Закон увеличения степени дробления

Увеличение степени дробления (дисперсности) вещества предусматривает и изменение твердости и эластичности, то есть развитие системы таким образом. Прежде всего, это относится к рабочему органу.

Рабочий орган может быть монолитным и немонолитным (состоящим из отдельных частей). Веществорабочего органа может быть твердым, нетвердым (мягким), жидким, газообразным и полем.

Рисунок 3.8

Эта последовательность характеризуется переходом от твердой монолитной системы (1) к полностью гибкому (эластичному) объекту (2) и т.д. Дальнейшее дробление приводит к разделению объекта на отдельные части, не связанные между собой или связанные с помощью какого-либо поля, например, магнитного.

Дробление идет в сторону измельчения каждой части вплоть до получения мелкодисперсного порошка или микросфер, т.е. объект становится порошкообразным (3). Следующий переход приводит к гелю (4) - пастообразному веществу. Затем изменяется степень вязкости вещества до получения жидкости (5). Далее изменяется степень связанности жидкости. Происходит использование более легких и летучих жидкостей и использование аэрозолей (6). Содержание газа в аэрозоле увеличивается, и таким образом происходит переход к газу (7). Постепенно используется все более легкий газ. Затем газ становится более разряженным, следующий шаг приводит к крайнему состоянию - образованию вакуума. Последнее состояние в этой цепочке - использование поля (8).

На новом витке развития система вновь становится монолитной. На рисунке это показано в виде петли обратной связи.

Примеры:

1. Негибкое вещество, например, металл, дерево и т.п.;

2. Резина, ткань, пленка, тонкие куски металла, например фольга, трос и т.п.;

3. Отдельные, несоединенные части, шарики, зерно, песок, микросферы, пыль и т.п.;

4. Гель, желе, студень, паста, крем, масло, коллоидный раствор и т.п.;

5. Жидкости различной плотности, от жидких масел до спирта, эфира и жидких газов;

6. Аэрозоли с различным процентным содержанием жидкости и газа;

7. Газы различной плотности, от тяжелых до самых легких.

На этапе 1 широко применяются геометрические и некоторые физические эффекты. Сочетание этих эффектов часто встречается в строительстве при использовании предварительно напряженных конструкций.

Первоначально объект разбивается на части, вплотную присоединенные друг к другу. Это соединение может быть разъемное (резьбовое, шпоночное и др., а также выполненное с помощью различных полей) и неразъемное (клеевое, сварное, и др.). Дальнейшее разбиение приводит к увеличению количества частей в системе. Для повышения эффективности конструкций используются геометрические и физические эффекты, например, различные формы частей и связей, предварительно напряженные конструкции.

На следующем этапе отдельные части соединяются жесткими связями. Количество частей и связей увеличивается. Далее жесткость связей уменьшается, и постепенно связи делаются гибкими - шарнирными, пружинными и т.п.

Примером этапа могут служить фермы различных конструкций.

Пример 3.3. В 1889 году в Париже по проекту Эйфеля была сооружена ажурная трехсотметровая металлическая башня.

Применение поля (8), например, ионизированного газа - плазмы - представлено в следующем примере.

Пример 3.4. Специалисты фирмы "Вестингауз" (США) решили крупнейшую проблему переработки токсичных отходов, в частности так называемых многохлористых дифенилов. Они использовали высокотемпературную плазму, образующуюся при пропускании воздуха через электрическую дугу (5000^oС). Сжигание этих веществ в низкотемпературных печах затруднено, так как при этом образуются сложные вторичные токсичные вещества. При использовании же плазмы образуются более простые соединения - в основном хлористый водород и окись углерода. Хлористый водород нейтрализуется, а окись углерода сжигается; ее можно использовать как топливо. Способ обеспечивает уничтожение свыше 99,99% опасных веществ и дешевле других способов.

Применение жидкой и твердой пены - промежуточного состояния вещества между твердым (жидким) и газообразным описано в следующем примере.

Пример 3.5. Для защиты наплавляемого в процессе сварке металла используют легкоплавкий флюс или инертный газ. И все-таки металл выгорает, его расход большой. Предлагается производить сварку под слоем пены. Пену получают путем вспенивания газом (аргон, азот) водного раствора мыла и глицерина. Для легированных сталей лучше применять аргон. Пенная защита сократила расход дорогостоящего аргона в 6-8 раз. При пенной защите места сварки электрическая дуга становится более устойчивой, уменьшается пористость наплавленного металла.

В качестве еще одного примера рассмотрим тенденцию развития щеток электродвигателей и электрогенераторов.

Пример 3.6 Первоначально щетки представляли собой монолитный (1) электрод, медный или угольный. Затем появились подпружиненные контакты (2), выполненные из угля или меди. На следующем этапе развития появились щетки в виде отдельных металлический упругих волосков (2). Известны щетки в виде графитового порошка (3).

Американская фирма "Вестингауз" в электрогенераторах большой мощности применяет вместо традиционных графитовых щеток для съема электроэнергии циркулирующий поток жидких (5) металлов натрия и калия. Такой метод позволяет снимать с единицы площади большей, чем в традиционных условиях, ток. А это в свою очередь ведет к существенному уменьшению габаритов электрогенераторов.

Наконец, идеальные щетки, которых нет, а их функции выполняются. В качестве таких щеток может служить ионизированный газ (8), который является прекрасным проводником.

Промежуточное состояние в каждом из указанных переходов может занимать "пена" в твердом, жидком, газообразном и прочих видах. Кроме того, возможна комбинация (9) из указанных состояний, в любом сочетании. С целью повышения эффективности могут быть использованы технологические эффекты, характерные для данного состояния.

Пример 3.7 Аэрозоли (6) используются достаточно широко в технике и быту.

Пример 3.8 Предложен проект прокладки транспортных магистралей по болотам, основным элементом которых являются эластичные надувные камеры. Дорога по болоту выполняется из сборных щитов. На нижней части каждого щита размещается эластичная надувная камера из резинотканного материала. Щиты выполнены металлическими и соединяются замками.

Пример 3.9В результате соединения твердого вещества с жидкостью в технической системе получается обмазка и гель, имеющий аморфную структуру (клей сначала в полужидком виде, а затем затвердевающий на воздухе). Треснувший корпус цилиндра или разбитый картер двигателя, обычно долго ремонтируют, можно быстро склеить полимерным клеем К-153. Даже глубокие трещины в металле клей заваривает намертво. Состоит он из эпоксидной смолы, отвердителя, металлических наполнителей.