Міністерство освіти І науки україни полтавський державний педагогічний університет



Pdf просмотр
Сторінка13/34
Дата конвертації02.12.2016
Розмір5.09 Kb.
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   34



Звітна наукова конференція викладачів, аспірантів, магістрантів і студентів фізико-математичного факультету
107
Дослідження в’язких властивостей мінерального
масла АМГ-10
Віталій Прокопенко, Анна Янко, Олександр Руденко
У народному господарстві нафтопродукти по масовому споживанню і по своїй значимості знаходяться в першому ряді з хлібом і сталлю і тому можна сказати, що з кожним роком буде стояти питання якості масел і знання їх фізичних властивостей [1]. Проте фізичні властивості їх вивчені недостатньо. Мінеральні масла в більшості випадків представляють собою вуглеводні рідини нафтового походження із складним хімічним складом, що містять розчинені високомолекулярні парафіни та кристалізуються при низьких температурах. При низьких температурах вони себе ведуть як неньютонівські рідини і в більшості випадків набувають властивостей колоїдних систем. Складність хімічного складу масел затрудняє інтерпретацію отриманих результатів на молекулярному рівні. Але ми можемо спиратися на якісні судження, що витікають із тих чи інших фізичних теорій [2]. Нами відповідно проведено дослідження в’язкості і густини мінерального масла АМГ-10 в інтервалі температур 293–363 К вздовж лінії насичення. Густину вимірювали пікнометричним методом з похибкою
0,01%. Використовували двохкапілярні пікнометри, що дозволяли визначити густину мінерального масла в широкому інтервалі температур при двох заповненнях.
В’язкість вимірювали за допомогою капілярного віскозиметра спеціальної конструкції з похибкою
0,5%. Термостатування забезпечували за допомогою ультратермостата, в якості термостатуючої рідини використовували дистильовану воду. Температуру визначали за допомогою прокаліброваних рідинних термометрів з похибкою 0,1 С. Методику вимірювання в’язкості і густини подано в роботі [3]. Результати вимірювання в’язкості і густини приведено в таблиці 1. Таблиця 1. Температурна залежність густини, кінематичної і
зсувної в’язкості мінерального масла АМГ-10 Коефіцієнт зсувної в’язкості

залежить відроду речовини і її структури. Зсувна в’язкість є одним із важливих параметрів рідини. Температурна залежність зсувної в’язкості мінерального масла АМГ-10 в
K
T
,
293 303 313 323 333 343 353 363
,

3
м
кг
833,1 825,2 817,2 809,7 802,1 791,6 786,4 780,2
,
10 6


2
ě ń
21,2 16,4 13,1 10,7 8,7 7,6 6,3 5,9
с
Па


,
10 3

17,7 13,53 10,73 8,65 7,19 6,04 5,22 4,59


Полтавський державний педагогічний університет імені В.Г. Короленка, 15 травня 2008 р.
дослідженому інтервалі температур добре описується формулою Фогеля-
Фульгера-Таммана [3].
0
exp(
)
c t t
 





(1) де


– в’язкість пристала характеризує зміну в’язкості з температурою. Перепишемо формулу (1) так, щоб зручно було її аналізувати графічно:
0
ln
(
)
c t t
 



або
  

0 1 ln(
)
1 c t
t c
At B
 





, де
1
A
c

і
0
B t c

Як видно з рис. 1, характер залежності функції
1 (ln
)
( )
f t
 


лінійний, що підтверджує справедливість формули
Фогеля-Фульгера-Таммана. Але глибокий аналіз експериментальних даних в’язкості, густини провести дуже складно, адже всі мінеральні масла по складу і структурі представляють собою складні системи.
Література
1. Панов ВВ, Панок К. К. Смазочные масла современной техники. – М Наука, 1965.
– 391 с.
2. Венцель С. В. Применение смазочных масел в автомобильных и тракторных двигателях. – М Химия, 1969. – 321 с.
3. Руденко О. П, Сперкач В. С. Експериментальні методи визначення поглинання звуку в рідинах Методичні рекомендації для студ. фізичних спеціальностей. – Полтава, 1992. – 68 с.

Рефрактометрія деяких фторпохідних бензолу

Олена Левченко, Тетяна Баранець, Роман Саєнко
Показник заломлення n – залишається одним із часто досліджуваних параметрів рідинних систем [1]. Його широко застосовують у практиці фізико-хімічних досліджень для ідентифікації хімічних сполук, їх кількісного і структурного аналізу [1, 2]. Значення n залежить від довжини хвилі світла та температури. У фізичній хімії найчастіше використовують не сам показник заломлення а функції показника заломлення питому рефракцію і молярну рефракцію Питома рефракція являє собою відношення деякої функції f(n) показника заломлення n до густини ρ речовини
( ) /
r
f n


. Величина r
практично не залежить від температури, тиску й агрегатного стану речовини [1]. Встановлено, що в рідинних системах добре виконується
308 328 348 368
K
T ,
0,110 0,122 0,13 0,146 0,158 Рис. 3 Залежність ln
 

від температури


Звітна наукова конференція викладачів, аспірантів, магістрантів і студентів фізико-математичного факультету
109
правило адитивності питомих рефракцій. Тобто, якщо надати певні значення рефракції окремим атомам або іонам, то рефракція молекули буде дорівнювати сумі рефракцій атомів або іонів. Молярна рефракція (R
М
) добуток питомої рефракції r на молярну масу М:
M
R
r M
 
. Молярна рефракція – це власний об’єм молекул одного моля речовини [1, Молярна рефракція залежить від складуй структури речовини і для неї також є характерною властивість адитивності. Молярну рефракцію визначають для підтвердження правильності встановлення елементного складу, виявлення присутності кратних зв’язків і їхнього сполучення, ідентифікації геометричних ізомерів циклоалканів, аналізу таутомерних сумішей. Кореляції
R
м
з іншими фізико-хімічними властивостями застосовують для розрахунку ряду важливих молекулярних параметрів дипольних моментів, ентальпій випаровування й ін.). Отже, вивчення рефракцій може бути цінним прийомом для дослідження хімічної природи молекул їх структури та для аналітичних цілей. З метою з’ясування впливу зміни складу радикала на показник заломлення та деякі інші фізико-хімічні параметри нами було проведено дослідження n
D
та густини ρ деяких фторпохідних бензолу. У якості об’єктів дослідження було вибрано
метаксітрифторбензол (С
6
Н
5
ОСF
3
); фенілтрифторметілсульфід
(С
6
Н
5
SСF
3
); фенілтрифторметілсульфат (С
6
Н
5
О
2
SСF
3
). Усі зазначені речовини мають у основі бензольне кільце але відмінні радикали, атому можна прослідкувати як змінив радикалі впливають на показник заломлення та деякі інші фізико-хімічні властивості об’єктів. Вимірювання показника заломлення

n
D
проводилися за допомогою рефрактометра ИРФ – 454 Б з похибкою ± 2·10
-4
, згідно методики описаної у [1, 2, 3]. Дослідження проводилися у білому (денному) світлів інтервалі температур 283 – 333 К. Температуру підтримували сталою за допомогою термостата УТ-15 з точністю ± К. Одночасно із n
D
проводилися вимірювання густини

ρ. Густину вимірювали пікнометричним методом з похибкою ± 0,05%, за методикою описаною в [4]. Усі необхідні зважування проводили на аналітичних терезах ВЛА – 200 М. Для показника заломлення враховувалась поправка на температуру, яку розраховували за формулою [3]
4 0, 072 (
20) 10
n
t

 
 

відповідно до рекомендацій [1, 2]. Одержані значення показників заломлення та густини досліджуваних рідин представлено у таблиці 1. Аналіз експериментальних даних показав, що в межах похибок експерименту, в інтервалі 283 – 333°К, температурні залежності показника


Полтавський державний педагогічний університет імені В.Г. Короленка, 15 травня 2008 р.
заломлення і густини носять лінійний характер. Підвищення температури призводить до монотонного їх зменшення. Таблиця 1. Показники заломлення та густини деяких фторпохідних
бензолу залежно від температури
Речовина
С
6
Н
5
ОСF
3
С
6
Н
5
SСF
3
С
6
Н
5
О
2
SСF
3

Молярна маса
Μ =
162,11·10
-3
кг/моль М =178,177·10
-3
кг/моль
М =
210,173·10
-3
кг/моль
Т,°К
n
D
ρ, 10 3
кг/м
3
n
D
ρ, 10 3
кг/м
3
n
D
Ρ, 10 3
кг/м
3 283 1,4116 1,2414 1,4704 1,2769 1,4684 1,4285 293 1,4063 1,2258 1,4650 1,2632 1,4634 1,4156 303 1,4009 1,2102 1,4604 1,2496 1,4526 1,4026 313 1,3955 1,1945 1,4556 1,2359 1,4545 1,3896 323 1,3901 1,1789 1,4509 1,2222 1,3769 1,3767 333 1,3848 1,1633 1,4459 1,2086 1,4456 1,3637 Звертає на себе увагу те, що заміна S на О знижує величину показника заломлення на 4%, а густини на 3%. У той же час введення двох атомів кисню у радикал практично не змінює абсолютних величин n
D
(зменшення не перевищує 0,1%,) але спричинює зростання ρ на 12%. Це означає, що найвагоміший вкладу величину n
D
досліджених речовин вносить саме атом S. Використовуючи експериментальні дані n
D
і ρ, нами було проведено розрахунки молекулярної рефракції. Розрахунки проводили за формулою
Лорентц-Лоренца [1, 2, 5]
2 2
(
1) (
2)
D
R
M n
n




, відповідно до рекомендацій
[2]. Результати проведених розрахунків представлено у таблиці 2. Молярна рефракція досліджених об’єктів, як видно із табл. 2, зростає уряду С
6
Н
5
ОСF
3
; С
6
Н
5
SСF
3
;
С
6
Н
5
О
2
SСF
3
. Звернемо увагу також нате, що особливо різке збільшення R
D
спостерігається при заміні у радикалі атома О атомом S. З підвищенням температури спостерігається незначне (
0,3 см
3
/моль) підвищення значень молекулярної рефракції для всіх досліджених рідин.

Література
1. Иоффе Б. В. Рефрактометрические методы химии. – Л Химия, 1983. – 352 с.
2. Иоффе Б. В. Рефрактометрические методы определения строения органических молекул. – Л Из-во Ленинградского унта, 1976. – 342 с.
3. Рефрактометр ИРФ – 454. Техническое описание и инструкция по эксплуатации
4. Чолпан ПФ, Гаркуша Л. Н. Экспериментальные методы определения плотности и вязкости жидкостей: Метод. рекомендации для студентов физических специальностей вузов. – К, 1987. – 20 с.
5. Ландсберг Г. С. Оптика. – М Наука, 1976. – 926 с. Таблиця 2. Величини молекулярної рефракції
залежно від температури
Т,°К
С
6
Н
5
ОСF
3

R
D
см
3
/моль
С
6
Н
5
SСF
3

R
D
см
3
/моль
С
6
Н
5
О
2
SСF
3
R
D
см
3
/моль
283 32,47 38,96 40,89 293 32,51 38,99 40,92 303 32,54 39,88 40,96 313 32,57 39,36 40,99 323 32,60 39,24 41,02 333 32,64 39,30 41,06


Звітна наукова конференція викладачів, аспірантів, магістрантів і студентів фізико-математичного факультету
111
Реологічні властивості поліметилсилоксану-5
Олексій Бобир, Олександр Руденко, Сергій Стеценко
Область використання синтетичних рідин за останні роки значно розширилась [1]. Синтетичні рідини використовують для присадок моторних мастил, змащення, теплоносіїв, гідравлічних рідин, косметичне і медичне застосування.
Поліметилсилоксанові рідини (ПМСР) – полімери лінійної структури, будова яких відповідає формулі Індекс
n характеризує довжину відповідних полімерних ланцюгів (число мономерів в молекулі і таким, чином визначають молекулярну вагу. Як правило, чим більше n , тим менш легка рідина, вища температура застигання, більшав язкість. Фізичні властивості (ПМСР) безпосередньо зв’язані з особливостями будови молекул полімеру, зокрема з тим, сили міжмолекулярної взаємодії в полісилоксанових рідинах значно менші, ніжу вуглеводнів. Мала величина міжмолекулярних сил обумовлює в порівнянні з вуглеводнями близьку молекулярну масу, низьку температуру кипіння, малу в’язкість і теплоту випаровування. Проведено вимірювання густини, коефіцієнта кінематичної в’язкості в поліметилсилоксані-5 вздовж кривої рівноваги. Густину

вимірювали двохколінним пікнометром з точністю 0,05%, кінематичну в’язкість – капілярним віскозиметром з точністю 1–2%. Дослідження проводилися в інтервалі температур 283–363 К [2]. Результати вимірювання

і

наведено в таблиці 1. На основі отриманих результатів

і

, розраховано коефіцієнт зсувної в’язкості





S
Як видно із таблиці, густина поліметилсилоксану-5 лінійно зменшується зростом температури. Коефіцієнт зсувної в’язкості зменшується зростом температури, але не за лінійним законом.
Таблиця 1
K
T ,
293 303 313 323 333 343 353 363 м кг ,


917,5 909,5 900,5 890,9 881,6 872,0 862,6 853,2 см ,
10 2
6



5,146 4,361 3,812 3,405 2,871 2,713 2,338 2,115 с
Па
,
10 3


S

4,721 3,966 3,433 3,034 2,531 2,366 2,017 1,805 У роботі [3] наведено співвідношення, що встановлює зв’язок між величиною
S

і часом релаксації


зсувної в’язкості.


Полтавський державний педагогічний університет імені В.Г. Короленка, 15 травня 2008 р.

112
S
A
h N
V




 

,


(1) де
h
– стала Планка,
A
N
– число Авогадро,

V
– мольний об’єм. Виходячи із теорії абсолютних швидкостей реакції, розвинутих в роботах [4, 5], запишемо виразу такому вигляді






(
) exp
(
) exp exp
S
A
A
h N
V
G
RT
h N
V
S
R T
H
R T
















 

, (2) де

– трансмісійний коефіцієнт,



G
– вільна ентальпія,



S
– ентропія,



H
– ентальпія активації в’язкої течії. Величина
A
hN
V


називається експоненціальним множником і він не залежить від температури. Для аналізу температурної залежності в’язкості використовують емпіричне рівняння

 

exp exp
S
A
S
RT
H
RT






 

(3) З допомогою рівняння (3) розрахували ентальпію активації в’язкої течії.



H
, як тангенс кута нахилу температурної залежності Результати розрахунків величині приведено в таблиці 2.
Таблиця 2
, ęÄć ě î ëü
G



, ęÄć ě î ëü
Í



е.о.
,



S
11 10



ПМС
21,4 11,8 32,7 107,6 На основі отриманих значень величині розрахували значення Процеси, що протікають при зсувних деформаціях в поліметилсилоксані-5, можна розглядати як мономолекулярні реакції розриву і утворення міжмолекулярних зв’язків між фрагментами динамічної макросистеми.
Література
1. Шахнович МИ. Синтетические жидкости для электрических аппаратов. – М
Энергия, 1972. – 199 с.
2. Глегстон С, Лейдер К, Эйринг Г. Теория абсолютных скоростей реакции. – МИЛ с.

Дослідження швидкості ультразвуку у вуглеводневих
рідинах
Андрій Гетало, Михайло Момот, Олександр Руденко
Імпульсний метод дослідження акустичних властивостей рідин отримав достатньо широке поширення. Суть методу зводиться до визначення затримки ультразвукових сигналів в досліджуваному середовищі ідо виміру відношень амплітуд вихідного сигналу, до сигналу, що пройшов середовище. Метод вимірювання швидкостей є одним із різновидностей прямого імпульсного методу [1].


Звітна наукова конференція викладачів, аспірантів, магістрантів і студентів фізико-математичного факультету
113
Акустична комірка, яку розміщуємо в досліджену рідину, складається з двох однакових п’єзокерамічних пластин, розміщених паралельно одна одній на каліброваній відстані ℓ. Відстань між п’єзопластинками вимірювати при кімнатній температурі компаратором ИЗВ–2 з похибкою
2–3 мкм. Похибка вимірювання швидкості поширення звуку імпульсним методом, в інтервалі температур 299–373K, складає
0,1%. Нарис подана блок-схема експериментальної установки для вимірювання швидкості поширення ультразвуку. На одну із пластин 1, котра є передаючою, подається прямокутний імпульс одного із каналів двоканального генератора ГБ. Тривалість звужуючого прямокутного імпульсу вибирається рівною головному періоду власних коливань п’єзопластинки, в результаті чого в пластині збуджуються ультразвукові коливання з власною частотою. Друга, приймальна пластинка 2, збуджується ультразвуковим сигналом, що пройшов через досліджуване середовище. Виникаючий при цьому електричний імпульс підсилюється широкополюсним підсилювачем У і поступає на У – вхід осцилографа СІ . Швидкість поширення ультразвукових хвиль в рідині при фіксованій віддалі між п’єзопластинками визначається формулою
1 0
(
)
C l
 


, де l – довжина акустичного шляху, τ
1
– час повної затримки імпульсу першого каналу генератора відносно другого, τ
0
– час затримки, що залежить від вибраного способу індикації моменту зміщення мітки з імпульсом і затримка в електронній частині установки. Температура, К Речовини
293 303 313 323 333 343 Бензол C
6
H
6 1319 1273 1228 1183 1136 1091 Толуол C
6
H
5
C H
3 1392 1360 1330 1298 1266 1234
Гексафторбензол C
6
F
6 837 300 769 733 700 667 Нами було проведено вимірювання швидкостей поширення звуку втрьох об’єктах, а саме бензолі, толуолі і гексафторбензолі [2]. Бензолі толуол відносяться до ароматичного ряду з’єднань. Рис. 1. Блок-схема експериментальної установки для вимірювання швидкості поширення ультразвуку Ч - 64 ГБ ГУ СІХ
У
Z


Полтавський державний педагогічний університет імені В.Г. Короленка, 15 травня 2008 р.
Молекули бензолу мають циклічну структуру у вигляді правильного плоского шестикутника, в вершинах котрого знаходяться атоми вуглецю. Вимірювання швидкості звуку дозволяє зробити висновок проте, що швидкість звуку в бездисперсній області представляє собою важливий термодинамічний параметр [3]. В межах кожної рідини ми бачимо, що швидкість звуку змінюється з температурою, зміною молекулярної ваги, а особливий вплив на зміну швидкості звуку впливає заміна атомів водню атомами фтору. При цьому швидкість звуку в гексафторбензолі зменшується 1,6 раз, хоч структурна форма залишається без зміни. Отримані дані по швидкості дають можливість визначити модуль пружності для кожної взятої рідини.
Література
1. Михайлов И. Г, Соловьев В. А, Сырников Ю. П. Основы молекулярной акустики.
– М Наука, 1964. – 546 с.
2. Руденко А. П. и др. Исследования равновесных свойств некоторых фторпроизводных бензола // Теплофизика высоких температур. – 1988. – Т. 25,
Вып.1. – С. 178.
3. Физика простых жидкостей. Экспериментальные исследования / Под ред.
Темперли Г. и др. – М Мир, 1973. – 400 с.

Причини зміни русел та утворення меандр річок

Олександр Сіряк, Владислав Сухомлин

Русло річки не є сталим, воно змінюється у зв’язку з рухом води. Розглянемо, як модель руху рідини, склянку з чаєм. Чай розмішали ложкою, а потім її прибрали. Вода поступово зупиняється, а чаїнки опиняються в центрі стакана. Для того щоб чаїнки здійснювали обертальний рух, рівнодіюча всіх сил, діючих на кожну частинку, повинна створювати відцентрове прискорення. Виділимо всередині рідини на відстані r від вісі обертання уявний кубик маси Δm. Відцентрове прискорення
r
2

створюється різницею сил тиску, що діють на бокові грані кубика. Відповідно маємо
,
,
)
(
2 2
1 1
2 1
2 1
2
gh
P
gh
P
S
P
P
F
F
r
m











(ΔS – площа бокової грані кубика) Сила F
1
повинна бути більшою

F
2
, відповідно, і h
1
повинно бути більшим h
2
, тобто вільна поверхня рідини при обертанні повинна викривлятися так, як показано нарис (форма параболоїда. При вирівнюванні поверхні рідини, всередині виникають вихрові потоки (рис.
1б), походження яких зв’язане з різним гальмуванням рідини біля дна стакана і біля вільної поверхні. Тому чаїнки, що знаходяться на однакових відстанях від осі обертання, мають різні швидкості – чим ближче до дна стакана, тим менша швидкість. А рівнодіюча сила бокового тиску, що діє


Звітна наукова конференція викладачів, аспірантів, магістрантів і студентів фізико-математичного факультету
115
на чаїнки, однакова. Біля поверхні кутова швидкість доволі велика, і вода відкидається до стінок стакану. Біля дна кутова швидкість мала, і результуюча сил тиску заставляє воду рухатися до центра. Ось чому чаїнки збираються в центрі на дні стакана. Розглянемо характер руху водив річці при повороті русла. Тут виникає картина подібна до руху розкрученого чаю в стакані (рис. 2). Поверхня води нахиляється в сторону повороту так, що різниця сил тиску надає необхідне відцентрове прискорення нарис показаний вертикальний переріз річки на повороті. Швидкість води біля дна внаслідок тертя менша, ніж біля поверхні річки (розподіл швидкостей по глибині показано нарис. Тому біля поверхні результуюча сила тиску не в змозі забезпечити рух води по колу з великою швидкістю, і вода відкидається до дальшого (від центру повороту) берега. Біля дна, навпаки, швидкість руху мала, і вода спрямовується до ближнього берега до центра повороту. Таким чином, додатково до основної течії виникає циркуляція води нарис показано напрямок циркуляції в площині перерізу річки. Така циркуляція води приводить до ерозії (розпаду) ґрунту. В результаті дальший від центру повороту берег розпадається підмивається, а у ближнього берега поступово осідає все більший шар
ґрунту (подібно чаїнкам в чаї. Така сама циркуляція води може виникнути і при прямолінійній течії річки внаслідок обертання Землі. В результаті річки в північній півкулі розмивають головним чином правий берега в південній – лівий (це є закон Бера. При викривленні русла лінія течії, що відповідає максимальній швидкості, зміщується до дальшого від центру повороту берега. Це відбувається тому, що повернути швидкі частинки води важче, так як для цього необхідно створити великі відцентрові прискорення. Але там, де велика швидкість течії, виникає і більш сильна циркуляція води, і відповідно більша ерозія ґрунту. Ерозія ґрунту біля дальнього берега і його осідання біля ближнього призводить до поступового зміщення всього русла річки в сторону від центра повороту і, відповідно, до збільшення вигину річки. Рис. 1 Рис. 2



Поділіться з Вашими друзьями:
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   34


База даних захищена авторським правом ©divovo.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал