О СВЯЗИ МЕЖФАЗНОЙ ЭНЕРГИИ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ТВЕРДОЕ ТЕЛО- РАСПЛАВ С ПОВЕРХНОСТНОЙ ЭНЕРГИЕЙ ОТДЕЛЬНЫХ ФАЗ

Авторы
Файлы

Дохов М.П. Статья в формате PDF 123 KB

Отсутствие прямых экспериментальных методов измерения межфазной энергии на границе раздела твердое тело расплав σ_тр. вызывает необходимость проведения косвенных измерений. В частности, в эксперименте относительно легко измеряются поверхностная энергия расплава σ_рп. и угол смачивания расплавом поверхности твердого тела θ. Затем, используя уравнение Юнга рассчитывают поверхностную энергию твердого тела σ_тп. и межфазную энергию на границе раздела твердое тело-расплав. К сожалению, попытки вывести соотношение, связывающее величину межфазной энергии на границе раздела твердое тело-расплав с поверхностной энергией гомогенных фаз, до настоящего времени не увенчались успехом. Не установлена также прямой связи между краевым углом и межфазной энергией на границе раздела твердая фаза-расплав. Поэтому в литературе используются различные приближения. В частности, широко используется приближение Рэлея, связывающее межфазную энергию σ_тр. с поверхностной энергией твердой σ_тп. и жидкой σ_рп. фаз [1-4] и др.

.( 1)

В настоящей работе, используя приближение Рэлея, развита термодинамическая теория, позволяющая произвести расчеты межфазных хаpaктеристик в конденсированных системах.

Суть приближения Рэлея состоит в предположении о том, что изменение свободной энергии адгезии ΔF^а_ij есть геометрическое среднее между изменениями свободной энергии гомогенных фаз

(2)

где i и j - относятся к отдельным фазам в частности, в случае контакта твердого тела и расплава, i означает твердое тело, а j - расплав (жидкость).

Над теоретическим обоснованием предположения Рэлея в последнее время работали многие авторы. В частности, в работах [1-4] и др. подробно рассмотрены возможные варианты его применения к расчету удельной свободной поверхностной энергии различных типов твердых тел.

Анализ расчетных формул, выведенных в литературе с применением приближения Рэлея показывает, что численные результаты σ_тп и σ_тр, полученные с их помощью, не согласуются с экспериментальными данными.

Недостатком работ, в которых используется приближение Рэлея, по нашему мнению, является игнорирование изменения всех поверхностей при образовании границ раздела фаз.

В настоящей работе для устранения противоречий результатов теории с экспериментом, при выводе формул для s_тп и s_тр, нами учтены последние замечания.

Как известно, при образовании новых поверхностей, изменение свободной энергии (численно равное работе образования новых поверхностей раздела фаз), равно

, (3)

где ΔF_i, ΔF_j - изменения свободных энергий при образовании гомогенных фаз, ΔF_ij- гетерогенной фазы, ΔF_ij^α -изменение свободной энергии адгезии i-ой и j-ой фаз. В связи с тем что теория образования гомогенных и гетерогенных фаз в настоящее время хорошо разработана и является общеизвестной, поэтому запишем без вывода, получающиеся формулы для работ образования критических зародышей соответствующих фаз

, , . (4)

Из формулы (2), получим

. (5)

В формулах (4) и (5) Δμ - изменение химического потенциала одной частицы, отнесенный к единице объема соответствующей фазы.

Подставляя (4) и (5) в (3), после некоторых преобразований, получим формулу для расчета σ_тп.

(6)

Подстановка формулы (6) в уравнение Юнга для косинуса краевого угла, дает формулу для расчета межфазной энергии между твердой и жидкой фазами σ_тр.

σ_тр = σ_рп (1 + cosθ + cos²θ). (7)

Отметим, что формулы (6) и (7) позволят определить межфазные энергии σ_тп и σ_триз данных экспериментально измеримых величин σ_рп и θ - поверхностной энергии расплава и угла смачивания в системах, в которых отсутствуют химические реакции между твердым телом и расплавом (жидкостью).

Используя формулы (6) и (7) - составлена таблица относительных значений межфазных энергий в зависимости от краевого угла θ, что позволит исследователям быстро и с достаточной для пpaктики точностью, произвести расчеты σ_тп и σ_тр для различных типов твердых тел, находящихся в контакте с различными расплавами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

Good R.J, Girifalco L.A A theory for estimation of surface and interfacial ener gies. Estimation of surface energies of solids from contact angle data // j. phys. chem. 1960. V.64.P.561-565.
Zisman W.A. Relation of the equilibrium contact angle to liquid and solid constitution// Adυan. Chem.Ser.1964.№43.p.1-51.
Rhee S.K. A method for determining surface energies of solids: temperature-variant contact angle method// Mater. Sci-and Eng. 1977.V.16,№1.Р 45-51.
Good J. Surface free Energy of solids and liquids: Thermodiynamic, molecular and structure// J. of colloid and interface Sci. 1977. V.59, №3. Р 398-419.

БИОДЕГРАДАЦИЯ НЕФТЯНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ В ПОЧВЕННЫХ ОБРАЗЦАХ С ВНЕСЕНИЕМ КОНЦЕНТРАТА СТОЧНЫХ ВОД И БИОПРЕПАРАТА «МИКРОЗИМ»

Статья в формате PDF 295 KB...

18 04 2024 8:25:35

АССОЦИАЦИЯ ПОЛИМОРФНОГО ДНК – ЛОКУСА 256A/G ГЕНА ПЕРЕНОСЧИКА ДОФАМИНА SLC6A3 И УРОВНЕЙ ДОФАМИНА С ПОВЫШЕННОЙ ТРЕВОЖНОСТЬЮ

В работе впервые приведены сведения об ассоциации полиморфного ДНК – локуса 256A/G гена переносчика дофамина SLC6A3 и уровней дофамина с повышенной тревожностью крыс с генотипом А2/А2 по локусу TAG 1A DRD2. ...

17 04 2024 7:10:11

ФОРМИРОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ МЫСЛИТЕЛЬНЫХ СПОСОБНОСТЕЙ УЧАЩИХСЯ-БИЛИНГВОВ

В статье раскрываются внешние и внутренние условия психического развития обучаемых. Автором проанализирован механизм становления и развития перцептивных элементов в процессе обучения двуязычных учащихся на первом и втором языках. В работе приведены педагогические условия развития мыслительных способностей учащихся-монолингвов, а также выявлены условия эффективного развития мыслительных способностей двуязычных учащихся. ...

16 04 2024 4:47:44

Занятия физической культурой как необходимый элемент в подготовке студента инженерной специальности (инженер-химик)

Статья в формате PDF 299 KB...

15 04 2024 13:46:41

РИТМИЧНОСТЬ СЕЗОННОГО СТОКА РЕК ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ХОЗЯЙСТВЕННУЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Статья в формате PDF 185 KB...

14 04 2024 4:45:14

ЗАДАЧА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНТЕГРИРОВАННОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОНКОЛОГИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ И ОБУЧЕНИЯ

Статья в формате PDF 112 KB...

13 04 2024 16:45:45

СОЛОГУБ ТАМАРА ВАСИЛЬЕВНА

Статья в формате PDF 258 KB...

12 04 2024 22:31:21

ПЕРЕРАБОТКА ПЛАСТИКОВЫХ ОТХОДОВ

Статья в формате PDF 267 KB...

11 04 2024 18:55:54

КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА ПРИ ОБЪЕМНОМ НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ ДЛЯ НЕЛИНЕЙНО-УПРУГИХ МАТЕРИАЛОВ

Статья в формате PDF 276 KB...

10 04 2024 5:28:55

ФИЗИЧЕСКОЕ ВОСПИТАНИЕ СТУДЕНТОВ НА ОСНОВЕ ЗАНЯТИЙ ИЗБРАННЫМ ВИДОМ СПОРТА

Статья в формате PDF 113 KB...

09 04 2024 20:33:54

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОЙ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

К настоящему времени геофизика накопила о магнетизме Земли огромную информацию, большая часть которой получена в новейший период исследований космического прострaнcтва путём непосредственных инструментальных исследований с помощью космических летательных аппаратов, но построить на традиционных теоретических основаниях общепризнанную теорию о происхождении магнетизма Земли пока не удавалось никому [1]. Учитывая продуктивность магнитодинамического взгляда ряда фундаментальных проблем физики и многочисленных технических задач [2], можно надеяться на аналогичную продуктивность при рассмотрении некоторых из многочисленных аспектов фундаментальной проблемы стационарного геомагнетизма, среди которых первичной представляется его происхождение. ...