Читать онлайн «Физические эффекты и явления». Страница 9

3.2.1. Как отмечалось выше,перекристаллизация металла является фазовым переходом второго рода. В момент перекристаллизации возникает э ф ф е к т с в е р х п л а с т и чн о с т и металла.

В этот момент металл, ранее имевший прочную и сверхпрочную структуру,становится пластичным как глина.Но длится это явление считанные мгновения и протекает в очень узком,причем непостоянном интервале температур.Непосредственно подстеречь момент,когда начинается фазовое превращение, невозможно,но известно,что при перестройки кристаллической решотки металл начинает переходить из паромагнитного состояния в феромагнитное,что сопровождается резким изменением его магнитной проницаемости. Этим воспользовались авторы изобретения.

По А.С..207678 пусковое устройство пресса связано с

прибором улавливающим момент фазового перехода: заго

товку,нагретую до температуры чуть выше интервала фазо

вого превращения,кладут в матрицу пресса.Остывая металл

заготовки в момент перекристаллизации резко изменяет

свою магнитную проницаемость,что отмечается изменением

тока в измерительной обмотке прибора,который включает

пресс.

Чтобы продлить время сверхпластичности,датчик фазового превращения связывают нетолько с пусковым устройством прсса,но и с нагревательными элементами.Пилообразно гоняя заготовку вверх и вниз по всему интервалу температурфазового превращения,можно поддерживать состояние сверхпластичности сколь угодно долго. Ничто не мешает использовать датчики,которые реагировали бы на изменение других физических свойств обрабатываемого материала, например,электросопротивления,теплоемкости и т.д. Значит, принцип действия можно распространить и на немагнитные материалы. У сталей существует еще один фазовый переход,идущий при очень низких температурах (ниже минус 60 градусов С ), когда аустенит в стали переходит в мартенсит. И в этот момент наблюдается эффект сверхпластичности. Значит можно в принципе, отказаться от горячей штамповки, совместив процесс штамповки в сверхпластичном состоянии с закалкой стали в жидком азоте.

3.2.2. Интересно,что мартенсит имеет меньшую плотность, чем аустенит. Если к изогнутой деформацией части детали приложить хотя бы кусок "сухого льда",температура которого минус 67 градусов С,то обрабатываемый участок расширится, распрямив тем самым деталь. А поскольку фазовый переход необратим, то самопроизвольного востановления кривизны в дальнейшем не произойдет.Превращение десяти процентов аустинита в мартенсит вызывает увеличение 100 миллиметрового диаметра изделия на 130 микрометров,а переход 40% аустенита в мартесит -400 микрометров. К плюсам нового метранадо добавитьеще один: выдержка при низкой температуре в течение 5 минут и 5 часов дает практически одинаковые результаты.Ну, и конечно, обработку изогнутых деталей холодом, как и радиацией,можно вести в собранной,готовой машине (сравни с 2.3).

На этот способ выдано авторское свидетельство .414027.

Изменяется плотность при фазовых переходах и у других веществ (например у воды и олова),что позволяет использовать их для получения высоких давлений.

Прифазовых переходах второго рода также наблюдаются интересные изменения макроскопических свойств объектов(см.8.8)

У хрома есть любопытная температурная точка 37 градусов С, в котором он претерпевает фазовый переход,при этом у него скачком изменяется модуль упругости. На этом свойстве основан ряд изобретений.

А.С.266471: Двигатель,содержащий деформируемые при из

менении температуры рабочего тела упругие элементы, ки

нематически связанные с механизмом отбора мощности, от

личающийся тем,что с целью получения полезной работы

при малых перепадах температур рабочего тела,упругие

элементы выполнены предварительно напряженными и изго

товлены из материала со скачкообразно изменяющимся при

определенной температуре модулем упругости,например,

изчистого хрома.

В А.С. .263209 чувствительным элементом термометра яв

ляется пружина из чистого хрома.

3.3. Поверхностное натяжение жидкостей.Капилярность.

Любая жидкость ограничена поверхностями раздела отделяющими ее от какой-либо другой среды-вакуума,газа,твердого тела,другой жидкости.Энергия поверхностных молекул жидкости отлична от энергии молекул внутри жидкости именно всилу того, что те и другие имеют различных соседей - у внутренних молекул все соседи одинаковы, у поверхностных - такие же молекулы расположены только с одной стороны. Поверхностные молекулы при заданной температуре имеют определенную энергию;перевод этих молекул внутрь жидкости приведет к тому,что их энергия изменится (без изменения общей энергии жидкости).

3.3.1. Разность этих энергий носит название п о в е р х н о с т н о й э н е р г и и.

Поверхностная энергия пропорциональна числу поверхностных молекул (т.е.площади поверхности раздела) и зависит от параметров соприкасающихся сред; эта зависимость обычно характеризуется коэффициентом поверхностного натяжения.

Наличие поверхностной энергии вызывает появление сил поверхностного нажатия,стремящихся сократить поверхность раздела. Такое стремление есть следствие общего физического закона,согласно которому любая система стремится свести свою потенциальную энергию к минимуму.Жидкость,находящаяся в невисомости,будет принимать форму шара,поскольку поверхность шара минимальна среди всех поверхностей, ограничивающих заданый объем.

Конечно,поверхностные силы существуют и в твердых телах, но относительная малость этих сил не позволяет им изменить форму тела,хотя при определенных условиях поверхностные силы могут привести к сглаживанию ребер кристаллов.

3.3.2. При контакте жидкости с твердой поверхностью говорят о с м а ч и в а н и и. В зависимости от числа фаз участвующих в смачивании,различают имерсионное смачивание(смачивание при полном погружении твердого тела в жидкость),в котором участвуют только две фазы,и контактное смачивание ,в котором наряду с жидкостью с твердым телом контактирует третья фаза - газ или другая жидкость. Характер смачивания определяется прежде всего физико-химическими воздействиями на поверхности раздела фаз,которые участвуют в смачивании.

При контактном смачивании свободная поверхность жидкости около твердой поверхности (или около другой жидкости) искривлена и называется мениском Линия,по которой мениск пересекается с твердым телом (или жидкостью),называется периметром смачивания.Явление контактного смачивания характеризуется краевым углом между смоченой поверхностью твердого тела(жидкости) и мениском в точках их пересечения (периметром смачивания) В зависимости от свойств соприкасающихся поверхностей происходит смачивание (вогнутый мениск) или несмачивание (выпуклый мениск) поверхности жидкостью.

Автоматический дозатор из одной детали.Такой деталью

служит перфорированная фторопластовая пленка. В этой

пленке всегда задерживается одинаковый по высоте стол

бик жидкости. Фторопласт практически не смачивается

поэтому скорость истечения через отверстие зависит

только от давления. Кроме отбора проб жидкости из пото

ка , такой дозатор может служить для измерения коэффи

циента поверхностного натяжения (ИР-6.5,С.33)

3.3.3. При растекании жидкости по ее собственному монослою адсорбированному на высокоэнергетической поверхности наблюдается э ф ф е к т а в т о ф о б н о с т и.

Эффект заключается в том,что при контакте жидкости, имеющей низкое поверхностное натяжение , с высокоэнергетическими материалами, происходит вначале полное смачивание, а затем,через некоторый промежуток времени , условия полного смачивания перестают выполняться. В результате изменится направление движения периметра смачивания - жидкая пленка начинает собираться в каплю (или несколько капель) с конечным краевым углом.На ранее смоченных участках твердого тела остается прочно фиксированный монослой молекул жидкости. Эффект используется для нанесения монослойных покрытий на твердые материалы.

3.3.4. К а п и л я р н о е д а в л е н и е - появляется из-за искривления поверхности жидкости в капиляре.Для выпуклой поверхности давление положительно, для вогнутой - отрицательно. Эффект определяет движение жидкостей в порах,влияет на кипение и конденсацию.

К а п и л я р н о е и с п а р е н и е - увеличение испарения жидкости вследствие понижения давления насыщенного пара над выпуклой поверхностью жидкости в капиляре; используется для облегчения кипения путем изготовления шероховатых поверхностей.

К а п и л я р н а я к о н д е н с а ц и я - увеличение конденсации жидкости вследствие понижения давления насыщенного пара над вогнутой поверхностью жидкости в капиляре. Пар может конденсироваться притемпературе выше точки кипения.

Используется для осушки газов, в хроматографии.