Тепловое расширение.

Увеличение размеров тела при его нагревании.

Вход: температура

Выход: длина, объем

Математическое описание:

, где L – линейный размер тела; -величина расширения тела;

-увеличение температуры тела; –коэффициент линейного теплового расширения

Применение:

• Термометр

• Перемещение на микроны

• Тепловой диод

Капиллярные явления.

Физические явления обусловленные действием поверхностного натяжения на границе раздела несмешивающихся сред. (ж-г, ж-т)

Вход: нет

Выход: давление

• Сила поверхностного натяжения – сила, стремящейся стать поверхностью жидкости (наименьшая поверхность имеет шар). Если капелька не большая, то силы делают её шаром.

• Смачивание жидкости – взаимодействие молекул жидкости и твердого тела в тонких сосудах (капиллярах). Жидкость взаимодействует с поверхностью капилляра. В капилляре создаётся отрицательное давление. Отсюда следует что жидкость в капилляре поднимается на некоторую высоту. Жидкость оказывается стягивающее давление на стенки капилляра.

Математическое описание:

Формула Д. Жюрена определяет высоту h капиллярного поднятия жидкости, полностью смачивающей стенки капилляра:

Где -плотности жидкости и газа; g-ускорение свободного падения;

-поверхностное расширение на границе двух сред

r – Радиус кривизны

Применение: Пропитка материала жидкостью и Осушка

Фазовые перезоды

Пререход вещества из одной фазы в другую при изменении внешних условий. Скачкообразное изменение какого-либо параметра материала.

Вход: температура, давление

Выход: объем, сила, давление

I род Переходы, в которых скачком изменяется плотность и энергия, т.е. переходы из аграрных состояний, осуществляются при постоянное температуре, поэтому сопровождаются поглощением или выделением энергии

II род Скачком изменяется другие параметры (теплопроводность, электропроводность, магнитная проницаемость) Изменением энергии не сопровождаются Переход вещества из ферра в парамагнитное

Математическое описание:

D-коэффициент диффузии; С-концентрация; t-время; x-смещение

Применение:

• Увеличение объема воды при замерзании

• Обработка деталей при замораживании (твердость – переменная)

• Электропластический эффект

• Послойное заполнение емкости несмешивающихся жидкостей (замораживание через слой)

Сорбция

Поглощение одного вещества другим. Поглотитель - сорбент, поглощенное вещество –сорбат. Если поглощение в поверхностном слое сорбента, то адсорбция, если по всему объему, то абсорбция.

Сорбция.

Физическая Между сорбентом и сорбатом только межмолекулярное взаимодействие: сцепление достаточно непрочное, с течением времени начинается обратный процесс – десорбция, в результате устанавливается равновесие где скорость сорбции равно скорости десорбции

Химическая Превращение одного вещества в другое

Влияние температуры на сорбцию

При увеличении температуры физическая сорбция проходит медленнее, а химическая наоборот, быстрее

Математическое описание:

Где Г-величина адсорбции; X - количество адсорбата; S – площадь адсорбента

Применение:

• Медицина (уголь активированный-сорбент)

• Противогазы (очистка газа)

• Очистка жидкостей

Диффузия.

Выравнивание концентраций одного и того же вещества из большой в меньшую, необходим градиент концентраций

Вход: нет

Выход: концентрация

Эффект Дюфора: при диффузионном смешивании 2 газов, находящихся при одинаковой температуре, возникает разность температур

Применение:

• Разделение веществ или газов

• Разрыхление поверхности металла (азотирование)

• p-n переход

Лекция №4

Гидростатика и гидродинамика.

Гидростатика – раздел физики, в котором изучаются равновесие жидкости и воздействие покоящейся жидкости на погруженные в неё тела.

Гидродинамика – изучает движение не сжимаемых жидкостей и взаимодействия их с твёрдыми телами.

• Вязко-электрический эффект

• Архимеда

• Джоуля – Томпсона

• Гидравлический удар

• Кавитация

Вязко-электрический эффект. (Статика).

Если на полярную жидкость воздействовать электрическим полем, то вязкость жидкости возрастает. Но, если поле снять то вязкость становится в первоначальное положение.

Вязкость зависит от частоты электрического поля.

Эффект Архимеда. (Статика)

На тело погруженное в жидкость действует со стороны жидкости выталкивающая сила, направленная вверх и приложена к центру тяжести.

Вход: плотность жидкости, объем тела

Выход: сила

Математическое описание:

Где – плотность жидкости(газа); -ускорение свободного падения; V-объем тела (или часть объема тела, находящаяся ниже поверхности)

Джоуля - Томпсона. (Динамика).

Изменение температуры газа при его адиабатическом (без изменения энергии) дросселировании (медленном протекании газа) под действием протекания давления сквозь дроссель, являющийся местным препятствием газовому потоку.

Вход: давление

Выход: температура

первоначально:

Если то положительный эффект

Если , то отрицательный эффект

Математическое описание

Коэффициент Джоуля – Томпсона

При уменьшении давления газ охлаждается (для воздуха где коэффициент больше нуля) Применения: Для охлаждения газа