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.
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
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
Göbületi nyomás R R > Pt ~ 1/R Laplace I. tétele
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
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
1.3. Folyadékok és gázok áamlása 1.3.1. 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 50 40 keesztmetszet (mm ) 30 0 10 sebesség (cm/s) 0-10 aota atéiák hajszáleek vénák
Benoulli-tövénye:
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.
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 = 1,38 10-3 J/K E 10-0 J hőmozgás aktiválási enegiája Kinetikus gázelméletből: E = 3/kT. 3/RT = 3/*8.314 J/Kmol 98 K = 3.716 kj/mol RT.5 kj/mol Összehasonlításképp ------ fény szabadenegiája: E(660 nm) = 180 kj/mol; E(800 nm) = 149 kj/mol
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
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 10 5 10-5 Mekkoa utat tesz meg a baktéium, ha abbahagyja az úszást?
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=4 10-10 cm = 0,04Å. H-atom átméője! 1.3.3. 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
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