6 คุณสมบัติทางรีโอโลยีทางโครงสร้างและทางกลของระบบที่กระจายตัว สมบัติทางโครงสร้างและทางกลของระบบกระจายตัว

29.01.2024

สาม. หมวด “คุณสมบัติเชิงโครงสร้างและทางกลของระบบกระจายตัว”

1. โครงสร้างในระบบคอลลอยด์และโพลีเมอร์ เจลและเยลลี่ คุณสมบัติ กลไกการก่อตัว และความสำคัญเชิงปฏิบัติ Thixotropy และการสังเคราะห์

ตามที่ A.I. ราบิเนอร์สัน และ G.I. Fuchs โครงสร้างที่เกิดขึ้นในระบบที่มีการกระจายตัวสูงสามารถจำแนกได้ตามความหนาแน่น:

1. โครงสร้างเชิงพื้นที่เป็นลักษณะของระบบกระจายที่มีอนุภาคแอนไอโซไดเมทริก

2. กะทัดรัด - โครงสร้างมักเกิดขึ้นในระบบที่มีอนุภาคไอโซไดอะเมตริก

ในการแข็งตัวที่แท้จริง เมื่ออนุภาคสูญเสียปัจจัยความเสถียรไปจนหมด อนุภาคจะเกาะติดกันเพื่อสร้างมวลรวมของส่วนประกอบ เมื่อถึงขนาดที่กำหนดมวลรวมเหล่านี้จะก่อตัวเป็นก้อนแข็งตัวหนาแน่น หากความไม่เสถียรของระบบเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ ปัจจัยความเสถียรจะถูกลบออกจากพื้นผิวของอนุภาคเพียงบางส่วนเท่านั้น และไม่สมบูรณ์ และด้วยเหตุนี้ อนุภาคที่เกาะติดกันในสถานที่ดังกล่าวจึงก่อตัวเป็นเครือข่ายเชิงพื้นที่ ในวงที่มีตัวกลางกระจัดกระจาย การเกิดเจลเกิดขึ้น

การก่อตัวของเจลคือการเปลี่ยนผ่านของสารละลายคอลลอยด์จากสถานะที่กระจายอย่างอิสระ (โซล) ไปเป็นสถานะที่กระจายตัวอย่างมีพันธะ (เจล)

ปัจจัยหลายประการที่ส่งผลต่อการเกิดเจล:

· ความเข้มข้นของตัวกลางที่กระจายตัว

· การลดขนาดอนุภาค

· อุณหภูมิ;

· ผลกระทบทางกล

การเปลี่ยนสารละลาย IUD ให้เป็นเยลลี่ในลักษณะเดียวกันนี้เรียกว่าเจล มันสามารถเกิดขึ้นเองได้เอง ซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเมื่อสารละลายมีความเข้มข้นหรือเมื่อเติมอิเล็กโทรไลต์จำนวนเล็กน้อยลงไป

เยลลี่มีคุณสมบัติต่างๆ เช่น ความหนืด แรงดันออสโมติก ความยืดหยุ่น ความลื่นไหล ความสามารถในการกระจายแสง คุณสมบัติทิโซโทรปิก และการสังเคราะห์

Thixotropy คือความสามารถของโครงสร้างหลังจากการถูกทำลายอันเป็นผลมาจากการกระทำทางกลบางอย่างในการฟื้นตัวตามธรรมชาติเมื่อเวลาผ่านไป

การสังเคราะห์คือการลดขนาดของเจลที่เกิดขึ้นเองพร้อมกับการปล่อยตัวกลางที่กระจัดกระจายอยู่ในลูปของเจลออกมาพร้อมๆ กัน

เยลลี่และกระบวนการเกิดเจลมีความสำคัญอย่างยิ่งในด้านการแพทย์ ชีววิทยา เทคโนโลยี และอุตสาหกรรมการอบขนม การก่อตัวของชั้นกาวเมื่อติดกาว, ก่อเจลไพโรซิลิน, ได้เส้นใยเทียม, หนังฟอกหนัง

2. โครงสร้างการแข็งตัวและการควบแน่น-การตกผลึกตาม P.A. เครื่องผูกใหม่

จากข้อมูลของ Rehbinder โครงสร้างในระบบคอลลอยด์และไมโครเฮเทอโรจีนัสสามารถแบ่งออกเป็น:

·การแข็งตัว (thixotropic-reversible) - โครงสร้างที่เกิดขึ้นจากการลดลงของความเสถียรโดยรวมของระบบกระจายตัวเมื่ออนุภาคสูญเสียปัจจัยความเสถียรไปโดยสิ้นเชิงพวกมันจะเกาะติดกันก่อตัวเป็นมวลรวมที่มีขนาดกะทัดรัด

· การควบแน่น-การตกผลึก (กลับไม่ได้ - โครงสร้างที่ทำลายได้) - พันธะระหว่างอนุภาคเกิดขึ้นเนื่องจากแรงทางเคมี โครงสร้างเหล่านี้เกิดขึ้นจากการก่อตัวของพันธะเคมีที่รุนแรงระหว่างอนุภาค หรือเป็นผลมาจากการรวมตัวของผลึกระหว่างการตกผลึกของเฟสใหม่

3 ของไหลนิวตันธรรมดา ของไหลที่มีโครงสร้าง ความหนืด ความผิดปกติของความหนืด สมการนิวตัน ปัวซอย บิงแฮม การพึ่งพาทางรีโอโลยี สมการของไอน์สไตน์ในการกำหนดความหนืดของระบบคอลลอยด์

วัตถุเหลวแบ่งออกเป็น:

1. ของไหลของนิวตัน - ระบบที่ความหนืดไม่ขึ้นอยู่กับความเค้นเฉือนและเป็นค่าคงที่ตามกฎของนิวตัน

2. มีโครงสร้าง - การไหลที่ไม่เป็นไปตามกฎของนิวตัน ความหนืดขึ้นอยู่กับความเค้นเฉือน

2.1 คงที่ - คุณสมบัติทางรีโอโลยีที่ไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป

2.2 ไม่คงที่ - ซึ่งลักษณะเหล่านี้ขึ้นอยู่กับเวลา

ความหนืดคือความสามารถของสารของเหลวในการต้านทานการเคลื่อนไหว ในของเหลว ความหนืดจะถูกกำหนดโดยความดันภายใน และเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความหนืดจะลดลง ในก๊าซ ความหนืดเกิดจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุล เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความหนืดจะเพิ่มขึ้น

ค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดคือแรงต้านทานที่เกิดขึ้นระหว่างชั้นของของเหลวที่มีพื้นผิวเป็นพื้นที่และแยกออกจากกันเมื่อพวกมันเคลื่อนที่สัมพันธ์กันด้วยความเร็ว

ความหนืดไดนามิก

คุณสมบัติของสารที่อยู่ตรงข้ามกับความหนืดเรียกว่าความลื่นไหล และค่าที่อยู่ตรงข้ามกับค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดเรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์ความหนืด

ความหนืดจลนศาสตร์คำนึงถึงความหนาแน่นของสารและสัมพันธ์กับความหนืดไดนามิก:

ของเหลวที่สามารถไหลได้แต่ไม่เป็นไปตามกฎของนิวตัน มักเรียกว่าผิดปกติ

ตามคำจำกัดความของความหนืดของนิวตัน แรงเสียดทานภายในซึ่งมีค่าเท่ากันแต่ตรงกันข้ามกับทิศทางของแรงที่กระทำภายนอกนั้นเป็นสัดส่วนกับพื้นที่ของชั้นที่ใช้แรงนี้และการไล่ระดับความเร็วระหว่างชั้นต่างๆ:

เมื่อเทียบแรงกับพื้นที่ จะได้สมการดังนี้

ความเครียดเฉือนที่รักษาการไหลของของไหลอยู่ที่ไหน

การไหลแบบราบเรียบของของเหลวผ่านท่ออธิบายไว้ในสมการปัวซอยล์:

อัตราการไหลเชิงปริมาตรอยู่ที่ไหน

รัศมีและความยาวของท่อ

ความแตกต่างของแรงดันที่ปลายท่อ

ความหนืดของของเหลว

บิงแฮมแสดงความหนืดของพลาสติกด้วยสมการ:

มุมที่เกิดจากเส้นตรงกับแกนแอบซิสซาอยู่ที่ไหน

อย่างไรก็ตาม สำหรับระบบคอลลอยด์ที่มีโครงสร้างส่วนใหญ่ การพึ่งพาไม่ได้แสดงเป็นเส้นตรง แต่แสดงเป็นเส้นโค้ง

สาเหตุของปรากฏการณ์นี้คือเมื่อถึงจุดคราก โครงสร้างจะไม่พังทลายทันที แต่จะค่อยๆ เกิดขึ้นเมื่อการไล่ระดับความเร็วของของเหลวเพิ่มขึ้น

ความเค้นเฉือนวิกฤตมีสามประการ:

1. - ความแรงของผลผลิตแรกหรือขั้นต่ำที่สอดคล้องกับจุดเริ่มต้นของการไหล

2. - กำลังรับผลผลิตของ Bingham ซึ่งสอดคล้องกับส่วนบนแกน Abscissa ตัดออกโดยต่อเนื่องของส่วนตรงของเส้นโค้ง

3. - กำลังรับผลผลิตสูงสุดซึ่งสอดคล้องกับค่าที่เส้นโค้งกลายเป็นเส้นตรง

สัจพจน์แรกของรีโอโลยี: ภายใต้การบีบอัดที่สม่ำเสมอทั่วทุกด้าน ระบบวัสดุจะมีพฤติกรรมในลักษณะเดียวกัน - เหมือนกับตัวที่ยืดหยุ่นในอุดมคติ

สัจพจน์ที่สองของรีโอโลจี: ระบบวัสดุใดๆ ก็มีคุณสมบัติรีโอโลยีทั้งหมด

ไอน์สไตน์สร้างความสัมพันธ์ระหว่างความหนืดของระบบกระจายตัวกับเศษส่วนปริมาตรของเฟสกระจายตัว:

ความหนืดของตัวกลางที่กระจายตัวอยู่ที่ไหน

พบว่าค่าสัมประสิทธิ์ที่ ขึ้นอยู่กับรูปร่างของอนุภาค ดังนั้นสมการของไอน์สไตน์จึงสามารถมีรูปแบบที่ทั่วไปกว่านี้ได้:

โดยที่ค่าสัมประสิทธิ์ขึ้นอยู่กับรูปร่างของอนุภาคเฟสที่กระจายตัว

สำหรับความหนืดสัมพัทธ์และจำเพาะของระบบการกระจายตัว สมการของไอน์สไตน์จะเปลี่ยนเป็นความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

สารบางชนิดไม่สามารถละลายซึ่งกันและกันได้ กล่าวคือ ก่อให้เกิดสารละลายที่แท้จริง แน่นอนคุณสามารถบดขยี้สารหนึ่งอย่างเทียมและแจกจ่ายในปริมาตรของสารอื่นได้ แต่ในกรณีใดระบบดังกล่าวจะต่างกัน ตัวอย่างเช่น...

การจำแนกประเภทของระบบการกระจายตัวตามสถานะของการรวมกลุ่ม คุณสมบัติของแต่ละระบบ

ขึ้นอยู่กับขนาดอนุภาคของเฟสการกระจายตัว ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างระบบที่กระจายตัวหยาบ (สารแขวนลอย) ที่มีขนาดอนุภาคมากกว่า 500 นาโนเมตร และระบบที่กระจายตัวละเอียด (สารละลายคอลลอยด์หรือคอลลอยด์) ที่มีขนาดอนุภาคตั้งแต่ 1 ถึง 500 นาโนเมตร .

เคมีคอลลอยด์

1. คุณสมบัติโมเลกุล - จลน์ของคอลลอยด์ การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน คุณสมบัติจลน์ของโมเลกุลของระบบคอลลอยด์และสารละลายของกองทัพเรือ รวมถึงก๊าซและสารละลายโมเลกุลหรือไอออนิก ได้รับการเปิดเผยในปรากฏการณ์ดังกล่าว...

เคมีคอลลอยด์

1. คุณสมบัติทางแสงของระบบคอลลอยด์ สีเหลือบและการเรืองแสง การที่แสงผ่านระบบคอลลอยด์ทำให้เกิดเอฟเฟกต์ทางแสงสามแบบ ได้แก่ การดูดกลืน การสะท้อน และการกระเจิงของรังสี การดูดซึมเป็นเรื่องปกติของทุกระบบ...

เคมีคอลลอยด์

1. การระงับ วิธีการผลิตและการรักษาเสถียรภาพ คุณลักษณะของสารแขวนลอยและการใช้งาน สารแขวนลอยคือระบบที่มีเฟสการกระจายตัวของของแข็งและตัวกลางในการกระจายตัวของของเหลว ซึ่งมีขนาดอนุภาคเกินขนาดคอลลอยด์...

ระบบคอลลอยด์ในร่างกายและการทำงาน

ชนิดและคุณสมบัติของระบบคอลลอยด์ คุณสมบัติทางกายภาพของระบบการกระจายตัวของคอลลอยด์ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติที่สอดคล้องกันของเฟสที่ประกอบกันเป็นระบบคอลลอยด์ ตัวอย่างเช่น...

นิกเกิลและสารประกอบของมัน

มวลอะตอม 58.71 ความหนาแน่นที่ 20°C, g/cm3? 8, 9. อุณหภูมิ, OS: - การหลอมละลาย - 1453. - เดือด - 2140. ความร้อนแฝง, cal/g: - การหลอมละลาย - 73. - การระเหย - 1450. ความต้านทานไฟฟ้าที่ 20o C, โอห์ม mm2/ม.? 0.068. โมดูลัสความยืดหยุ่นปกติ...

การผลิต 1,2-ไดคลอโรอีเทน

คุณสมบัติของอะลูมิเนียมและขอบเขตการใช้งานในอุตสาหกรรมและชีวิตประจำวัน

ในปีต่อๆ มา เนื่องจากความง่ายในการผลิตและคุณสมบัติที่น่าดึงดูด จึงได้มีการเผยแพร่ผลงานมากมายเกี่ยวกับคุณสมบัติของอะลูมิเนียม...

วิธีการผสมโพลีเมอร์

รูปที่ 4 แสดงการขึ้นต่อกันของความแข็งแรงและการยืดตัวโดยทั่วไปเมื่อแตกองค์ประกอบขององค์ประกอบของพอลิเมอร์...

วิธีฟิสิกส์เคมีเพื่อศึกษาตะกอนน้ำมัน

สิ่งเจือปนทางกลบรรจุอยู่ในน้ำมันดิบในรูปของทราย แร่ธาตุดินเหนียว และเกลือต่างๆ ซึ่งถูกระงับ...

คุณสมบัติทางกายภาพของโพลีเมอร์

คุณสมบัติการคลายตัวของโพลีเมอร์ที่เป็นผลึกแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนในคุณสมบัติทางจลนศาสตร์ของกระบวนการตกผลึก: 1...

ลักษณะทางเคมีของน้ำธรรมชาติ - วัตถุประสงค์ของการควบคุมการวิเคราะห์สิ่งแวดล้อม

รูปที่ 1 การไฮโดรไลซิสในชั้นบรรยากาศของน้ำตามธรรมชาติ เป้าหมายของการควบคุมเชิงวิเคราะห์ด้านสิ่งแวดล้อมคือ น้ำ-สด ผิวดิน ใต้ดิน ทะเล ตลอดจนการตกตะกอน น้ำละลาย น้ำเสียที่ปล่อยออกสู่แหล่งน้ำผิวดิน...

เคมีของฟูลเลอรีน

โมเลกุลฟูลเลอรีนมีความแข็งแรงเชิงกลสูง ค่าประมาณทางทฤษฎีของโมดูลัสมวลรวม B สำหรับโมเลกุลฟูลเลอรีน C60 แต่ละโมเลกุลมีค่าประมาณ ~720 ? เกรดเฉลี่ย 900 คริสตัลเพชรมี B ~ 450 GPa เช่น บีบอัดง่ายเป็นสองเท่า...

เคมีขององค์ประกอบกลุ่ม IB

ทองคำเป็นเป้าหมายของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์มายาวนานและเป็นหนึ่งในโลหะที่มีการศึกษาคุณสมบัติในเชิงลึกเพียงพอ ทอง เลขอะตอม 79 มวลอะตอม 197.967 ปริมาตรอะตอม 10.2 ซม./โมล...

ลักษณะของโครงสร้างและธรรมชาติมักจะถูกกำหนดโดยการวัดคุณสมบัติเชิงกลของระบบ: ความหนืด, ความยืดหยุ่น, พลาสติก, ความแข็งแรง เนื่องจากคุณสมบัติเหล่านี้เกี่ยวข้องกับโครงสร้างจึงเรียกว่าโครงสร้าง – เครื่องกล

เชิงโครงสร้าง – ศึกษาสมบัติเชิงกลของระบบโดยใช้วิธีรีโอโลยี

รีโอโลยี – ศาสตร์แห่งการเสียรูปและการไหลของระบบวัสดุ เธอศึกษาคุณสมบัติทางกลของระบบโดยพิจารณาจากการแสดงการเสียรูปภายใต้อิทธิพลของความเค้นภายนอก

คำว่าการเปลี่ยนรูปหมายถึงการกระจัดสัมพัทธ์ของจุดของระบบซึ่งจะไม่ละเมิดความต่อเนื่องของมัน

แรงดันไฟฟ้าภายนอก – ไม่มีอะไรมากไปกว่าความดัน R

ในกลศาสตร์ต่อเนื่อง ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าในกรณีของวัสดุที่ไม่สามารถอัดตัวได้ ซึ่งเป็นระบบส่วนใหญ่ที่กระจายตัว การเปลี่ยนรูปทุกประเภท (แรงดึง แรงอัด แรงบิด ฯลฯ) สามารถลดลงเหลือเพียงรูปแบบหลักได้ – การเสียรูปของแรงเฉือนภายใต้อิทธิพลของแรงเฉือน P (N/m 2 =. Pa) อัตราความเครียดคืออัตราเฉือน โดยปกติความเครียดจะแสดงในรูปของปริมาณไร้มิติ อัตราความเครียด – ที่ไหน – เวลา.

ศึกษาเรื่องโครงสร้าง – สมบัติเชิงกลของระบบที่กระจายตัว ทำให้สามารถระบุได้ว่าโครงสร้างถูกสร้างขึ้นในระบบหรือไม่และมีลักษณะอย่างไร

ระบบกระจายฟรี (ไม่มีโครงสร้าง)

โซลที่เสถียรโดยรวม (ระบบไม่มีโครงสร้าง) เป็นไปตามกฎของนิวตัน ปัวซอยย์ และไอน์สไตน์

กฎของนิวตันกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างอัตราความเครียดและความเค้นเฉือน:

มะเดื่อ 11.2. การขึ้นอยู่กับอัตราความเครียดต่อความเค้นเฉือน

มะเดื่อ 11.3. การขึ้นอยู่กับการไหลของของไหลต่อความดัน

ข้าว. 11.4. ขึ้นอยู่กับความหนืดของระบบกระจายความเข้มข้น

ที่ไหน ป – ความเค้นเฉือนที่รองรับการไหลของของไหล Pa; – การเสียรูป (การไหล) ของของเหลว – อัตราความเครียด; – ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนเรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดหรือความหนืดไดนามิก Pa – กับ; – ส่วนกลับของความหนืดเรียกว่าการไหล

สมการ (11.1) คือสมการของเส้นตรงที่แสดงในรูปที่ 11.2.

ความหนืด – ค่าคงที่ที่ไม่ขึ้นอยู่กับ R

กฎของ Poiseuille เป็นการแสดงออกถึงการขึ้นอยู่กับปริมาตรของของเหลวที่ไหลผ่านท่อหรือเส้นเลือดฝอยกับความดัน:

ที่ไหน Q – การไหลของของไหลต่อหน่วยเวลา P - แรงดันในท่อ ถึง – ค่าคงที่ กำหนดโดยพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตของท่อหรือเส้นเลือดฝอย ,(r และ l – รัศมีและความยาวของท่อ) จากกราฟที่สอดคล้องกับกฎของ Poiseuille (รูปที่ 11.3) เห็นได้ชัดว่าความหนืดไดนามิกไม่ได้ขึ้นอยู่กับความดัน และอัตราการไหลของของไหลเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความดัน

กฎของไอน์สไตน์กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างความหนืดของระบบการกระจายตัวของของเหลวที่ไม่มีโครงสร้างกับความเข้มข้นของเฟสการกระจายตัว:

ที่ไหน – ความหนืดไดนามิกของตัวกลางการกระจายตัว – ความเข้มข้นของปริมาตรของเฟสที่กระจายตัว – ค่าสัมประสิทธิ์ที่กำหนดโดยรูปร่างของอนุภาคเฟสที่กระจายตัว กราฟที่สอดคล้องกับกฎของไอน์สไตน์แสดงไว้ในรูปที่ 1 11.4.

ดังนั้นความหนืดที่เพิ่มขึ้นสัมพัทธ์จึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับเนื้อหาสัมพัทธ์ของเฟสที่กระจายตัว ยิ่งอนุภาคมีขนาดใหญ่เท่าใด ผลการเบรกของอนุภาคก็จะยิ่งเด่นชัดมากขึ้นเท่านั้น ความหนืดก็จะยิ่งมากขึ้นตามไปด้วย การคำนวณของไอน์สไตน์แสดงให้เห็นว่าสำหรับอนุภาคทรงกลม = 2.5 สำหรับอนุภาคที่มีรูปร่างอื่น > 2.5 ของเหลวที่ปฏิบัติตามกฎหมายที่กล่าวถึงข้างต้นเรียกว่าของเหลวแบบนิวตัน

ระบบโครงสร้างของเหลว

หากมีโครงสร้าง ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคของเฟสที่กระจัดกระจายไม่สามารถละเลยได้ ความเค้นเฉือนที่ใช้ไม่เพียงทำให้ของไหลไหลเท่านั้น แต่ยังสามารถทำลายโครงสร้างที่มีอยู่ภายในได้อีกด้วย สิ่งนี้ควรนำไปสู่การละเมิดสัดส่วนระหว่างความเค้นที่ใช้ P และอัตราการเปลี่ยนรูปอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ความหนืดของระบบจะกลายเป็นค่าที่ขึ้นอยู่กับ P ดังนั้นกฎของนิวตัน ปัวซอยย์ และไอน์สไตน์จึงไม่เป็นที่พอใจสำหรับของเหลวดังกล่าว ของเหลวดังกล่าวเรียกว่าของเหลวที่ไม่ใช่ของนิวตัน

เพื่ออธิบายความสัมพันธ์ระหว่างอัตราความเครียดและความเค้นเฉือนที่ใช้ P โดยปกติจะใช้สมการออสต์วาลด์เชิงประจักษ์ – เวลยา:

หรือ (11.4)

โดยที่ k และ n – ค่าคงที่ที่แสดงคุณลักษณะของระบบคล้ายของเหลวที่กำหนด

เมื่อใด – 1 และ k = สมการ (11.4) จะกลายเป็นสมการของนิวตัน ดังนั้นการเบี่ยงเบนของ n จากเอกภาพจึงเป็นลักษณะของระดับความเบี่ยงเบนของคุณสมบัติของของเหลวที่ไม่ใช่ของนิวตันจากของเหลวของนิวตัน เมื่อใด< 1 ньютоновская вязкость уменьшается с увеличением напряжения и скорости сдвига. Такие жидкости называются псевдопластическими.

สำหรับ n > 1 ความหนืดของของไหลแบบนิวตันจะเพิ่มขึ้นตามความเค้นและอัตราเฉือนที่เพิ่มขึ้น ของเหลวดังกล่าวเรียกว่าสารขยาย

ในรูป รูปที่ 11.5 แสดงกราฟการไหลของของเหลวเทียม มีส่วนลักษณะสามส่วนบนเส้นโค้ง ในส่วน I (OA) ระบบจะทำงานเหมือนกับของไหลของนิวตันที่มีความหนืดสูง พฤติกรรมของระบบนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าที่อัตราการไหลต่ำ โครงสร้างที่ถูกทำลายโดยโหลดที่ใช้จะมีเวลาในการฟื้นตัว กระแสนี้เรียกว่าคืบ

มะเดื่อ 11.5. เส้นโค้งการไหลที่มีโครงสร้างเป็นพลาสติกเทียม

ระบบเหมือนของเหลว

คืบคลาน – เป็นการไหลช้าๆ มีความหนืดคงที่โดยไม่ทำลายโครงสร้างแบบก้าวหน้า

สำหรับระบบที่มีโครงสร้างไม่ดี พื้นที่ I มักจะมีขนาดเล็กและแทบจะตรวจไม่พบ สำหรับระบบที่มีโครงสร้างสูง ช่วงของค่า P ที่สังเกตการคืบคลานอาจมีนัยสำคัญมาก แรงดันไฟฟ้า P k สอดคล้องกับจุดเริ่มต้นของการทำลายโครงสร้าง

ในส่วน II (AB) การพึ่งพา P จะสูญเสียลักษณะเชิงเส้น และความหนืดจะลดลง การลดลงนี้เกิดจากการทำลายโครงสร้าง เมื่อถึงจุด B โครงสร้างก็ถูกทำลายเกือบทั้งหมด ความเค้นที่สอดคล้องกับจุดนี้เรียกว่าความเค้นเฉือนจำกัด P m ที่ความเค้น P > P m เมื่อโครงสร้างของระบบถูกทำลาย ระบบจะไหลเหมือนของไหลของนิวตันที่มีความหนืด

ความเครียด P t เรียกว่าความแข็งแรงของผลผลิต – นี่คือความเค้นเฉือนขั้นต่ำที่ระบบเปลี่ยนเป็นการคืบ ยิ่งโครงสร้างแข็งแรงเท่าไรก็ยิ่งมีความแข็งแรงของผลผลิตมากขึ้นเท่านั้น ปริมาณการใช้ของเหลวต่อหน่วยเวลา Q ไหลผ่านท่อที่ P< Р m можно рассчитать по уравнению Бингама: . Величина PS характеризует прочность сплошной пространственной сетки.

มะเดื่อ 11.6. เส้นโค้งการไหลของระบบโครงสร้างทึบ

ที่ P > PS กราฟการไหลของระบบของแข็งจะคล้ายกับกราฟการไหลของระบบของเหลวที่กล่าวถึงข้างต้น

สำหรับตัวถังพลาสติกที่มีลักษณะเป็นพลาสติกยืดหยุ่นได้ จะมีขนาดที่ใหญ่กว่าของที่มีลักษณะคล้ายของเหลวอยู่มาก และเมื่อถึงจุดคราก P T จะเกิดการทำลายโครงสร้างเหมือนหิมะถล่ม ตามมาด้วยการไหลของพลาสติก

ในวัตถุที่ยืดหยุ่นและเปราะ จะไม่พบการไหล เนื่องจากความเครียดที่เกิดการแตกร้าวเกิดขึ้นเร็วกว่าจุดคราก

ในระบบที่กระจายตัวอย่างอิสระ อนุภาคของเฟสที่กระจายตัวจะไม่เชื่อมต่อกันและสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระโดยแยกจากกัน ในระบบที่กระจายตัวอย่างสอดคล้องกัน อนุภาคจะเชื่อมต่อถึงกันและก่อตัวเป็นเครือข่ายโครงสร้างที่มีการจัดเรียงส่วนต่างๆ ของร่างกาย (อะตอมและโมเลกุล) ร่วมกันอย่างคงที่ในอวกาศ พวกมันไม่สามารถเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระและทำการเคลื่อนไหวแบบแกว่งไปรอบตำแหน่งสมดุลเท่านั้น เครือข่ายโครงสร้างถูกสร้างขึ้นภายใต้การกระทำของแรง van der Waals และแรงเคมีระยะสั้นในสารแขวนลอยเข้มข้น อิมัลชัน และครีบ โครงสร้างของระบบการกระจายตัวที่มีความเสถียรในการรวมตัวแบบเจือจางนั้นคล้ายคลึงกับโครงสร้างของสารละลายที่แท้จริงในคุณสมบัติหลายประการ ความแตกต่างอยู่ที่ขนาดอนุภาคเท่านั้น ความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นของเฟสที่กระจัดกระจายทำให้เกิดปฏิกิริยาของอนุภาค ซึ่งคล้ายกับการรวมตัวของโมเลกุลและไอออนในสารละลายที่แท้จริง ปฏิกิริยานี้มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของระบบที่กระจายตัวซึ่งเกิดขึ้นทีละน้อยจนกระทั่งเกิดการแข็งตัวในระบบ

ในเคมีคอลลอยด์ แนวคิดเรื่องโครงสร้างมักเกี่ยวข้องโดยเฉพาะกับการแข็งตัวของเลือด ในระหว่างกระบวนการแข็งตัว เครือข่ายโครงสร้างเชิงพื้นที่จะเกิดขึ้นจากอนุภาคของเฟสที่กระจายตัว ซึ่งจะเพิ่มความแข็งแกร่งของระบบอย่างรวดเร็ว การก่อตัวของโครงสร้างในระบบที่กระจัดกระจายอย่างอิสระเกี่ยวข้องโดยตรงกับการสูญเสียเสถียรภาพโดยรวม เมื่อความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น ระบบที่กระจายตัวอย่างอิสระจะเปลี่ยนเป็นระบบที่กระจายตัวอย่างสอดคล้องกัน

ในระบบที่กระจายตัวเหนียวแน่น ลักษณะและลักษณะของโครงสร้างผลลัพธ์จะถูกกำหนดโดยคุณสมบัติทางกลของระบบ ได้แก่ ความหนืด ความยืดหยุ่น ความแข็งแรง และความเป็นพลาสติก คุณสมบัติเหล่านี้เรียกว่าโครงสร้าง - เชิงกลหรือรีโอโลยีเนื่องจากมีการศึกษาโดยใช้วิธีการรีโอโลจี - ศาสตร์แห่งการเปลี่ยนรูปและการไหลของระบบวัสดุ

ระบบที่กระจายตัวได้รับคุณสมบัติทางโครงสร้างและทางกล (รีโอโลยี) ที่ซับซ้อนซึ่งแสดงถึงความสามารถในการต้านทานการเสียรูปและการแบ่งตัวออกเป็นส่วนๆ อันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงระหว่างการวางโครงสร้าง

คุณสมบัติทางรีโอโลยีหลักคือความแข็งแรงทางกล คุณสมบัตินี้เป็นคุณลักษณะของของแข็งและวัสดุทั้งหมดโดยกำหนดบทบาทในธรรมชาติและเทคโนโลยี กฎของการก่อตัวของโครงสร้างในระบบกระจายคุณสมบัติเชิงกลของระบบโครงสร้างและวัสดุต่าง ๆ ที่ได้รับบนพื้นฐานของพวกมันโดยให้ความสนใจเป็นพิเศษกับบทบาทของปรากฏการณ์เคมีฟิสิกส์ที่ส่วนต่อประสานได้รับการศึกษาโดยรีโอวิทยา - สาขาเคมีคอลลอยด์ที่แยกจากกัน มิฉะนั้นจะเรียกว่าส่วนนี้

ถูกกำหนดโดยกลศาสตร์ฟิสิกส์และเคมี รีโอโลจีศึกษาคุณสมบัติทางกลของระบบโดยพิจารณาจากการเปลี่ยนแปลงรูปร่างภายใต้อิทธิพลของความเครียดภายนอก

เป็นที่ทราบกันดีว่าการเสียรูปเป็นการกระจัดสัมพัทธ์ของจุดต่าง ๆ ของระบบซึ่งจะไม่ละเมิดความต่อเนื่องของมัน การเสียรูปแบ่งออกเป็นแบบยืดหยุ่น (กลับด้านได้เมื่อร่างกายได้รับการฟื้นฟูอย่างสมบูรณ์หลังจากถอดภาระออก) และส่วนตกค้าง (กลับไม่ได้) ในทางกลับกันการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นจะแบ่งออกเป็นปริมาตร (แรงอัด - แรงอัด) แรงเฉือนและการเปลี่ยนรูปบิด การเสียรูปตกค้างซึ่งร่างกายไม่ยุบตัวเรียกว่าพลาสติก

การเสียรูปสองประเภทมีความสำคัญเมื่อพิจารณาถึงคุณสมบัติทางโครงสร้างและทางกล ได้แก่ แรงตึง-แรงอัด และแรงเฉือน ในเชิงปริมาณ ความผิดปกติทั้งสองประเภทมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าสัมพัทธ์:

การยืดตัวแบบสัมพัทธ์ (ในที่นี้ / Q คือต้นฉบับ

ความยาวตัวอย่าง / - ความยาวหลังจากโหลดที่ใช้ D/ - การยืดตัวของตัวอย่าง);

กะสัมพัทธ์ หรือ (ที่นี่ ที่- การกระจัดของส่วนบน

ชั้น, เอ็กซ์- ความสูงที่เกิดการกระจัด)

แนวคิดเหล่านี้รวมอยู่ในกฎกระแสวิทยาซึ่งกำหนดไว้ในรูปแบบของสัจพจน์สองประการ ตามสัจพจน์แรกของรีโอโลจี ภายใต้การบีบอัดแบบสม่ำเสมอทุกด้าน (ไอโซโทรปิก) ระบบวัสดุทั้งหมดจะมีพฤติกรรมในลักษณะเดียวกัน - เช่นเดียวกับตัวที่ยืดหยุ่นในอุดมคติ มีเพียงการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นเท่านั้นที่กระทำการ การบีบอัดแบบไอโซทรอปิกไม่อนุญาตให้ระบุความแตกต่างเชิงคุณภาพในโครงสร้างของร่างกาย

สัจพจน์ที่สองของรีโอโลยีคือข้อความที่ว่าระบบวัสดุใดๆ มีคุณสมบัติทางรีโอโลยีทั้งหมด คุณสมบัติเหล่านี้ปรากฏขึ้นระหว่างการเปลี่ยนรูปด้วยแรงเฉือน ธรรมชาติและขนาดของการเปลี่ยนรูปขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุ รูปร่างของร่างกาย และวิธีการใช้แรงภายนอก

ขนาด 8 ในกระแสวิทยาเรียกว่าการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นซึ่งเป็นค่า ที่- การเสียรูปแบบเฉือนหรือการเสียรูปเพียงอย่างเดียว (รูปที่ 8.1)

ทำให้ร่างกายเสียรูปจะถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของแรงภายนอก เอฟต่อหน่วยพื้นผิวของร่างกาย สซึ่งมันทำหน้าที่: P = F!sหน่วยของความเครียดคือ Pascal (Pa): [ป] =ป้า. หนึ่งปาสคาลเท่ากับความดันที่เกิดจากแรง 1 N ซึ่งกระจายสม่ำเสมอบนพื้นผิวโดยมีพื้นที่ 1 m2 ปกติ: 1 Pa = 1 N/m"

ของเหลวและก๊าซจะเสียรูปเมื่อใช้โหลดน้อยที่สุด และจะไหลภายใต้อิทธิพลของความแตกต่างของแรงดัน การไหลเป็นประเภทของการเสียรูปซึ่งปริมาณของการเสียรูปจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องภายใต้อิทธิพลของแรงดันคงที่ (โหลด) ของเหลวจะไม่ถูกบีบอัดระหว่างการไหลต่างจากก๊าซ และความหนาแน่นยังคงเกือบคงที่

ข้าว. 8.1.รูปแบบการเสียรูปในแรงดึง (และ) และแรงเฉือน (ข)

ในด้านรีโอโลจี สมบัติทางกลจะแสดงในรูปแบบของแบบจำลองตามกฎที่เกี่ยวข้องกับความเค้นต่อการเสียรูป (รูปที่ 8.2) เส้นโค้งสามส่วนสอดคล้องกับแบบจำลองเบื้องต้นสามแบบของวัสดุในอุดมคติที่ตรงตามลักษณะการไหลพื้นฐาน (ความยืดหยุ่น ความหนืด และความเป็นพลาสติก): ตัวฮุคที่ยืดหยุ่นในอุดมคติ ตัวนิวตันที่มีความหนืดในอุดมคติ ตัวพลาสติกในอุดมคติของ Saint-Venant-Coulomb

ข้าว. 8.2.

ข้าว. 8.3.

ในส่วนที่ 1 การพึ่งพานั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงและอธิบายโดยกฎของฮุคสำหรับวัตถุที่มีการเสียรูปแบบยืดหยุ่น ตัวฮุคที่ยืดหยุ่นได้ดีนั้นจะแสดงเป็นสปริงเกลียว (รูปที่ 8.3)

ตามกฎของฮุค การเสียรูป ที่ในตัวยางยืดจะเป็นสัดส่วนกับความเค้นเฉือน ร:

ที่ไหน อี- โมดูลัสยืดหยุ่น (โมดูลัสของยัง) ซึ่งเป็นลักษณะของวัสดุและโครงสร้างของมัน สำหรับผลึกโมเลกุล โมดูลัสความยืดหยุ่นคือ ~ 10 9 Pa สำหรับคริสตัลโควาเลนต์และโลหะ ~ 10 "Pa หรือมากกว่า หลังจากถอดโหลดออกแล้ว ตัว Hooke ที่ยืดหยุ่นในอุดมคติจะเปลี่ยนรูปทรงดั้งเดิมทันที (ร= 0; / = 0) . พลังงานที่ใช้ไปในการเปลี่ยนรูปของร่างกายที่ยืดหยุ่นตามอุดมคตินั้นจะถูกส่งกลับหลังจากความเครียดสิ้นสุดลง ดังนั้นร่างกายของ Hooke จึงเป็นโครงสร้างแบบอนุรักษ์นิยม

ในส่วนที่ II ตามรูป 8.2 ที่ค่าแรงดันไฟฟ้าเกินค่าที่กำหนด ร^,เรียกว่าขีดจำกัดยืดหยุ่น นั่นก็คือ ป > ป เค

อาจเกิดการทำลายร่างกายหรืออาจเกิดการเสียรูปถาวรได้ (พ= 0; คุณเอฟ 0) นี่คือบริเวณของร่างกายนิวตันที่มีความหนืดในอุดมคติ ซึ่งแสดงเป็นลูกสูบที่มีรูวางอยู่ในกระบอกสูบที่มีของเหลว (รูปที่ 8.4)

เมื่อของเหลวที่มีความหนืดในอุดมคติไหล ชั้นของของไหลชั้นหนึ่งจะเลื่อนสัมพันธ์กับอีกชั้นหนึ่งในระหว่างการเคลื่อนที่ขนานระนาบ การไหลนี้อธิบายกฎของนิวตัน ซึ่งความเค้นเฉือนจะเกิดขึ้นในระหว่างการเคลื่อนที่ของของไหลแบบราบเรียบ รเป็นสัดส่วนกับการไล่ระดับความเร็วของเหลวหรืออัตราความเครียด:

ที่ไหน และ- ความเร็วการไหลของของไหล ลิตร; - ประสานงาน; - -

การไล่ระดับความเร็วที่เกี่ยวข้องกับความเร็ว ; ดร- เวลา,

ในระหว่างที่มีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนรูป ดี้ประกอบกับการเคลื่อนที่ขนานระนาบของของเหลวสองชั้น: ; /

อัตราความเครียด

ข้าว. 8.5.

ข้าว. 8.4.

จากความสัมพันธ์ข้างต้น ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการไหลและอัตราการเสียรูปมีดังนี้

ในสมการ (8.1) ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วน /; เรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานภายใน แต่บ่อยกว่า - ความหนืดของนิวตัน, ความหนืดไดนามิกหรือความหนืดเพียงอย่างเดียว นี่เป็นคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดที่กำหนดลักษณะโครงสร้างของระบบการกระจายตัว ความหนืดเป็นค่าคงที่ทางรีโอโลยีและกำหนดความสามารถของของเหลวในการต้านทานการไหล

ส่วนกลับของความหนืด I/77 เรียกว่าการไหล

ความหนืดไดนามิกในระบบ SI มีขนาด N-s/m 2 มิตินี้เรียกว่าปาสคาล - วินาที (Pas): = Pa s Pascalsskunda เท่ากับความหนืดของตัวกลาง ซึ่งเป็นความเค้นในวงสัมผัสซึ่งในระหว่างการไหลแบบราบเรียบและที่ความเร็วของชั้นต่าง ๆ ซึ่งอยู่ที่ระยะ 1 เมตร แต่ปกติจะมีทิศทางของความเร็วเท่ากับ 1 เมตร/วินาที คือ เท่ากับ 1 Pa:

. เช่น ความหนืดของน้ำที่อุณหภูมิ 20.5 °C คือ 1.005 mPas

ในวรรณคดีมีอีกหน่วยวัดความหนืด - สมดุล (P): 1 P = 0.1 Pa-s ความหนืดของก๊าซน้อยกว่าประมาณ 50 เท่า สำหรับของเหลวที่มีความหนืดสูงค่าความหนืดอาจสูงกว่าหนึ่งพันล้านเท่า สำหรับของแข็งความหนืดจะมากกว่า 10 15 - 10 20 Pa s

ของไหลที่อธิบายการไหลตามสมการข้างต้นเรียกว่านิวตัน ปริมาณการเสียรูปของของไหลของนิวตันขึ้นอยู่กับระยะเวลาของความเครียด ตั้งแต่หรือ

นั่นคือที่แรงดันคงที่ รการเสียรูปเป็นสัดส่วนกับเวลาที่เกิดความเครียดนี้

ของไหลของนิวตันสามารถไหล (เปลี่ยนรูป) ได้ภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอกที่มีขนาดเล็กมากตราบใดที่ยังใช้งานอยู่ พลังงานที่ใช้ไปกับการเปลี่ยนรูปของร่างกายที่มีความหนืดในอุดมคติ (ของเหลวของนิวตัน) จะถูกแปลงเป็นความร้อน ดังนั้น ร่างกายของนิวตันจึงอยู่ในโครงสร้างที่กระจายตัว

ตัวพลาสติกแซงต์-เวแนนต์-คูลอมบ์ที่เป็นพลาสติกในอุดมคตินั้นดูเหมือนจะเป็นวัตถุแข็งซึ่งตั้งอยู่บนระนาบ ในระหว่างที่การเคลื่อนที่นั้น การให้ความร้อนจะคงที่และไม่ขึ้นอยู่กับแรงตั้งฉาก กล่าวคือ ตั้งฉากกับพื้นผิว (รูปที่ 8.5) แบบจำลองนี้อิงตามกฎแรงเสียดทานภายนอก ซึ่งไม่มีการเสียรูปหากความเค้นเฉือนน้อยกว่าค่าที่กำหนด ปจเรียกว่าความแรงของผลผลิตนั่นคือที่ P ไม่มีการเสียรูป: ที่= 0 และ ย = 0ในรูป 8.2

นี่คือส่วนที่สาม ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการเปลี่ยนจากการเสียรูปแบบยืดหยุ่นเป็นการเสียรูปแบบพลาสติก

หากความเครียดถึงจุดคราก การเสียรูปที่เกิดขึ้นของตัวพลาสติกในอุดมคตินั้นไม่มีขีดจำกัด การไหลจะเกิดขึ้นที่ความเร็วใดๆ ก็ได้ นั่นคือที่ P = Pjการเสียรูปเป็นบวก:

ใช่ > 0 และ ใช่ > 0.

ความแข็งแรงของผลผลิต ร^สะท้อนถึงความแข็งแกร่งของโครงสร้างร่างกาย ระบุว่า ป = ป ตโครงสร้างของตัวเครื่องพลาสติกในอุดมคติจะถูกทำลายหลังจากนั้น

โดยที่ความต้านทานแรงดันไฟฟ้าขาดหายไปโดยสิ้นเชิง พลังงานที่ใช้ไปในการเปลี่ยนรูปของตัวเครื่องที่เป็นพลาสติกของ Saint-Venant-Coulomb จะถูกแปลงเป็นความร้อน ดังนั้นจึงอยู่ในโครงสร้างกระจายตัว

เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง การแนะนำอิเล็กโทรไลต์ การกระทำทางกล หรือความเข้มข้นของเฟสการกระจายตัวเพิ่มขึ้น คุณสมบัติของสารละลายคอลลอยด์จะค่อยๆ เปลี่ยนไปจนกระทั่ง การแข็งตัวในระหว่างกระบวนการแข็งตัวอันเป็นผลมาจากอันตรกิริยาของอนุภาคคอลลอยด์ โครงสร้าง,เหล่านั้น. การก่อตัวของโครงข่ายโครงสร้างเชิงพื้นที่จากอนุภาคเฟสที่กระจัดกระจาย ปัญหาการก่อตัวของโครงสร้างภายในกรอบของเคมีคอลลอยด์และกลศาสตร์เคมีกายภาพของระบบกระจายตัวซึ่งเป็นพื้นฐานของวิทยาศาสตร์วัสดุสมัยใหม่ เป็นปัญหาที่สำคัญที่สุดปัญหาหนึ่งและต้องการโซลูชันที่ครอบคลุมทั้งในระดับมหภาคและระดับจุลภาค

ภายใต้ โครงสร้างร่างกายมักจะเข้าใจการจัดเรียงสัมพัทธ์เชิงพื้นที่ของส่วนต่างๆ ของร่างกาย: อะตอม โมเลกุล อนุภาคขนาดเล็ก ดังนั้นระบบที่เกิดขึ้นจากการแข็งตัวของสารละลายคอลลอยด์รวมถึงสารละลายเข้มข้นของ IUD มีโครงสร้างซึ่งรวมถึงดิน ดินเหนียว ซีเมนต์ อาหารส่วนใหญ่ สี น้ำมันหล่อลื่น เครื่องสำอาง ฯลฯ ควรสังเกตว่าผลิตภัณฑ์ทางเภสัชกรรมและชีวภาพหลายชนิด รวมถึงเลือด ก็สามารถแสดงคุณสมบัติของของเหลวที่มีโครงสร้างได้เช่นกัน ชนิดและคุณสมบัติของโครงสร้างที่เกิดขึ้นในระบบคอลลอยด์ขึ้นอยู่กับลักษณะของแรงอันตรกิริยาระหว่างอนุภาคของเฟสที่กระจายตัว ตามที่ P.A. ตาม Rebinder โครงสร้างทั้งหมดแบ่งออกเป็นสองประเภท: การควบแน่น-ตกผลึกและ การแข็งตัว

โครงสร้างการควบแน่น-การตกผลึกโดยทั่วไปสำหรับระบบที่มีตัวกลางการกระจายตัวที่เป็นของแข็ง เช่น สำหรับ กระจัดกระจายกันไประบบ การก่อตัวของพวกมันสอดคล้องกับการแข็งตัวของเลือด ที่ค่าต่ำสุดปฐมภูมิของเส้นโค้งศักย์อันตรกิริยาของอนุภาคเฟสที่กระจัดกระจาย ในระบบการควบแน่นและการตกผลึก อนุภาคเชื่อมต่อกันด้วยแรงเคมีที่กระทำในระยะทางสั้น ๆ (หน่วย A) ดังนั้นอนุภาคจึงเติบโตร่วมกันเพื่อสร้างโครงสร้างปริมาตรที่เข้มงวด โครงสร้างดังกล่าวทำให้ร่างกายมีคุณสมบัติต่างๆ เช่น ความแข็งแรง ความเปราะบาง และความยืดหยุ่น มีลักษณะเป็นการทำลายโดยไม่ต้องฟื้นฟูโครงสร้างแบบพลิกกลับได้

โครงสร้างการแข็งตัวโดยทั่วไปสำหรับ ระบบกระจายตัวอย่างอิสระด้วยตัวกลางกระจายตัวของของเหลว พวกมันถูกสร้างขึ้นในระหว่างการแข็งตัวที่สอดคล้องกัน ถึงค่าต่ำสุดรองบนเส้นโค้งศักย์อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลในระยะยาวของอนุภาคที่ระยะห่างประมาณ 100 A นั่นคือ เนื่องจากกองกำลังของฟาน เดอร์ วาลส์ การก่อตัวของโครงสร้างการแข็งตัวได้รับการสนับสนุนจากรูปร่างที่ไม่ใช่ทรงกลมของอนุภาคเฟสที่กระจายตัวและการมีอยู่ของพื้นที่ไลโอโฟบิกบนพื้นผิวของมัน คุณลักษณะที่โดดเด่นของระบบดังกล่าวคือการดำรงอยู่ระหว่างอนุภาคของระยะการกระจายตัวของชั้นของตัวกลางการกระจายตัวในรูปแบบของเปลือกโซลเวชันบาง ๆ ซึ่งทำให้เกิดความแข็งแรงต่ำและคุณสมบัติพลาสติกที่เด่นชัดของโครงสร้างการแข็งตัวของเลือด ระบบดังกล่าวถูกทำลายได้ง่ายจากปัจจัยภายนอก เช่น อัลตราซาวนด์ การให้ความร้อน หรือการกวน

นักวิจัยบางคนระบุประเภทขั้นกลางของการจัดเรียงโครงสร้างของของแข็ง ซึ่งแสดงออกมาในรูปแบบต่างๆ กันของปฏิกิริยาระหว่างการแข็งตัวและการตกผลึก

โครงสร้างแต่ละประเภทสอดคล้องกับประเภทการสัมผัสฟิวชั่นที่โดดเด่นของตัวเอง (การแข็งตัว, จุด, เฟส) ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดการเปลี่ยนแปลงร่วมกันภายใต้อิทธิพลของปัจจัยทั้งภายในและภายนอก

ปฏิสัมพันธ์เหล่านี้สะท้อนให้เห็นในเส้นโค้งจลนศาสตร์ของการสร้างโครงสร้าง ซึ่งแสดงลักษณะการเปลี่ยนแปลงในข้อมูลการทดลองจำนวนมากจากนักวิทยาศาสตร์ทั้งในและต่างประเทศ การวิเคราะห์ที่เราดำเนินการในงานของเราแสดงให้เห็นว่าความหลากหลายของคลาสจลนศาสตร์ของกระบวนการสร้างโครงสร้างสามารถลดลงเหลือเส้นโค้งจลน์หลักสี่ประเภท (รูปที่ 2, เอ,ข)

ข้าว. 2

ก- ประเภทของเส้นโค้งที่พบบ่อยที่สุด ข- ตัวเลือกที่เป็นไปได้ 1 - การเหนี่ยวนำ; 2 - เพิ่มขึ้น; 3 - สุดขีด; 4 - คลื่น (สั่น)

สิ่งที่พบบ่อยที่สุดคือซิกมอยด์ ( เอ,เส้นโค้ง 1) มีอักขระรูปตัว S ซึ่งมักจะแยกแยะช่วงเวลาของการเหนี่ยวนำ (A) ความเร่ง (B) และการชะลอตัว (C) กระบวนการดังกล่าวอธิบายโดยฟังก์ชันเชิงตรรกะ โดยปกติแล้วจะมีช่วงการเหนี่ยวนำนำหน้า ซึ่งในระหว่างนั้นวิธีการที่ใช้ไม่สามารถตรวจพบสัญญาณของกระบวนการได้

โครงสร้างการแข็งตัวมีคุณสมบัติเฉพาะ: thixotropy และ syneresis ทิกโซโทรปี- นี่คือความสามารถของระบบในการฟื้นฟูโครงสร้างหลังจากการถูกทำลายทางกล การทำลายโครงสร้างจะแสดงออกในการแตกของการสัมผัสระหว่างอนุภาคของตัวกลางที่กระจัดกระจาย และการคืนค่า thixotropic ของมันจะแสดงออกในการเริ่มต้นใหม่ของการสัมผัสเหล่านี้เนื่องจากการเคลื่อนตัวของตัวกลางและการเคลื่อนที่ของอนุภาคแบบบราวเนียน ตัวอย่างเช่น ดินเหนียวเบนโทไนต์ 10% เป็นของแข็งที่ไม่ไหลภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง หลังจากเขย่า สารแขวนลอยจะเหลวและไหลออกจากภาชนะได้ง่าย หลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่ง ในสภาวะสงบ มันก็กลับกลายเป็นระบบที่มีโครงสร้างที่มั่นคงอีกครั้ง

Thixotropy มีบทบาทสำคัญในธรรมชาติและเทคโนโลยี การปรากฏตัวของดินเหนียว thixotropic จำนวนเล็กน้อยในดินอาจทำให้เกิดแผ่นดินถล่มและทรายดูดได้ ต้องคำนึงถึง Thixotropy เมื่อทำการปั๊มสารแขวนลอยที่อาจแข็งตัวหากปั๊มหยุดทำงาน เทคนิคการใช้สีน้ำมัน สีโป๊ว ดินน้ำมัน ฯลฯ ก็ขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์นี้เช่นกัน ปรากฏการณ์นี้ตรงกันข้ามกับ thixotropy นั่นคือ การเพิ่มความแข็งแรงของโครงสร้างเมื่อเวลาผ่านไปภายใต้การกระทำของความเค้นเฉือนเรียกว่า การผ่าตัดเสริมจมูก

โครงสร้างการแข็งตัวมีลักษณะเฉพาะคือ ริ้วรอยทันเวลาซึ่งปรากฏตัวในการเสริมสร้างโครงสร้างอย่างค่อยเป็นค่อยไปการบีบอัดและการปล่อยส่วนหนึ่งของของเหลวออกจากเครือข่ายโครงสร้างซึ่งอาจนำไปสู่การแบ่งระบบที่แปลกประหลาดออกเป็นสองขั้นตอน: เยลลี่ที่มีความเข้มข้นมากขึ้นและตัวทำละลาย มีอนุภาคของเฟสกระจายอยู่จำนวนหนึ่ง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การทำงานร่วมกัน

สิ่งที่น่าสนใจในทางปฏิบัติที่สุดคือการศึกษาการพึ่งพาคุณสมบัติเชิงโครงสร้างและเชิงกลของระบบการกระจายตัวกับความเข้มข้นของเฟสการกระจายตัว เมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้น ระบบจะผ่านหลายสถานะ - จากของเหลวที่แท้จริง (โซล) ไปจนถึงของเหลวที่มีโครงสร้าง เจล ไปจนถึงของแข็ง การก่อตัวของโครงสร้าง (หรือการแก่ชรา) ในคอลลอยด์เกิดขึ้นเนื่องจากความไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์และมาพร้อมกับกระบวนการยึดเกาะตามธรรมชาติของอนุภาคและการลดลงของส่วนต่อประสานเฟส และผลที่ตามมาคือพลังงานพื้นผิวอิสระของระบบลดลง การเกิดขึ้นของกระบวนการเหล่านี้นำไปสู่การสูญเสียเสถียรภาพโดยรวมและความแข็งแกร่งของระบบที่กระจัดกระจายเพิ่มขึ้น

ข้าว. 2

กระบวนการชราภาพของระบบคอลลอยด์สามารถแสดงได้ในรูปที่ 2 ซึ่งขึ้นอยู่กับการก่อตัวของตะกอนจากโซล (เจล)บางทีอาจเป็นได้สองวิธี วิธีแรกคือการก่อเจล - ขึ้นรูปก่อน ทิโซทรอปิก,และจากผลของการทำงานร่วมกันทำให้เกิดโครงสร้างที่อัดแน่น วิธีที่สองนำไปสู่การก่อตัวของตะกอนโดยผ่านขั้นตอนที่ระบุ โครงสร้างไทโซทรอปิกและอัดแน่นรวมถึงตะกอนเป็นระบบการแข็งตัว เจลที่เกิดจากสารละลาย IUD เรียกว่า เยลลี่

เมื่อเวลาผ่านไป เปลือกการละลายที่จุดที่สัมผัสกันระหว่างอนุภาคจะบางลงและอาจหายไปโดยสิ้นเชิง อนุภาคจะเติบโตร่วมกัน เกิดเป็นโครงสร้างการควบแน่นและการตกผลึก อาจมีบางกรณีที่โครงสร้างดังกล่าวเกิดขึ้นโดยตรงจากโครงสร้างไทโซโทรปิก

โดยปกติแล้วจะก่อตัวขึ้นในระบบคอลลอยด์ โครงสร้างแบบผสมโดยการสัมผัสการแข็งตัวจะมีอิทธิพลเหนือกว่าในช่วงแรก พันธะระหว่างอนุภาคเหล่านี้จะค่อยๆ แข็งแกร่งขึ้น และเกิดการเปลี่ยนผ่านเป็นโครงสร้างการควบแน่นและการตกผลึก

วัตถุที่มีการเสียรูปเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงเรียกว่าของเหลวหรือความหนืด ตามคุณสมบัติทางรีโอโลจี วัตถุจริงทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็น เหมือนของเหลวและ เหมือนของแข็งวัตถุที่มีลักษณะคล้ายของเหลวไหลภายใต้อิทธิพลของความเครียดภายนอก - ความเครียดที่จำเป็นในการทำลายโครงสร้างหายไปนั่นคือ ความแข็งแรงของผลผลิตร ต = 0. ไหลเป็นประเภทของการเสียรูปซึ่งปริมาณของการเสียรูปเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องภายใต้อิทธิพลของแรงดันคงที่ ในการทำลายโครงสร้างของระบบการกระจายตัวแบบทึบและการไหลของมันจำเป็นต้องใช้ความเครียดที่เกินกำลังรับผลผลิตเช่น ร ต > 0 (ดูตารางที่ 1) ของแข็งทั่วไปมีความแข็งแรงของผลผลิตอย่างมีนัยสำคัญ

ธรรมชาติของโครงสร้างผลลัพธ์จะเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางโครงสร้างและทางกลของระบบ รวมถึงความหนืดด้วย ความหนืด(หรือความหนืดไดนามิก) คือแรงเสียดทานภายในระหว่างชั้นของสารที่กำหนด (ของเหลวหรือก๊าซ) ซึ่งเคลื่อนที่สัมพันธ์กัน ความหนืดเป็นลักษณะของความต้านทานต่อการไหลของร่างกายทุกประเภท และเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางรีโอโลจีของของเหลวในอุดมคติโดยเฉพาะ ความหนืดของน้ำที่ 20.5°C คือ 0.001 Pas หรือ 0.01 P (ทรงตัว) ความหนืดของก๊าซมีค่าน้อยกว่าน้ำประมาณห้าสิบเท่า และความหนืดของของเหลวที่มีความหนืดสูงนั้นมากกว่าหลายพันเท่า ของแข็งมีความหมายหรือไม่? 10 15 ^10 2 ° พาส วัตถุคล้ายของเหลวซึ่งมีความหนืดเป็นไปตาม กับกฎของนิวตัน(ดูตารางที่ 1) ไม่ขึ้นอยู่กับความเค้นเฉือนที่เรียกว่า นิวตัน.ไหล ไม่ใช่แบบนิวตันของเหลวไม่ได้อธิบายไว้ในสมการของนิวตัน

ค่าส่วนกลับของความหนืดคือความลื่นไหล ( ต) แสดงถึงลักษณะการเคลื่อนที่ของวัตถุที่มีลักษณะคล้ายของเหลว:

ในการคำนวณทางเทคโนโลยี แนวคิดเรื่องความหนืดจลน์ก็เกิดขึ้นเช่นกัน:

ที่ไหน พี- ความหนาแน่นของของเหลว

ขนาด โวลต์สะดวกกว่าที่จะใช้เมื่อคำนวณเกณฑ์อุทกพลศาสตร์สำหรับการไหลของระบบคล้ายของเหลวโดยคำนึงถึงสิ่งที่จำเป็นสำหรับการเลือกการออกแบบอุปกรณ์และท่ออย่างมีเหตุผล ความหนืดจลนศาสตร์ในระบบ “C” มีมิติ m/s

ขึ้นอยู่กับว่าจะมีการอธิบายพฤติกรรมของร่างกายจริงหรือไม่ สมการของบิงแฮม(ดูตารางที่ 1) ระบบของแข็งแบ่งออกเป็น บิงแฮมและ ไม่ใช่บิงแฮม. ในแง่ของคุณสมบัติทางรีโอโลจี เยื่อกระดาษ ตะกอน จาระบี ยาสีฟัน สีน้ำมัน และเพสต์ดินเหนียวมีความคล้ายคลึงกับระบบบิงแฮมมาก