Термоосмос

Принцип взаимности Онзагера в форме равенства (14.35) был обоснован опытными результатами, отражающими следующие потоки разной природы так, нагревание двух проводников в спае вызывает электроток (на этом эффекте работает термопара) поток электричества в металлических проводниках вызывает их нагревание и выделение теплоты градиент температуры вызывает градиент концентрации веществ (термодиффузия) градиент давления вызывает градиент концентрации (бародиффузия) продавливание жидкости через проницаемые пе-регородик вызывает градиент температуры (термоосмос) и другие примеры. [c.257]

Термоосмос. Более сложной оказывается ситуация, когда кроме перепада давления АР в прослойке действует также и продольный перепад температуры АТ. При небольших отклонениях от состояния равновесия возникающие эффекты удобно рассматривать на основании термодинамики необратимых процессов. Соответствующая система уравнений, где <7 и ш — удель- [c.20]

Причиной, порождающей термоосмос, является изменение удельной энтальпии АН (х) воды в структурно-измененной тонкой прослойке по сравнению с объемной водой [52]. Изотермическое течение воды в прослойке под действием АР сопровождается поэтому выделением (или поглощением, в зависимости от знака АН) тепла на входе в прослойку и обратным тепловым эффектом на выходе из нее. Количество выделяемого в единицу времени тепла пропорционально скорости течения. Для плоской щели толщиной к тепло переноса (на единицу ширины щели) составит [c.21]

Уравнение (1.6) позволяет найти коэффициент 12, характеризующий скорость термоосмоса [c.21]

Как видно из выражений (1.8) и (1.9), эффект термоосмоса исчезает при АЯ = 0 или при hs = 0. Направление термоосмоса зависит от знака АН. При АН<0 (т. е. при условии, что межмолекулярная водородная связь в прослойке в среднем прочнее, чем в объемной воде) поток дт>0 направлен в горячую сторону. Ослабление Н-связей в водной прослойке должно вызывать термоосмотическое течение, направленное в холодную сторону. Таким образом, наблюдения термоосмоса служат прямым источником информации о характере структурных изменений воды в тонких прослойках и порах. [c.22]

Измерения термоосмоса в пористых стеклах показали [23], что в широких порах (/->50 нм), где граничные слои еще не перекрыты, АН<0, Это значит, что структура воды в одиночных граничных слоях укреплена по сравнению с объемной. Напротив, в тонких порах (г<10 нм) рассчитанные по уравнению (1.8) средние значения АН были положительными. Это говорит о преобладающем влиянии эффекта ослабления межмолекулярных связей при перекрытии граничных слоев. [c.22]

Повышение температуры приводит к постепенному снижению скорости термоосмоса. При температуре выше 60 °С термоосмотическое течение практически прекращается, что свидетельствует об уменьшении различий в структуре воды граничных слоев и объемной воды. [c.22]

В работах [30, 488] изучено влияние температуры на толщину полимолекулярных адсорбционных пленок воды на поверхности плавленого кварца. Если при >65°С толщина пленки не превышает монослоя, то при 10 °С она составляет приблизительно 10 нм. Температурная зависимость ряда свойств, таких, как теплопроводность [489, 490], вязкость [491], амплитуда колебаний частиц при электрофорезе в переменном поле вблизи подложки [492], скачкообразно изменяются при 65—70 °С. Такое поведение, так же как и исчезновение эффекта термоосмоса вблизи 70°С [463], авторы объясняют полным разрушением ГС. [c.172]

Скорость движения пристеночной жидкости пропорциональна температурному градиенту и не зависит от размеров поровых каналов. При этом массовая плотность потока в условиях термоосмоса [c.153]

О возможности течения термоосмоса под действием перепада температур указывалось ранее. Эффект термоосмоса заключается в появлении потока жидкости под влиянием температурного градиента в грунте, направленного при полном увлажнении в сторону возрастающих температур. [c.92]

Подобно термоэлектрическому эффекту Зеебека термомеханический эффект заключается в возникновении разности давлений ёР= Р2 — Р в резервуарах с флюидом (жидкостью или газом), соединенных капилляром, при поддержании в резервуарах разных температур с /Г = / 2 - Г,. Когда резервуары отделены один от другого пористой перегородкой, этот эффект называется термоосмосом. [c.334]

Исследование термоосмоса показало, что в тонких порах (до [c.87]

На рис. Х.20 и Х.21 показаны зависимости скорости термоосмоса 0 от градиента температуры УТ ж средней температуры образцов Тт- Полученные зависимости (УТО в соответствии с теорией термоосмоса линейны во всем интервале использованных градиентов и проходят через начало координат. В широкопористом образце № 5 (см. ) термоосмотический поток направлен в горячую сторону (см. рис. Х.20), свидетельствуя, как это и предполагалось, о пониженной удельной энтальпии одиночных граничных слоев. Уменьшение размеров пор приводит к смене направления термоосмоса и сопровождается ростом абсолютных значений коэффициента термоосмоса %. Можно предполагать, что рост средних значений АЯ >. О в топких порах связан с происходящим здесь перекрытием граничных слоев и соответствующим изменением структуры воды в области перекрытия. [c.330]

Для пор диаметром 1,5 мкм направление термоосмоса меняется. Следовательно, характер пористости слоя новообразований на цементной частице скажется и на процессе последующей гидратации. [c.87]

Разрушение граничных слоев воды происходит также и при повышении температуры, когда тепловое движение размывает упорядоченную под влиянием гидрофильной поверхности сетку водородных связей. На рис. 1.3 показана температурная зависимость вязкости воды в тонких гидрофильных капиллярах (кривые 1 и 2) в сравнении с температурной зависимостью вязкости объемной воды (пунктир). При повышении температуры до 65—70°С отличия вязкости от объемных значений перестают ощущаться, что означает резкое уменьшение толщины граничных слоев. Как было показано ранее, при этом прекращается также термоосмос воды в тонких порах [23] и заметно растет (из-за снижения вязкости) скорость фильтрации воды в пористых телах и мембранах [18, 20]. [c.10]

Кроме тепла переноса Wo и термоосмоса из уравнений (Х.7ВУ и (Х.79) следует еще целый ряд эффектов. Например, в условиях компенсации термоосмотического потока жидкости обратно направленным фильтрационным потоком (когда = 0) можно найти из (Х.78) величину отношения перепада давления АР к перепаду температуры ДГ в стационарных условиях [c.325]

Коэффициент термоосмоса %, устанавливающий пропорциональность между средней скоростью термоосмоса и градиентом температуры V Т, получается для модели тонких пор равным [c.326]

Лучше согласующиеся результаты дают измерения, сделанные на тонкопористых телах мембранах, глинах, силикагелях [97—102]. При этом термоосмотическое течение воды было направлено в холодную сторону, а значения коэффициента термоосмоса х составляли от —10 до —10 см /с. В качестве примера приведем результаты, полученные для тонкопористых стекол — систем с жестким скелетом и малым коэффициентом теплового расширения [101, 102]. В этих опытах впервые были изучены зависимости скорости и коэффициента термоосмоса от среднего радиуса пор г (от 45 А до нескольких микрон), а также от градиента температуры VT ж средней температуры образцов Тт- [c.327]

Схема использованной установки показана на рис. Х.17. Образец 1 вклеивали эпоксидной смолой в кольцо-держатель 2 из плексигласа. Кольцо на уплотняющих прокладках из вакуумной резины зажимали между фланцами 3 двух частей прибора, сделанного из плексигласа. Рабочие камеры 4 заполняли исследуемой жидкостью. В наружных рубашках 5 циркулировала вода, поступающая от двух ультратермостатов и-10. В ряде опытов с целью создания низкой средней температуры дополнительно использовали криостат. Жидкость внутри прибора перемешивалась магнитными мешалками 6. Вблизи поверхностей образца находились электроды 7 и спаи термопар 8. Камеры 4 соединяли шунтом 9, служившим для выравнивания давления перед началом измерения скорости термоосмоса по смещению менисков в горизонтально расположенных капиллярах 11. При перекрытом шунте можно было измерять термомеханическую разность давлений с помощью двух вертикально установленных капилляров 10. [c.328]

Основные эксперименты выполнены с бидистиллированной водой. Опыты проводились при различной средней температуре (от 10 до 60° С) и при градиентах температуры уТ от 20 до 300 град/см, что отвечает перепаду температуры ДГ на образцах от 2 до 30°. Скорость термоосмоса (при ДР = 0) определялась по смещению менисков в горизонтальных мерных капиллярах с помощью микроскопа. Термомеханическая разность давлений ДР (при Q = 0) измерялась по разности положения менисков в вертикальных капиллярах с помощью катетометра. На том же приборе для всех образцов были проведены измерения скорости фильтрации др и определены коэффициенты Рц. На рис. Х.18 показаны зависимости др от ДР (при ДГ = 0), полученные при 20° С. Как видно из графиков, зависимости д (ДР) линейны и проходят через начало координат, что подтверждает постоянство коэффициентов фильтрации и применимость уравнений вязкого течения ньютоновских жидкостей. Значения Рц закономерно уменьшаются при уменьшении средних размеров пор. [c.328]

В этих же условиях были определены коэффициенты % непосредственно по скорости термоосмоса по уравнению (X.90). Для этога к установке вместо вертикальных мерных капилляров подключались горизонтальные. В табл. Х.2 приводятся результаты сравнительных измерений коэффициентов термоосмоса х Двумя этими методами. Как видно из таблицы, обоими методами получены близкие результаты, что подтверждает надежность использованной методики. [c.329]

ТАБЛИЦА Х.2. Сравнение значений коэффициентов термоосмоса, полученных из данных о термомеханическом давлении (Х1) и о скорости термоосмоса (Ха) [c.330]

Рис.х.20. Зависимости скорости термоосмоса Зо от градиента температуры VI при Тт = 293 К [c.331]

Рис.Х.21. Зависимости скорости термоосмоса в образце № 1 пористого стекла от градиента температуры при различной средней температуре 1 — Т = 288 К 2 — 293 3 — 303

Полученные для пористых стекол значения коэффициентов термоосмоса при комнатной температуре составляют х = — ч-10 см /с. Они близки к значениям полученным для мембран и глин. Хотя всем этим пористым телам в контакте с водой присущ поверхностный заряд, его влияние не проявляется заметным образом в силу того, что для воды в тонких порах (/ <10 нм) х/"<С1. Как известно, в этом случае электрокинети-ческие эффекты заметно не проявляются. [c.22]

В книге обсуждается роль поверхностных сил не только в статике, но и в кинетике. На основе неравновесной термодинамики проводится рассмотрение процессов переноса в тонкопористых телах и тонких пленках жидкостей. В таких системах дальнодействие поверхностных сил приводит к появлению новых кинетических эффектов, таких, например, как капиллярный осмос, обратный осмос и диффу-зиофорез, лежащих в основе ряда технологических процессов. Особенности течения жидкостей в тонких порах и пленках важны для понимания закономерностей фильтрации, капиллярной пропитки и диффузионного извлечения, сушки и многих других массообменных процессов. Совместный анализ процессов тепло- и массопереноса позволил развить теорию термоосмоса, а также теорию термокристаллизационного течения незамерзающих прослоек и пленок воды в промерзших пористых телах. Эта теория дала объяснение известных явлений морозного пучения грунтов и разрушения пористых тел при промораживании. [c.5]

Явление термоосмоса — течение жидкости через капилляры или пористые перегородки под действием градиента температуры — связано с отличием удельной энтальпии жидкости в граничных слоях и тонких порах АН (эрг/см ) от объемных значений. Изотермическое течение слоев жидкости с измененной энтальпией создает избыточный поток тепла, порождающий градиент температуры в направлении течения. В соответствии с законами термодинамики необратимых процессов [7] должен существовать также и перекрестный эффект, а именно течейие жидкости в отсутствие перепада давления под действием градиента температуры, т. е. термоосмос. [c.322]

Термоосмос был открыт и изучен теоретически и экспериментально Дерягиным и Сидоренковым [93]. Теория те )моосмоса и дхгугих термокинетических явлений была развита в [93] на основе термодинамики необратилшх процессов. Рассмотрим жидкость, заполняющую два резервуара, отделенных друг от друга пористой перегородкой, [c.322]

Как видно из (Х.87), в широких порах (когда рц велико) термо-иеханический эффект мал. Это означает, что даже малые колебания давления могут заметно осложнять его наблюдения. Поэтому большая часть исследований термоосмоса выполнена на тонкопористых телах. В этом случае, однако, неприменимо условие h h , принятое при выводе уравнения (Х.83). Здесь можно, однако, использовать другое упрощающее предположение, а именно полагать значения ДЯ постоянными по всему сечению тонкой поры, т. е. использовать некоторое среднее эффективное значение ДЯ onst. Для той же модели щелевой поры при использовании параболического распределения скоростей вместо (Х.82) получим [c.326]

Таким образом, измерения термомеханического давления в тонких порах могут прямо служить для оценок средних изменений удельной энтальпии. Размер пор не входит в (Х.93), так как и скорость термоосмоса 5о и скорость фильтрации Qp = QJS = —h API3y]l пропорциональны [c.327]

ТАБЛИЦА Х.1. Структурные характеристики образцов пористых стекол, использовацных для измерения скоростей термоосмоса [c.328]

Как и другие свойства граничных слоев (см. главу VII), отличия их удельной знтальпии от объемных значений уменьшаются при повышении температуры. Это подтверждается приведенным на рис. Х.21 графиком зависимостей дд(ЧТ). Повышение средней температуры Тт закономерно снижает скорость термоосмоса, измерявшуюся в одном и том же образце. Еще более наглядно это следует из рис. Х.22, на котором приведены аналогичные результаты для четырех образцов пористых стекол. Повышение средней температуры от 10 до 60°С резко снижает скорость термоосмоса. При температуре выше 60° С значения % ->-0. Такой же эффект резкого снижения абсолютных значений % наблюдался и при гидрофобизации поверхности пористого стекла, что указывает на связь эффекта с гидрофильностью поверхности, определяющей глубину структурных отличий воды в граничных слоях (подробнее см. главу VII). [c.330]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология