2.2. Обсуждение результатов моделирования

2.2.1.Температурная зависимость кинетических свойств

Температурную зависимость коэффициентов вязкости, диффузии и др. удобно характеризовать безразмерными температурными коэффициентами dln/dlnT, dlnD/dlnT. Они равны также показателям m уравнений = o*T^-m, D = Do*T^-m и безразмерным значениям кажущихся величин энергий активации, m_V = EV/RT, m_D = ED/RT.

По данным моделирования обсуждаемые безразмерные температурные коэффициенты m получаются обычно не больше 1 - 2 и не превышают температурные коэффициенты газов или простых жидкостей. Так, из сопоставления данных компьютерных экспериментов N2 и N3 из табл.2.1 получается: m = -(ln₂ /₃ ) / (lnT₂/T₃) = 1,55 для вязкости; из N13 и N14 - m = 0,3 - в случае вязкости и m = 0,5 - для коэффициента диффузии. Сопоставляя эксперименты N17 и N18, получаем m = 0,8 в случае электропроводности. Таким образом, температурная зависимость кинетических свойств в традиционной модели и ниже точки плавления получается примерно столь же слабой, как в газах или простых жидкостях; температурные коэффициенты m не превышают двух. Для диффузии в разреженных газах, как известно, m = 1,5, D = Do*T^1,5 [76]. У реальных твёрдых тел и стёкол температyрный коэффициент dln/dlnT достигает 50, 100 и больше [7].

Почти "газовая" температурная зависимость кинетических свойств показывает, что истинные энергии активации, или энергетические барьеры, преодолеваемые при соответствующих элементарных актах, невелики или практически равны нулю, движение частиц почти беспрепятственное или безактивационное. Кажущиеся энергии активации Е = RTdln/dlnT, в модели получаются, как и у газов, меньше 2RT.

Практически результат компьютерного эксперимента мало зависит от того, назначим ли мы температуру, приближающуюся к критической ( для аргона: Ткр  150 К, для железа: Ткр  `4000 К, у воды: Tкр  650 К) или же зададим температуру, приближающуюся к абсолютному нулю, например, 5 К. У реальных веществ при уменьшении температуры от Т  Ткр до Т  0,1Ткр происходят огромные изменения кинетических коэффициентов от значений плотного газа и простой жидкости до характеристик хрупкого твёрдого тела (например, на 20 порядков). В традиционной модели, как показывают компьютерные эксперименты, свойства мало изменяются даже при таком изменении температуры, от Т  Ткр до Т  0; затвердевания не происходит; практически вплоть до абсолют-ного нуля в модели сохраняются свойства плотного газа.

Основным интервалом температур для наших целей является интервал затвердевания, лежащий между состояниями простой жидкости и твердого тела, от Тп до Тст. Однако, чтобы лучше представ-лять температурную зависимость кинетических свойств плотных систем, поставили компьютерные эксперименты, позволяющие систематически проследить температурную зависимость кинетических свойств во всей области плотных состояний от плотного газа выше критической температуры и перегретой простой жидкости до кристалла и стекла при пониженных температурах Т  Тпл/4 и до области около абсолютного нуля. Моделировали вязкое течение, ионный электроперенос применительно к NaCl, а также упорядочение-кристаллизацию.

Результаты экспериментов приведены ниже:

для аргона

Состояние:	Пл.газ	Жидкость	Стекло	Кристалл	Стекло	Кристалл
Температура:	Т>Ткр	Т > Тпл	Т=Тпл/4	Т = Тпл/4	Т  0	Т  0
 *103, Па*c	2,1	4,2	32	46	21	33
D*105, cм2/с	9,7	3,9	0,7	0,5	0,6	0,4
tr *1011, c	0,4	0,9	8,2	16	7,6	14

для хлорида натрия

 *103, Па*c	4,2	11	68	85	42	56
D*105, cм2/с	9,8	3,2	0,7	0,3	0,5	0,2
tr *1011, c	0,2	0,5	6,9	9,8	2,1	4,2
*10, ом-1см-1	17	8,2	1,2	1,0	1,9	1,6

Эти данные подтверждают, что в компьютерной модели кинетические свойства "вещества" мало зависят от того, какую мы задаём температуру: или же температуру закритического плотного газа, перегретой простой жидкости, твердого тела или даже температуру около абсолютного нуля. У реальных веществ со вступлением в интервал затвердевания при Т = Тп начинается область интенсивного изменения кинетических свойств, которое достигает 20 порядков величины и более; около температуры Тпл/4 подвижность атомов становится столь малой, что величины коэффициентов диффузии, вякости, электропроводности и других выходят за пределы измерения. Время релаксации механических напряжений, упорядочения-кристаллизации и других атомарных процессов достигает года и более, а при дальнейшем понижении температуры такие процессы практически вообще не идут. В компьютерной модели отсутствует такое большое изменение подвижности атомов, соответствующее затвердеванию (на 10 - 20 порядков величины и более). Процессы релаксации напряжений, упорядочения-кристаллизации и другие при всех температурах, вплоть до Т  0, протекают за время компьютерного эксперимента, то есть за время, по порядку величины соответствующее нескольким периодам атомных колебаний (R10^-11 с).

Рис. 2.5 Схема смещений частиц при релаксации напряжений. Смещения увеличены в три раза