ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплофизические характеристики из "Тепловые основы вулканизации резиновых изделий" Накопление, передача и распределение тепла в системе определяются не только внешними условиями, но и в равной степени ее теплофизическими характеристиками. [c.66] К внешним условиям относятся теплообмен на границах системы, начальное распределение и величины температур, а хакже внешних источников тепла (граничные и начальные условия, см. раздел 1.1, гл. 1). Они связаны с формой и размерами системы (геометрическими условиями). [c.66] К теплофизкческим характеристикам относятся теплоемкость, тепло- и температуропроводность материалов системы и их зависимость от температуры, а также способность выделять или поглощать дополнительное количество тепла под воздействием температурного поля (тепловые эффекты процесса, оцениваемые интенсивностью внутренних источников тепла). [c.66] Молекулярные механизмы накопления и переноса тепла прежде всего зависят от агрегатного состояния вещества (газ, жидкость, твердое тело), его структуры, класса (низкомолекулярное, высокомолекулярное соединение, аморфное, кристаллическое) и природы (диэлектрик, проводник). В веществах различных классов и при разных состояниях преобладают те или иные виды энергии, а последними определяются возможные виды движения молекул, т. е. число внутренних степеней свободы, от которого зависит теплоемкость. Так, для одноатомных газов характерна только поступательная кинетическая энергия а для двух- и многоатомных газов помимо поступательной — вращательная (вследствие вращения молекулы как твердого тела вокруг различных ее осей) и колебательная (вследствие колебания атомов в молекуле друг относительно друга). [c.67] В общем, если рассматривать движение в трехмерном пространстве, имеются три степени свободы поступательного движения молекул, три степени свободы вращательного движения и п степеней свободы колебательного движения. [c.67] Определение частот колебаний, соответствующих допускаемым уровням энергии, для вычисления средних энергий колебаний провели Борн, Карман, Блекман. [c.67] В теории Дебая учитывается зависимость положений равновесия атомов от соседних атомов (рассматривается коллективное колебание атомов). Для упрощения проблемы Дебай пренебрегает дискретной атомной структурой, рассматривая твердое тело как непрерывную упругую среду, т. е. колебания представляются обычными продольными и поперечными волнами, возникающими при распространении звука. Эти волны называются фононами. [c.67] Пренебрежение дискретной структурой твердого тела допустимо при низких температурах, при колебаниях с низкой энергией, или низкой частотой, а следовательно, с большой длиной волны. Кроме того, высокие частоты (малые длины волн) дают сравнительно ничтожный вклад в энергию, поэтому соотношение Дебая достаточно удовлетворительно для всех длин волн. [c.67] При высоких температурах величина энергии стремится к классической ЗЯТ. [c.68] В теории Дебая рассматривается трехмерный континуум. В. В. Тарасов , используя обобщение функции Дебая (2.4), в 1945г. развил теорию теплоемкости линейных полимеров, или теорию линейного континуума. [c.68] В последующих работах В. В. Тарасова сделана попытка учета взаимодействия цепей и слоев результаты применения теории к слоистым структурам а также к полимерам дают хорошее совпадение с экспериментом. Полученные в работе соотношения в определенных областях температур приводят к закону для цепей, Р для слоев. [c.68] Последние оказываются выше, чем Су, поскольку в энергию входит работа, произведенная за счет расширения тела. [c.68] И выше в полимере, находящемся в высокоэластическом состоянии. Аналогичные скачки наблюдаются и для других типов каучуков В отличие от кристаллизации, при которой наблюдается переход из состояния ближнего порядка, характерного для жидкости, в состояние дальнего порядка (кристаллизация — фазовый переход первого рода), при стекловании сохраняется ближний порядок (стеклование не является фазовым переходом), а твердое состояние застеклованного материала объясняется замедленной реакцией материала на действие внешнего поля. [c.69] Различают структурное, или истинное, и механическое стеклование Температура механического стеклования зависит от временного режима механического нагружения при больших скоростях и высоких частотах нагружения эта температура выше, чем при низких скоростях и частотах. Повышением скорости (частоты) нагружения материал может быть переведен в стеклообразное состояние при комнатных и повышенных температурах. Температура структурного стеклования ниже температуры механического стеклования и может рассматриваться как некоторое предельное значение температуры механического стеклования, соответствующее бесконечно медленному нагружению. [c.70] Температура структурного стеклования зависит от температурно-временного режима (скорости нагревания или охлаждения). [c.70] В обоих случаях проявляется релаксационный характер стеклования (зависимость температуры перехода от времени релаксации или времени перегруппировки структурных элементов при их тепловом движении, т. е. перестройки ближнего порядка). При нагревании поглощаемое тепло затрачивается на осуществление этих перегруппировок. [c.70] Если время релаксации меньше времени, в течение которого к телу подводится тепло, перегруппировки успевают происходить, тепло поглощается и теплоемкость постепенно изменяется с температурой (рис. 2.2). Это соответствует области средних температур. С повышением температуры время релаксации уменьшается, перестройка ускоряется. В области относительно высоких температур (малых времен релаксации) перестройки происходят практически мгновенно, при этом достигается равновесное состояние, для которого характерны пониженные значения теплоемкости. Если же тепло подводится слишком быстро, перегруппировки не успевают происходить, теплоемкость не изменяется и мала по величине (область низких температур). [c.70] Согласно (2.3), теплопроводность к должна быть пропорциональна теплоемкости Су. [c.71] Что касается жидкостей, то перенос тепла в них может осуществляться за счет диффузии молекул, а поэтому зависит от вязкости среды. [c.71] Экспериментально установлена пропорциональность значений Я и Ср для жидкостей, причем теплоемкости жидкостей в общем случае выше теплоемкостей твердых тел. [c.71] Вернуться к основной статье