1. TRANSZPORTFOLYAMATOK

Átírás

1 1. TRNSZPORTFOLYMTOK 1.1. halmazállapot és az anyagszekezet kapcsolata. folyadékállapot általános jellemzése - a szilád, folyadék és gáz halmazállapotok jellemzése (téfogat, alak, endezettség, észecskék közötti kölcsönhatás, összenyomhatóság) folyadékállapot - súlódásmentes folyadékok az ideális folyadékok (nyíófeszültségek még mozgás esetén sem lépnek fel). 1.. Nyugvó folyadékok felszíne, a folyadékok felületi jelenségei - nyugvó folyadék szabad felszíne, ha ee a nehézségi eő hat, vízszintes sík (nagy kitejedés esetén a Föld alakját követi). Kíséleti tapasztalatok Jelentőségük - vízfelszíne helyezett pénzéme - buboékok összehúzódása - kifeszített hátyák - kis felületeknél - zsíok emulgeálása - gyógyszeek adagolása - légzés segítése - kontaktlencse vizesedése - tintapatonok nyomtatókba - nagy felületek - molnápoloskák Molekuláis ételmezés felülethez közel levő észecskék különös helyzetben vannak.

2 felületi feszültség definíciói felület egységnyi vonaldaabjáa a vonaldaaba meőlegesen a felület éintősíkjában ható eő. F= l - felületi feszültség l - a vonaldaab hossza F l Métékegysége: N/m s z egységnyi felület létehozásához szükséges munka. Fs= W= =ls - felületi feszültség - felszín Métékegysége: J/m felület szabadentalpiája dw d Munkavégzés a endsze G szabadentalpiája nő. W h G G G H TS H T T d h T mindig dt h= a felület entalpiája - mindig > 0! p

3 felületi feszültség meghatáozása Kapilláisemelkedés méésével 1 F α g h h1 h h 1 h g 1 1 Sztalagmométeel V = állandó g V zg z 1 z 1 1 z B 1 z 1 z 1 1 = a méendő oldat felületi feszültsége = az összehasonlító oldat felületi feszültsége z1 = a méendő oldat cseppszáma z = az összehasonlító oldat cseppszáma 1 = a méendő oldat sűűsége = az összehasonlító oldat sűűsége 1 cm 3 víz 0 csepp olaj 47 csepp éte 90 csepp Néhány anyag felületi feszültsége (10 - N/m) Víz 7,8 Met-OH,8 Et-OH,0 Etil-éte 1,70 Hg 40,0

4 Göbületi nyomás R R > Pt ~ 1/R Laplace I. tétele

5 z éfal egységnyi felületée a h falvastagságtól függő nyomás: h p T T p h Laplace tövény - viszétágulások!! Felületaktív anyagok Kapilláaktivitás alkohol c.mc. koncentáció tenzid, detegens c.mc. a felületaktív anyag koncentációja kitikus micellakoncentáció (c.m.c.) meghatáozása. - klasszikus fényszóás - szedimentáció - kis szögű öntgenszóás - abszopciós spektum megváltozása (festék szolibilizáció) - vezetőképesség méése detegensek csopotosítása a) Fejcsopot szeint - anionos (kaboxilát, szulfát, szulfonát) (főleg Na + - és K + - sók, Pl. SDS) - kettős ionos (betainok: R3-N + -CH-COO - ) - nem-ionos (polioxietilének: Titon) - kationos (LDO, CTB) b) Faokcsopot szeint - egyenes és elágazó láncú szénhidogének - szteoidok

6 1.. tanszpotfolyamatok általános jellemzése - z anyagcsee és a tanszpotfolyamatok. - Makotanszpot : jelentős anyagmennyiségek tanszpotja : csöveken, edényeken keesztül : nagyobb távolságokban - Mikotanszpot : kis téfogatokban : diffúzió útján : kisebb távolságokban Áameősség: Áamsűűség: dm I dt J di d dt idő alatt egy kijelölt felületen dm mennyiség áamlik át - a kijelölt felülete jellemző - m lehet: tömeg, téfogat, elektomos töltés, stb di a d felületen meőleges iányban átfolyó tanszpot eőssége - vektomennyiség (iánya = az áamlás iányával) - az áamlási té minden pontján ételmezzük -diffeenciális jellemző Fajlagos vezetőképesség: du J g dx potenciálgádiens fajlagos vezetőképesség áamsűűség U: - potenciálfüggvény : - negatív gádiense bámely pontban megadja az e pontban ható hajtóeőt (potenciális enegia, elektomos potenciál, hőméséklet koncentációkülönbség) g: - általánosított (fajlagos) vezetőképesség Tanszpotfolyamat mi áamlik Potenciál Folyadékok és gázok makoszkopikus anyag nyomás tanszpotja Diffúzió molekulák koncentáció Hőcsee hő hőméséklet Elektomos áam ionok, elektonok elektomos potenciál

7 1.3. Folyadékok és gázok áamlása Áamló folyadékok a) Ideális folyadékok áamlása súlódásmentes és összenyomhatatlan folyadékokat ideális folyadéknak nevezzük Kontinuitási egyenlet Stacionáius áamlás: cső teljes keesztmetszetée vonatkoztatott áameősség a cső mentén mindenütt ugyanakkoa (dm/dt állandó). z áamlás jellemzői (p, v) az időtől függetlenek. 1 s1=v1t s=vt c: konstans lkalmazása: dm I dt m=cvt I=cv v 1 1 = v =konstans keesztmetszet (mm ) sebesség (cm/s) 0-10 aota atéiák hajszáleek vénák

8 Benoulli-tövénye:

9 p + g h + ½ v = konst. dinamikus nyomás hidosztatikai nyomás statikus nyomás lkalmazások: Ventui-cső, Pitot-cső, Bunsen-égő, festékszóó, epülés, huikánok stb. Ventui cső Pitot-cső: Pandtl-cső: Állandó áamlás csak állandó nyomásgádiens esetén lehetséges. vé azonban anomális folyadék lásd később.

10 b) Viszkózus folyadékok áamlása Newton-féle súlódási tövény F v h h F v v=0 sebességesés belső súlódási együttható nyíófeszültség SI métékegysége F h v N m Pa m m s s m a h v m kg s m m m s kg m s folyadék glicein vé víz levegő Viszkozitás 0,83 0,00-0,004 0,001 0,00001 (Pa s) viszkozitás molekuláis ételmezése (Fenkel-féle lyukelmélet) konst. e E kt E = lyukátmenet aktiválási enegiája T = abszolút hőméséklet k = Boltzman-állandó = 1, J/K E 10-0 J hőmozgás aktiválási enegiája Kinetikus gázelméletből: E = 3/kT. 3/RT = 3/*8.314 J/Kmol 98 K = kj/mol RT.5 kj/mol Összehasonlításképp fény szabadenegiája: E(660 nm) = 180 kj/mol; E(800 nm) = 149 kj/mol

11 Gázok viszkozitása: nő a hőméséklet növekedésével. Hagen-Poiseuille tövény R p v R 4 L s -p = nyomásesés az L hosszon -η = viszkozitás -Rs = a cső sugaa - = áamlási éteg távolsága a cső közepétől paabolikus pofil di = v٠d = v٠٠٠٠d I V t 1 p 8 L 4 R s Elektomos áamköi analógia: Ohm tövényből: U 8 L R R 4 I R s I U R U l J I J 1 U l U g l fajlagos ellenállás fajlagos vezetőképesség Szevek véellátása a páhuzamosan kapcsolt elektomos fogyasztók analógiája alapján. G = 1/R Geedő = G1 + G + G3 + (páhuzamos kapcsolásnál) Reedő = R1 + R + R3 + (soos kapcsolásnál) Ékeesztmetszet növelése ellenállás csökkentése véellátás növelése. Viszkozitásméés - Ostwald-féle viszkoziméte - Höpple-féle viszkoziméte - Silanos-féle viszkoziméte

12 1.3.. Lamináis és tubulens áamlás Kitikus sebesség: I 1 1 > v kit. R e I V t 1 p 8 L 4 R s p = a cső sugaa (vagy észecskeméet) = viszkozitás = folyadék sűűsége Re = Reynolds féle szám Élet kis Reynolds számok közelében. viszkózus eők sokkal jelentősebbek a tehetetlenségi eőknél. Fs=6πμv F=m a=m(dv/dt) R e tehetetlenségi eő közeg viszkozitása v paaméte hal baktéium Víz sűűsége 1 g/cm 3 Víz dinamikus 10 - g/cm s viszkozitása Méet 10 cm 10-4 cm Sebesség 100 cm/s 10-3 cm/s Reynolds szám Mekkoa utat tesz meg a baktéium, ha abbahagyja az úszást?

13 dv m 6v dt dv 6v dt v m v( t) v 0 e t 10 7 s d 0 v( t) d( t) v 0 Ha v(0)= 10-3 cm/s, akko d= cm = 0,04Å. H-atom átméője! nem-newtoni folyadékok, a véáamlás egyéb sajátosságai Newton-féle súlódási tövény szeint: F v h F nem-newtoni folyadék newtoni folyadék véáamlás egyéb sajátságai - a szív lüktetve pumpálja a vét, pulzáló áamlás - a vé ugalmas falú csüvekben áamlik - az atéiák elágazásainál lükéshullámok keletkezhetnek - a légzés miatt is nyomásváltozások keletkezhetenek - a vé endhagyó viszkozitása v h

14 Áamlás ugalmas és meev falú csőben I V t 1 p 8 L 4 R s meev falú ugalmas falú nyomásváltozás intenzitásváltozás ugalmas falú csőben való áamlás előnyei: - alacsonyabb maximum kevésbé enegiaigényes - a vé áamlása egyenletesebb - kisebb maximális sebesség tubulencia esélye is kisebb - kisímítja a visszavet hullámokat Elektomos áamköi analógia R Ut RC<< Ube C RC RC>> U t U 0 e t RC t

15