Инфоурок Физика Научные работыНПК "АДСОРБЦИОННОЕ ПОНИЖЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ"

НПК "АДСОРБЦИОННОЕ ПОНИЖЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ"

Скачать материал

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Управление образования администрации г. Екатеринбурга

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа № 60

 

 

 

Проект по физике

тема: АДСОРБЦИОННОЕ
ПОНИЖЕНИЕ ПРОЧНОСТИ
ТВЕРДЫХ ТЕЛ

 

 

 

 

Выполнил ученик

 8 «Б» класса

Сумароков Дмитрий Евгеньевич

Руководитель: Чендева Екатерина Викторовна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Екатеринбург 2021 г.

 

Содержание:

Введение.

3

1.     Теоретическая часть

4

1.1.          Основные понятия

4

1.2.          Эффект Ребиндера

5

1.3.          Практическое применение

6

1.4.          Адсорбционное понижение прочности

10

1.5.          Адсорбционные явления в природе

11

1.6.          Адсорбционные явления в живых организмах

14

2.     Практическая часть.

26

2.1.          Опыт со стеклом

26

Заключение

28

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Выбранная мной тема проекта актуальна на сегодняшний день, ведь человек всегда стремился либо повысить прочность применяемых материалов и изделий из них, либо наоборот, понизить. Современная культура человечества строится на огромном промышленном использовании таких технологий как: добыча, дробление и измельчение полезных ископаемых и пищевых продуктов, резание и точение, шлифование и полирование стекла, металлов, камней – без них не обходится ни энергетика, ни пищевая индустрия, ни машиностроение, ни оптика, ни электроника.

Следует  подчеркнуть, что речь идет о приложении науки к технологиям весьма почтенного возраста. Уже тысячи лет тому назад мастера Шумера, Египта, Индии и Китая, как и их более современные европейские и американские потомки, дробят и измельчают руды и уголь, мелют зерно, обрабатывают металлы, шлифуют и полируют стекла и камни.

Физико-химическая механика – сложилась как наука о явлениях, происходящих в технологических процессах, основу которых составляют различные формы твердых материалов. Эта научная дисциплина оформилась как самостоятельная в основном благодаря работам Ребиндера П.А. В 1928 им был установлен эффект адсорбционного понижения прочности твердого тела, находящегося в напряженном состоянии вследствие обратимой адсорбции на его поверхности частиц из окружающей среды (эффект Ребиндера).

Выше изложенные примеры показывают высоку практическую значимость и необходимость применения знаний об адсорбционном пеонижении прочности твердого тела. Меня заинтересовал вопрос: «А можно ли повторить Эффект Ребиндера  в домашних условиях?» и я поставил перед собой цель: выяснить, возможно ли без специальных инструментов сделать желаемую форму твердого вещества, например, стекла.

Для достижения цели были поставлены задачи:

1).     Изучить теорию по выбранной теме.

2).     Определить способы применения.

3).     Поставить эксперимент в домашних условиях.

4).     Обобщить полученные результаты.

1.     Теоретическая часть

1.1. Основные понятия

Физико-химическая механика – это раздел коллоидной химии, изучающий механические свойства дисперсных систем и материалов, а также влияние среды на разрушение и деформацию твердых и жидких тел.

Поглощение каким-либо веществом других веществ называется сорбцией. Если этот процесс идет только на поверхности, то его называют адсорбцией. Адсорбция – это увеличение концентрации вещества на границе раздела фаз по сравнению с его содержанием во внутренних слоях раствора. Если поглощаемое вещество диффундирует вглубь поглотителя и распределяется по объему, то это явление называется абсорбцией. То вещество , на поверхности которого идет адсорбция называется адсорбентом , а вещество которое адсорбируется адсорбтивом. Адсорбат — уже адсорбированное вещество, находящееся на поверхности или в объеме пор адсорбента. Адсорбтив адсорбируется на адсорбенте, превращаясь в адсорбат Процесс обратный адсорбции называется десорбцией.

1.2.          Эффект Ребиндера

Эффект открыт  Петром Александровичем Ребиндером в 1928 году. Он представляет собой адсорбционное понижение прочности — изменение механических свойств твёрдых тел вследствие физико-химических процессов, вызывающих уменьшение поверхностной (межфазной) энергии тела, что может приводить к деформации. В случае кристаллического твёрдого тела, помимо уменьшения поверхностной энергии, для проявления эффекта Ребиндера важно также, чтобы кристалл имел дефекты в структуре, необходимые для зарождения трещин, которые затем под влиянием среды распространяются. Для проявления эффекта Ребиндера необходимы следующие условия:

·                 Контактирование твердого тела с жидкой средой

·                 Наличие растягивающих напряжений

Основными характерными чертами, отличающими эффект Ребиндера от других явлений, например, коррозии и растворения, являются следующие:

·                 быстрое появление — немедленно после контакта тела со средой

·                 достаточность мизерного объёма действующего на твёрдое тело вещества, но только с сопутствующим механическим воздействием

·                 возвращение тела к начальным характеристикам после удаления среды (в ряде случаев это не так, например, при самодиспергировании)

Петр Александрович Ребиндер родился 3 октября 1898 года в Санкт-Петербурге

Пётр Александрович опубликовал более 500 научных трудов. На основе его теоретических разработок были созданы такие новые материалы, как металлокерамика, различные виды искусственной кожи, сверхпрочный цемент.

В 1928 году он открыл эффект адсорбционного понижения прочности твёрдых тел, получившего в советской научной литературе наименование «Эффекта Ребиндера». Это открытие положило начало новой области знания — физико-химической механики. Им было введено в науку понятие о поверхностной активности, как о строгой термодинамической характеристике поверхностно-активных веществ.

В годы Великой Отечественной войны научная деятельность Петра Александровича была связана с укреплением боеспособности Советской Армии. П. А. Ребиндер разработал рецептуру самовоспламеняющейся жидкости, применявшейся для борьбы с танками противника. Он также руководил группой учёных, разработавших новый тип машинной смазки для бронетехники, которая не затвердевала и не густела на морозе. Ребиндер научно обосновал рецептуры пенообразователей, которые в результате постепенного нарастания структурной вязкости и механической прочности пленок давали пены любой стойкости, что находило широкое применение на фронте и в промышленности.[3] Находили применение на фронте также приготовляемые по рецептурам Ребиндера различные липкие составы, препараты против запотевания стекол противогазов при низких температурах. Умер Пётр Александрович 12 июля 1972 года.

1.3.          Практическое применение

Применение адсорбции: В медицинской практике при пищевых отравлениях в качестве адсорбентов используют молоко и активированный уголь. В химической технологии адсорбцию используют для очистки нефтепродуктов от малых содержаний воды, серы, селена, мышьяка, фосфора; для очистки промышленных газовых выбросов в атмосферу, выхлопных газов. Процессы адсорбции лежат в основе разделения трудноразделимых соединений. Этот метод назван хроматографией. Хроматография широко используется при разделении и очистке лекарственных веществ, витаминов, пигментов. В текстильной и кожевенной промышленности техника адсорбции применяется при крашении волокон, шерсти, кожи.

Адсорбционные свойства грунтов является важной характеристикой для инженерной геологии.

Измельчение твердых материалов, освоенное человечеством с незапамятных доисторических времен, в наше время относится к числу самых энергоемких, материалоемких и распространенных технологических процессов. Его осуществляют, как правило, механическим разрушением крупных фрагментов ударным и/или сдавливающим действием в аппаратах различных конструкций. Ежегодно несколько миллиардов тонн различных материалов, таких как руды, угли, цементы, минеральные удобрения, подвергают дроблению и измельчению. И наряду с ними в существенно меньшем объеме, но не менее важных, измельчают такие деликатные товары, как продукты питания, мука для хлебобулочных и кондитерских изделий, сахар, кофе, пряности и лекарственные препараты. Найдется немного отраслей хозяйственной деятельности человека, в которых не производили бы или не использовали измельченные материалы. Несколько миллионов тонн высококачественной стали и около 7-10% всей производимой в мире электроэнергии ежегодно затрачивается на эти процессы.

 

1.4.          Адсорбционное понижение прочности

Человек всегда стремился повысить прочность применяемых материалов и изделий из них.
Прочность – это сопротивляемость материала внешним силам, которые стремятся данный материал разрушить. Измеряется прочность тем напряжением – нагрузкой на единицу площади поперечного сечения изделия (детали, балки, стенки и т. п.), которое вызывает его разрушение или необратимое изменение размеров или формы, непрерывно нарастающее со временем.
Если бы прочность всех живых тканей и материалов уменьшилась в сотни раз, картина мира резко бы изменилась. Животные и растения гибли бы от малейшего толчка, даже слабые порывы ветра ломали бы деревья, в садах ветви не выдерживали бы веса плодов. Катящийся с горы камень рассыпался бы в пыль от ударов о склон. Высокие дома разрушились бы под действием собственного веса. Машины и их двигатели ломались бы при первом запуске. Этого не происходит, поскольку все современные искусственные и природные материалы (включая материалы живой природы) обладают определенной прочностью.
Однако для воплощения смелых замыслов человека требуются новые, еще более прочные материалы. Их отсутствие всегда было препятствием для осуществления блестящих идей. Так, великому Леонардо да Винчи (1452–1519) принадлежит множество потрясающих конструктивных догадок. Он оставил нам наброски проектов танка, подводной лодки, вертолета и многих других машин, построить которые знаменитый ученый и инженер не мог из-за отсутствия подходящих материалов.

https://him.1sept.ru/2003/32/3-1.jpgПриведем слова академика Ребиндера: «Отрыв части происходит именно по этим слабым местам (расположения дефектов. – примечание.), и, следовательно, образующиеся при измельчении мелкие частицы тела уже не содержат этих наиболее опасных дефектов. Выражаясь точнее, вероятность встречи опасного слабого места становится тем меньше, чем меньше ее размеры.
Если, измельчая реальное твердое тело любой природы, мы дойдем до частиц, размеры которых примерно такие же, как расстояния между самыми опасными дефектами, то такие частицы уже почти наверняка не будут содержать опасных дефектов структуры, они станут гораздо прочнее, чем крупные образцы того же самого тела. Следовательно, стоит только измельчить твердое тело на достаточно мелкие кусочки, и эти кусочки той же самой природы, того же состава будут наиболее прочными, почти идеально прочными».
Число подобных цитат можно и далее множить, но уже из приведенных ясно, что повышение прочности материалов – задача огромной важности для развития техники, для будущего человечества. Ученые уже нашли пути решения этой проблемы. Так, много лет назад было показано, что тонкие стеклянные волокна можно сделать гораздо более прочными по сравнению с обычным стеклом. Это объяснялось тем, что при изготовлении тонких волокон удается практически полностью избежать образования дефектов на их поверхности.

1.5.          Адсорбционные явления в природе

 

Адсорбционные явления чрезвычайно широко распространенны в живой и неживой природе.

Адсорбция – это процесс поглощения растворенных или газообразных веществ поверхностью твердого тела или жидкости. Толщи горных пород и почвы являются огромными адсорбентами. Через них перемещаются водные и газовые растворы. Растворенные вещества поглощаются поверхностью песка и почвы. Это явление использовали для очистки воды еще на заре человеческого общества.

 

1.6.          Адсорбционные явления в живых организмах

 

Явление адсорбции играет очень большую роль также и в жизнедеятельности животных организмов. Роль адсорбции обусловлена наличием в организме огромного количества самых разнообразных поверхностей раздела – стенок сосудов, поверхности клеток, клеточных ядер и вакуолей и наконец поверхности раздела между организмом и средой. Исследования показали, что пищевые вещества, как правило поверхностно активны и потому первым этапом их усвоения является адсорбция. Усвоение растением углекислого газа при фотосинтезе начинается с адсорбции СО 2 на внутренней поверхности листа.

 

2.     Практическая часть.

  2.1. Опыт со стеклом

Хочу предложить вам необычное использование ножниц, в качестве инструмента для резки стекла. Может использоваться в тех случаях, когда необходимо будет изготовить криволинейный рез. Резка стекла ножницами в воде напоминает как будто вы режете тонкую пластину льда. И при чем чем глубже в воде, тем резать
стекло легче.
То есть происходит серия микросколов. Но рез получается весьма и весьма точный, и что самое главное – для криволинейного реза данным методом не требуется дорогостоящее оборудование.  Для чего можно использовать такой метод в домашних условиях? Например разбилось стекло в фонарике или в часах. Сейчас модно украшать квартиры декором ручной работы. Пример: панно из цветного стекла.

 

 

 

 

Заключение.

1. В результате проделанной работы я расширил свои знания о понятии адсорбции.

2. Познакомился с эффектом Ребиндера  и приобрел некоторые навыки его использования в домашних условиях.

3. Анализируя     полученные         знания, я обнаружил, что  адсорбционные явления играют огромную роль в жизни живой и неживой природы.

 

Проведенная работа помогла понять, что заслуга П.А. Ребиндера, его учеников и последователей состоит, в частности, в том, что физико-химическая механика преодолела многие трудные барьеры на пути в технологию. На это были потрачены тяжкие труды и годы. П.А.Ребиндер своевременно сформулировал возможности оптимизации технологических процессов на основе исследований их физико-химических факторов, к которым относятся не только влияние среды на прочность и работу разрушения твердых тел, но и весь комплекс технологического взаимодействия твердых тел со средой. Практическая актуальность проблемы дробления и измельчения привлекают внимание исследователей более 150 лет. Были выявлены многие закономерности этих процессов, на основе которых разработаны методики расчета мельниц и технологических циклов помола.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, на основе которых разработаны методики расчета мельниц и технологических циклов помола. Закономерности, в основном, эмпирического происхождения выполняются в узком диапазоне дисперсности ограниченного ряда материалов Эмпирические соотношения (между затратами энергии и дисперсностью измельчаемых материалов) Кика, Риттингера и Бонда, которые принято называть законами измельчения, стали классическими и широко используются в производственной практике

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Практическая актуальность и эвристичность проблемы дробления и измельчения привлекают внимание исследователей более 150 лет. Были выявлены многие закономерности этих процессов, на основе которых разработаны методики расчета мельниц и технологических циклов помола. Закономерности, в основном, эмпирического происхождения выполняются в узком диапазоне дисперсности ограниченного ряда материалов Эмпирические соотношения (между затратами энергии и дисперсностью измельчаемых материалов) Кика, Риттингера и Бонда, которые принято называть законами измельчения, стали классическими и широко используются в производственной практике

 

 

Просмотрено: 0%
Просмотрено: 0%
Скачать материал
Скачать материал "НПК "АДСОРБЦИОННОЕ ПОНИЖЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ""

Методические разработки к Вашему уроку:

Получите новую специальность за 6 месяцев

Менеджер по управлению сервисами ИТ

Получите профессию

Методист-разработчик онлайн-курсов

за 6 месяцев

Пройти курс

Рабочие листы
к вашим урокам

Скачать

Скачать материал

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

6 626 445 материалов в базе

Материал подходит для УМК

Скачать материал

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

  • Скачать материал
    • 14.12.2021 992
    • DOCX 123.9 кбайт
    • Оцените материал:
  • Настоящий материал опубликован пользователем Чендева Екатерина Викторовна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

    Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

    Удалить материал
  • Автор материала

    Чендева Екатерина Викторовна
    Чендева Екатерина Викторовна
    • На сайте: 5 лет
    • Подписчики: 0
    • Всего просмотров: 5683
    • Всего материалов: 6

Ваша скидка на курсы

40%
Скидка для нового слушателя. Войдите на сайт, чтобы применить скидку к любому курсу
Курсы со скидкой

Курс профессиональной переподготовки

Бухгалтер

Бухгалтер

500/1000 ч.

Подать заявку О курсе

Курс повышения квалификации

Особенности подготовки к сдаче ЕГЭ по физике в условиях реализации ФГОС СОО

36 ч. — 180 ч.

от 1700 руб. от 850 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 48 человек из 27 регионов

Курс повышения квалификации

Теоретическая механика: векторная графика

36 ч. — 180 ч.

от 1580 руб. от 940 руб.
Подать заявку О курсе

Курс профессиональной переподготовки

Педагогическая деятельность по проектированию и реализации образовательного процесса в общеобразовательных организациях (предмет "Физика")

Учитель физики

300 ч. — 1200 ч.

от 7900 руб. от 3950 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 36 человек из 21 региона

Мини-курс

Инновационные методы обучения и игровые практики для детей с ОВЗ

3 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 45 человек из 22 регионов

Мини-курс

Институциональные основы современного инвестирования

3 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе

Мини-курс

Оказание первой помощи

4 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 482 человека из 69 регионов