Ориентация частиц в поле и в потоке

Тензор напряжений суспензии в поле выражается через моменты функции распределения, которые определяют среднюю ориентацию частиц в потоке и в поле. Моменты функции распределения в рассматриваемом случае могут быть определены так же, как в 3 главы 3, где был рассмотрен более простой случай. [c.78]

Простейший случай структурообразования — ориентация частиц, например, имеющих постоянный электрический или магнитный диполь, при действии на дисперсную систему электрического или магнитного поля. При этом частицы теряют возможность свободно вращаться в потоке, что ведет к увеличению коэффициента а до 4 и повышению вязкости до [c.157]

Здесь Ь = тВ/ п. В состоянии статического равновесия частицы не вращаются, т. е. = 0. Отсюда и следует выражение (3.11.11) для равновесного угла ориентации осей частиц в потоке (во вращающемся сосуде или вращающемся поле). Равновесие возможно [c.684]

Ориентация частиц в поле и в потоке [c.78]

Формулы, полученные в предыдущем параграфе, относились к общему случаю, когда частица обладала постоянным и индуцированным дипольным моментом. Рассмотрим теперь детальнее среднюю ориентацию частицы эллипсоидальной формы с постоянным диполем, находящейся одновременно в потоке и в поле, и вычислим моменты функции распределения для этого случая. [c.83]

Наибольшее значение при исследовании коллоидных растворов получило изучение двойного лучепреломления при течении (оно называется также двойным лучепреломлением в- потоке). Для этого раствор помещают между двумя коаксиальными цилиндрами, из которых один вращается, а другой остается неподвижным, и рассматривают поле между цилиндрами в плоско-поляризованном монохроматическом свете при скрещенных нико-лях или поляроидах. В неподвижном коллоидном растворе поле зрения кажется темным, но при течении возникает ориентация вытянутых частиц (например, УгОб или вируса табачной мозаики), раствор приобретает Двойное лучепреломление и поле становится светлым. При этом в поле зрения наблюдается характерная для одноосного кристалла крестообразная фигура — крест изоклин (рис. 23), поворот которой зависит от скорости течения и может быть измерен при помощи компенсатора. Положение креста изоклин позволяет непосредственно определить угол 1, характеризующий степень ориентации частиц. Зная значение угла 1 при известной скорости течения жидкости, можно вычислить коэффициент вращательной диффузии 0 (см. стр. 33), который для вытянутых эллипсоидных частиц с известным соотношением [c.65]

Ниже рассмотрено это явление, возникающее при ориентации частиц в дисперсных системах. Причиной ориентации может быть действие электрического, магнитного или акустического полей, а также течение дисперсных систем. В исследованиях дисперсных систем наиболее широко используется явление двойного лучепреломления в потоке (эффект Максвелла). Это явление наблюдается также в жидкостях и растворах, содержащих анизометрические или способные дефор.мироваться молекулы. [c.311]

Ограничиваясь для простоты движением в плоскости потока и малыми значениями , допустим, что в растворе осуществляется стационарное распределение р(ф), определяемое уравнением (7.14). В некоторый момент времени (1 = 0) поле градиента мгновенно выключается (до значения g = 0). Как следствие этого в результате вращательного теплового движения частиц преимущественная ориентация, существовавшая в потоке, также должна исчезнуть. Закономерность, согласно которой будет происходить это исчезновение во времени, может быть установлена с помощью уравнения нестационарного потока (7.11). При этом естественно принять, что в момент времени / (отсчитываемый от / = 0) функция распределения р(ф, О определяется выражением [см. (7.14)] [c.519]

Любая частица, помещенная в поле градиента скорости, будет испытывать действие крутящего момента, который приводит ее во вращение. Такая картина схематически изображена на рис. 90, где направление X изображает направление потока, а градиент скорости возрастает в направлении у, в то время как частица наблюдается в направлении Z, перпендикулярном плоскости ху. Если частица имеет сферическую форму, скорость ее вращения постоянна, однако для эллипсоидальных частиц крутящий момент, создаваемый вязким сопротивлением, зависит от ориентации частицы. В частности, если ось симметрии эллипсоида лежит в плоскости ху, движущая сила будет максимальна по этой оси в направлении у и минимальна по длинной оси параллельно направлению потока таким образом, что скорость вращения в течение каждого оборота будет изменяться периодически. Вероятность W (ф) любой данной ориентации частицы, где ф — угол, образуемый осью симметрии эллипсоида с направлением потока, будет обратно пропорциональна скорости вращения и, следовательно, [c.243]

Теория двойного лучепреломления в потоке включает две части. Прежде всего необходимо рассмотреть гидродинамическую проблему установления плотности распределения ориентаций частиц, помещенных в поле градиента скорости вязкой жидкости, а решив эту проблему, необходимо определить оптические последствия такой ориентации частицы. [c.243]

При ориентации сильно вытянутой цилиндрической частицы строго по полю поляризационный заряд выделяется преимущественно у торцов цилиндра, поскольку ионы подводятся из объема электролита к одному торцу и отводятся в объем у другого торца (рис. 5, а). Чтобы компенсировать тангенциальный поток противоионов у торца, поглощающего противоионы из объема, концентрация противоионов в ДС должна быть понижена (рис. 5, б). Аналогичные соображения приводят к выводу, что в ДС у торца, выделяющего противоионы, их концентрация должна быть повышена. Поскольку существует локальное равновесие между участками ДС и прилежащими объемами электролита, концентрация последнего должна изменяться вдоль внешней границы ДС так, как показано на рис. 5, б. Подобный профиль концентрации должен вызвать перепад -потенциала в поляри- [c.107]

В зависимости от того, чем вызвано двойное лучепреломление, величина Ап с увеличением значения g D изменяется по-разному. Если в потоке не происходит деформации частиц или молекул, а наблюдается только ориентация оптически анизотропных или изотропных жестких частиц, то зависимость Ап=/ д 0) выражается кривой с насыщением (кривая I, рис. 195). Если молекулы в потоке способны деформироваться, то кривая зависимости Ап=1(ц10) характеризуется отсутствием насыщения (кривая 2, рис. 195). При незначительных градиентах скорости, когда ориентирующее влияние внешнего поля уравновешивается тепловым движением, угол угасания а = 45°. С увеличением градиента скорости угол угасания быстро уменьшается, стремясь к нулю (рис. 196). [c.465]

По приведенным данным можно судить о том, что постоянное магнитное поле не вызывает заметных изменений макроскопических свойств покоящейся жидкости. В то же время, воздействуя на состояние частиц, их взаимную ориентацию и взаимодействие в потоке, оно обусловливает появление новых структурных состояний, а, следовательно, и свойств системы в целом. [c.13]

Наибольшее значение при исследовании коллоидных растворов получило изучение двойного лучепреломления при течении (оно называется также двойным лучепреломлением в потоке). Для этого раствор помещают между двумя коаксиальными цилиндрами, из которых один вращается, а другой остается неподвижным, и рассматривают поле между цилиндрами в плоско-поляризованном монохроматическом свете при скрещенных НИКОЛЯХ или поляроидах. В неподвижном коллоидном растворе поле зрения кажется темным, но при течении возникает ориентация вытянутых частиц (например, коллоидный раствор УгОй или вируса табачной мозаики), раствор приобретает двойное лучепреломление и поле становится светлым. При этом в поле зрения наблюдается характерная для одноосного кристалла крестообразная фигура — крест изоклин (рис. [c.60]

Наибольшее значение при изучении белковых растворов получило исследование двойного лучепреломления при течении, или двойного лучепреломления в потоке. Для этого раствор помещают между двумя соосными цилиндрами, один из которых вращается, а другой остается неподвижным, и рассматривают поле между цилиндрами в плоскополяризованном монохроматическом свете при скрещенных николях. В неподвижном коллоидном растворе поле зрения кажется темным, но при течении возникает ориентация вытянутых белковых частиц, и раствор приобретает двойное лучепреломление. При этом в поле зрения появляются четыре темных пятна, которые образуют характерную для одноосного кристалла крестообразную фигуру — крест-изоклин (рис. 36). [c.141]

При рассмотрении явлений, описанных в предыдущих параграфах, предполагалось, что частицы, находящиеся в поле ламинарного потока, абсолютно жесткие, и потому действие иа них гидродинамических сил в потоке сводилось к их ориентации. Если частицы не абсолютно жесткие, то под действием напряжений, возникающих в потоке, кроме ориентации, они испытывают также деформацию, которая может привести к появлению двойного лучепреломления в изучаемом растворе. [c.523]

Германе выдвигает интересную гипотезу относительно причин более низкой наибольшей ньютоновской вязкости анизотропных растворов по сравнению с изотропными. Кратко она заключается в следующем. Возможность ориентации макромолекул в анизотропной фазе выше, чем в изотропной. Это обусловлено наличием участков с параллельной укладкой палочкообразных частиц, т. е. своеобразных заготовок полной ориентации в потоке, облегчающих течение. При больших скоростях сдвига достигается соответствующая ориентация больших осей а-спиралей и в изотропных растворах, поэтому измеренная в этих условиях вязкость систематически возрастает с увеличением концентрации (различие между изотропным и анизотропным растворами исчезает). Эта гипотеза, -по-видимому, близка к разрабатываемой С. Я. Френкелем теории о возможности деформации фазовой диаграммы полимерных растворов с выделением области мезофаз-- ного состояния при наложении внешних полей [90]. Такой подход предполагает ориентационное упорядочение изотропной фазы при высоких скоростях. [c.157]

Именно в этом состоянии в микроскоп легко наблюдать присутствие в жидкости крупных эллипсоидальных агрегатов. При выключении 1юля описанные изменения происходят в обратном 1юрядке, но в короткие сроки (секунды) и с меньшей амплитудой изменения прозрачности. В устойчивых феррожидкостях в поле происходит только резкое падение прозрачности и столь же резкое увеличение при выключении поля (рис. 3.135). Исходная прозрачность при этом полностью восстанавливается. Величина эффекта сильно зависит от наличия коагулятора и растет с увеличением его концентрации в феррожидкости. При оптимальной концентрации коагулятора эффект максимален, а жидкость выдерживает неограниченное число циклов агрегации—дезагрегации магнитным полем и соответствующих изменений прозрачности без накопления каких-либо остаточных явлений. Соответственно этому световой поток стабильно модулируется жидкостью в низкочастотном (десятки герц) магнитном поле. При высокоскоростной развертке на экране осциллографа можно наблюдать небольшой (несколько процентов) всплеск прозрачности в момент включения поля. Он объясняется ориентацией частиц в магнитном поле. В последующие моменты времени этот слабый эффект маскируется сильным эффектом агрегации частиц. В специально подготовленных образцах коллоидного магнетита, в которьгх размер частиц имеет минимально возможную величину, совместимую с сохранением у частиц магнитных свойств, устойчиво наблюдался только ориентационный эффект. [c.759]

Простейшей формой частиц, которые могут ориентироваться в потоке, являются эллипсоиды. Поэтому поведение суспензии жестких эллипсоидов при течении в поле скоростей с продольным или поперечным градиентом позволяет установить влияние фактора ориентации на характер зависимостей ц (у) и X (е). На каждую частицу в потоке действуют силы вязкого трения окружающей среды и силы, обусловленные броуновским движением самой частицы. Под действием градиента скорости частицы стремятся ориентироваться в потоке строго определенным образом, броуновское движение служит дезориентирующим фактором. В результате в стационарном потоке устанавливается некоторое равновесное распределение ориентаций осей частиц, которое зависит как от собственных свойств частиц (их размеров, формы и коэффициента диффузии), так и от градиента скорости. -Совокупность вязких потерь при деформировании такой суспензии определяется распределением ориентаций осей частиц относительно направления градиента, скорости. Различие в распределении ориентаций возможно только, если частицы обладают анизо-диаметричностью формы в суспензии сферических частиц все направления ориентации равновероятны, и возрастание градиента скорости не изменяет структуры системы. [c.414]

Поскольку в растворе происходит ассоциация полимерных молекул с молекулами растворителя, с увеличением концентрации полимера содержание свободного или неассоциированного растворителя в растворе уменьшается. В результате эффективная вязкость при любой заданной скорости сдвига повышается с концентрацией, поскольку масса и силовые поля вокруг кинетически самостоятельных в потоке полимерных образований больше, чем у чистого растворителя. Распрямление и ориентация частиц и уменьшение их размеров (благодаря наличию напряжений сдвига) зависят в первую очередь от величины напряжения. Поэтому в растворах данного типа неньютоновское поведение начинает проявляться приблизительно при одном и том же напряжении сдвига, независимо от концентрации полимера в растворе. Показанная на рис. 1,9 зависимость неньютоновского поведения раствора от концентрации обусловлена, по-видимому, изменениями размера кинетически самостоятельного полимерного образования в потоке с ростом концентрации. В концентрированном растворе полимера не только отсутствует свободный растворитель, но и, кроме того, каждая полимерная молекула не полностью сольватирована. В результате все молекулы растворителя, ассоциированные с данной полимерной молекулой, удерживаются более прочно (отсутствуют слабо связанные молекулы), и под влиянием малых касательных напряжений размер кинетически самостоятельного полимерного образования не изменяется. В противоположность этому при высоких скоростях сдвига ньютоновское поведение наступает тогда, когда скорость ориентации под влиянием большого градиента скорости становится достаточной для того, чтобы поддерживать относительно полную ориентацию полимерных частиц, несмотря на дезориентируюш,ее воздействие броуновского движения. Достижение ньютоновского поведения раствора должно зависеть только от значения градиента скорости (скорости сдвига), как это и подтверждается данными, приведенными на рис. 1,9. [c.39]

Предположим вслед за Биленом и Колвеллом [28], что разрушение агломератов происходит тогда, когда внутренние напряжения, обусловленные силами вязкого трения частиц, достигают некоторой предельной величины. Рассмотрим силы, действующие на простой агломерат, имеющий форму жесткой гантели (рис. 11.14), составленной из двух шаров радиусами Г1 и г , расстояние между центрами шаров Ь. Агломерат помещен в поток несжимаемой ньютоновской жидкости с однородным полем скоростей. В результате существования вязкого трения возникает сила, стремящаяся раздвинуть шары, величина которой зависит от уровня сил вязкого трения и от ориентации гантели. Когда эта сила достигает критического значения, равного силе взаимодействия между шарами (когезионные силы), шары полностью разделяются. [c.391]

Электрическая ориентация. Мы уже говорили о том, что ориентация коллоидных частиц в электрическом и магнитном полях имеет то существенное преимущество перед ориентацией в потоке, что ориентирующее воздействие поля может быть наложено и прекращено практически мгновенно. Таким образом, имеется возможность изучать не только стационарные состояния ориентации, но и переходные состояния, прежде всего спонтанную разориентацию частиц под действием броуновского движения. При данной форме частиц броуновское движение однозначно связано с их размерами, которые и могут быть определены рассматриваемым методом. Так, Бенуа (1950 г.), изучая релаксацию при разориентации вируса табачной мозаики (ориентированного под действием электрического поля), вычислил длину вируса, которая оказалась близкой к величине, полученной из данных электронной микроскопии. Основной недостаток этого метода состоит в том, что его применимость ограничена частицами, обладающими специфической чувствительностью по отношению к электрическому или магнитному полю, а это свойство, к сожалению, не является универсальным. Приблизительные расчеты Стоилова для эллипсоида вращения показали, что диамагнитные частицы очень мало чувствительны к действию [c.32]

Во внешнем поле, например при течении коллоидного раствора вдоль твердой поверхности, наличие градиента скорости, направленного нормально к потоку, вызывает ориентацию анизометрич-ных частиц. Палочкообразные частицы ориентируются осями, пластинчатые — плоскостями вдоль потока соответственно и различные направления оптических осей частиц становятся неравноценными. Теория показывает, что наибольшее рассеяние плоскопо-ляризованного света происходит тогда, когда электрический вектор направлен вдоль оси палочкообразной или вдоль плоскости пластинчатой частицы. С этим связано явление мерцания частиц, например при ориентации пластинчатых частиц РЬЬ, вызываемой круговыми движениями стеклянной палочки в пробирке. [c.44]

Эффект Дорна связан с конвективным переносом ионов диффз ной части ДЭС при движении частицы в электролите. Конвективные потоки ионов поляризуют двойной слой, и частицы в целом приобретают дипольный момент. При этом силовые линии электрич. поля выходят за пределы двойного слоя. При движении в электролите ансамбля частиц с диполь-ными моментами, имеющими одну и ту же ориентацию, порождаемые этими моментами электрич. поля складываются и в системе возникает однородное электрич. поле, направленное параллельно (или антипараллельно) скорости движения частиц (фуппу движущихся с одинаковой скоростью частиц можно рассматривать как своеобразную мембрану, сквозь к-рую протекает электролит). Если частицы движутся в пространстве между двумя электродами, то на последних возникает разность потенциалов, к-рая м. б. измерена. В частном случае осаждения ансамбля частиц под действием сил фавитации эта разность потенциалов наз. потенциалом оседания (седиментац. потенциалом). [c.429]

Отсутствие равновесия при со > со не исключает возможности ориентационного структурирования. В слабом поле частицы будут почти свободно вращаться в потоке, как будто поле вовсе отсутствует. Тем не менее, магнитное поле хотя и ненамного, но притормозит вращение частиц в момент прохождения ими утла, близкого к 90°, при котором величина Му максимальна, и ускорит это вращение при противо1Юложной ориентации оси частицы относительно направления поля. Это означает, что вблизи 90-градусной ориентации ось каждой частицы находится больше времени, чем при противоположной (270°) ориентации. Избыточное время нахождения осей частиц в указанном секторе углов означает, что взвесь будет иметь слабую намагниченность под углом 90° к направлению поля. Усиление поля, замедление вращения (течения), уменьшение вязкости приведет, очевидно, к усилению этого эффекта. В пределе он плавно достетнет намагниченности насыщения, направленной под углом 90° к направлению намагничивающего поля. Таким образом, упомянутый выше срыв ориентации с увеличением скорости враще- [c.684]

Жидкие кристаллы обладают анизотропией электропроводности. При включении магнитного поля в направлении, параллельном электрическому току, протекающему через жидкокристаллический п-азоксианизол, его проводимость увеличивается. Значит, вещество обладает анизотропией электропроводности, и ее значение максимально вдоль длинных осей молекул. В случае переменного тока частотой 50 гц включение магнитного поля (1000 гаусс) перпендикулярно обкладкам конденсатора, к которым приложено электрическое поле 50 в/см, вызывает увеличение проводимости на 157о через 30 сек. после включения поля. Такое же магнитное поле, но при напряжении электрического поля 100 в/см, повышает проводимость всего лишь на 10%, но уже через 4 сек. Следовательно, при сильном токе увеличение проводимости, а следовательно, и ориентации молекул, меньше, чем при слабом. Это объясняется тем, что при сильном токе в жидком кристалле имеются большие потоки вещества, которые дезориентируют частицы. Силы взаимного сцепления между частицами при этом уменьшаются, что приводит к более быстрой, но менее совершенной ориентации молекул, чем в случае слабого тока. Здесь следует отметить, что изучение жидкокристаллического состояния в электрическом и магнитном поле весьма перспективно в смысле использования кристаллов в электро- и магнито-оптических устройствах. [c.103]

Впрочем (из-за математических трудностей), задача о динамооптических свойствах кинетически жестких цепных молекул Куном решена лишь для предельного случая весьма большой внутренней вязкости, что эквивалентно случаю абсолютно жестких частиц, рассмотренному в разделе Б-1. Поэтому зависимости % = % g) я Ап = f g) для раствора цепей с большой внутренней вязкостью выражаются кривыми рис. 300. Зимм [891 использует более совершенную гидродинамическую модель цепной молекулы — последовательность свободно сочлененных субцепей [93, 94]. Рассматривается пространственное (трехмерное) движение такой цепи в сдвиговом поле с учетом гидродинамического взаимодействия ее частей методом Кирквуда и Риземана [951. При этом, однако, молекулярная цепь принимается идеально кинетически гибкой и внутренняя вязкость не рассматривается. Серф [90—921 для описания гидродинамических свойств цепной молекулы использует ту же модель (субцепей), что и Зимм, однако дополняет ее, учитывая влияние внутренней вязкости. При этом он модифицирует определение внутренней вязкости, введенное Куном, приближая его к понятию вязкости г]г сплошной жидкой среды. Поэтому динамические свойства молекулярной модели Серфа оказываются сходными с динамикой модели упруго-вязкой сферы, использованной им в более ранних работах [96—98]. Критерием классификации молекул по их жесткости, по Серфу, может служить отношение коэффициента внутренней вязкости т)г молекулы и вязкости т]о растворителя. При rio < Т1г (в условных единицах) молекулы жестки и двойное лучепреломление раствора, наблюдаемое при малых напряжениях сдвига (Р->0), есть результат их ориентации в потоке. При т1о > г) (в тех же единицах) молекулы гибки, и двойное лучепреломление, даже при предельно малом напряжении сдвига (Р - 0), вызвано их деформацией в потоке. [c.460]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология