ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ ЛЕКЦИЯ 15

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ ЛЕКЦИЯ 15

Содержание лекции Методы и приборы для исследования свойств дисперсных систем 1. Методы и приборы для исследования дисперсных систем, основанные на молекулярно-кинетических свойствах. 2. Методы и приборы для исследования дисперсных систем, основанные на оптических свойствах. 3. Методы и приборы для исследования дисперсных систем, основанные на реологических свойствах.

Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем Броуновское движение X= RT· NA· 3 r X – средний сдвиг частиц – вязкость среды NA – число Авогадро t – время r – радиус частицы Осмос p=VДФ·RT/4 r 3 NA p – осмотическое давление VДФ – концентрация ДФ r – радиус частицы – плотность среды NA – число Авогадро Седиментация Диффузия dm/d =-DS·dc/dx dm/d – скорость диффузии dc/dx – градиент концентрации S – площадь диффузии D – коэффициент диффузии H 1/2= 0, 69 RT 4/3 r 3 ( Ф- СР)g. NA H 1/2 – высота на которой концентрация ДФ уменьшается в два раза r – радиус частицы Ф– СР – разность плотностей ДФ и ДС NA – число Авогадро

Седиментационный анализ весы Q% 1 Кривая осаждения Q=100% H Q 3 Q 2 Q 1 2 3 1 – частицы ДФ; 2 – чашка весов; 3 – торсионные весы – вязкость среды r= 9 k 2( - ср)g ( фф - ср)g H · ( ф – ср) – разность плотностей Н – высота оседания частицы – время оседания

Кривые распределения частиц по размерам Q/ r rmin rmax r Дифференциальная кривая rmin rmax r Интегральная кривая r – размер частиц Q – характеризует долю, приходящуюся на частицы данного размера r – характеризует диапазон размеров частниц, который соответствует этой доле

Оптические свойства дисперсных систем Оптическая плотность Закон Бугера-Ламберта-Бера Iпрош = I 0 e-εl. С ε – коэффициент поглощения или экстинция Взаимодействие света с дисперсной системой I 0 Iрас. Iпогл. Iпрош. l l – толщина слоя С – концентрация дисперсной фазы Iпрош = I 0 – (Iпогл. +Iрас. ) Ln(I 0 – Iпрош. ) = D

Оптические свойства дисперсных систем Светорассеивание Уравнение Релея I=I 024π3 Nv 2/λ 4ρ·((n 12 -n 22)/(n 12+2 n 22))2 или I=I 0 Кv 2/λ 4 K – коэффициент, К=f(n 1, n 2, ρ, N) λ – длина волны падающего света Частица Свет I 0 – падающий световой поток N – число частиц дисперсной фазы ν – объем частицы ρ – плотность среды n 1, n 2 – показатели преломления среды и фазы

Оптические методы анализа дисперсных систем Нефелометрия – аналитический метод определения размеров и концентрации частиц, основанный на измерении интенсивности рассеянного света, падающего перпендикулярно к положению исследуемой системы. r. X = r Э HЭ HХ r. X – радиус измеряемых частиц r. Э – радиус эталонных частиц Н – высота освещенной части кюветы с эталонным и исследуемым раствором Турбидиметрия – аналитический метод определения размеров частиц, основанный на определении оптической плотности эталонного (DЭ) и исследуемого (DX) образцов. DX·CЭ Рассчитывается концентрация дисперсной фазы в исследуемой системе СХ: СХ= При одной и той же концентрации сравниваемых систем размеры исследуемой определяются по формуле: r. X = r Э 3 DЭ DХ DЭ

Структурно-механические свойства дисперсных систем Приборы для определения структурномеханических характеристик дисперсных систем Сдвиговые характеристики Вискозиметры Пенетрометры Сдвигомеры Поверхностные характеристики Компрессионные характеристики Адгезиометры Компрессионные и универсальные приборы Трибометры

Приборы для измерения сдвиговых характеристик Сдвигомеры Ротационные С постоянной скоростью деформации Вискозиметры Капиллярные Шариковые Пенетрометры Виброреометры с соосными цилиндрами С постоянным напряжением сдвига с параллельными плоскостями типа конус – плоскость типа сфера – сфера

По принципу нагружения исследуемых масс По результатам измерений По виду измеряемых реологических констант Классификация методов для измерения реологических параметров дисперсных систем По области применения По конструктивным особенностям реометров По размерности получаемых констант По физической природе экспериментально определяемых параметров По виду поля напряжений и деформаций

Метод капиллярной вискозиметрии Капиллярные вискозиметры: а – Убеллоде; б – Оствальда 1 – емкость для измерения количества протекающей через капилляр жидкости 2 – капилляр 4 – емкость для сбора жидкости Формула Пуазейля =( R 4 P)/(8 L) где – скорость истечения жидкости; R – радиус капилляра, P – перепад давления; – вязкость жидкости; L – длина капилляра Лабораторная установка для капиллярной вискозиметрии

Метод шариковой вискозиметрии =k( ш- ж)t где k – константа прибора Ш и Ж – плотность шарика и исследуемой жидкости t – время

Ротационная реометрия n n Сущность метода состоит в установлении связи между крутящим моментом и угловой частотой вращения одной из измерительных поверхностей. Основные режимы работы: постоянная скорость деформации (ω ‘ = const) и постоянное напряжение сдвига ( = const). Использование ротационных приборов для исследования физико-механических свойств материалов имеет следующие преимущества: Возможность создания однородного по объему образца режима деформации со строго контролируемыми кинематическими и динамическими характеристиками. Возможность поддержания заданного режима в течение неограниченно долгого времени.

Схема вискозиметра Воларовича 1 – шкив 2 – блоки 3 – установочная гайка 4 – спираль электронагревателя 5 – ротор 6 – стакан 7 – стакан для термостатирования 8 – изоляция 9 – стопор 10 – шкала 11 – стрелка 12 – вал

Схемы рабочих органов ротационных вискозиметров 6.

Метод Ребиндера-Вейлера =F/2 S где F= L – константа жесткости пружины S – площадь одной стороны пластины L – удлинение пружины Прибор Ребиндера-Вейлера

К определению предельного напряжения сдвига ’ 1 ≠ 2 ’ 1 ’ 2 ’ 1 ‘ 1 / ’ 2 = 2 1 ≈ 2 ≈ 0 1 2 1 2

Метод пенетрации 0=km/h 2 k – константа пенетрометра, зависящая от угла при вершине конуса m – масса, действующая на исследуемый материал h – глубина погружения конуса

Методы и приборы для определения поверхностных характеристик Способы измерения адгезионной прочности

Классификация адгезиометров По способу приложения усилия По способу отрыва По направлению приложения усилия Растяжение Мгновенный отрыв Постепенный отрыв Адгезионный Смешанный Кручение Когезионный Сдвиг

Методы измерения силы трения скольжения

Примеры растяжения и сжатия при переработке пищевых масс Вид нагружения Примеры Одноосное сжатие Штампование печенья, пряников, ириса, резание вафельных пластов Одноосное растяжения Формирование макарон, калибрование карамельного жгута Объёмные (компрессионное) сжатие Прессование порошков брикетированием, таблетированием, формование сыра

Приборы для определения прочностных и компрессионных характеристик пищевых продуктов

Динамика объёмного сжатия Динамику объёмного сжатия определяют на компрессионных приборах, снимая кривые прессования – зависимости вида: Ε=f(p) или ρ=f(p) ρ Легкоуплотняемые материалы Трудноуплотняемые материалы Р

Формулы для расчёта компрессионных характеристик Коэффициент бокового давления Kб=Pб/Pп Кажущийся объёмный модуль Ev=-Pп/(ΔV/V 0 ) Коэффициент сжимаемости Kс=1/Ev

Виброреометры Спредометры Торсиометры Фаринографы Специальные типы реометров Матурографы Альвеографы Тендерометры Валориграфы

Вопросы к лекции 15 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Для определения каких свойств дисперсных систем используют метод седиментационного анализа? Как можно на основании анализа интегральных и дифференциальных кривых распределения частиц по размерам сделать вывод о монодисперсности или полидисперсности? Какими специфическими оптическими свойствами обладают дисперсные системы? В чем заключается сущность методов нефелометрии и турбидиметрии? Какие методы используют для изучения структурномеханических характеристик дисперсных систем? В чем заключается сущность методов капиллярной, шариковой и ротационной вискозиметрии, пенетрации? Какие приборы используют для определения поверхностных характеристик? Какие реологические константы пищевых масс можно определить с помощью перечисленных методов?

Ваши вопросы