Читать онлайн «Физические эффекты и явления». Страница 11

3.4.7. В л и я н и е а д с о р б ц и и н а

э л е к т р о п р о в о н о с т ь п о л у п р о

в о д н и к а.

Электропроводность поверхности полупроводника монотонно изменяется по мере хода адсорбции, но не достигает некоторого постоянного значения. Часто за процессом можно следить по изменению электропроводности. Адсорбция вызывает увеличение или уменьшение электропроводности полупроводника в зависимости от того, какой газ (акцепторный или донорный) адсорбируется и на каком полупроводнике (электронном или дырочном).

Напрмер, кристаллы двуокиси олова изменяют свою прово

димость в присутствии водорода, окиси углерода, метана,

бутана, пропана, паров бензина, ацетона, спирта. Нагре

вание кристалла изменяет величину этого эффекта. Это

колличественное различие может быть зафиксировано чувс

твительным прибором. Можно представить себе аппарат, в

котором изменение электрических свойств кристалла при

появлении в воздухе искомого вещества дает импульс сиг

нальному устройству отградуированному определенным об

разом в зависимости от назначения.

3.5. Диффузия.

Если состав газовой смеси или жидкости не однороден, то тепловое движение молекул рано или поздно приводит к выравниванию концентрации каждой компоненты во всем обьеме. Такой процесс называется диффузия. при протекании процесса диффузии всегда имеются так называемые диффузионные потоки вещества, величина и скорость которых определяется свойствами среды и градиентов, концентрации. Скорость диффузии в газах увеличивается с понижением давления и ростом температуры. Увеличение температуры вызывает ускорение диффузионных потоков в жидкостях и твердых телах. Кроме градиента концентрации, возникновению диффузионных потоков приводит наличие температурных градиентов в веществе (термодиффузия). Перепад температур в однородной по составу смеси вызывает появление разности концентрации между областями с различной температурой, при этом в газах более легкая компонента газовой смеси скапливается в области с более низкой температурой. Таким образом, явление термодиффузии можно использовать для разделения газовых смесей; этот метод весьма ценен для разделения изотопов.

3.5.1. При диффузионном перемещении двух газов, находящихся при одинаковой температуре, наблюдается явление, обратное термодиффузии: в смеси возникает разность температур - эффект Д ю ф о р а . При диффузионном смешивании газов, составлящих воздух возникающая разность температур составляет несколько градусов.

Явление диффузии молекул в струю пара лежит в основе работы диффузионных вакуумных насосах (пароструйные насосы); термодиффузия паров метилового спирта обеспечивает возможность надежной работы так называемых диффузионных камер приборов для наблюдения ионизирующих частиц.

Диффузия в твердых сплавах со временем приводит к однородности сплава. Для ускорения диффузии применяется длительный нагрев сплава (отжиг); уничтожение внутренних напряжений при отжиге металла также есть следствие процессов диффузии и их ускорения при повышении температуры.

Создание больших концентраций газа на границе с металлом при создании условий, обеспечивающих некоторое "разрыхление" поверхностного слоя металла, приводит к диффузии газа внутрь металла; диффузия азота в металлы лежит в основе процесса азотирования. Диффузионное насыщение поверхностных слоев металла различными элементами позволяет получать самые различные свойства поверхностей, необходимые в практике. Фактически процессы цементации, алитирования, фосфатирования есть процессы диффузии углерода, аллюминия, фосфора внутрь структуры металла. Скорость диффузии при этом легко регулируется с помощью различных режимов термообработки.

А.с Н 461774: Способ производства изделий из низкоуле

родистых сталей путем отжига заготовки и холодного вы

давливания отличающийся тем, что с целью улучшения ус

ловий выдавливания, перед отжигом заготовку подвергают

термодиффузионной обработке, преимущественно цемента

ции.

3.6. О с м о с.

Осмосом обычно называют диффузию какого-либо вещества через полупроницаемую перегородку. Основное требование к полупроницаемым перегородкам - обеспечение невозможности противодиффузий. Так, если два раствора разной концентрации разделить перегородкой, задерживающей молекулы растворенного вещества, но пропускающего молекулы растворителя, то растворитель будет переходить в концентрированный раствор, рабавляя его и создавая там избыток давления, называемый обычно осмотическим давлением. Питание ратений водой, явление диализа, явление гиперфильтрации, наконец, обычное набухание - все это типично осмотические эффекты.Величина осмотического давления клеток многих растений состовляет 5-10 ат, а осмотическое давление крови человека доходит почти до 8 атм.

Энергию осмотического давления предложили использовать авторы английского п а т е н т а Н 1343891 : "Способ генерации механической энергии и устройство реализующее этот способ. Конструкция по патенту Н1343891 представляет собой открытую сверху трубу, погруженную в замкнутую полость, куда налита вода. Трубка сделана из прочного металла, в ней насверлено множество мелких отверстий, закрытых полунепроницаемой оболочкой, например, из ацетатцеллюлозы. Труба заполнена концентрированным рассолом и в нее начинает просачиваться вода, т.е. происходит осмос. Создается повышеное давление, поднимающее плунжер, связанный с массивным подпруженным поршнем. Поршень сжимает в цилиндре воздух. Можно создать давление до трех тысяч атмосфер. Сжатый воздух можно использовать для вращения воздушной турбины. Изобретатели утверждают, что их "осмотический двигатель", состоящий из нескольких плунжеров и поршней, будет генерировать мощность достаточную для движения автомобиля.

Теория осмотических явлений описывается в курсах термодинамики и статистической физики. Огромна роль осмотических явлений в работе кровеносных систем человека и животных.

3.6.1. Осмос можно усилить (или ослабить) применяя электрические поля. Направленное движение раствора относительно поверхности твердого тела под действием электрического поля носит название электросмоса, являющегося одной из разновидностей электрокинетических явлений (см.12.1).

Липкая масса из смеси влажных грунтов с песком и остат

ками угля на дне вагонеток почти не поддается очистке

даже специальными машинами. Специалисты Новомосковского

института предложили использовать для очистки электро

осмос под воздействием на вагонетку с породой внешнего

электрического поля между ее стенками и грузом (при

движении воды относительно твердой горной массы) созда

ется тончайшая водяная пленка. Такой "прокладке" доста

точно, чтобы налипшая порода легко отделилась от корпу

са вагонетки.

А.с. н 240825: Способ сушки изоляции кабелейц в шахтах

электросетях с изолированной нейтралью, отличающейся

тем, что с целью упрощения процесса токоведущие жилы

кабелей подсоединяют к положительному полюсу источника

постоянного тока, отрицательный полюс которого соединя

ют с землей для осуществления сушки за счет использова

ния явления электросмоса.

3.6.2. Явление обратного осмоса применено (США) для получения питьевой воды из сильно загрязненной или соленой (гипельфильтрации). Непосредственно явление обратного осмоса происходит на границе вода - синтетическое волокно: внутрь волокна проходит только вода, оставляя за бортом соли и грязь. Сама установка состоит из многих миллионов волокон, собранных в жгут и помещенных в стальной цилиндр в который подается "грязная" вода под давлением. Предусмотрен отдельный отбор чистой воды и насыщенного раствора.

Над проектом электростанции, использующей силы осмотического давления, работают сейчас ученые.Принцип действия такой электростанции прост. Трубу с полупроницаемой мембраной опускют в море. На глубине около 230 метров столб воды создает такой перепад давления на мембране, что она начинает работать как опреснитель. Соленая вода тяжелее пресной примерно на два с половиной процента. Чтобы пресная вода поднялась до уровня моря и стала переливаться через край трубы, трубу необходимо опустить на глубину 8750. Переливающаяся вода может вращать турбину.

3.7. Т е п л о м а с с о о б м е н.

Известны три основных механизма теплообмена - конвекция, излучение и теплопроводность, в которой участвуют движущиеся или неподвижные молекулы вещества совершающие тепловые колебания. Передача тепла может сопровождаться перемещением массы или

Очень широко используется при сушке,которая применяется в различных областях техники и технологии. наиболее эффективно процесс сушки идет в колонных аппаратах со встречными потоками: сверху свободно падает вещество, подвергаемое сушке ,а снизу встречным потоком поступает нагретый газ.