VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Введение

Дисперсные системы часто встречаются в нашей жизни, поэтому в последние годы все больше проявляют особый интерес к изучению физике дисперсных систем. В более ранних исследованиях проведенных в лабораториях в физике дисперсных систем обнаружен эффект влагопереход с поверхности льда. В работах [1,2,3] представлены результаты по исследованию влагоперехода на границе льда с различными материалами. Обнаружено две фазы влагоперехода описываемые разными математическими моделями.

Задача исследования состояла в изучении влияния температурного градиента в грунте на переход воды со льда в дисперсную среду. Для данного эксперимента был выбран в качестве дисперсной среды – песок.

Методика проведения

В чашки насыпался очищенный и охлажденный до -15 песок. Далее сверху помещали льдинки толщиной примерно 1 см. Затем 4 из 5 сосудов ставили на нагревательные элементы разной мощности, которые находились в холодильнике. Термопары располагали на границе лед - дисперсная среда, а вторая под чашкой. Последующие дни измеряли массу песка, термоэдс и напряжение на нагревателях 2 раза в сутки с интервалом ≈ 6 часов при постоянной силе тока.

Экспериментальные результаты

На рис.1 представлены временные зависимости массы воды, перешедшей с поверхности льда в песок при различных мощностях подогрева (P₁= 0,12 Вт; P₂=0,17 Вт; P₃=0,24 Вт; P₄=0,40 Вт; P₅=0 Вт). На рис. 2 изображена зависимость разности температур от мощности подогрева. Рис. 1 демонстрирует, что нижний подогрев в целом увеличивает скорость влагоперехода. Но при этом увеличение мощности подогрева уменьшает влагопереход. При этом, как свидетельствует рис. 2 , не наблюдается монотонность в зависимости от мощности подогрева. Это свидетельствует о многофакторности исследуемой проблемы.

Рис. 1	Рис. 2

Обсуждение результатов

Сначала поступим формально и определим зависимость коэффициента теплопроводности на основании формулы:(1), где - коэффициент теплопроводности, – площадь сечения песка, – термоэдс термопары, измеряющей разность температур, - толщина слоя песка и - коэффициент термоэдс.

Рис. 3

На рис. 3 представлена зависимость, наблюдаемая от мощности подогрева. Тот факт, что и то, что коэффициент теплопроводности меньше, чем табличные (для песка, свидетельствует о наличие дополнительного теплового сопротивления. Возникновение дополнительного теплового сопротивления связано с диффузией молекул H₂O при переходе с поверхности льда в грунт. Плотность потока числа молекул H₂O через границу составляет (2) и определяет перенос тепла

. Это эквивалентно . Это приводит к тому, что . Полученная зависимость представлена на рис. 4. Общая наблюдаемая тенденция определяет убывание от . При этом самые большие значения соответствует малому значению мощности. При других мощностях наблюдается колебания в пределах 17 %.

Рис. 4

Относительно основного вопроса о влиянии разности температур на переход воды с поверхности льда в песок. Замечаем, что небольшой градиент способствует увеличению скорости перехода по причине увеличения диффузии H₂O от границы перехода. Увеличение же градиента приведет к увеличению градиента на границе перехода, что приведет к замедлению скорости перехода через границу лед-песок. Для окончательного ответа необходимо продолжение экспериментов.

Список литературы

1. Копосов Г. Д. Исследования влияния размеров гранул дисперсной среды на переход квазижидкого слоя с поверхности льда / Г.Д. Копосов, К.О. Митюгова, А.В. Тягунин // Физический вестник Института естественных наук и технологий САФУ. Сб .научн. тр. Вып.13. – Арх-ск: Кира, 2014. – С. 41 - 44.

2. Егочина В.И. Исследование процесса перехода воды через границу лед- порошок неорганического материала при отрицательных температурах / В.И. Егочина, А.В. Тягунин, А. В. Булыгина // Физический вестник Института естественных наук и технологий САФУ. Сб .научн. тр. Вып.14. – Арх-ск: Кира, 2015. – С. 14 - 19.

3. Егочина В.И. Исследование влагоперехода через границу лед- порошок органических материалов / В.И. Егочина, А.В. Тягунин, Г.Д. Копосов // Физический вестник Института естественных наук и технологий САФУ. Сб. научн. тр. Вып.14. – Арх-ск: Кира, 2015. – С. 19 - 27.

Код для цитирования: Скопировать