ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Тепловые эффекты растяжения из "Физика упругости каучука" Суммируя данные, представленные в первой части главы, можно сказать, что, несмотря на значительные трудности эксперимента при получении действительно обратимых соотношений напряжение — температура, существует удовлетворительное согласие между поведением каучука, обнаруженным в экспериментах, и теорией, объясняющей это поведение. Картина, которая вырисовывается, подтверждает основной постулат кинетической теории упругости, что упругость каучука, по крайней мере при малых деформациях, возникает в основном от изменения энтропии. Изменение энтропии дополняется изменением внутренней энергии, но оно имеет второстепенное значение и возникает в основном из жидкостных свойств каучука. Изменение внутренней энергии вносит мало ощутительную добавку в упругие напряжения. Это заключение применимо ко всем каучукам и резинам при достаточно малых деформациях. В области больших деформаций наблюдаются специфические различия между различными типами каучуков в изменении внутренней энергии с растяжением эти различия почти наверное возникают из-за сил вторичных валентностей, действующих между частично вытянутыми молекулами, ведущих к местным изменениям структуры и, в предельном случае, к кристаллизации. [c.39] Давно известно, что при адиабатическом растяжении каучук нагревается. Первое сообщение об этом явлении было сделано Гофом [48]. Гоф заметил также, что кусок резины, растянутый под постоянной нагрузкой, сокращается при повышении температуры, откуда следует, что при постоянной длине напряжение возрастает с повышением температуры. Кельвин [71] был, вероятно, первым исследователем, который увидел термодинамическую взаимосвязь в наблюдениях Гофа и которому удалось показать, что положительный температурный коэффициент у зависимости напряжение — температура был необходимым термодинамическим следствием выделения тепла при растяжении. Он заключил, что растягивающая сила должна возникать из-за движения частиц, составляющих тело . Это замечательное заключение, к сожалению, появилось раньше, чем оно могло быть оценено, и, повидимому, в течение почти 80 лет о нем не вспоминали. [c.39] Тщательное исследование изменений те1мпературы при растяжении вулканизованного каучука было проведено Джоулем [67], который применял для этой цели термопару, вводя ее в каучук. Его данные воспроизведены на фиг. 14. Они указывают на первоначальное охлаждение и последующее быстрое нагревание при увеличении растяжения ). Показывая преобладающий эффект нагрева, эти опыты подтверждают первоначальные наблюдения Гофа, почему это явление обычно называют эффектом Джоуля — Гофа. [c.40] Рост температуры при адиабатическом растяжении. [c.41] Крестиками указаны данные опыта Джоуля, кружками—данные опыта Джемса и Гута пунктирная кривая—теоретическая кривая. [c.41] При больших удлинениях изменения теплового эффекта, подобно изменениям внутренней энергии (о чем шла речь в предыдущем параграфе), более сложны и явно зависят от сорта каучука. Это видно по серии измерений, проведенных Дартом, Энтони и Гутом [20] на нескольких натуральных и синтетических каучуках. [c.42] И не является более обратимым, охлаждение при сжатии оказывается большим, чем тепловыделение при растяжении. Этот очень большой тепловой эффект соответствует скрытой теплоте кристаллизации, которая накладывается на нормальный эффект, получающийся благодаря изменению конфигурационной энтропии. Более сильный эффект при сокращении объясняется запаздыванием во времени кристаллизационных процессов, что Дарт, Энтони и Гут, действительно, в состоянии были обнаружить термически. Подобные явления, связанные с кристаллизацией, были обнаружены на других свойствах, например в двойном лучепреломлении. Эти эффекты будут обсуждаться дальше. Неопрен (полихлорбутадиен), который также кристаллизуется при растяжении, дает кривую, довольно сходную с кривой натурального каучука, но в этом случае кривая сокращения лежит ниже кривой растяжения. Это зависит, вероятно, от большого развития релаксационных процессов в таком каучуке. [c.42] Некристаллизующиеся каучуки не обнаруживают очень большого нагревания при растяжении (до 14° С), характерного для натурального каучука и неопрена. Это иллюстрируется примером сополимера бутадиена и нитрилакриловой кислоты (Нусаг — ОН), в котором наибольшее нагревание составляет менее 2°. Вулканизат натурального каучука, содержащий 8% серы, если и кристаллизуется, то в очень малой степени. В нем максимальное повышение температуры не превосходит 3° С. Это подтверждается данными, полученными для такой же смеси Мейером и Ферри [91]. [c.43] Вернуться к основной статье