Термодинамика обратимых деформаций

Термодинамика обратимых деформаций [c.153]

Необходимо упомянуть о сравнительно недавно обнаруженном другом эффекте, также трактуемом в рамках классической термодинамики и получившем название энергетической высокоэластичности . Суть эффекта заключается в том, что многие (вероятно, почти все) гибкоцепные полимеры, способные к образованию кристаллических морфоз типа сферолитов, способны и к проявлению больших (хотя и не столь больших, как классические каучуки и резины) 100%-обратимых деформаций чисто энергетической, точнее энтальпийной природы. Примечательно, что деформации эти возникают при —70 °С и даже при погружении кристаллического полимера, например, полипропилена, в жидкий азот. [c.122]

Термодинамика высокоэластической деформации. Способность к развитию больших обратимых (высокоэластических) деформаций является уникальным свойством полимерных материалов. Это свойство описывают кривой зависимости деформации е от прилагаемого напряжения а — так называемой деформационно-прочностной кривой или кривой растяжения (рис. V. 7). [c.143]

С общих позиций термодинамики проанализируем вид зависимости напряжения от деформации полимеров. Это необходимо сделать потому, что полимеры способны к большим обратимым деформациям, что отличает их от многих других хорошо изученных тел. Описание вида зависимости напряжения от деформации на основе законов термодинамики поможет глубже понять природу больших обратимых деформаций в полимерах. [c.105]

Рассмотрим приложения термодинамики к сшитым полимерам, находящимся в высокоэластическом состоянии и подвергающимся равновесным деформациям. Высокоэластическое — сверхупругое — состояние является специфически полимерным. В термодинамическом плане эта специфичность проявляется в том, что природа больших обратимых деформаций полимеров энтро- пийная, а не энергетическая, как в случае твердых тел. [c.139]

Во-первых, ири низких температурах можно описать физические свойства как кристаллических, так и аморфных полимеров, находящихся в стеклообразном состоянии, используя идеи и представления современной физики твердого тела. Во-вторых, поведение полимеров, находящихся в высокоэластическом состоянии, может быть описано в рамках представлений статистической физики и термодинамики. Хронологически раньше была разработана статистическая физика полимеров, находящихся в высокоэластическом состоянии, которая позволила объяснить наиболее важную и специфическую особенность полимеров — способность испытывать большие обратимые деформации. Это оказалось возможным сделать в силу того, что у разных по химическому строению полимеров оказалась одна общая черта — в высокоэластическом состоянии у всех полимеров существует внутреннее вращение. Следует заметить, что использование основных представлений и математического аппарата статистической физики для описания поведения полимеров, находящихся в высокоэластическом состоянии, возможно в первую очередь благодаря тому, что полимерные молекулы состоят из очень большого числа одинаковых повторяющихся звеньев и еще большего числа атомов. [c.17]

В отличие от обратимых деформаций необратимые деформации всегда связаны с рассеянием в виде теплоты части затраченной на деформацию механической работы. Естественно, что применение первого начала термодинамики к таким процессам позволяет составить энергетический баланс, т. е. определить изменение внутренней энергии или энтальпии в результате деформации, поскольку уравнение [c.191]

Принято упругую деформацию называть обратимой, а пластическую — необратимой. (Смысл терминов обратимый и необратимый в этом применении не совпадает с их применением в термодинамике). [c.572]

Высокоэластичность, — пожалуй, единственное проявление механических свойств полимеров, которое удовлетворительно может быть описано в рамках хорошо разработанной молекулярной теории. Формальный математический подход имеет здесь целью представить упругий потенциал как функцию инвариантов деформации и соответствующих молекулярных параметров. Теория основывается на статистической термодинамике, а происходящие процессы считаются обратимыми в термодинамическом смысле. Поэтому изложение теории удобно проводить в том же плане, как зто было сделано в разделе 3.4.1. [c.63]

Упругость каучука имеет в основном энтропийную природу — в этом ее принципиальное отличие. Деформация каучука с точки зрения термодинамики напоминает сжатие газа. В обоих случаях эффективный модуль упругости будет одного порядка, в обоих случаях деформация вызывает значительное, при том обратимое, нагревание тела. [c.83]

Приложение напряжения к упругому материалу сопровождается обратимым изменением его температуры и соответствующими тепловыми эффектами. Изложение термодинамики упругих явлений в твердых телах целесо9бразно начать с рассмотрения термоупругости стержней. Уравнением состояния стержня является соотношение вида /=/(/, Т). Это уравнение, объединяющее зависимость длины стержня I от температуры Т (тепловое расширение) и от растягивающей силы f (закон Гука) в области упругих (обратимых) деформаций в достаточно широком интервале температур, дале- [c.153]

Природа упругой силы, вызывающей обратимость деформаций, может быть выявлена при анализе термодинамики обратимого растяжения упругого тела. В этом случае при условии V = onst работа внешних сил равна f dl, где / - приложенная сила dl - удлинение тела. Согласно первому и второму закону термодинамики, [c.72]

Деформирование с конечной скоростью. Классическая теория упругости, рассмотренная выше, исходит из предположения, что деформирование упругого тела с термодинамической позиции представляет обратимый процесс. Но такое допущение справедливо только в том. рлучае, когда этот процесс является квази-статическим, т. е. происходит с бесконечно малой скоростью. Только при выполнении последнего условия в деформированном теле в каждый момент времени устанавливается состояние статистического равновесия. Если же изменение деформации, а следовательно, и напряженного состояния в упругом теле происходит с конечной скоростью, то в каждый момент времени в теле происходит отклонение от состояния статистического равновесия. В этом случае изменение напряженного состояния является необратимым процессом и сопровождается рассеянием упругой энергии (см. ниже), т. е. необратимым ее превращением в теплоту. При деформировании упругого тела с конечной скоростью уравнения (270) и (280) становятся неправомерными, их следует изменить. Можно при этом воспользоваться результатами термодинамики неравновесных процессов, но удобнее воспользоваться методом, предложенным Леонтовичем [5]. [c.169]

Условие (4.83), введенное рапсе без доказательства, можно доказать на основе термодинамических соображений. Рассмотрим упругую деформацию кристалла при условии, что процесс деформирования является обратимым и изотермическим, т. е. нет рассеяния энергир. Из I начала термодинамики [c.286]

Конечным состоянием системы считается состояние равновесия ее с окружающей средой, имеющей постоянные давление р и температуру Tq. Что касается характера обратимого процесса перехода системы в конечное состояние, то в отсутствие других источников теплоты, кроме окружающей среды, этот переход может быть, очевидно, осуществлен с помощью двух процессов, адиабатного S = onst и изотерм-ного То = onst. Так определяется функция работоспособности массы. Так как в термодинамике рассматриваются два вида систем закрытая и открытая со стационарным потоком и соответственно два вида работы — работа деформации L и располагаемая работа Lg, то могут быть получены две функции работоспособности массы. [c.98]

Особенно детально этот вопрос рассмотрен Джеффрисом [12] на работах которого мы подробнее остановимся В дальнейшем. Автор справедливо указывает, что для научных исследований и сравнения различных образцов необходимо изучать стабилизированные волокна. Стабилизация осуществляется путем проведения последовательных циклов сорбнии — десорбции при температурах намеченного опыта или несколько превышающих их. В принципе такой метод стабилизации или кондиционирования путем повторных циклов воздействий в условиях опыта не является новым и часто используется, если требуется соблюдение обратимости системы в процессе измерений. Наиболее широко этот прием применяется, например, при изучении термодинамики деформации полимерных волокон [30, 31]. Здесь предварительное кондиционирование особенно необходимо, поскольку даже незначительные необратимые изменения приводят к серьезным ошибкам в определении энергетических и энтропийных составляющих свободной энергии процесса. [c.67]