Зародышеобразование гомогенное

Анализ выражений (4.1) и (4.2) позволяет сделать вывод, что, изменяя пересыщение системы (увеличивая или снижая давление пара, например варьируя температуру процесса), можно регулировать значение и добиваться нужного размера частиц получаемых порошков. Проводя испарение в нейтральных средах и вводя в пространство испарения посторонние поверхности, можно провоцировать гетерогенное зародышеобразование, для которого высота потенциального барьера образования критического зародыша гораздо ниже по сравнению с объемной гомогенной конденсацией. Таким образом, существуют, по крайней мере, два необходимых и достаточных условия получения ультрадисперсных порошков конденсационными методами — большое пересыщение и присутствие в конденсируемом паре молекул нейтрального газа. [c.118]

Гомогенное зародышеобразование. При температуре плавления находятся в равновесии твердая и жидкая фаза (свободные энергии расплава, и твердого тела имеют одинаковое значение при температуре плавления). [c.61]

Зародышеобразование. Существует гомогенное и гетерогенное зародышеобразование. Кристаллизация происходит тогда. [c.68]

Большинство исследователей, изучающих мартенситные превращения, разделяют гипотезу гетерогенного зарождения. Однако Б. Я- Любов [6] на основе теоретического анализа термодинамики процесса зародышеобразования мартенсита пришел к выводу, что отклонение гипотезы гомогенного зарождения мартенсита недостаточно обосновано. [c.11]

Этот член, описывающий заселенность докритических зародышей (молекулами.— Ред.], но-видимому, не имеет большого значения в условиях гомогенного зародышеобразования при переходах жидкой фазы в твердую. Однако в случае гетерогенного образования зародышей при малых переохлаждениях (О—10°С) он будет играть важную роль. [c.158]

Вскипанию перегретых жидкостей посвящено гораздо меньше исследований, чем конденсации пересыщенных паров или кристаллизации переохлажденных жидкостей. Автор стремился восполнить пробел и по возможности подробно рассмотреть вопросы, относящиеся к перегретой жидкости, как частному случаю метастабильных состояний. Главное внимание уделено анализу экспериментальных данных по кинетике зародышеобразования и проверке теории гомогенной нуклеации. Основы теории изложены в гл. 2. Существенные стороны методики и техники экспериментов обсуждаются в гл. 3, 4, 8. Материал гл. 5 показывает, что условия проведения опытов могут быть приближены к тому, что предполагается в теории гомогенного зародышеобразования. Теория находится в удовлетворительном согласии с опытом. Эта апробация не только подтверждает приемлемость существующего макроскопического варианта теории, но также выявляет масштаб характерных расхождений. [c.7]

При отсутствии в системе готовых центров можно в обоих случаях говорить о спонтанном зародышеобразовании, но этот термин будет чаще употребляться применительно к гомогенной нуклеации. [c.11]

Метод дает четкие результаты благодаря резкой, температурной зависимости Jl. Само понятие максимального или достижимого перегрева является условным в том смысле, что каждой температуре соответствует свое среднее время ожидания начала вскипания (или обратная ему величина / ). И, наоборот, каждой частоте гомогенного зародышеобразования можно приписать свою температуру Гц. Эффективную частоту зародышеобразования в опытах с капельками можно оценить по формуле (1.18). Принимая объем капельки V 10 см и время ее пребывания до взрыва в слое с температурой Гд бГ, бГ = 0,10,2°, равным 0,1 сек, получим / 10 см- -сек . Более строгая оценка производится следующим образом. Среднее число спонтанно возникающих в капельке зародышей за время t = при изменяющейся температуре (от Гд до Гд) есть [c.85]

Значение Т к определяется формулой (2.23). Примем толщину пристеночного слоя равной диаметру критического зародыша. Тогда для пузырьковой камеры, показанной па рис. 13, объем этого слоя не превышает 5 X ХЮ объема перегретой жидкости в капилляре. Чтобы зародышеобразование у стенки могло конкурировать с объемным, должно выполняться следующее соотношение 4 (0) = W JWк 0,86. Это соответствует углу смачивания примерно 58°. Но известно, что исследованные жидкости имеют угол смачивания стекла, близкий к нулю [931. Изучение максимального перегрева жидкостей не без основания считают [13] наиболее подходящим путем проверки теории гомогенной нуклеации. При кристаллизации жидкостей и при конденсации пара гораздо труднее избавиться от инициирующего воздействия стенок сосуда и взвешенных твердых частиц. [c.95]

Нас будут интересовать те работы по наблюдению разрыва жидкостей, в которых авторы стремились приблизиться к чистым условиям и получить сведения о максимально достижимых напряжениях (—р). Как уже отмечалось в предыдущем параграфе, при температурах ниже —0,9 Гк гомогенное зародышеобразование пойдет с заметной скоростью только при растяжении жидкости (р < < 0). Таким образом, широкая температурная область от точки кристаллизации (т = 0,24 для н-пентана, т = = 0,42 для воды) до т 0,9 принадлежит в этом смысле к отрицательным давлениям. Здесь нужны специфические методы исследования максимальных перегревов используется различие в коэффициентах термического расширения, сжимаемости жидкости и стекла, центрифугирование, создание инерционных нагрузок. Например, стеклянная трубка с жидкостью запаивается так, чтобы в ней оставался лишь маленький пузырек воздуха и паров. Затем небольшим нагреванием трубки добиваются растворения пузырька. Теперь жидкость полностью заполняет объем, смачивает всю внутреннюю поверхность трубки. При постепенном понижении температуры возникают растягивающие напряжения в системе. Они увеличиваются и, наконец, происходит разрыв жидкости, который сопровождается резким щелчком. Образуется один или несколько пузырьков. Давление в момент разрыва можно оценить по объему выделившихся пузырьков или по изменению объема всей трубки. Предполагаются известными сжимаемость жидкости и стекла. Мейер [97] приваривал к трубке спираль из стеклянного капилляра. На конце капилляра было зеркальце. Это устройство служило манометром. В другой серии опытов прибор помещался в дилатометр для определения изменений объема растянутой жидкости. Мейер обнаружил линейную зависимость объема от давления для воды и спирта между +7 и —26 атм, для эфира между +7 и —17 атм. Он отметил, что пузырек возникает в местах соприкосновения жидко- [c.96]

Такое совпадение кажется удивительным, если принять во внимание приближенный характер теории. Согласие с опытом еш е не означает правильности всех исходных посылок теории гомогенного зародышеобразования. Но более строгая теория должна объяснить, почему проходит принятое теперь приближение. Пока можно высказать следуюш,ие соображения по поводу суш,ествуюш,ей теории. [c.142]

Величина Gt определяет согласно (5.5) или (5.3) крутизну температурной зависимости 1п или 1н т. Предсказания теории гомогенной нуклеации близки к тому, что наблюдается на опыте как при низких (10 см -сеп ), так и нри высоких (10 см сек ) частотах зародышеобразования. Готовые центры и ослабленные места в системе имеют обычно размазанное распределение по размерам возникаюш их на них зародышевых пузырьков. Следовательно, обусловленное этим фактором вскипание жидкости гораздо менее критично к температуре, чем гомогенная нуклеация. [c.146]

В опытах по импульсному нагреву жидкостей с помощью платиновой проволочки зародышеобразование имеет гетерогенный характер. Для н-пентана, н-гексана, п-геп-тана, диэтилового эфира и бензола результаты определения Т = Т (Jj) находятся в хорошем согласии с тем, что дают опыты на пузырьковой камере и па капельках, а также с теорией гомогенной нуклеации. Это говорит о пренебрежимо малом влиянии поверхности платины на условия возникновения спонтанных паровых зародышей. Для воды и спиртов требуется дополнительное исследование, чтобы установить, не вызвано ли расхождение между 0 и Ор неполнотой смачивания стенки. [c.150]

Еще Вильсон нашел, что интенсивное гомогенное зародышеобразование в водяном паре при охлаждении от комнатной температуры до = 255 °К происходит, когда е = 1,37, S = рг/ра = 7,9, т. е. при восьмикратном пересыщении. В камере возникает плотный туман. По современной оценке в опытах Вильсона проявляется высокая частота нуклеации 10 см -сек ). Порядок этой величины важно знать при сравнении теории с опытом. [c.151]

Т — —25 °С найдено 5 8. Авторы относят свои результаты к условиям, при которых за время постоянной чувствительности камеры образуется 1—2 капли в 1 см . Пересыщение, полученное в [135] для воды, выше, чем у Фольмера и близко к границе образования плотного тумана, указанной Вильсоном. Работа на расширительных камерах Вильсона требует известных предосторожностей и методических проработок для получения надежной информации о кинетике гомогенного зародышеобразования. Во-первых, в камере нельзя полностью избавиться от конденсации на ионах, пылинках. Во-вторых, нужно быть уверенным, что процесс расширения от начала до конца сохраняет адиабатический характер и состояние максимального пересыщения пара существует некоторое время, в течение которого возникают флуктуационные центры конденсации с частотой /х- Не будет большой ошибкой считать, что все капельки (за вычетом гетерогенных зародышей) начинают расти в это время. Если общее число появившихся капелек приблизительно известно, то есть возможность сравнивать экспериментальные результаты с теорией. [c.155]

Анализ, ведущий к формуле (8.3), подтверждает необходимость перегрева жидкости относительно температуры насыщения для появления в ней парового пузырька. Возникновение паровой фазы в объеме жидкости, лишенной каких-либо посторонних примесей, называют гомогенным зародышеобразованием (гомогенной нуклеа-цией). Теория этого процесса, которая выходит за пределы содержания настоящей книги, предсказывает, что жидкость должна быть перегрета очень сильно — практически до температуры спинодали, чтобы в ней началось гомогенное зародышеобразование [35]. В физических экспериментах возникает противоположная проблема как исключить появление зародышей за счет различных гетерогенных включений и действительно довести жидкость до состояния, соответствующего условиям гомогенной нуклеации. [c.342]

Как видно из вышеприведенных уравнений, иитенсивиость гомогенного флуктуационного зародышеобразования очень сильно вырастает с ростом метастабильности, т. е. перегрева жидкости (АТ > О, Ар<0) или переохлаждения пара (АТ<6, Ар>0). [c.132]

Интенсивное флуктуац. зародышеобразование в гомогенной жидкости развивается при высоких перегревах (нанр., в воде при атм. давлении если [c.365]

В большинстве реальных ситуаций распад М. е. происходит до достижения заметной скорости гомогенного зародышеобразования, к к-рому относится теория. Начало фазового перехода облегчается влиянием стенок и присутствием в объёме системы разл. включений, существенно снижающих работу образования жизнеспособных зародышей устойчивой фазы. В этом случав говорят о гетерогенном зародышеобразован и и. Специально поставленные опыты с перегретыми и переохлаждёнными жидкостями приводят к результатам, к-рые согласуются с предсказаниями теории флуктуац, (гомогенного) заро-дышеобразования. В опытах альтернативой медленному изменению состояния в чистой системе служит режим быстрого создания такого пересыщения, при к-ром осп. доля фазового перехода обусловлена массой флуктуац. зародышей, а вклад гетерогенного зародышеобразования незначителен. [c.122]

К плазмохимическому синтезу достаточно близко примыкает газофазный синтез с использованием лазерного нагрева реа-гарующей газовой смеси [57—61]. Лазерный нагрев обеспечивает контролируемое гомогенное зародышеобразование и исключает возможность загрязнения. Размер нанокристаллических частиц уменьшается с ростом интенсивности (мощности, отнесенной к единице площади) лазерного излучения благодаря повышению температуры и скорости нагрева газов-реагентов. Авторы [58] получили этим методом из газовой смеси силана SiH4 и аммиака NH3 нитрид кремния Si,N4 с размером частиц 10—20 им. [c.25]

Зародышеобразование в исходной гомогенной жидкой фазе является функцией ДО. Величину AG можно рассматривать как сумму ДСг — характеризующего уменьшение энергии за счет образования диничного объема новой фазы (объемная энергия) и ДОс — характеризующего увеличение энергии системы за счет образования новых граничных поверхностей (поверхностная энергия) [c.62]

Изучение литературных данных показывает, что имеется всего лишь два надежных примера гомогенного образования зародышей затвердевание воды и затвердевание капелек ртути, покрытых лауратом ртути (Тернбалл [22а]). Все остальные случаи следует рассматривать как случаи гетерогенного зародышеобразования. [c.158]

НО изолированы друг от друга относительно тонкой инактивной поверхностной пленкой, Тернбалл [22а] пытался создать такие условия, когда с инородной подложкой соприкасается лишь несколько капелек, и тем самым изучать процесс гомогенного образования зародышей. В случае гомогенного зародышеобразо-вания скорость затвердевания капли должна быть пропорциональна общему объему капли. Однако, как было установлено Паундом fl2], в большинстве случаев скорость затвердевания пропорциональна площади поверхности капли, что указывает на гетерогенное зародышеобразование. В ранних опытах Терн-балла и Чеха [23] было получено несколько очень интересных результатов (хотя зависимость скорости зародыщеобразования от площади поверхности капель или от ее объема не определялась). [c.160]

Если система находится в метастабильном состоянии, то рано или поздно она перейдет в термодинамически устойчивое состояние, которое зависит от наложенных на систему связей. Направление необратимого процесса предопределено вторым законом термодинамики. Распад метастабильной системы требует активации. Этим он отличается от более простых случаев, например, температурной релаксации. Первое характерное время есть время ожидания жизнеспособного зародыша т в метастабильной системе. Будем предполагать гомогенную нуклеацию. Во многих практически интересных случаях нуклеацию можно рассматривать как стационарный процесс при неизменном состоянии метастабильной фазы. Поскольку спонтанное возникновение зародыша является случайным событием, то определенный физический смысл имеет среднее время ожидания зародыша. Обозначим его т. Для перегретой жидкости и пересыш енного пара теория предсказывает очень резкую зависимость величины х от глубины вторжения в метастабильную область. Изменению температуры жидкости на градус может соответствовать изменение т на 3—4 порядка. Величина / = (т) является частотой зародышеобразования, т. е. средним числом зародышей, образующихся в системе за 1 сек. Удобно относить J к единице объема метастабильной фазы [c.25]

Величина Ц к может рассматриваться как характерное время Тз, оно отличается от (2,59) множителем 1/2я. Оценки по формуле (2.59) с учетом (2.48), (2.49) и величины (йй/йг)к ) приводят для перегретой жидкости вблизи границы интенсивного зародышеобразования к значениям Тз = 10 10 сек. Для пересыщенного пара Тз = = 10 -г-10 сек. Тошев и Гутзов [54] показали, что зародышеобразование, стимулируемое твердой подложкой, характеризуется меньшим временем запаздывания, чем гомогенная нуклеация при одинаковых прочих условиях. [c.57]

Рис. 22. Температуры максимального перегрева капелек н-пентана (О) и перфтор-пентана ( ) для различных давлений. Верхние линии — расчет по теории гомогенного зародышеобразования.

Таким образом, наблюдается преимущественно гетерогенное спонтанное зародышеобразование. Полученную из опытов величину можно сравнить с тем, что ожидается по теории гомогенной нуклеации. Конечный результат удобно выражать через температуру Т, найденную экспериментально и рассчитанную по теории Деринга — Фольмера для фиксируемой в опыте частоты [c.115]

Обратимся к формуле Деринга — Фольмера (2.34) где имеет вид (2.2). Если учесть выражение (2.15) для разности давлений р" — р внутри критического пузырька и вне его, то для расчета частоты нуклеации /1 нри заданных температуре Т и давлении р нужно в первую очередь знать поверхностное натяжение на границе пузырька с жидкостью, давление насыщенного пара Ре, удельные объемы р, и", теплоту испарения I на одну молекулу. Кроме того, в предэкспоненциальный множитель входит число молекул в 1 сж жидкости N1 и масса молекулы т. Для 0, рв, V, V" берутся значения по таблицам термодинамических свойств [122, 123] на линии насыщения при заданной температуре. Так же находятся I и N1- При выбранном внешнем давлении р нетрудно рассчитать по (2.34) температурную зависимость Получается одна из кривых, показанных на рис. 8, б. Ввиду очень сильной температурной зависимости удобно пользоваться полулогарифмической шкалой. Меняя давление р = р, как параметр, приходим к серии кривых lg Jx [Т) (1—4 на рис. 8, б). Обычно сравнение экспериментальных данных с теорией производится не для частоты нуклеации а для температуры Гц, которая соответствует реализуемой в опыте частоте Например, при перегреве всплывающих капелек lg 6. По теории гомогенной нуклеации строится небольшой участок кривой lg Jl (Т) и из условия lg = 6 определяется теоретическое значение Гц. Для проверки теории нужно изменять в широком интервале давлепие, под которым находится жидкость, а также эффективную частоту зародышеобразования. Перекрыть большой диапазон удается благодаря применению разных методов перегрева жидкостей. Для маленькой пузырьковой камеры /1 1 10—10 см -сек , для капелек 10 см -сек , а в методе импульсного нагрева жидкости имеем = 10 — 10 слГ -сек . Это позволяет судить о применимости теории как при низких, так и при очень высоких частотах спонтанного зародышеобразования. Безразмерную величину [c.129]

Опыты по изучению спонтанного зародышеобразования проведены более чем с 20 жидкостями — углеводородами разных классов, перфторуглеродами и водой. Необходимые для сравнения теории с опытом термодинамические свойства веш еств относятся к области высоких температур Г/7 0,9. Не для всех углеводородов имеются достаточно подробные и надежные значения <У, Рз, р з, I при этих температурах. Величина поверхностного натяжения сг, обеспечивающая интенсивное флуктуационное зародышеобразование, близка к 3 дин-см . Если принять погрешность в определении а около 2 %, то это приводит к неуверенности в теоретической оценке на два порядка, а в оценке — на 0,5°. Отсюда ясно, насколько важно располагать надежно измеренными значениями а вблизи критической температуры. Требования к точности других величин существенно ниже, чем к 0 и Как правило, при расчете Гц по формулам теории гомогенной нуклеации допускается ошибка не меньше 0,5°—1°. [c.130]

Аллард и Касснер [139] усовершенствовали методику опытов на камерах Вильсона. После быстрого начального расширения, создающего необходимое пересыщение, следует медленное кратковременное (15—200 мсек) расширение камеры при постоянном давлении. Благодаря этому нейтрализуется эффект повышения давления вследствие нагрева пристеночного слоя газа. Температура в центре камеры повышается только за счет теплопроводности (менее чем на 0,1° за 0,5 сек). На участке медленного расширения камера имеет постоянную чувствительность. Затем производится небольшое, но резкое поджатие парогазовой смеси, чтобы остановить процесс гомогенной нуклеации. На следующей стадии капли вырастают до видимых размеров при неизменном пересыщении. Центральная часть камеры фотографируется с интервалом 0,1 сек. Опыты [139] проведены со смесью гелия и водяного пара. При 2 268 °К получена зависимость частоты зародышеобразования от степени пересыщения. Росту 8 от 4,6 до 5,6 соответствует увеличение от 1 до 1-10 см -сек . Интерполированные результаты Фольмера и Флуда (д 4,65) хорошо согласуются с данными этой работы, [c.157]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...