Поведението на материята в безтегловност

Агрегат и фаза състояния на веществото. Като се има предвид поведението на материята в пространството често се използват термини като агрегация и фаза държавни и фазови компоненти. Нека да се определят тези понятия.

Агрегатно състояние на материята отличава от естеството на термичната движение на молекули или атоми. Обикновено те се говори за трите състояния на агрегация - газообразно, течно и твърдо. Молекулите на газ са почти никога свързани сили на привличане и да се движат свободно, запълване на целия съд. Структурата на кристални твърди вещества се характеризира с висока системност - атоми са подредени в кристалната решетка близо до които те правят само флуктуация. В резултат на това са кристални твърди вещества имат строго ограничена форма, и когато се опитате да го променят по някакъв начин са налице значителни еластични сили противодействие на такава промяна.

Заедно с кристали известни и друг вид на твърдо вещество - аморфно тяло. Главната особеност на вътрешната структура на аморфни твърди вещества - пълна липса на ред: само в режим на съседни атоми, процедурата, която се заменя със случаен режим един спрямо друг в по-големи разстояния. Най-важният пример за аморфно състояние - това стъкло.

Същият имота - от порядъка на къси разстояния в подреждането на съседни атоми - има вещество в течно състояние. Поради тази причина, промяната в обема на течността, не че той ще има значителни еластични сили, и при нормални условия на течността е под формата на съда, в който се намира.

Ако веществото се състои от няколко компонента (химични елементи или съединения), след това му свойства зависят от относителните концентрации на тези компоненти и температура, налягане и други параметри. За крайните характеристики на продукта, образувани чрез комбиниране на такива компоненти, той използва понятието фаза. Ако въпросното вещество се състои от взаимно граничещи еднородни части, физичните или химичните свойства, които са различни, тези части са наречени фази. Например, смес от лед и вода е система двуфазна и вода, където разтваря въздуха, - една фаза, защото в този случай не съществува интерфейс между компонентите.

Фаза състояние - концепция на базата на структурното представяне на термина "фаза". Състоянието на фаза на материята се определя само от естеството на взаимното разположение на атоми или молекули, а не тяхното относително движение. Наличието на далечни разстояния за (пълен ред) съответства на състояние, къси разстояния ред кристална фаза - аморфна фаза състояние, пълна липса на ред - фаза състояние газообразен.

Фаза състояние не е задължително да съвпада с агрегата. Например, аморфна фаза състояние отговаря на нормалната течност агрегатно състояние и твърдо стъкловидно състояние. В твърдо състояние съответства на двуфазна - кристален и аморфен (стъкловидно).

Преход на вещество от една фаза състояние в друго, се нарича фазов преход или трансформация. Ако съществуват едновременно две или повече различни фази на веществото при дадена температура и налягане в контакт един с друг, тогава се говори за равновесие фаза. Фиг. 2 дава пример на фаза равновесие диаграма на система за единичен компонент, въз основа на налягане (Р) - температурата (Т). Има Isobar (т.е. директно постоянно налягане ..) Аа съответства директно преходи твърди - течност (топене и втвърдяване) и течността - газове (изпарение и кондензация), на Isobar с с - преход твърдо вещество - газ (сублимиране), и Isobar в-а - всички три фази съществуват в т.нар тройната точка, при определени стойности на р и Т.

Ефект на микрогравитация на течността. Как действа гравитацията върху поведението на материята в различни състояния на агрегация? В твърди вещества, атоми и молекули са подредени в строг ред, и силата на гравитацията, не могат да имат значително влияние върху процесите, протичащи в това състояние.

На процесите в газове, които мощност могат да засегнат повече значително. Известно е например, че при условията на неравномерно загряване на различните слоеве на газа в атмосферата се осъществява чрез силата на тежестта конвекция, т.е.. Е. Една подредени обмен на газ между слоевете. В безтегловност условия не може да се случи това.

Но особено силно въздействие сила на гравитацията оказва върху течност. В прехода към течността в безтегловност изчезва Архимед сила, действаща върху компонентите на различна плътност и което води до тяхното разделяне, промяна на естеството на конвекция течения относителна ролята на междумолекулни взаимодействия в течността и става възможно да се проведе свободните извън съда (издигане явлението) на. Помислете за тези причини повече процеси в течността.

Както с молекулите на газа в течността не е определена, но поради топлинна енергия се движи от едно място на друго. Ако на всяко място от течни частици от един вид преобладават, след което се дължи на по-чести сблъсъци между тях те постепенно преминава в зона, в която тяхната концентрация е по-ниска. Този процес се нарича дифузия. Тъй време дифузия т над частицата е изместен на разстояние х = (2dt) 1/2. където D - коефициент на дифузия. Ако ние считаме, частицата като сфера с радиус R. тогава D = Wr) -1. Тук W забавя дифузионни процеси.

Ако промяната в концентрацията на един вид на частици на разстояние х в разтвора е равна на стр. след това през единица площ от 1 до броя на частиците трябва да премине I = - DC / х.

В някои случаи течността може да съдържа компоненти с различна плътност. На Земята, под действието на силите настъпва постепенно Архимед разделяне на тези компоненти (например, сметана и обезмаслено мляко се формира). В това разделяне безтегловност Без значение с уникални свойства могат да бъдат получени след втвърдяване на течности. Течността може да съдържа също фази, които не могат да се смесват един с друг, например керосин и вода. На Земята, сред тях формира ясна граница. В микрогравитация могат да бъдат получени чрез смесване на стабилна смес, състояща се от малки капчици от двете фази. След втвърдяване на такива смеси на различни фази могат да бъдат получени хомогенни смеси, метални пени и подобни. N.

Появата на връзките между различните фази в течността поради наличието на повърхностното напрежение или капилярна сила, която възниква в резултат на взаимодействието между течността молекули. Повърхностно напрежение може да се оприличи на сила, която връща низ, когато музикантът се опитва да го дръпне настрани. Това е повърхностното напрежение води до това, което е лошо от затворен кран капки падне, и няма излива тънка струя вода. Но на Земята капките са малки: силата на тежестта е много по-голяма от повърхностното напрежение и се начупва твърде големи от тях. В безтегловност, нищо не може да се предотврати образуването на много големи капчици, а течността, наляво към себе си, ще се сферична форма.

В действителност, на космическия кораб се дължи на различни видове малки ускорения нарушено състояние на безтегловност. Ако RR. гр 3. ggr 2) -1> 1. Това условие се определя от възможността за получаване в състояние близко до нулата гравитацията, на течни сфери с радиус R. Такава течност сфера на борда на космическия кораб може да е в свободно плаваща държава, за да ги задържат, когато не е необходимо съдове. Ако тази течност стопилка след това се втвърдява, когато замърсители в света идва от стените на кръвоносните съдове. В пространство, което можете да направите, без да е кораб, а оттам и да получите повече чисти вещества.

Топло и масообмен в безтегловност. Значително преход въздействие безтегловност също така осигурява методи на топлина и маса трансфер на течности и газове. трансфер на топлина може да бъде топлинна проводимост, конвекция или излъчване, както и всяка комбинация от тези механизми. Топлопроводимост - процес на пренос на топлина от зоната с по-висока температура в зоната, където температурата е по-ниска от дифузия на молекулите на средата между тези области. Поради тази причина, термичната проводимост е пропорционална на коефициента на дифузия.

Радиационна топлопредаване характеристика главно за твърди вещества и течности и настъпва при достатъчно високи температури. Процесите на излъчващ топлинен пренос и топлопроводимост не зависят от силата на тежестта, или от малки масови сили, действащи на борда на кораба.

Положението е различно, трансфер конвективни топлина. Конвекция - за пренос на топлина в течна или газова среда чрез макроскопско движение на вещество, което среда. Вече горе прост пример конвекция - свободно (или естествен) се появява конвекция поради неравномерното разпределение на температурата в околната среда, подложена на действието на масови сили (например, тежестта или инерционни сили, предизвикани от ускорения в малък космически кораб). Това явление може лесно да се наблюдава у дома във всеки вторичен изпарител, където течни слоеве с по-висока температура и следователно по-ниска плътност, ще плува и носи със себе си топлината и на тяхно място на горещо дъното вторичния изпарител ще слезе по- студени и плътни слоеве.

Относителната ролята на пренос на топлина поради конвекция и топлопроводимостта се определя от броя на Rayleigh:

Тук г - ускорение в качеството на системата, LTG -> 0), Ra -> 0, и следователно, ролята на конвекция, което води до ефективно смесване среда, може да се пренебрегне.

Това заключение е с двойно значение. Първо, намалява приноса на конвекция в процеса на топлина и пренос на топлина е по-бавен процес топлопроводимост. На второ място, заличаване на конвекционни потоци в средата води до факта, че основната роля в преноса на маса ще играе не макроскопски, които се движат по същество и дифузионни процеси. Това, от своя страна, се отваря възможност за производство на материали, в които разпределението примес е много по-равномерно, отколкото в света.

В допълнение към конвекция, има редица други ефекти на конвекция, един от които зависи от масови сили, а другият не. Също известен принудителна конвекция, която се проявява под влиянието на всеки външен фактор (например, миксери, помпи, и така нататък. П.). При този вид космически условия конвекция се използват за осигуряване на необходимия процент на отвеждане на топлината от оперативните звена.

Като пример, конвекция, не зависи от масови сили, ние точка термокапилярната конвекция което произтича от факта, че на границата на течната фаза може да се случи и разпространяват вълни. Капилярните вълни, причинени от промени в температурата, поради което стойността на повърхностното напрежение не е постоянна по повърхността. Този тип конвекционни потоци, очевидно не зависи от стойността г и може да доведе до влошаване на хомогенността на материали, получени в пространството. Метод за компенсиране на вредните ефекти на този ефект е намаляване на действителните температурни промени по интерфейса.