Cwiczenie2.pdf

(1014 KB) Pobierz

(Microsoft Word - \306wiczenie nr 2 - poprawione 07.10.2007.doc)

Ę WICZENIE NR 2

B ADANIE ADHEZJI FAZY CIEKŁEJ DO FAZY STAŁEJ

1.

WPROWADZENIE

W wyniku wi Ģ za ı pierwszego rz ħ du mo Ň e powsta ę cz Ģ steczka symetryczna lub

asymetryczna.

W cz Ģ steczce symetrycznej Ļ rodek ci ħŇ ko Ļ ci ładunków dodatnich pokrywa si ħ ze

Ļ rodkiem ci ħŇ ko Ļ ci ładunków ujemnych. Cz Ģ steczka ta jest elektrycznie oboj ħ tna, a materiał

zbudowany z cz Ģ steczek oboj ħ tnych nazywa si ħ dielektrykiem oboj ħ tnym.

W cz Ģ steczce asymetrycznej wyst ħ puje przesuni ħ cie Ļ rodka ci ħŇ ko Ļ ci ładunków

dodatnich wzgl ħ dem Ļ rodka ci ħŇ ko Ļ ci ładunków ujemnych. Cz Ģ steczka stanowi elementarny

dipol elektryczny, a materiał zbudowany z takich cz Ģ steczek nazywa si ħ dielektrykiem

polarnym.

Polarno Ļ ci dielektryku charakteryzowana jest za pomoc Ģ momentu dipolowego,

okre Ļ lanego wzorem:

M d = q . l ,

gdzie:

q – ładunek elektryczny dipola,

l – odległo Ļę Ļ rodków ci ħŇ ko Ļ ci ładunków ujemnych i dodatnich.

Stopie ı polarno Ļ ci materiału zale Ň y od masy cz Ģ steczki i jej momentu dipolowego. Materiały

o małej masie cz Ģ steczki i du Ň ym momencie dipolowym s Ģ silnie polarne, natomiast materiały

o bardzo du Ň ej masie cz Ģ steczki i małym momencie dipolowym s Ģ słabo polarne i zachowuj Ģ

si ħ w sposób podobny do dielektryków oboj ħ tnych.

Ze stopniem polarno Ļ ci dielektryku wi ĢŇĢ si ħ jego wła Ļ ciwo Ļ ci elektryczne,

mechaniczne i fizyczne.

Ze wzrostem polarno Ļ ci wyst ħ puje wzrost przenikalno Ļ ci elektrycznej materiału,

wzrost współczynnika stratno Ļ ci i spadek rezystywno Ļ ci materiału.

Im wi ħ ksza jest polarno Ļę cz Ģ steczek, tym wi ħ ksza jest energia wi Ģ za ı wtórnych –

wi Ģ za ı siłami Van der Waalsa mi ħ dzy cz Ģ steczkami – czego odbiciem s Ģ lepsze wła Ļ ciwo Ļ ci

mechaniczne materiału i wy Ň sza temperatura topnienia. Spo Ļ ród wła Ļ ciwo Ļ ci fizycznych

dielektryków jedn Ģ z wa Ň niejszych jest adhezja fazy ciekłej do fazy stałej. Zjawisko adhezji w

zasadniczy sposób okre Ļ la warunki pracy układu izolacyjnego dielektryk ciekły – dielektryk

stały, układu stosowanego np. w kondensatorze, składaj Ģ cym si ħ z folii polimerowej

impregnowanej syciwem ciekłym. To wła Ļ nie dzi ħ ki umiej ħ tnie dobranym polarno Ļ ciom

materiału stałego i ciekłego zapewnia si ħ odpowiednie warunki adhezji cieczy i mo Ň liwe staje

si ħ impregnowanie nieprzepuszczalnej folii.

W odniesieniu do układu ciało stałe – woda, wynik adhezji nazywa si ħ zwil Ň alno Ļ ci Ģ .

Adhezja wody do dielektryku stałego rozumiana jest zasadniczo w kategoriach

negatywnych.

Forma wyst Ģ pienia wody na powierzchni ciała stałego uzale Ň niona jest od energii adhezji

ciała stałego i cieczy w kierunku normalnej do powierzchni rozdziału dwóch faz. Energi ħ

adhezji opisuje równanie:

gdzie:

g - napi ħ cie powierzchniowe cieczy na granicy z powietrzem,

q - k Ģ t zwil Ň ania.

W = g ( 1 + cosq ),

Rys.1. Kropla wody na dwóch ró Ň nych dielektrykach stałych – interpretacja k Ģ ta zwil Ň ania q

Na rysunku 1 pokazano interpretacj ħ k Ģ ta zwil Ň ania. Je Ļ li k Ģ t zwil Ň ania q > 90°,

wówczas adhezja wody do ciała stałego mniejsza jest od kohezji molekuł wody, materiał nie

zwil Ň a si ħ i jest nazywany hydrofobowym. Je Ļ li k Ģ t zwil Ň ania q < 90°, wówczas adhezja

wody do materiału stałego przewy Ň sza siły kohezji molekuł wody, materiał zwil Ň a si ħ i jest

nazywany hydrofilnym.

Na powierzchni materiałów hydrofobowych woda wyst ħ puje w postaci odosobnionych

kropli, których kształt zale Ň y od k Ģ ta zwil Ň ania. Na powierzchni materiałów hydrofilnych

woda wyst ħ puje w postaci płaskich rozlanych kropli albo ci Ģ głej monomolekularnej lub

polimolekularnej warstwy.

Stwierdzono, Ň e polimery zawieraj Ģ ce tylko grupy CH 2 , CH 3 , C 6 H 6 , CF 4 s Ģ

hydrofobowe, natomiast obecno Ļę grup CO, NH, NH 2 , O, CH 3 decyduje o hydrofilno Ļ ci.

Je Ň eli materiał stały nie ma zwartej struktury, Wówczas woda mo Ň e przenika ę do jego

wn ħ trza. Sorbcja wody do polimerów zale Ň y od g ħ sto Ļ ci upakowania molekuł, stopnia

usieciowania, zawarto Ļ ci obj ħ to Ļ ciowej grup hydrofilnych oraz od charakteru mikroporów.

Polimery zawieraj Ģ ce tylko grupy CH 2 , CH 3 , C 6 H 6 i CF 4 maj Ģ k Ģ t zwil Ň ania równy 85

- 155° i zawarto Ļę wody jest mała rz ħ du 0,01 – 0,05%. Zwykle s Ģ to niepolarne lub

słabopolarne materiały o upakowanej strukturze, na przykład polietylen, polifluoretan.

Niektóre polimery polarne maj Ģ k Ģ t zwil Ň ania równy 65 – 75°, ale upakowan Ģ

struktur ħ wykazuj Ģ do Ļę mał Ģ chłonno Ļę wody np. PCV. Natomiast silnopolarne polimery o

małym k Ģ cie zwil Ň ania i lu Ņ nej strukturze wykazuj Ģ bardzo znaczn Ģ chłonno Ļę wody, np.

poliamidy lub przetwory celulozy.

Materiały wykazuj Ģ ce obj ħ to Ļ ciow Ģ chłonno Ļę wody nazywaj Ģ si ħ higroskopijnymi.

Dielektryki polimerowe mo Ň na podzieli ę na:

Û

zwil Ň aj Ģ ce si ħ i higroskopijne,

Û

nie zwil Ň aj Ģ ce si ħ ale niehigroskopijne.

Je Ň eli materiał higroskopijny przebywa w Ļ rodowisku o du Ň ej wilgotno Ļ ci wzgl ħ dnej,

wówczas obserwujemy wzrost jego przenikalno Ļ ci elektrycznej.

2.

UKŁADY POMIAROWE I SPOSÓB PRZEPROWADZENIA POMIARÓW

2.1. Wyznaczenie k Ģ ta zwil Ň ania:

1.

Badane próbki oczy Ļ ci ę z zanieczyszcze ı z u Ň yciem metanolu

2.

Na stoliku przedmiotowym mikroskopu umie Ļ ci ę badan Ģ próbk ħ (rys.2)

3.

Za pomoc Ģ pipety automatycznej umie Ļ ci ę na próbce krople badanej cieczy o okre Ļ lonej

przez prowadz Ģ cego obj ħ to Ļ ci

4.

Zmieniaj Ģ c ogniskow Ģ w obiektywie kamery uzyska ę na ekranie monitora ostry obraz

kropli.

5.

Zgodnie z rysunkiem 3 odczyta ę na ekranie charakterystyczne wymiary kropli (dla

materiałów hydrofilnych c i h, dla materiałów hydrofobowych c i H).

Û

zwil Ň aj Ģ ce si ħ ale niehigroskopijne,

731180037.058.png

Stolik

przedmiotowy

kamera

Rys.2. Widok stanowiska do pomiaru k Ģ ta zwil Ň ania

Rys. 3. Sposób wyznaczania k Ģ ta zwil Ň ania fazy ciekłej do stałej; dla materiałów hydrofilnych (a)

i dla materiałów hydrofobowych(b)

731180037.069.png

2.2.

Wyznaczenie wzgl ħ dnej przenikalno Ļ ci elektrycznej e r

Chc Ģ c wyznaczy ę przenikalno Ļę wzgl ħ dn Ģ materiału dielektrycznego posługujemy si ħ

wzorem:

e

r =

C d

C

0

gdzie:

C d – pojemno Ļę kondensatora o okre Ļ lonym kształcie i wymiarach elektrod mi ħ dzy

którymi znajduje si ħ badany dielektryk,

C 0 – pojemno Ļę utworzona przez ten sam układ elektrod po zast Ģ pieniu dielektryka

pró Ň ni Ģ lub suchym niezjonizowanym powietrzem.

Dla układu elektrod przedstawionego na rysunku 4 pojemno Ļę mi ħ dzyelektrodowa

geometryczna w powietrzu C 0 wynosi:

(

d

+

s

)

2

C

=

0

0695

[pF]

0

g

Uwaga: wszystkie wielko Ļę geometryczne nale Ň y podstawi ę do ww. wzoru w cm.

Pojemno Ļę C d nale Ň y zmierzy ę posługuj Ģ c si ħ miernikiem RLC oraz zestawem

elektrod pokazanym na rysunku 3.

W pierwszej kolejno Ļ ci nale Ň y zał Ģ czy ę miernik i przeprowadzi ę procedur ħ

kalibracyjn Ģ . W tym celu przyciskiem „L/C/R” wybra ę pomiar pojemno Ļ ci (C) nast ħ pnie

wybra ę opcj ħ pomiaru dwuprzewodowego przyciskiem „2W/4W” ( Ļ wieci dioda

sygnalizacyjna 2-WIRES) oraz wybra ę cz ħ stotliwo Ļę pomiarow Ģ 1 kHz przyciskiem

„1k/120Hz”, przewody pomiarowe pozostawi ę rozwarte i przycisn Ģę przycisk „Cal”.

Odczeka ę kilka sekund do momentu, w którym na wy Ļ wietlaczu wy Ļ wietlony zostanie

pulsuj Ģ cy napis „REL” i wcisn Ģę ponownie przycisk „Cal”. Po prawidłowo przeprowadzonej

procedurze kalibracyjnej wy Ļ wietlana pojemno Ļę powinna wskazywa ę warto Ļę zero a tangens

k Ģ ta strat (D) powinien by ę nieokre Ļ lony (---).

Poł Ģ czy ę układ pomiarowy wg rysunku i odczyta ę zmierzon Ģ warto Ļę pojemno Ļ ci C d .

Przy u Ň yciu mikrometru zmierzy ę grubo Ļę próbek w co najmniej trzech miejscach,

obliczy ę Ļ redni Ģ .

(d)

s

Rys. 3. Sposób poł Ģ czenia zestawu elektrod do miernika ESCORT oraz geometria elektrod

731180037.080.png

731180037.091.png

731180037.001.png

731180037.009.png

731180037.010.png

731180037.011.png

731180037.012.png

731180037.013.png

731180037.014.png

731180037.015.png

731180037.016.png

731180037.017.png

731180037.018.png

731180037.019.png

731180037.020.png

731180037.021.png

731180037.022.png

731180037.023.png

731180037.024.png

731180037.025.png

731180037.026.png

731180037.027.png

731180037.028.png

731180037.029.png

731180037.030.png

731180037.031.png

731180037.032.png

731180037.033.png

731180037.034.png

731180037.035.png

731180037.036.png

731180037.037.png

731180037.038.png

731180037.039.png

731180037.040.png

731180037.041.png

731180037.042.png

731180037.043.png

731180037.044.png

731180037.045.png

731180037.046.png

731180037.047.png

731180037.048.png

731180037.049.png

731180037.050.png

731180037.051.png

731180037.052.png

731180037.053.png

731180037.054.png

731180037.055.png

731180037.056.png

731180037.057.png

731180037.059.png

731180037.060.png

731180037.061.png

731180037.062.png

731180037.063.png

731180037.064.png

731180037.065.png

731180037.066.png

731180037.067.png

731180037.068.png

731180037.070.png

731180037.071.png

731180037.072.png

731180037.073.png

731180037.074.png

731180037.075.png

731180037.076.png

731180037.077.png

731180037.078.png

731180037.079.png

731180037.081.png

731180037.082.png

731180037.083.png

731180037.084.png

731180037.085.png

731180037.086.png

731180037.087.png

731180037.088.png

731180037.089.png

731180037.090.png

731180037.092.png

731180037.093.png

731180037.094.png

731180037.095.png

731180037.096.png

731180037.097.png

731180037.098.png

731180037.099.png

731180037.100.png

731180037.101.png

731180037.002.png

731180037.003.png

731180037.004.png

731180037.005.png

731180037.006.png

731180037.007.png

731180037.008.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

udarnosc elektroizolacyjnych.docx (85 KB)
Cwiczenie1.pdf (1536 KB)
Cwiczenie2.pdf (1014 KB)
Cwiczenie4.pdf (534 KB)
Cwiczenie5.pdf (1139 KB)

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin