процесс называется диффузия. при протекании процесса диффузии
всегда имеются так называемые диффузионные потоки вещества,
величина и скорость которых определяется свойствами среды и
градиентов, концентрации. Скорость диффузии в газах увеличи-
вается с понижением давления и ростом температуры. Увеличение
температуры вызывает ускорение диффузионных потоков в жидкос-
тях и твердых телах. Кроме градиента концентрации, возникно-
вению диффузионных потоков приводит наличие температурных
градиентов в веществе (термодиффузия). Перепад температур в
однородной по составу смеси вызывает появление разности кон-
центрации между областями с различной температурой, при этом
в газах более легкая компонента газовой смеси скапливается в
области с более низкой температурой. Таким образом, явление
термодиффузии можно использовать для разделения газовых сме-
сей; этот метод весьма ценен для разделения изотопов.
3.5.1. При диффузионном перемещении двух газов, находя-
щихся при одинаковой температуре, наблюдается явление, обрат-
ное термодиффузии: в смеси возникает разность температур - эф-
фект Д ю ф о р а . При диффузионном смешивании газов,
составлящих воздух возникающая разность температур составляет
несколько градусов.
Явление диффузии молекул в струю пара лежит в основе
работы диффузионных вакуумных насосах (пароструйные насосы);
термодиффузия паров метилового спирта обеспечивает возмож-
ность надежной работы так называемых диффузионных камер -
приборов для наблюдения ионизирующих частиц.
Диффузия в твердых сплавах со временем приводит к одно-
родности сплава. Для ускорения диффузии применяется длитель-
ный нагрев сплава (отжиг); уничтожение внутренних напряжений
при отжиге металла также есть следствие процессов диффузии и
их ускорения при повышении температуры.
Создание больших концентраций газа на границе с метал-
лом при создании условий, обеспечивающих некоторое "разрыхле-
ние" поверхностного слоя металла, приводит к диффузии газа
внутрь металла; диффузия азота в металлы лежит в основе про-
цесса азотирования. Диффузионное насыщение поверхностных сло-
ев металла различными элементами позволяет получать самые
различные свойства поверхностей, необходимые в практике. Фак-
тически процессы цементации, алитирования, фосфатирования
есть процессы диффузии углерода, аллюминия, фосфора внутрь
структуры металла. Скорость диффузии при этом легко регулиру-
ется с помощью различных режимов термообработки.
А.с Н 461774: Способ производства изделий из низкоуле-
родистых сталей путем отжига заготовки и холодного вы-
давливания отличающийся тем, что с целью улучшения ус-
ловий выдавливания, перед отжигом заготовку подвергают
термодиффузионной обработке, преимущественно цемента-
ции.
3.6. О с м о с.
Осмосом обычно называют диффузию какого-либо вещества
через полупроницаемую перегородку. Основное требование к по-
лупроницаемым перегородкам - обеспечение невозможности проти-
водиффузий. Так, если два раствора разной концентрации разде-
лить перегородкой, задерживающей молекулы растворенного
вещества, но пропускающего молекулы растворителя, то раство-
ритель будет переходить в концентрированный раствор, рабавляя
его и создавая там избыток давления, называемый обычно осмо-
тическим давлением. Питание ратений водой, явление диализа,
явление гиперфильтрации, наконец, обычное набухание - все это
типично осмотические эффекты.Величина осмотического давления
клеток многих растений состовляет 5-10 ат, а осмотическое
давление крови человека доходит почти до 8 атм.
Энергию осмотического давления предложили использовать
авторы английского п а т е н т а Н 1343891 : "Способ
генерации механической энергии и устройство реализующее этот
способ. Конструкция по патенту Н1343891 представляет собой
открытую сверху трубу, погруженную в замкнутую полость, куда
налита вода. Трубка сделана из прочного металла, в ней нас-
верлено множество мелких отверстий, закрытых полунепроницае-
мой оболочкой, например, из ацетатцеллюлозы. Труба заполнена
концентрированным рассолом и в нее начинает просачиваться во-
да, т.е. происходит осмос. Создается повышеное давление, под-
нимающее плунжер, связанный с массивным подпруженным поршнем.
Поршень сжимает в цилиндре воздух. Можно создать давление до
трех тысяч атмосфер. Сжатый воздух можно использовать для
вращения воздушной турбины. Изобретатели утверждают, что их
"осмотический двигатель", состоящий из нескольких плунжеров и
поршней, будет генерировать мощность достаточную для движения
автомобиля.
Теория осмотических явлений описывается в курсах термо-
динамики и статистической физики. Огромна роль осмотических
явлений в работе кровеносных систем человека и животных.
3.6.1. Осмос можно усилить (или ослабить) применяя
электрические поля. Направленное движение раствора относи-
тельно поверхности твердого тела под действием электрического
поля носит название электросмоса, являющегося одной из разно-
видностей электрокинетических явлений (см.12.1).
Липкая масса из смеси влажных грунтов с песком и остат-
ками угля на дне вагонеток почти не поддается очистке
даже специальными машинами. Специалисты Новомосковского
института предложили использовать для очистки электро-
осмос под воздействием на вагонетку с породой внешнего
электрического поля между ее стенками и грузом (при
движении воды относительно твердой горной массы) созда-
ется тончайшая водяная пленка. Такой "прокладке" доста-
точно, чтобы налипшая порода легко отделилась от корпу-
са вагонетки.
А.с. н 240825: Способ сушки изоляции кабелейц в шахтах
электросетях с изолированной нейтралью, отличающейся
тем, что с целью упрощения процесса токоведущие жилы
кабелей подсоединяют к положительному полюсу источника
постоянного тока, отрицательный полюс которого соединя-
ют с землей для осуществления сушки за счет использова-
ния явления электросмоса.
3.6.2. Явление обратного осмоса применено (США) для по-
лучения питьевой воды из сильно загрязненной или соленой (ги-
пельфильтрации). Непосредственно явление обратного осмоса
происходит на границе вода - синтетическое волокно: внутрь
волокна проходит только вода, оставляя за бортом соли и
грязь. Сама установка состоит из многих миллионов волокон,
собранных в жгут и помещенных в стальной цилиндр в который
подается "грязная" вода под давлением. Предусмотрен отдельный
отбор чистой воды и насыщенного раствора.
Над проектом электростанции, использующей силы осмоти-
ческого давления, работают сейчас ученые.Принцип действия та-
кой электростанции прост. Трубу с полупроницаемой мембраной
опускют в море. На глубине около 230 метров столб воды созда-
ет такой перепад давления на мембране, что она начинает рабо-
тать как опреснитель. Соленая вода тяжелее пресной примерно
на два с половиной процента. Чтобы пресная вода поднялась до
уровня моря и стала переливаться через край трубы, трубу не-
обходимо опустить на глубину 8750. Переливающаяся вода может
вращать турбину.
3.7. Т е п л о м а с с о о б м е н.
Известны три основных механизма теплообмена - конвек-
ция, излучение и теплопроводность, в которой участвуют движу-
щиеся или неподвижные молекулы вещества совершающие тепловые
колебания. Передача тепла может сопровождаться перемещением
массы или
Очень широко используется при сушке,которая применяется в
различных областях техники и технологии. наиболее эффективно
процесс сушки идет в колонных аппаратах со встречными потока-
ми: сверху свободно падает вещество, подвергаемое сушке ,а
снизу встречным потоком поступает нагретый газ.
В донной же части аппарата подсушенное вещество интенсив-
но досушивется в ,так называемом "кипящем слое". "Кипящий
слой" представляет собой "псевдожидкость" - взвесь твердых
частиц, пляшущих в потоках газа, поступающего снизу.
Причем псевдожидкость обладает удивительными теплотехни-
ческими свойствамитвердые частицы в ней бурно перемешиваются и
великолепно переносят тепло, во много раз лучше , чем такой
известный проводник ,как медь.
Псевдожидкость, смачивающая какую-нибудь деталь со скром-
ной скоростью 1м/сек, осуществляет теплообмен столь эффектив-
но,ка чистый газ движущийся со сверхзвуковой скоростью.
Псевдожижжение с равным успехом можно использовать как
для передачи тепла, так и для "передачи" холода.
Применение псевдожидкости в печах для высокотемпературно-
го нагрева металла позволит резко уменьшить расход топлива.
Существует традиционная система нагрева - через газообразные
продукты сгорания к металлу. А газ скорее можно назвать изоля-
тором, чем проводником тепла: коэффициент, характеризующий его
способность передавать тепло,равен 200, в то время, как у жид-
ких металлов или расплавов солей этот коэффициент равен 20
000. Намного эффективнее теплообмен осуществляется в кипящей
псевдожидкости: сжигаемый газ первоначально отдает тепло песку
, а тот, перемешиваясь потоками газа, отдает тепло металлу.
Хотя сам песок получает тепло все от того же теплоизолятора -
газа, однако суммарная поверхность песчинок огромна, и в зна-
чительной мере благодаря этому они отбирают у пламени во много
раз больше тепла, чем сумела бы отнять нагреваемая заготовка.
3.7.1 Среди новых теплообменных систем важное место зани-
мают т е п л о в ы е т р у б ы. Один из простых вариантов теп-
ловой трубы- это закрытый металлический цилиндр; его внутрен-
ние стенки выложены слоем пористо-капилярного материала,
пропитанного легковоспламеняющейся жидкостью. Именно с движе-
нием этой жидкости связана теплопроводность трубы : на горячем
конце жидкость испаряется и отбирает тепло; пары сами переме-
щаются к холодному концу - это нормальная конвекция; здесь па-
ры конденсируются и отдают тепло; образовавшиеся жидкость по
пористому материалу возвращается обратно,к горячему концу тру-
бы. Это замкнутый цикл, бесконечный круговорот тела и массы -
никаких движущихся частей, в каком-то смысле машина вечная.
Тепловые трубы - непревзойденные проводники тепла, их даже
назвали сверхпроводниками. Действительно, через тепловую трубу
диаметром в сантиметр можно прогнать тепловую мощность порядка
10 киловатт при разности температур на концах трубы (это ана-
лог разности электрических потенциалов напряжения на участке
цепи ) всего в 5 гр. С ; чтобы пропустить эту мощность через
медный стержень такого же диаметра на его концах нужен был бы
перепад температуры почти 150 000 гр. С .
Тепловые трубы сейчас получили широкое применение. Их
можно встретить в космической технике, в ядерных реакторах,
криогенных хирургических инструментах, в системах охлаждения
двигателей. В трубах может выполняться механическая работа за
счет энергии движущегося теплоносителя. На их основе, напри-
мер, создаются МТД-генераторы - теплоносителем в тепловой тру-
бе может быть жидкий металл, и, если поместить трубу в магнит-
ное поле, то в металле (на концах проводника ) наведется
электродвижущая сила. Тепловые трубы могут работать в очень
широком диапазоне температур. Все зависит от давления внутрит-
рубы и от применяемого теплоносителя.
3.8 Молекулярные цеолитовые сита.
Цеолты являются кристалическими водными алюмосиликатами,
они относятся к группе каркасных алюмосиликатов. Каркасы цео-
литов содержат каналы и сообщающиеся между собой полости, в
которых находятся катионы и молекулы воды. Катионы довольно
подвижны и обычно могут в той или иной степени обмениваться на
