Az anyag viselkedését a súlytalanság állapotában - űrtechnológia és a termelési

Az anyag viselkedését a súlytalanság állapotában

Összesített és fázisállapotai az anyag. Figyelembe véve az anyag viselkedését a térben gyakran használt kifejezések, mint aggregációs és fázis állami és fázis komponensek. Definiáljuk ezeket a fogalmakat.

Összesített halmazállapot megkülönböztetni a természet a termikus mozgás a molekulák vagy atomok. Általában beszélnek a három állam az összesítés - gáz, folyékony és szilárd. A gáz molekulák szinte soha nem jár vonzó- és szabadon mozoghatnak, kitöltésével a teljes edényt. A szerkezet a kristályos szilárd jellemzi a magas rendezettség - atomok vannak elrendezve kristályrácsban közelében, vagyis azok csak a termikus ingadozások. Ennek eredményeként, kristályos szilárd anyagok szigorúan korlátozott formában, és amikor megpróbál valahogy módosítani, még jelentős rugalmas erők ellensúlyozására ilyen változást.

Együtt kristályok ismert, és egy másik típusú szilárd - amorf testet. A fő jellemzője a belső szerkezete amorf szilárd anyagok - teljes hiánya sorrendben: Csak az elrendezésben a szomszédos atomok, az eljárás, amely helyébe a véletlenszerű elrendezése egymáshoz viszonyítva nagyobb távolságokon. A legfontosabb példa az amorf állapot - ez az üveg.

Ugyanez tulajdonság - a rövid hatótávolságú érdekében a elrendezése a szomszédos atomok - van egy anyag folyékony állapotban. Emiatt a változás a folyadék térfogata nem okoz, hogy szignifikáns rugalmas erők, és normális körülmények között a folyadék alakját veszi fel az edényt, amelyben el van helyezve.

Ha az anyag több összetevőből áll (kémiai elemek vagy vegyületek), majd annak tulajdonságait a relatív koncentrációja ezeket a komponenseket, és a hőmérséklet, nyomás és egyéb paraméterek. A végtermék jellemzőit, kombinálásával kialakított ilyen komponensek, használja a koncepció a fázis. Ha a szóban forgó anyagot áll kölcsönösen határos homogén részein, a fizikai vagy kémiai tulajdonságait, amelyek a különböző, ezek a részek nevezett fázis. Például, majd jég és víz egy kétfázisú rendszer, és a víz, ahol az oldott levegőt, - egyetlen fázist, mert ebben az esetben nincs interfész a komponensek között.

Fázisállapottal - alapuló koncepciót a szerkezeti ábrázolása a „fázis”. A fázis halmazállapot határozza csak a természet a kölcsönös elrendezése az atomok vagy molekulák, és nem a relatív mozgás. A jelenléte hosszú távú tartós rendezettségű (teljes érdekében) megfelel a kristályos fázis állapotban, a rövid távú rendezettséget - az amorf fázisban állapotban, a teljes hiánya érdekében - a gázfázis állapotban.

Phase állam nem feltétlenül esik egybe az összesített. Például, az amorf fázisban állapot megfelel egy normál folyékony halmazállapotát és egy szilárd üveges állapotú. Szilárd állapot megfelel a két fázis - kristályos és amorf (üveges).

Átmenet egy anyag egyik fázisból állapotból a másikba az úgynevezett fázisátmenet vagy átalakítása. Ha két vagy több különböző fázisaiban az anyag egy adott hőmérsékleten és nyomáson léteznek egyidejűleg érintkezik egymással, akkor beszélünk egy fázis egyensúlyi. Ábra. 2. ábra egy példa a fázisegyensúly diagramja egy egykomponensű rendszer, amely a nyomás (p) - a hőmérséklet (T). Ott izobár (azaz a közvetlen állandó nyomás ..) Aa megfelel közvetlen átmenetek szilárd - folyékony (olvadás és megszilárdulás), valamint a folyadék - gáz (párolgás és kondenzáció), a izobár a együtt - átmenet szilárd - gáz (szublimációs), és izobár in-a - mind a három fázis egyidejűleg az úgynevezett hármas pontban, bizonyos értékek p és T.

Hatás mikrogravitás a folyadékot. Hogyan működik a gravitáció az anyag viselkedését különböző állapotaiban összesítés? A szilárd anyagok, atomok és molekulák vannak elrendezve szigorú sorrendben, és a gravitációs erő nem lehet jelentős hatással a folyamatok zajlanak ebben az állapotban.

A folyamatok gázok erő befolyásolhatja nagyobb mértékben. Ismeretes, például, hogy körülményei között egyenetlen fűtés a különböző rétegek a gáz a légkörben történik a gravitációs erő szabad konvekció, azaz. E. Egy rendezett gázcsere a rétegek között. A súlytalanság körülményei ez a hatás nem következik be.

De egy különösen erős hatással gravitációs erő fejt ki a folyadék. Az átmenet a folyadék súlytalanság eltűnik Arkhimédész ható erő komponensei eltérő sűrűségű és ami az elválasztás, a változó jellege a konvekciós áramok viszonylagos szerepét intermolekuláris kölcsönhatások a folyadékot, és lehetővé válik, hogy tartsa a szabad kívülről az edény (lebegtető jelenség). Tekintsük Ezen okok miatt több folyamat a folyadékban.

Csakúgy, mint a gázmolekulák a folyadékot nem rögzített, hanem a hő hatására energia mozog egyik helyről a másikra. Ha bármilyen helyen a folyadék részecskéi egy faj túlsúlyban, majd miatt gyakoribb ütközések közöttük fokozatosan bejut a zóna, ahol a koncentráció alacsonyabb. Ezt a folyamatot nevezik diffúzió. Mivel diffúziós idő t feletti részecske által kiszorított távolságban x = (2dt) 1/2. ahol D - diffúziós együttható. Ha figyelembe vesszük a részecske egy r sugarú gömb. majd a D = Wr) -1. Itt W lassítja diffúziós folyamatok.

Ha a koncentráció változását egy effajta részecskék egy x távolságot a folyadék egyenlő p. majd egy egységnyi területe 1 a részecskék számát kell mennie I = - Dc / x.

Egyes esetekben a folyadék tartalmazhat különböző sűrűségű komponens. A Földön, az intézkedés alapján erők fokozatosan történik Arkhimédész következtében a komponensek szétválasztása (pl, tejszín és sovány tej képződnek). Ebben az elválasztási súlytalanság Nem számít egyedi tulajdonságokat lehet megszilárdulása után folyadékot. A folyadék tartalmazhat továbbá fázisok, amelyek nem elegyedő egymással, például kerozin, és a víz. A Földön, köztük alakított egyértelmű határ. Mikrogravitációs lehet keverésével nyert stabil keverék, amely a kis cseppek a mindkét fázisban. Megszilárdulása után ilyen keverékek különböző szakaszokban lehet kapott homogén kompozit, fém habok és hasonlók. N.

A megjelenése közötti interfészek különböző fázisok a folyadékban jelenléte miatt a felületi feszültség vagy kapilláris erő, amely miatt előfordul, hogy a kölcsönhatás a folyadék molekulák. Felületi feszültség lehet hasonlítható egy erő, amely visszaállítja a húr, amikor a zenész megpróbálja húzza, hogy az oldalsó. Ez a felületi feszültséget eredményez, ami rossz a zárt daru esik esik, és nem öntött vékony sugárban vizet. De a Földön a cseppek kicsik: a gravitációs erő sokkal nagyobb, mint a felületi feszültség és a szünetek darabokra túl nagy nekik. A súlytalanság, semmi sem akadályozza a kialakulását nagyon nagy cseppek, és a folyékony test, magára hagyott, venne egy gömb alakú.

Tény, hogy az űrhajó miatt különböző típusú kis gyorsulások zavarja a súlytalanság állapotában. Ha rr. gr 3. GGR 2) -1> 1. Ez a feltétel határozza meg a megszerzésének lehetőségét állapotban közel nulla gravitációs, folyékony gömböket r sugarú. Az ilyen folyékony gömb fedélzetén az űrjármű lehet egy szabadon lebegő állapotban, hogy megtartja őket, ha nem szükséges a hajók. Ha ez olvadék majd megszilárdul szennyeződések a világon származik érfalat. Az űrben, meg tudod csinálni anélkül, hogy a hajó, és ezért minél több tiszta anyagokat.

Hő- és anyagátadás súlytalanság. Jelentős hatással átmenet súlytalanság eljárásokat is nyújt a hő-és anyagátadási folyadékok és gázok. Hőátadás lehet hővezetés, konvekció vagy sugárzás, valamint ezek bármely kombinációja mechanizmusokat. Hővezető képesség - ez a folyamat hőátadás a zóna magasabb hőmérséklet abban a tartományban, ahol a hőmérséklet alacsonyabb molekulák diffúzióját a közeg közötti ezeken a területeken. Emiatt a hővezetési arányos a diffúziós együttható.

A sugárzásos hőátadás jellemző elsősorban a szilárd anyagok és a folyadékok és fordul elő megfelelően magas hőmérsékleteken. Folyamatai sugárzásos hőátadás és a hővezetési nem függ a gravitációs erő, vagy a kis tömeg ható fedélzetén űrhajó.

Más a helyzet a konvektív hőátadás. Konvekció - egy hőátadó egy folyékony vagy gáznemű közeg által makroszkopikus mozgása olyan anyag, amely környezetben. A fentiekben már idézett egyszerű példa konvekciós - szabad (vagy természetes) konvekciós előfordul miatt egyenetlen hőmérséklet-eloszlás a környezetben, figyelemmel az intézkedés a tömegerők (például gravitációs vagy tehetetlenségi erők által okozott gyorsulások kis űrhajó). Ez a jelenség egy könnyen megfigyelni otthon bármely újraforraló, ahol a folyadék rétegek magasabb a hőmérséklete, és ezért sűrűsége kisebb, akkor lebegnek fel, és hordozza magában azt a hőt, és a helyükön a forró alján újraforralóban süllyedni több hideg és sűrű réteg.

A viszonylagos szerepét hőátadás miatt a szabad konvekció és hővezető határozza meg a Rayleigh száma:

Itt, g - gyorsulás ható a rendszer, LTG -> 0), Ra -> 0, és így, a szerepe a konvekciós, ami a hatékony keverési közegként, el lehet hanyagolni.

Ez a következtetés kettős jelentése van. Először is, a csökkentett hozzájárulása konvekció hőátadás folyamatában, és a hőátadás lassabb hővezetés folyamat. Másodszor, törlését konvekciós áramok a közegben vezet az a tény, hogy a fő szerepet anyagátadási fog játszani makroszkopikus mozgó anyag és diffúziós folyamatok. Ez viszont megnyitja a lehetőséget az anyagokat előállító, ahol szennyező eloszlása ​​sokkal egyenletesebb, mint a világ.

Amellett, hogy a szabad konvekció, számos más hatások konvekciós, amelyek közül az egyik függ a tömeges erőket, és a másik pedig nem. Szintén ismert, kényszerített konvekciós fordul elő, hogy hatása alatt a bármilyen külső faktor (például, keverők, szivattyúk, és így tovább. P.). Az ilyen típusú hely feltételek konvekciós használják fel, hogy a szükséges mértékű hő eltávolítását a működési egységek.

Példaként, konvekciós, nem függ tömegerőket, akkor pont termokapilláris konvekcióval, amely abból a tényből ered, hogy a határán a folyékony fázis keletkezhet, és szaporodni hullámok. Kapilláris hullámok által okozott változásokat a hőmérséklet, ami miatt az érték a felületi feszültség nem állandó a felület mentén. Ez a típusú konvekciós áramok, nyilvánvalóan nem függ az értéket g és vezethet romlását homogenitásának nyert anyagok a térben. Eljárás kompenzáció káros hatásainak ez a hatás az, hogy csökkentse a tényleges hőmérséklet-változás határfelülete mentén.