Ньютондық емес сұйықтықтардың қолданысы

Жоспар:

 

1.КІРІСПЕ

 
2. НЕГІЗГІ БӨЛІМ

1. Ньютондық және ньютондық емес сұйықтықтардың айырмашылығы
2. Ньютон заңына бағынбайтын сұйықтықтар
3. Ньютондық емес сұйықтық алу тәжірибелері
4. Ньютондық емес сұйықтықтардың қолданысы

 

 

3.ҚОРЫТЫНДЫ 

ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

 

Сұйықтық бізді әрдайым және әр жерде қоршап тұрады. Адамзаттың өзі судан тұрады,су тіршілік көзі,біз судан шықтық және суға қайтып келеміз.Бірақ сұйықтық дегеніміз не, ғылым тілімен айтқанда сұйықтық – заттың агрегаттық күйлерінің бірі. Сұықтықтың негізгі қасиеттерінің бірі, ол механикалық әсер кезінде өзінің пішінін өзгертуі.

Сұйықтық жағдайын әдетте қатты дене мен газ аралығы деп санайды: газ көлемін де, пішінін де сақтамайды, ал қатты дене екеуінде сақтай алады.Сұықтық идеал және реал болады. Идеал сұйықтық – тұтқырлығы мен жылу өткізгіштігі болмайды деп есептелетін сұйықтық.Идеал сұйықтықта ішкі үйкеліс болмағандықтан оның көршілес екі қабатының арасында жанама кернеу болмайды. Идеал сұйықтық – үзіліссіз дене және оның өзіне тән құрылымы да жоқ. Идеал сұйықтықты мұндай етіп сипаттау гидромеханикада қарастырылатын ағындардың көпшілігі үшін дұрыс болып есептеледі әрі ол сұйықтықтар мен газдардың нақты ағындарының заңдылықтарын ашу кезінде жақсы нәтиже алынады. Реал сұйықтықтар - тұтқыр сұйықтықтар, олар сығылғыштыққа,  қарсыластыққа, созылмалы күшке және айтарлықтай қозғалмалыққа ие. Реал сұйықтықтар ньютондық және ньютондық емес болады.

 

Ньютондық сұйықтықтар деп тұтқырлық коэффициенті сұйық табиғатына және оның температурасына тәуелді болатын сұйықтықтарды айтады. Ньютондық сұйықтықтар үшін тұтқырлық күші жылдамдық градиентіне тұра пропорционал, тұтқырлық коэффициенті сұйықтың ағыс шарттарына тәуелді болмайтын тұрақты параметр болып табылады. Ньютондық сұйықтықтарға төменгі молекулалық қосылыстардағы сұйықтар жатады ( су, балқыған металл, плазма) т.б

 Ньютондық емес сұйықтықтар деп тұтқырлық коэффициенті заттардың табиғатымен температурасына ғана емес, сонымен бірге оның ағыс шарттарына да тәуелді болатын сұйықтарды айтады. Тұтқырлық коэффициенті мұндай жағдайда заттың тұрақтысы бола алмайды. Сұйық тұтқырлығы тұтқырлықтың шартты коэффициентімен сипатталады да, ағыстың белгілі бір шарттарына жатқызылады. Ньютондық емес сұйықтықтарға жоғарғы молекулалық қосылыстар жатады. Мысалы суспензиялар, эмульсиялар, қан және т.б. Қан- ньютондық емес сұйықтық, бұл көптеген жағдайда қанның ішкі құрылымын ерекше болуына байланысты. Себебі, қан формалық элементтер, суспензиясының плазмадағы ерітіндісі. Ол элементтердің өзіне тән ішкі құрылысы және қасиеттері бар. Қан плазманың фермендік элементтердің ерітіндідегі суспензиясы. Плазма ньютондық сұйықтық. Себебі фермендік элементтің 93%ін эритроциттер болған қанды, эритроцит суспензиясының физиологиялық ерітіндісі деп жеңілдетіп қарастыруға болады.

 

 

Ньютондық және  ньютондық емес сұйықтықтардың айырмашылығы

 

      

Кеңістіктегі құрылымдардың түзілу қасиеті дисперсті жүйенің көлеміндегі бөлшекердің таралуына және бөлшектер арасындағы контактілердің түрімен беріктігіне байланысты болғандықтан, оларды құрылым механикалық депатайды. Дисперсті жүйелердің құрылым механикалық қасиеттерін реологиялық әдістердің көмегімен зерттейді. Маңызды реологиялық сипаттамаларға тұтқырлық, серпімділік, иілгіштік, беріктік жатады. Оларды анықтау үшін сыртқы механикалық кернеудің (P) әсеріннен болатын деформациялар γ (жүйенің бірыңғайлылығы бұзылатын нүктелердің ығысуы) мен олардың уақытқа тәуелділігін зерттейді. 

Өздерінің реологиялық тәртібі бойынша дисперсті жүйелер сұйық тәрізді (Pт=0) қатты тәрізді (Рт>0) деп бөлінеді. Сұйық тәрізді жүйелердің өзін ньютон және ньютондық емес деп жіктейді. Ньютондық жүйелердің тұтқырлығы кернеудің шамасына тәуелсіз. Кеңістіктегі құрылымдар пайда болған жағдайда дисперсті жүйелеердің ағуы Ньютондықтан ауытқып, олардың тұтқырлығы берілген жүктеемеенің шамасына тәуелді болып, тиімді (эффективті) деп аталады. 

Ньютондық дисперсті жүйелер.Дисперстік фазаның аз концентрациясы мен құрылымдар түзілмеген жағдайда көптеген дисперсті жүйелердің тәртібі ньютондық сұйықтықтарға  сәйкес болады.Мұндай жүйелеердее тұтқырлықтың дисперсті фаза концеентрациясына тәуелділігі Энштейн теңдееуі арқылы беейнеленеді:

                                                              

мұндағы , , дисперсиялық ортаның, дисперсті жүйенің  және мееншікті тұтқырлықтар; φ көлемдік үлес бойынша алынғандисперстік фазаның концентрациясы; α бөлшектеер формасының конце бөлшектеер формасының коэфиценті.

Тұтқырлықтың есептелмеген шамаларының тәжірибелерден анықталмаған шамалардан айырмашалығы жүйедегі бөлшектердің әрекеттесуін көрсетеді.Сонымен,қатар Энштейн теңдеуіннен ауытқуы фазааралық беттерде қалыңдығы δ бөлшектердің өлшемдеріне жақын,жақсы дамыған беттік қабаттардың (ҚЭҚ,сольваттық,адсорбциялық)болуына байланысты.Осы жағдайда Энштейн теңдуі былай жазылады

η=ηо(1+αφэф)

 Мұндағы αφэф дисперсті фазаның тиімді концентрациясы.

Егер бөлшектер сфералық болып,олардың диаметрі d мен концентрациясы φ белгілі болса,жүйенің тұтқырлығын анықтап,беттік қабаттардың қалыңдығын бағалауға болады.Ол үшін Энштейн теңдеуі φэф ,одан кейін δ мәнін табуға болады.

δ=d/2 *[(φэф/φ)1|3-1]

 

Ньютондық емес дисперсті жүйелер. Н.е.д.жүйелердің  реологиялық тәртібі ондағы түзілетін құрылымдарға байланысты.Мұндай құрылымдар бөлшектер арасындағы беттік күштердің тепе теңдігімен,яғни потенциялды құрылымдардың түрімен анықталады.

Осылай, дипеерсті жүйелердің  құрылым механикалық қасиеттеерін зерттей отырып, түзілетін құрылымдардың түрі мен бөлшектер арасындағы байланыстардың параметрлеерін (беріктігін) анықтауға болады.

 

 

 

 

 

Ньютон заңына бағынбайтын сұйықтық

Сіз өзіңізге сұйықтықты қалай елестетесіз? Ол қандай қасиеттерге ие болуы керек? Біріншіден,  адам салмағын көтермеу немесе вертикалды күйде болмауы керек, ол ағу, жайылу және с.с.  керек, бірақ біздің әлемде бәріде оңай емес, біртүрлі әрекет ететін, ерекше «Ньютондық емес» сұйықтықтар бар. 

Ньютондық сұйықтық (Исаак Ньютонның құрметыні аталған) – өзінің ағымында Ньютонның тұтқыр үйкеліс заңына бағынатын, яғни мұндай сұйықтықта жанама кернеуі және градиент жылдамдығы сызықты тәуелді болатын тұтқыр сұйықтық.

Иә, бұл күрделі болып естіледі, бірақ, егер Ньютондық сұйықтықты – сұйықтық, май және бізге таныс, көбінесе тұрмыста қолданылатын аққыш, яғни олармен не истемесекте өз агрегатты күйін сақтайтын заттар (буландыру немесе мұздатудан басқа) деп айтсақ түсінікті болады.  

Ағымдары Ньютон заңына бағынбайтын сұйықтықтарды Ньютондықтар немесе аномальды деп атайды. Гидравликаның көзқарасынан мұндай аномальды сұйықтықтар аз. Олар мұнайлы, химиялық, қайта өңдейтін және де өнеркәсіптің басқа салаларында кеңінен таралған. Егер оларға тез, қатты, кенет әрекет жасасақ, олар қатты денелердің қасиеттеріне жақын, өз қасиеттерін көрсетеді, ал баяу әрекет еткенде сұйықтыққа айналады. 

Ньютондық емес сұйықтықтарға бұрғы ерітінделерін, ағын лайларын, майлы бояуларды, тіс пастасын, қанды, сұйық сабынды және т.б. жатқызуға болады.

Былқылдақ құм, Ньютондық емес сұйықтықтардың әртүрлі түрлері сияқты, қатты денелерге және қарапайым сұйықтықтарға тән қасиеттерге ие. Ньютондық емес сұйықтықтар, сыртқы бейнесімен қатты субстанцияларды немесе гель тәріздес болатын, сұйықтыққа бөлінген, ұсақ бөлшектерден тұрады. Ағылшын тілінде мұндай сұықтықтарды “fluids” деп белгіленеді, ал қарапайым сұйық заттар дағдылы “liquids” сөзімен аталған.

Былқылдақ құм – ерте кезден белгілі болған Ньютондық емес сұйықтықтардың мысалы.

Былқылдақ құмдар өзіне түскен барлық заттарды ықпалына алатындығымен қауіпті. Егер мұндай құмға тұрып, лезде ықпалына түсіп қалуға болады, бірақ егер тез ұрсаң, онда ол сол сәтте қатты болып қалады. 

Бұл тақырыпты меңгеру барысында, Ньютондық емес сұйықтықтарды үй жағдайында алудың тәжірибелері өткізілді.

 

 

Ньютондық емес сұйықтытар алу тәжірибелері

 

№1 тәжірибе

Мақсаты: Ньютондық емес сұйықтықтардың кейбір қасиеттерін зерттеу

Реактивтер: картопты крахмал, су

Ыдыс-аяқ: терең ыдыс (кристаллизатор), металды таяқша

Жұмыс барысы:

1. Крахмалды алып катализаторға себу.
2. Аз мөлшерлі су құйып, металды таяқша көмегімен араластыру (сынғыштықтың әсерінен, шынылы таяқша қолданбау).
3. Суды аз-аздап құйып, біркелкі қоспа шықпағанша араластыру.

 

 

Алынған сұйықтықты қолға құйып, сұйықтыққа әсер етіп оны дөңгелетіп байқап көру. Шарикті қолда доңғалақтаған кезде, қолымызда сұйықтықтан тұратын қатты шар болады. Сонымен бірге, біз, шарға қаншама қатты және тез әсер етсек, соншама ол қатты және тығыздырақ болады.  Қолды босаңсытқан кезде, қатты болған шар лезде жайылып ағып кетеді. Яғни, оған әсер еткенді тоқтатқан кезде, сұйықтық өз сұйық фаза күйіне оралады.

 

 

 

 Егер  алынған сұйықтықты биік сұйыққоймаға  құйсақ және үстіне ағаш кесегін  қойсақ, ішіне қиналмай шеге қақсақ  болады. Және де емін-еркін саусақты  ерітіндіге батырсақ болады, бірақ  оған тез саусақпен түртіп  қалсақ, онда ішіне кірмей, саусақ  ерітіндінің бетінде тоқтап қалады  және оның сыртқы мембранасын, біз, қаншама күштеп өтуге ұмтылсақ, соншама кері кедергі аламыз.

 

 

 

 

НЬЮТОНДЫҚ СҰЙЫҚТЫҚ - СЛАЙМ

 

Ең бірінші ойыншық – жалағыш немесе слайм (slime) Mattel компаниясымен 1976 жылы істелініп шығарылды. Жалағыш ойыншығы өзінің ерекше қасиеттерімен – бір уақыттағы аққыштықпен, иілгіштік және әр қашан өзгеру мүмкіндігімен әйгілі болды. Бойында Ньютондық емес сұйықтықтың қасиеттері бар жалағыш ойыншығы балалар және үлкендер арасында тез танымал болды. Адамдардың жалағыш ойыншығын әр жерде сатып алуға мүмкіндік болмағандықтан, оны үй жағдайларында да жасап үйренді.

Жалағышты үйде жасаудың рецепті:

Жалағышты қолдан үй жағдайында жасау, түпкі нұсқалы рецепттен ерекшеленеді. Мысалы, гуаровалық шайырды және де басқа компоненттерді дүкеннен оңай табуға болмайды. Сондықтан қолжетімді заттарды қолданамыз:

1. ПВА желімі. Ақ, жаңа желімді әрбір кеңсе немесе құрылыс дүкендерінен сатып алуға болады. Жалағыш үшін бізге, қарапайым стақанның жарты мөлшерлі желім қажет, яғни 100 гр.
2. Су – ең қарапайым шүмектегі су. Ықыласпен қайнатылған, бөлме температуралы су алуға болады. Стақаннан көбірек керек болады.
3. Натрий тетрабораты, боракс немесе бура. Дәріханада, 4%-ды ерітінді түрінде сатып алуға болады.
4. Тағамды бояғыш немесе жасыл дәрінің бірнеше тамшысы. Түпкі жалағыш – жасыл түсті және жасыл дәрі бояғыш рөлінде қолайлы зат. 
5. Өлшегіш стақан, ыдыс және араластыруға арналған таяқша. Таяқша ретінде қарандаш, қасық немесе сәйкес келетін басқа зат алуға болады.

           

Жалағышты жасаудың негізгі үрдісіне көшейік.

• Боракстың ас қасығын су бар стақанда ерітеміз.
• Басқа ыдыста сулы стақанның және желім бар стақанның төрттен бір бөліктерін қосып қоспа түріне келтіреміз.  Ықыласпен оған бояғышты қосамыз.
• Желімді қоспаны араластыра отырып, оған бура ерітіндісінің жарты стақанын қосамыз. Тоңба тәріздес қоспа алмағанша араластырамыз.
• Нәтижесін тексереміз: қоюланған субстанция, сәйкесінше жалағыш ойыншығы болып табылады. Оны үстелге қойып, оның ерекше қасиеттерін тексеруг болады.  

 

 

 

НЬЮТОНДЫҚ ЕМЕС СҰЙЫҚТЫҚ – ЫСТЫҚ МҰЗ

 

Натрий ацетатын немесе ыстық мұзды да үй жағдайында алуға болады. Бұл зат тез кристаллдана алады.

Кристалданған кезде жылу бөліп шығарады және алынған зат мұз тәріздес болғандықтан –  ыстық мұз деп аталады.

Былай істеу керек: концентрациясы 70%-ды 200 мл. сірке суын және 210 граммды соданы араластырып, барлығы әсер еткенше күту. Егер газ бөлініп шықса, онда ерітіндіде соданың мөлшері артық деген сөз. Сірке суын реакция бітпегенше қосу керек. Содан соң бар суды буландырып, салқындату үшін қойып қою қажет.  

Ыстық мұзды алу үшін салқындатудың алдында, оның құрамында кішкентай болсын, ерімеген кристаллдардың қолып қоймайын байқау керек. Егер олар бар болса, кристаллдар жойылмағанша суды тамшылап тамызу керек.

 

НЬЮТОНДЫҚ ЕМЕС СҰЙЫҚТЫҚ – ЫСТЫҚ МҰЗ

 

Ферромагнитті сұйықытықпен тәжірибелер бейнетаспа түрінде интернетте таралған. Бұл типтегі сұйықтықтар магниттің әсерінен тәжірибелерді ерекшелейтін белгілі бір әрекет етеді. Мұндай сұйықтықты өзіміз жасап көрейік. Бірақ, алдымен, оның өздігінен неден тұратынын анықтайық.

Ферромагнитті сұйықтықты қолдан үй жағдайларында жасауға болады. Ол үшін май (моторлы, күнбағыс майы және де басқа), лазерлі басып шығарғыш үшін тонер (субстанциясы ұнтақ түрінде болатын) алу керек. Енді, екі ингредиентті қаймақ түрге келгенше араластырыңыз. Эффект максималды болу үшін алынған қоспаны араластыра отырып, жарты сағат ішінде сулы моншада жылытыңыз.

Есіңізде сақтаңыз әрбір тонерде қатты магнитталу болмайды, сондықтан ең сапалысын таңдауға әрекет етіңіз.

Ферромагнитті сұйықтық (феррофлюид) – ол, магнит өрісі әсерінен қатты поляризацияланатын сұйықтық. Қысқаша айтқанда, егер қарапайым магнитті мұндай сұйықтыққа жақындатсақ, ол белгілі бір әрекет етеді, мысалы, кірпіге ұқсап бүкірленеді және т.б.