Разработка износостойких материалов с помощью методов неравновесной термодинамики на примере скользящих электрических контактов

• Автор: Гершман, Иосиф Сергеевич
• Шифр специальности: 05.02.01, 05.02.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 234 с. : ил.

Введение

1. САМООРГАНИЗАЦИЯ ПРИ НЕОБРАТИМЫХ ПРОЦЕССАХ

1.1. Самоорганизация

1.2. Структура

1.3. Энтропия и ее основные свойства

1.4. Закон возрастания энтропии

2й закон термодинамики

1.5. Производство энтропии 2 О

1.6. Стационарное состояние

1.7. Состояние с минимальным производством

энтропии теорема Пригожина

1.8. Принцип ЛеШателье
1.9. Устойчивость
1 Термодинамическая устойчивость равновесных
состояний
1 Устойчивость систем,
далеких от равновесия
1 Самоорганизация.
Диссипативные структуры 3
1 Локальное равновесие 3
2. САМООРГАНИЗАЦИЯ ПРИ ТРЕНИИ
2.1. Трение и неравновесная термодинамика
2.2.Трибосистема открытая
термодинамическая система
2.3. Термодинамическое обоснование существования
вторичных структур
2.4. Появление вторичных структур как процесс
самоорганизации
2.5. Термодинамика вторичных структур
2.6. Стационарное состояние трибосистемы с токосъемом Смазывающее действие тока
3. НЕУСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМЫ ТРЕНИЯ С ТОКОСЪЕМОМ
3.1. Неустойчивость системы трения
3.2. Применение положений об устойчивости к системам трения с токосъемом
3.3. Экспериментальное наблюдение неустойчивости системы трения с токосъемом
3.4. Механизмы потери устойчивости при изменении тока
3.5. Возможная потеря устойчивости системы трения с токосъемом при изменении нагрузки
3.6. Исследование изменения контактного сопротивления с током при скольжении
4. ИССЛЕДОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ СТРУКТУР НА ПОВЕРХНОСТЯХ ТРЕНИЯ
4.1. Вторичные структуры и износостойкость
4.2. Свойства токосъемных материалов и их износостойкость
4.3. Методы исследований состава вторичных структур
4.3.1. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
4.3.2. Метод электронной ожеспектроскопии
4.3.3. Метод вторичной нейтральной массспектроскопии
4.3.4. Образцы. Методика эксперимента
5. ГРАФИТО МЕДНЫЕ ТОКОСЪЕМНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
5.1. Токосъемные материалы
5.2. Обеспечение смачивания графита медью
5.3. Свойства графитомедных композиционных материалов из модифицированною графита
5.4. Повышение прочностных характеристик графитомедных материалов
5.5. Зависимость свойств графитомедных материалов от температуры нагрева
5.6. Износостойкость графитомедного материала
5.7. Эксплуатационные испытания графитомедных токосъемных материалов
6. ТОКОСЪЕМНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ГРАФИТА БЕЗ МЕТАЛЛА
6.1. Схватывание графитомедных материалов с медью
6.2. Выбор материала вставок
6.3. Выбор размера чешуек природного графита
6.4. Влияние пропитки пироуглеродом на структуру графитовых заготовок
6.5. Эксплуатационные испытания токосъемных материалов на основе природного графита
6.6. Испытания вставок на потерю объема при дуговом воздействии
6.7. Влияние катализатора на износостойкость скользящих электрических контактов
6.7.1. Влияние подачи в скользящий электрический контакт С на интенсивность изнашивания токосъемного материала
6.7.2. Влияние катализатора на износостойкость скользящих электрических контактов
7. СОВМЕСТИМОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ТОКОСЪЕМНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОДНОМ УЧАСТКЕ КОНТАКТНОГО ПРОВОДА
7.1. Состояние вопроса
7.2. Проблема совместимости с точки зрения самоорганизации
7.3. Совместимость токосъемных материалов вставок типа Б из искусственного графита и металлических композиционных вставок ВЖЗП
7.4. Совместимость токосъемных материалов на основе природного графита и металлических композиционных вставок ВЖЗП
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Выше отмечалось, что средние значения это наиболее вероятные значения энергий подсистем. Таким образом, энтропия, как функция энергий подсистем , Е2,. Согласно одному из основных принципов статистической физики, статистическое усреднение полностью эквивалентно усреднению по времени. Следовательно, средние значения энергий подсистем соответствуют статистическому равновесию системы, а энтропия в этом случае имеет наибольшее возможное значение. Закон возрастания энтропии 2й закон термодинамики. С течением времени неравновесное состояние замкнутой системы будет меняться до достижения состояния равновесия. С точки зрения распределения энергии между подсистемами каждое последующее состояние системы соответствует более вероятному распределению энергии. Эта вероятность определяется экспонентой , в показателе степени которой стоит энтропия. Следовательно, состояние неравновесной замкнутой системы меняется не
прерывно в сторону возрастания энтропии до достижения максимального ее значения, что соответствует полному статистическому равновесию. Если замкнутая система находится в неравновесном состоянии, то наиболее вероятным следствием в последующие моменты времени будет монотонное возрастание энтропии системы. Клаузиусом в г. Больцманом в х годах. Таким образом, во всех замкнутых системах энтропия никогда не убывает, она увеличивается или в идеальном случае остается постоянной. Соответствующие процессы в макроскопических системах подразделяются на необратимые и обратимые. Необратимые процессы сопровождаются возрастанием энтропии замкнутой системы, следовательно, процессы, которые являлись бы их повторением в обратном порядке, не могут происходить, т. При обратимых процессах энтропия замкнутой системы остается постоянной, следовательно, эти процессы могут повторяться в обратном направлении. Строго обратимый процесс является идеальным предельным случаем, реальные процессы можно считать обратимыми только с определенной степенью точности. Производство энтропии. Из термодинамики известно, что в равновесной системе энергия имеет возможное минимальное значение. Рассмотрим замкнутую систему двух тел, находящихся в тепловом равновесии. Энтропия такой системы Б имеет возможное наибольшее значение при данной энергии системы Е Е Е2 Еь Е2 энергии каждого из тел. Энтропия системы также будет равна сумме энтропий тел БЕ БЕО Е2. Таким образом, температуры тел, находящихся в равновесии одинаковы. Этот вывод обобщается на любое количество тел. Также в равновесной системе устанавливается равенство других интенсивных величин давления, химического и электрического потенциала и др. Это можно интерпретировать, как установление равенства удельной энергии всех частей системы. Рассмотрим систему, состоящую из двух закрытых подсистем, их температуры Т и Тг различны. Учитывая 1. А.Е 1. Изменение энтропии состоит из двух частей. Согласно второму закону термодинамики , 0, поэтому из 1. Такое увеличение энтропии за счет процессов, протекающих внутри системы в термодинамике необратимых процессов называется производством энтропии. Чаще производством энтропии называют скорость прироста энтропии
Правая часть 1. Направление потока определяется знаком этой разности, которая является причиной, вызывающей этот поток. Обобщая, можно сказать, что при установлении равновесия происходит перераспределение энергии с ее выравниванием по одинаковым частям системы. В системе появляются термодинамические потоки энергии в т. Эти потоки стремятся выровнять температуру, давление, электрические потенциалы и др. Сумма произведений термодинамических сил и соответствующих термодинамических потоков будет определять производство энтропии. Этот процесс сопровождается увеличением энтропии, т. Выше было показано, что энтропия зависит от энергии системы. Следовательно, необратимые процессы сопровождаются не только ростом энтропии, но и изменением энергии системы внутренней энергии. В данном случае приходится говорить об уменьшении внутренней энергии, т. Таким образом, необратимые процессы должны сопровождаться рассеянием энергии.