Экспериментальное определение поверхностной энергии критических зародышей

• Автор: Шайморданов, Ильдар Нуртинович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 140 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА . ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ КРИТИЧЕСКИХ

ЗАРОДЫШЕЙ

1.1. Классическая теория нуклеации

1.2. Модификации классической теории нуклеации

1.3. Методы теоретического описания поверхностного

натяжения критических зародышей

1.4. Нукчеационные теоремы

1.4.1. Первая нуклеационная теорема

1.4.2. Вторая нуклеационная теорема

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ИЗБЫТОЧНОЙ
ЭНЕРГИИ
2.1. Определение поверхностной избыточной энергии критических зародышей из уравнения скорости нуклеации
2.2. Влияние фазовых переходов в критических зародышах и методы нахождения сингулярности скорости нуклеации

2.3. Критерии Шовене отбрасывания промахов. Приложение
критерия к зависимости ..
ГЛАВА 3. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА ПО НУКЛЕАЦИИ ПЕРЕСЫЩЕННЫХ ПАРОВ пОКТАНОЛА В АТМОСФЕРЕ ГЕКСАФТОРИДА СЕРЫ
3. 1. Схема эксперимента
3.2. Расчет скоростей нуклеации из экспериментальных данных
3.3. Погрешности результатов эксперимента
3.4. Обсуждение результатов эксперимента ГЛАВА 4. ПОВЕРХНОСТНАЯ ИЗБЫТОЧНАЯ ЭНЕРГИЯ
КРИТИЧЕСКИХ ЗАРОДЫШЕЙ. ЭКСПЕРИМЕНТ
4.1. Исследование нуклеации пересыщенных паров поктанолд в среде гексафторида серы
4.1.1. Критические параметры бинарной системы поктанол
гексафторид серы
4.1.2. Характеристики критического зародыша поктанола
4.2. Поверхностная энергия критических зародышей в окрестности фазовых переходов
4.3. Избыточная энергия критических зародышей и теплота испарения. Сравнительный анализ.
4.4. Структура критических зародышей.
выводы.
ПРИЛОЖЕНИЕ А.
ПРИЛОЖЕНИЕ В.
ПРИЛОЖЕНИЕ С.
ЛИТЕРАТУРА


Предложен модифицированный алгоритм определения поверхностной избыточной энергии. Показано, что необходимо учитывать температурную зависимость поверхностной энергии, ранее не учитывавшуюся в аналогичных работах. Рассмотрена структура критических зародышей, проведено сравнение экспериментально найденных значений избыточной энергии с табличными данными для теплоты испарения индивидуальных веществ. Показано, что теплота испарения на одну молекулу является аналогом поверхностной энергии. Обнаружено аномальное изменение величины поверхностной энергии в окрестности фазовых переходов определена сингулярность поверхности скорости нуклеации различными методами. Предложено использовать термодинамическое соотношение трех частных производных как метод определения сингулярных точек. Использован метод Шовене для исключения сингулярных точек, рассматриваемых методом как аномальные. Впервые измерена скорость нуклеации бинарной системы локтанолшестифтористая сера. Практическая значимость. Определена избыточная энергия критических зародышей без предварительных предположений о зависимости этой энергии от формы и размера критического зародыша. С другой стороны, при уменьшении размера критического зародыша его избыточная энергия имеет конечное ненулевое значение, сравнимое с энергией испарения молекулы. Результаты работы содержа основания для дальнейшего уточнения существующей теории нуклеации и расширения диапазона исследуемых веществ и многокомпонентных систем различной сложности. В работе предложено использовать известные методы для оценки сингулярных точек и исключения их из общей экспериментальной зависимости. Методы достаточны просты в реализации и позволяют с высокой точностью предсказывать выявлять существование неконтролируемых парамегров или несогласованность используемой модели с экспериментальными данными. Разработанный алгоритм компьютерного сбора информации с датчиков экспериментальной установки более точно рассчитывает и выявляет экспериментальные скорости нуклеации и особенности нуклеирующей системы. Защищаемые положения. Модификация алгоритма определения поверхностной избыточной энергии из экспериментальных изотерм нуклеации. Аномальное изменение величины поверхностной энергии , обусловленное фазовыми переходами в критических зародышах. Применение в качестве контроля независимых методов известных из литературы для определения и исключения сингулярных точек. Скорость нуклеации бинарной системы яоктанол шестифтористая сера. Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Европейской аэрозольной конференции Чехия, Прага, , XVIII и XIX конференциях Американского аэрозольного общества США, Такома СентЛуис, Миссури, , V и VI Заседаниях рабочей группы Аэрозоли Сибири Томск, ,. Основные результаты изложены в печатных работах. Работа состоит из введения, 4 глав, выводов, приложений и списка используемой литературы. Список цитируемой литерагуры включает 6 наименований. В первой главе изложен обзор теоретических методов определения поверхностного натяжения из термодинамических свойств системы. Приведены основные положения существующих теорий нуклеации, отличия которых заключены в интерпретации вклада межфазной границы в работу образования критического зародыша. Приведено описание появившихся в последние два десятилетия нуклеационных теорем. Во второй главе в рамках термодинамического подхода приведен вывод алгоритма определения поверхностной избыточной энергии критических зародышей на основе экспериментальных результатов по нуклеации из пересыщенных паров. За основу было взято уравнение классической теории нуклеации в обобщенном виде. Показано, что для нахождения поверхностной энергии зародыша необходимо знание условий спинодального распада обычно определяемых из уравнения состояния, и размера критического зародыша и температурной зависимости скорости нуклеации определяемых из экспериментальных данных. Показан способ определения сингулярных точек температурной зависимости скорости нуклеации на основе термодинамического соотношения.