Введение к работе
Актуальность проблемы. ПроцёпМ аграгировзішя, вызывающие- структурные изменения н коллоидных оно гейм.;, н ! , приводить к кардинальному изменении их физических и мйхаїїим^.-і-і1 свойств. В литература, осношшц шшшшие уделяется алемента^г.';-. акту агрегирования - соединений двух (реже несколькт.) чисти1*--. или объединению двух сформировавшихся агрегатои. Явления, в которые вовлечено огромное число частиц, пршюшщиь а всзнііій:: венню качественно нового состояния коллоида, исследоваїш гораздо меньше и явно недостаточно.
С другой сторони, структурные превращения в коллоидах часто имеют черты фазовых переходов, многие из которых аналогични превращениям в молекулярных системах, а многие специфичны именно для коллоидных дисперсии. Поэтому исследование тагах явлений расширяет и углубляет наши общие представления о чрирм.!! фазовых пароходов. Вместе с тем, .достаточно крупные ра:»шрн коллоидннх частичек позволяют зксперіше>гтаторам визуально наблвдать как интригуйте особенности фазо нос переходов фор«н руются на уровне отдельных частиц. Задача теоретика при лтом может состоять в том, чтобы оценить критерии наступления фазовых переходов и указать общую картину их развития.
Традиционный аіпіарчт теорій иг;..л ирошишя, осноичннпй на решении цепочек уравнении Снолуховского, становится некон-структивнш при описании фяловых переходов. Погатому первоочередной ІІ.ЧД.Ч'!"!1 ІІГ!' /№»>)И,ЧН Т.ІИІІ/ НП'Н'ЧИІ
су;'_ підітни:: и к.ч: '";..'' і : чі!; *"-" " і'-чт!;"1.: і'с т;м до-ппсчи"'--..'Mv цпи'Чірй К;і.іі..:оіі,!ііп:< -!: - 'і -П | пчіЧічЛ и чіЧс'Ч'.і'і Щнршн.
Роиоаие многих прикладных и исследовательских задач трэбует разработки методов расчета различных эффективных, характеристик коллоидных систеи. Для чрезвычайно разбавленных простых и магнитных дисперсий таїше задачи рассматривались в работах Максвелла, Эйнштейна, Акривоса, М.И. Шли-оыиза и других исследователей. Влияние комплекса гидродина-«ическнх, молекулярных, электростатических, дипольних и других межчастичшх взаимодействий да равновесные и неравновесные физические свойства коллоидов изучена слабо.
Цель работы - исследование фазовых переходов в концентрированных простых и дипольних коллоидах, а также расчет термодинамических функций и неравновесных эффективных характеристик таких систем. Поскольку в рамках одного исследования невозможно дать сколько-нибудь полное решение поставленной задачи, в работе рассмотрены только системы, энергия межчастичных взаимодействий б когорых по порядку величины не превышает их тепловую энергию. Такое условие выполняется, например, для простых коллоидов, глубокая первичная потенциальная яма ыежчастичного взаимодействия в которое экранирована достаточно высоким потенциальным барьером, оно справедливо также для многих реальных магнитных дисперсий.
Научная новизна- работы заключается.в том, что в ней - впервые с единых позиций оценены термодинамические Функции концентрированных простых и дипольних коллоидов и определены критерии их равновесных расслоений на Фазы с различной концентрацией частиц; без использования Феноменологических и подгоночіпіх параметров, на основе микроскопического анализа, предложена статис-тико-тернодинамическая модель Ферроколлоидов с иглообразными частицами во внешнем поле, на ос пои? которой проанали-
- б -
зированы различные фазоше перехода в таких системах}
предложена модель, объясняющая возникновение доменов и ферроколлондах как наступление специфического Фазоииг-и перехода первого рода; .
впервые проведен теоретический анализ физических свой^їь ыагнитополимерных систеы, на линейных макромолекулах которіх адсорбированы однодоиенние Фэррочпстнчки;
предложена математичесная модель спннодальиого распада,
на оснош которой с едашх позиций прошіадизвроваш ссабои-ности этого процесса в покоящееся и в деформационно движущихся простых коллоидах, а также, в ферроколлондах во внешнем магнитном поле;
- построена модель неравновесного фазового перехода в деформа
ционно движущемся простом коллоиде, предсказывающая возникно
вение в нем устойчивых дисяротшдс агрегатов, даго еаяк позо-
)п:а!йся коллоид находился в однофазной состоянии; с помощью
этой модели объяснен ряд известных реологических OCuOtihHOCJvfl
мелкодисперсных суспензий, трудно поддавшихся интпуяретации
в рамках других моделей;
объяснено известное из экспериментов явление доыенообрззо-вания в ферроколлондах, помещенных во врацаицееся магнитное поле, при условии, что в неподвижной поле той же напряжоїгаостг? система остается в гомогенном состоянии;
из микроскопич эского анализа выведены макроскопические уравнения релаксации намагниченности концентрированных феррокоя-лоидов; оценена вращательная вязкость таких систем;
исследовано влиянге активациошаа аффектов на вязкость магнит-
ном яипкостн; на основе проведенного анализа интери] «тировали известные, но до сих пор не объясненные результата
эксперииентов, в которых вязкость ферроколлоидов возрастала при увеличении скорости их течения.
Научная и практическая ценность работы заключается в том, что в ней
- получены выражения для равновесных . и неравновесных
вффективных характеристик коллоидов различной природы,
который могут быть использованы в дальнейших исследованиях
п v инженерных расчетах; @
устаноЕпены физические причины и оценены критерии наступления ряда равновесных и неравновесных фазовых переходов в коллоидах различной физической природы;
построена модель спинодального распада, на основе которой проанализированы особенности этого процесса в коллоидах различной природы при разных внешних условиях его протекания;
построена новая активационная модель течения магнитных жидкостей, на основе которой объяснены известные експвримен-тальше результаты по реологии ферроколлоидов.
Автор защищает
- результаты расчетов термодинамических функций простых и
дипольних коллоидов с круглыми и иглообразными частицами
и критерии наступления различных фазовых переходов в
этих системах;
модель доиенообраэования и йерроколлоидах;
результати исследования рюичэоквдг свойств г'эпп'тополигэрнгог систем;
пиаультатн исследования спи'юг.глмгоро распада пткнт-х и
иапшттх колло:ідо я; - модели нораімювоснчл фазових ьурохолов п простых и в іі'лгіпіт'глч.
коллоидах;:
- rivBrizmm 10/^1::0-1:^1^ намагниченности концентр-лрсранного
ферроколлоида;
- активационнутз иодель течения магнитных жидкостей,
Anpodaiow работы Основные результаты диссертация оиуізлі. кованы в 22 статьях в центральной пичахи и докдедая&шсь ни;
Всесоюзной конференции по коллоидной химии природа/? ДО.'!Ш>-ных систеи (Капав, 198??);
Всесоюзной сешгааре по влеятроповврхносгкнм явлениям (Киев, 1987, 1988, 1989);
ІУ ц У Веесоііаїшх совещаниях по физкга иагашддс гкдіь;аіій (Душанбе, 1988,- Периь, 1990);
III Всесоюзном совещании "Нетастабильнне фазовые состояния -теплофизические свойства и кинетика релаксации" (Сведояовав, 1989),
УІ Международном Конгрессе по теоретической и прикладной механике (Варна, Болгарки, 1989);
У Европейском совещании по ие^санииа коипозициотпгг uavu|.«a;i(!!» (Шумен, Болгария, 1991).
Объем и структура работы. Диссертация состой? из введения шести глав , заключения и списка литературы (236 названий). Оби{нй объеы диссертации - 8Й9 стр,