно-механічні властивості дисперсних систем. Основні поняття про фізико-хімічну механіку. Реологічні характеристики дисперсних систем. Реологічні криві течії та в’язкості

1. LOGO
Лекція № 10
РЕОЛОГІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ
к.т.н., доц. Сабадаш Наталія Іванівна

2. План:
Основні поняття про фізико-хімічну механіку;
Реологічні криві течії та в`язкості;3
1
2 Реологічні характеристики дисперсних систем;

3. LOGO
1. Основні поняття
про фізико-хімічну механіку

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.

18. LOGO
2. Реологічні характеристики
дисперсних систем

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

29. LOGO
3. Реологічні криві
течії та в`язкості

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

35. Рис. 3.2. Реологічні криві
в’язкості
Рис. 3.3. Реологічні криві
плинності

36. LOGO
Дякую за увагу!