Понятие и свойства параллельного проектирования

Понятие и свойства параллельного проектирования Реферат

Общие понятия о горении

Тема 2. Общие понятия о горении и пожаровзрывоопасных свойствах веществ и материалов,  пожарной опасности зданий

Содержание раздела:

·           Общие сведения о горении.

·           Показатели, характеризующие взрывопожароопасные свойства веществ и материалов.

·           Категорирование и классификация помещений, зданий, сооружений и технологических процессов по пожаровзрывоопасности.

·           Классификация строительных материалов по группам горючести.

·           Понятие о пределе огнестойкости (далее — ПО) и пределе распространения огня (далее — ПРО).

·           Физические и требуемые ПО и ПРО.

·           Понятие о степени огнестойкости зданий и сооружений.

·           Способы огнезащиты конструкций.


Краткие сведения о физико-химической сущности процесса горения.
Условия возникновения и развития горения

Показатели, характеризующие взрывопожароопасные свойства веществ и материалов:

·           ПОЖАР — неконтролируемое горение, приводящее к ущербу.

·           ГОРЮЧЕСТЬ — способность веществ и материалов к развитию горения.

·           ГОРЕНИЕ — экзотермическая реакция окисления вещества, сопровождающаяся, по крайней мере одним из трех факторов: пламенем, свечением, выделением дыма.

·           ПЛАМЕННОЕ ГОРЕНИЕ — горение веществ и материалов, сопровождающееся пламенем.

·           ТЛЕНИЕ — беспламенное горение материала. ДЫМ — аэрозоль, образуемый жидкими и (или) твердыми продуктами неполного сгорания материалов.

·           ВОЗГОРАЕМОСТЬ — способность веществ и материалов к возгоранию.

·           ВОЗГОРАНИЕ — начало горения под воздействием источника зажигания. То есть, начало выделения тепла в результате реакции окисления, сопровождающееся свечением, пламенем или дымом.

·           САМОВОЗГОРАНИЕ — возгорание в результате самоинициируемых экзотермических процессов. Самовозгорание сопровождается пламенем, свечением или дымом.

·           ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТЬ — способность веществ и материалов к воспламенению.

·           ВОСПЛАМЕНЕНИЕ — начало пламенного горения под воздействием источника зажигания. В отличие от возгорания, воспламенение сопровождается только пламенным горением.

·           САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕ — самовозгорание, сопровождающееся пламенем. Самовоспламенение сопровождается только пламенем, в отличие от самовозгорания.

·           САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ГОРЕНИЕ — горение материала после удаления источника зажигания.

·           САЖА — тонкодисперсный аморфный углеродный остаток, образующийся при неполном сгорании.

·           ОПАСНЫЙ ФАКТОР ПОЖАРА — фактор пожара, воздействие которого на людей и (или) материальные ценности может привести к ущербу.

Опасными факторами, воздействующими на людей и материальные ценности, являются:

·           пламя и искры;

·           повышенная температура окружающей среды;

·           токсичные продукты горения и термического разложения;

·           дым;

·           пониженная концентрация кислорода.

Ниже приведены предельные значения опасных факторов пожара:

Температура среды  ……………………………………..  70°С
Тепловое излучение  …………………………………….  500 Вт/м
Содержание оксида углерода  …………………………  0,1% (об.)
Содержание диоксида углерода  ………………………  6% (об.)
Содержание кислорода  …………………………………  менее 17% (об.)

К вторичным проявлениям опасных факторов пожара, воздействующим на людей и материальные ценности, относятся:

·           осколки, части разрушающихся аппаратов, агрегатов, установок, конструкций;

·           радиоактивные и токсичные вещества и материалы, вышедшие из разрушенных аппаратов и установок;

·           электрический ток, возникший в результате выноса высокого напряжения на токопроводящие части конструкций, аппаратов, агрегатов;

·           опасные факторы взрыва по ГОСТ 12.1.010, происшедшего вследствие.

Показатели пожаровзрывоопасности веществ и материалов

Изучение пожаровзрывоопасных свойств веществ и материалов, обращающихся в процессе производства, является одной из основных задач пожарной профилактики, направленной на исключение горючей среды из системы пожара.

По агрегатному состоянию вещества и материалы подразделяются на:

·           ГАЗЫ — вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25°С   и давлении 101,3 кПа (1 атм) превышает 10!,3 кПа (1 атм).

·           ЖИДКОСТИ — то же, но давлении меньше 101,3 кПа (1 атм). К жидкостям относят также твердые плавящиеся вещества, температура плавления или каплепадения которых меньше 50°С.

·           ТВЕРДЫЕ — индивидуальные вещества и их смеси с температурой плавления или каплепадения больше 50°С (например, вазелин — 54°С), а также вещества, не имеющие температуру плавления (например, древесина, ткани и т.п.).

·           ПЫЛИ — диспергированные (измельченные) твердые вещества и материалы с размером частиц менее 850 мкм (0,85 мм).

Номенклатура показателей и их применяемость для характеристики пожаровзрывоопасности веществ и материалов приведены в табл.1

Таблица 1

(Знак « » обозначает применяемость, знак « — » неприменяемость показателя)

Значения данных показателей должны включаться в стандарты и технические условия на вещества, а также указываться в паспортах изделий.

Температура ВСПЫШКИ всп) — только для жидкостей — наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает.

Температура ВОСПЛАМЕНЕНИЯв) — кроме газов — наименьшая температура вещества, при которой вещество выделяет горючие парьг и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение.

Температура САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ св) — наименьшая температура окружающей среды, при которой наблюдается самовоспламенение вещества.

УСЛОВИЯ ТЕПЛОВОГО САМОВОЗГОРАНИЯ — только для твердых и пылей — экспериментально выявленная зависимость между температурой окружающей среды, количеством вещества (материала) и временем до момента его самовозгорания.

Температура САМОНАГРЕВАНИЯ — самая низкая температура вещества, при которой самопроизвольный процесс его нагревания не приводит к тлению или пламенному горению.

Безопасной температурой длительного нагрева вещества считают температуру, не превышающую 90% температуры самонагревания.

СПОСОБНОСТЬ ВЗРЫВАТЬСЯ И ГОРЕТЬ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ВОДОЙ, КИСЛОРОДОМ ВОЗДУХА И ДРУГИМИ ВЕЩЕСТВАМИ (взаимный контакт веществ) — это качественный показатель, характеризующий особую пожарную опасность некоторых веществ.

КОЭФФИЦИЕНТ ДЫМООБРАЗОВАНИЯ — только для твердых — показатель, характеризующий оптическую плотность дыма, образующегося при пламенном горении или термоокислительной деструкции (тлении) определенного количества твердого вещества (материала) в условиях специальных испытаний.

Различают 3 группы материалов:

Таблица 2

У материалов с умеренной дымообразующей способностью количество дыма, когда человек теряет способность ориентироваться, меньше или равно количеству продуктов горения, при котором возможно смертельное отравление. Поэтому вероятность потери видимости в дыму выше вероятности отравления.

ПОКАЗАТЕЛЬ ТОКСИЧНОСТИ ПРОДУКТОВ ГОРЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ — отношение количества материала к единице объема замкнутого пространства, в котором образующиеся при горении материала газообразные продукты вызывают гибель 50% подопытных животных.

Сущность метода заключается в сжигании исследуемого материала в камере сгорания и выявлении зависимости летального эффекта газообразных продуктов горения от массы материала (в граммах), отнесенной к единице объема (1 кв м) экспозиционной камеры.

Классификация материалов приведена в таблице 3


Таблица 3

Для материалов чрезвычайно опасных по токсичности масса не превышает 25 грамм, чтобы создать смертельную концентрацию в объеме 1 м3 за время 5 мин. Соответственно, за время 15 мин — до 17; 30 мин — до 13; 60 мин — до 10 грамм.

Например, сосна Дугласа — 21; виниловая ткань — 19; поливинилхлорид —  16; пенополиуретан эластичный — 18 (жесткий — 14) г/м3 при времени экспозиции 15 мин.

КОНЦЕНТРАЦИОННЫЕ ПРЕДЕЛЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ (ВОСПЛАМЕНЕНИЯ) — кроме твердых.

Нижний (верхний) концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения) — минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

Некоторые примеры нижнего-верхнего концентрационных пределов, %:

·           ацетилен — 2,2-81;

·           водород — 3,3-81,5;

·           природный газ — 3,8-24,6;

·           метан — 4,8-16,7;

·           пропан — 2-9,5;

·           бутан — 1,5-8,5;

·           пары бензина —  0,7-6;

·           пары керосина — 1-1,3.

ГРУППА ГОРЮЧЕСТИ — классификационная характеристика способности веществ и материалов к горению.

По горючести вещества и материалы подразделяются на три группы: негорючие, трудногорючие и горючие.

НЕГОРЮЧИЕ (несгораемые) — вещества и материалы, не способные к горению в воздухе- Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например, окислители или вещества, выделяющие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг  с другом).

ТРУДНОГОРЮЧИЕ (трудносгораемые) — вещества и материалы, способныегореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления.

ГОРЮЧИЕ (сгораемые) — вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Горючие жидкости (ГЖ) с Твсп < 61°С в закрытом тигле или 66°С в открытом тигле относят к легковоспламеняющимся (ЛВЖ).

Особо опасными ГЖ называют ЛВЖ с Т <= 28°С.

Газы считаются горючими при наличии концентрационных пределов воспламенения (КПВ)  трудногорючими — при отсутствии КПВ   и наличии Тсв; негорючими — при отсутствии  КПВ и Тсв.

ЖИДКОСТИ считаются горючими при наличии Тв; трудногорючими — при отсутствии Тв и наличии Тсв; негорючими — при отсутствии Твсв, Твсп, температурных и концентрационных пределов распространения пламени (воспламенения).

Горючие твердые материалы в зависимости от времени достижения максимальной температуры газообразных продуктов горения исследуемого материала (t) подразделяют на:

·           средней воспламеняемости — 0,5 5 I 5 4 мин;

·           легковоспламеняемые — 1 < 0,5 мин.

Анализ пожарной опасности технологических процессов
и порядок разработки мер пожарной безопасности

Анализ пожарной опасности заключается в определении наличия горючих веществ и возможных источников зажигания, вероятных путей распространения пожара, необходимых средств технической и конструктивной защиты, а также систем сигнализации и пожаротушения, имеющих параметры инерционности срабатывания соответствующие динамике развития пожара на предприятии.

Противопожарные мероприятия предотвращения пожара разрабатываются исходя из требований об исключении источника зажигания и (или) горючего вещества из системы, приводящей к пожару. Если источник зажигания и горючее вещество не могут быть изолированы по условиям технологического процесса производства, объект обеспечивается надежной системой противопожарной защиты.

Разработка мероприятий предотвращения пожара.
Предотвращение образования горючей среды

Предотвращение образования горючей среды должно обеспечиваться одним из следующих способов или их комбинацией:

·           максимально возможным применением негорючих и трудногорючих веществ и материалов;

·           ограничением массы и объема горючих веществ и наиболее безопасным способом их размещения;

·           изоляцией горючей среды (применением изолированных отсеков, камер, кабин и т.п.);

·           поддержанием безопасной концентрации среды в соответствии с нормами и правилами и другими нормативно-техническими, нормативными документами и правилами безопасности;

·           достаточной концентрацией флегматизатора в воздухе защищаемого объема (его составной части);

·           поддержанием температуры и давления среды, при которых распространение пламени исключается;

·           максимальной механизацией и автоматизацией технологических процессов, связанных с обращением горючих веществ;

·           установкой пожароопасного оборудования по возможности в изолированных помещениях или на открытых площадках;

·           применением устройств защиты производственного оборудования с горючими веществами от повреждений и аварий, установкой отключающих, отсекающих и других устройств.

Предотвращение образования в горючей среде источников зажигания

Предотвращение образования в горючей среде источников зажигания должно достигаться:

·           применением машин не образующих источников зажигания;

·           применением электрооборудования, соответствующего взрывоопасной и пожароопасной зонам, группе и категории взрывоопасной смеси в соответствии с ПУЭ;

·           применением быстродействующих средств защитного отключения возможных источников зажигания;

·           применением технологического процесса и оборудования, удовлетворяющего требованиям электростатической искробезопасности;

·           устройством молниезащиты зданий, сооружений и оборудования;

·           поддержанием температуры нагрева поверхностей оборудования и материалов ниже предельно допустимой, составляющей 80% от наименьшей температуры самовоспламенения горючего;

·           исключением возможности появления искрового разряда в горючей среде с энергией зажигания;

·           применением неискрящего инструмента при работе с легковоспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ) и горючими газами (ГГ);

·           ликвидацией условий для теплового, химического и (или) микробиологического самовозгорания обращающихся веществ, материалов, изделий и конструкций, Порядок совместного хранения веществ и материалов осуществляют в соответствии со справочным приложением 7 ГОСТ;

Рефераты:  Профсоюзные органы как субъекты трудового права | Рефераты KM.RU

·           устранением контакта с воздухом пирофорных веществ;

·           уменьшением определяющего размера горючей среды ниже предельно-допустимого по горючести;

·           выполнением действующих строительных норм, правил и стандартов.

Ограничение массы и объема горючих веществ

Ограничение массы и объема горючих веществ, а также наиболее безопасный способ их размещения должны достигаться:

·           уменьшением массы и объема горючих веществ, находящихся одновременно в помещении или на открытой площадке;

·           устройством аварийного слива (стравливания);

·           периодической очисткой территории, на которой располагается объект, помещение, коммуникация, аппаратура от горючих отходов, отложений пыли, пуха и т.п.;

·           в удалением пожароопасных отходов производства; заменой ЛВЖ и ГЖ на пожаробезопасные технические моющие средства.

Разработка мероприятий противопожарной защиты

Противопожарная защита на предприятии реализуется техническими (конструктивными) и Пожарно-техническими мероприятиями.

В зданиях и сооружениях необходимо предусмотреть технические средства (лестничные клетки, противопожарные стены, лифты, наружные пожарные лестницы, аварийные люки и т.п.), имеющие устойчивость при пожаре и огнестойкость конструкций не менее времени, необходимого для спасения людей при пожаре и расчетного времени тушения пожара.

Каждый объект должен иметь такое объемно-планировочное и техническое исполнение, чтобы эвакуация людей из него была завершена до наступления предельно допустимых значений опасных факторов пожара, а при нецелесообразности эвакуации была обеспечена защита людей в объекте. Для обеспечения эвакуации необходимо:

·           установить количество, размеры и соответствующее конструктивное исполнение эвакуационных путей (выходов);

·           обеспечить беспрепятственное движение людей по эвакуационным путям;

·           организовать при необходимости управление движением людей по эвакуационным путям (световые указатели, звуковое и речевое оповещение и т. п.).

Ограничение распространения пожара за пределы очага должно обеспечиваться:

·           устройством противопожарных преград;

·           установлением предельно допустимых площадей пожарных отсеков и секций, ограничением этажности;

·           устройством аварийного отключения и переключения установок и коммуникаций;

·           применением средств, предотвращающих или ограничивающих разлив и растекание жидкостей при пожаре;

·           применением огнепреграждающих устройств и оборудования.

Средства коллективной и индивидуальной защиты должны обеспечить безопасность людей в течение всего времени действия опасных факторов пожара.

Коллективную защиту следует обеспечивать с помощью пожаробезопасных зон и других конструктивных решений. Средства индивидуальной защиты следует применять также для пожарных, участвующих в тушении пожара.

Система противодымной защиты должна обеспечивать незадымление, снижение температуры и удаление продуктов горения и термического разложения на путях эвакуации в течение времени, достаточного для эвакуации людей и (или) коллективную защиту людей, и (или) защиту материальных ценностей.

На каждом объекте народного хозяйства должно быть обеспечено своевременное оповещение людей и (или) сигнализация о пожаре в его начальной стадии техническими или организационными средствами.

Перечень и обоснование достаточности для целевой эффективности средств оповещения и (или) сигнализации на объектах согласовывается в установленном порядке.

Для пожарной техники должны быть определены:

·           быстродействие и интенсивность подачи огнетушащих веществ;

·           допустимые огнетушащие вещества (в том числе с позиций требований экологии и совместимости с горящими материалами);

·           источники и средства подачи огнетушащих веществ для пожаротушения;

·           нормативный (расчетный) запас специальных огнетушащих веществ (порошковых, газовых, пенных, комбинированных);

·           необходимая скорость наращивания подачи огнетушащих веществ с помощью транспортных средств оперативных пожарных служб (планы пожаротушения);

·           требования к устойчивости от воздействия опасных факторов пожара и их вторичных проявлений;

·           требования техники безопасности.

Классификация строительных материалов по группам горючести. Огнестойкость зданий и сооружений. Классификация зданий и помещений по категориям

Пожарная опасность строительных материалов определяется следующими пожарно-техническими характеристиками: горючестью, воспламеняемостью, распространением пламени по поверхности, дымообразующей способностью и токсичностью.

Строительные материалы подразделяются на негорючие (НГ) и горючие (Г).

Горючие строительные материалы подразделяются на 4 группы:

·           Г1 (слабогорючие);

·           Г2 (умеренногорючие);

·           ГЗ (нормальногорючие);

·           Г4 (сильногорючие).

Горючесть и группы строительных материалов по горючести устанавливают по ГОСТ 30244-94. «Материалы строительные. Методы испытания на горючесть».

Для негорючих строительных материалов другие показатели пожарной опасности не определяются и не нормируются.

Горючие строительные материалы по воспламеняемости подразделяются на 3 группы:

·           В1 (трудновоспламеняемые);

·           В2 (умеренновоспламеняемые);

·           ВЗ (легковоспламеняемые).

Горючие строительные материалы по распространению пламени по поверхности подразделяются на 4 группы (5.6):

·           РП1 (нераспространяющие);

·           РП2 (слабораспространяющие);

·           РПЗ (умереннораспространяющие);

·           РП4 (сильнораспространяющие).

Огнестойкость зданий и сооружений

Огнестойкость здания (сооружения, пожарного отсека) — классификационная характеристика о6ъекта, определяемая показателями огнестойкости и пожарный опасности строительных конструкций.

Огнестойкость конструкции — способность конструкции сохранять несущие и (или) ограждающие функции, а условиях пожара.

Огнестойкость зданий и сооружений зависит прежде всего от пределов огнестойкости строительных конструкций и пределам распространения огня по ним.

Предел огнестойкости — показатель огнестойкости конструкции, определяемый временем от начала огневого испытания при данном температурном режиме до наступления одного из нормируемых для данной конструкции предельных состояний по огнестойкости.

Предел распространения огня — размер повреждения конструкции вследствие ее горения за пределами зоны нагрева — в контрольной зоне.

Огнестойкость зданий по требованиям СНиП 21.01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений»

Здания делятся на 5 степеней огнестойкости: I, II, III, IV, и V в зависимости от значений пределов огнестойкости основных строительных конструкций, принимаемых в часах или минутах, и пределов распространения огня по ним, принимаемым в сантиметрах.

Нормированию подлежат: стены, перегородки, колонны, элементы лестничных клеток, перекрытий и покрытий (см. табл.4):

Изменением 1, утвержденным постановлением Госстроя РФ от 3 июня 1999 г. N 41 таблица 4 настоящих СНиП изложена в новой редакции.

Таблица 4

Изменением 1, утвержденным постановлением Госстроя РФ от 3 июня 1999 г. N 41 в таблицу 5 настоящих СНиП внесены изменения

Таблица 5

Основным условием соответствия фактической и требуемой степени огнестойкости зданий и сооружений (СОф = СОтр) является соответствие фактического предела огнестойкости (ПОф) и предела распространения огня (ПРОф) основных строительных конструкций требуемому пределу огнестойкости (ПОф) и допустимому пределу распространения огня (ПРОдоп). При несоответствии хотя бы одного из элементов здания (сооружения) требуемым значениям степень огнестойкости всего здания уменьшается до степени огнестойкости, где значения наименьших ПОф не менее значений ПОтр (ПОФ >= ПОтр), а наибольшие значения ПРОФ не более значений ПРОдоп (ПРОФ <= ПРОДОП). В этом случае выполняется условие равенства степеней огнестойкости здания (сооружения) фактической и требуемой.

Основным условием соответствия фактической и требуемой степени огнестойкости зданий и сооружений (СОф = СОтр) является соответствие фактического предела огнестойкости (ПОф) и предела распространения огня (ПРОф) основных строительных конструкций требуемому пределу огнестойкости (ПОф) и допустимому пределу распространения огня (ПРОдоп). При несоответствии хотя бы одного из элементов здания (сооружения) требуемым значениям степень огнестойкости всего здания уменьшается до степени огнестойкости, где значения наименьших ПОф не менее значений ПОтр (ПОф >= ПОтр), а наибольшие значения ПРОф не более значений ПРОдоп (ПРОф <= ПРОдоп). В этом случае выполняется условие равенства степеней огнестойкости здания (сооружения) фактической и требуемой.

Нормирование зданий и сооружений по степеням огнестойкости введено прежде всего для обеспечения требований системы противопожарной защиты в части ограничения распространения пожара за пределы очага, обеспечения эвакуации людей до наступления предельно допустимых значений опасных факторов пожара, обеспечения коллективной зашиты людей и материальных ценностей в зданиях и сооружениях, а также обеспечения необходимых технических средств (лестничных клеток, противопожарных стен, лифтов, наружных пожарных лестниц, аварийных люков и т.п.), имеющих устойчивость при пожаре и огнестойкость конструкций не менее времени, необходимого для спасения людей  при пожаре и расчетного времени тушения пожара.

В зависимости от степени огнестойкости зданий и сооружений нормы пожарной безопасности регламентируют их назначение, противопожарные разрывы, порядок использования, этажность, площадь пожарных отсеков, длину путей эвакуации и т. п.

Время развития пожара в зависимости от этажности зданий

Таблица 6

Примерные конструктивные характеристики зданий:

I — здания с несущими и ограждающими конструкциями из естественных или искусственных каменных материалов, бетона или железобетона с применением листовых и плитных негорючих материалов.

II — то же. В покрытиях зданий допускается применять незащищенные стальные конструкции.

III — здания с несущими и ограждающими конструкциями из естественных или искусственных каменных материалов, бетона или железобетона. Для перекрытий допускается использование деревянных конструкций, защищенных штукатуркой или трудногорючими листовыми, а также плитными материалами. К элементам покрытий не предъявляются требования по пределам огнестойкости и пределам распространения огня, при этом элементы чердачного покрытия из древесины подвергаются огнезащитной обработке.

III — здания преимущественно с конструктивной каркасной схемой. Элементы каркаса — из стальных незащищенных конструкций. Ограждающие конструкции — из стальных профилированных листов или других негорючих листовых материалов с трудногорючим утеплителем.

III — здания преимущественно одноэтажные с конструктивной каркасной схемой. Элементы каркаса — из цельной или клееной древесины, подвергнутой огнезащитной обработке, обеспечивающей требуемый предел распространения огня. Ограждающие конструкции  из панелей или поэлементной сборки, выполненные с применением древесины или материалов на ее основе. Древесина и другие горючие материалы ограждающих конструкций должны быть подвергнуты огнезащитной обработке или защищены от воздействия огня и высоких температур таким образом, чтобы обеспечить требуемый предел распространения огня.

IV — здания с несущими и ограждающими конструкциями из цельной или клееной древесины и других горючих или трудно горючих материалов, защищенных от воздействия огня и высоких температур штукатуркой или другими листовыми или плитными материалами. К элементам покрытий не предъявляются требования по пределам огнестойкости и пределам распространения огня, при этом элементы чердачного покрытия из древесины подвергаются огнезащитной обработке.

IV — здания преимущественно одноэтажные с каркасной конструктивной схемой. Элементы каркаса из стальных незащищенных конструкций. Ограждающие конструкции из стальных профилированных листов или других негорючих листовых материалов с горючим утеплителем.

V —  здания, к несущим и ограждающим конструкциям которых не предъявляются требования по пределам огнестойкости и пределам распространения огня.

Категория пожарной опасности здания (сооружения, помещения, пожарного отсека) классификационная характеристика пожарной опасности объекта, определяемая количеством и пожароопасными свойствами находящихся (образующихся) в них веществ и материалов с учетом особенностей технологических процессов, размещенных в них производств.

Пожарная опасность материала (конструкции) — свойство материала или конструкции, способствующее возникновению опасных факторов и развитию пожара.

Категории помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности

Категории помещений и зданий определяются в соответствии с НПБ 105-03 «Определение категорий помещений и зданий по пожарной опасности» (взамен ОНТП 24-86).

По взрывопожарной и пожарной опасности помещения и здания подразделяются на категории А, Б, В1-В4, Г и Д.

Категории взрывопожарной и пожарной опасности помещений и зданий определяются для наиболее неблагоприятного в отношении пожара или взрыва периода, исходя из вида находящихся в аппаратах и помещениях горючих веществ и материалов, их количества и пожароопасных свойств, особенностей технологических процессов.

Категории помещений
Определение категорий помещений следует осуществлять путем последовательной проверки принадлежности помещения к категориям, приведенным в таблице 1, от высшей (А) к низшей (Д).

Здание относится к категории А, если в нем суммарная площадь помещений категорий А превышает 5% площади всех помещений или 200м2. Допускается не относить здание к категории А, если суммарная площадь помещений категории А в здании не превышает 25% суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 1000 м2), эти помещения оборудуются установками автоматического пожаротушения.

Рефераты:  Реферат: Культура и цивилизация -

Здание относится к категории Б, если одновременно выполнены два условия:

·           здание не относится к категории А;

·           суммарная площадь помещений категорий А и Б превышает 5% суммарной площади всех помещений или 200 м2.

Допускается не относить здание к категории Б, если суммарная площадь помещений категорий А и Б в здании не превышает 25% суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 1000 м2), и эти помещения оборудуются установками автоматического пожаротушения.

Здание относится к категории В, если одновременно выполнены два условия:

·           здание не относится к категориям А или Б;

·           суммарная площадь помещений категорий А, Б и В превышает 5% (10%, если в здании отсутствуют помещения категорий А и Б) суммарной площади всех помещений.

Допускается не относить здание к категории В, если суммарная площадь помещений категорий А, Б и В в здании не превышает 25% суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 3500 м2), и эти помещения оборудуются установками автоматического пожаротушения.

Здание относится к категории Г, если одновременно выполнены два условия:

·           здание не относится к категориям А, Б или В;

·           суммарная площадь помещений категорий А, Б, В и Г превышает 5% суммарной площади всех помещений.

Допускается не относить здание к категории Г, если суммарная площадь помещений категорий А, Б, В и Г в здании не превышает 25% суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 5000 м2), и помещения категорий А, Б, В оборудуются установками пожаротушения.

Здание относится к категории Д, если оно не относится к категориям А, Б, В или Г.

Таблица 7

Категория помещения

Характеристика веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в помещении

А взрывопожароопасная

Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) с температурой вспышки (Твсп) не более 28°С в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва (ДРизб) в помещении, превышающее 5 кПа (0,05 атм). Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что ДРизб в помещении превышает 5кПа.

Б то же

Горючие пыли и волокна, ЛВЖ с Твсп более 28°С, горючие жидкости в таком количестве, что могут образовать пылевоздушные или паро-воздушные смеси, при воспламенении которых развивается ДРизб в помещении, превышающее 5 кПа.

В1-В4 пожароопасные

Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в т.ч. пыли и волокна), вещества и материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть, при условии, что помещения, в которых они имеются в наличии или обращаются, не относятся к категориям А или Б.

Г

Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени; горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива.

Д

Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии.

Категории пожаро-взрывоопасных объектов и характер возможных пожаров

Таблица 8

Категория
объекта

Перечень объектов

Характер возможных пожаров

А

Нефтеперерабатывающие заводы, химические предприятия, нефтебазы, предприятия искусственного волокна, АЭС, предприятия по переработке металлического натрия и др.

Сплошные пожары, охватывающие всю территорию, с распространением на прилегающую городскую застройку

Б

Предприятия по хранению и переработке угольной, и древесной пыли, муки, сахарной пудры, киноленты

То же

В

Древесные склады, текстильные предприятия, столярные мастерские и др.

Отдельно расположенные очаги пожаров, распространение их на прилегающие объекты возможно при определенных метеорологических условиях.

Г

Металлургические заводы, термические корпуса и пр.

То же

Д

Металлообрабатывающие предприятия, станкостроительные цеха и т.п.

То же


Контрольные вопросы:

1.   Дать определения терминам: пожар, горение, возгорание.

2.   Мероприятия по предотвращению образования в горючей среде источников зажигания.

3.   Какими мероприятиями достигается ограничение массы и объема горючих веществ?

4.   Какими мероприятиями достигается ограничение распространения пожара за пределы очага?

5.   Какими мероприятиями обеспечивается безопасная эвакуация людей?

6.   Дать определения терминам: горючесть, горение, опасные факторы пожара.

7.   Что понимается под огнестойкостью зданий и сооружений?

Реферат: электрокинетические явления в дисперсных системах — — банк рефератов, сочинений, докладов, курсовых и дипломных работ

МИНИСТЕРСТВО
НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ
УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ

ХИМИЧЕСКИЙ
ФАКУЛЬТЕТ

Курсовая
работа по физической
химии:

« Электрокинетические
явления в дисперсных
системах»

Выполнила:

студентка
3-в группы

Христич Ирина

Научный
руководитель:

Филипенко
Т.А.

Белая Н.И.

Донецк-2007

Содержание

Введение

I. Двойной
электрический
слой

I.1.Механизмы
образования
двойного
электрического
слоя

I.2. Строение
двойного
электрического
слоя

I.2.1. Теория
Гельмгольца

I.2.2.Теория
Гуи

I.2.3.Теория
Штерна

II. Электрокинетический
потенциал

III. Электроосмос
и электрофорез

III.1.Электроосмос

III.2.Электрофорез

IV. Потенциал
течения и
седиментации

V. Практическое
использование
электрокинетических
явлений

Заключение

Литература

Введение

Электрокинетические
явления были
открыты профессором
Московского
университета
Ф.Ф.Рейсом в
1808г. при исследовании
электролиза
воды.

Явление
перемещения
жидкости в
пористых телах
под действием
электрического
поля получило
название
электроосмоса,
а явление
перемещения
частиц –электрофореза.

В 1859г. Квинке
обнаружил
явление, обратное
электроосмосу,
т.е. при течении
жидкости через
пористое тело
под действием
перепада давлений
возникает
разность потенциалов.
Возникновение
разности потенциалов
Квинке наблюдал
при течении
воды и водных
растворов через
разнообразные
пористые материалы
(глина, дерево,
графит и др.).
Это явление
получило название
потенциала
течения (или
потенциала
протекания).

Количественное
исследование
эффекта, обратного
электрофорезу,
впервые было
выполнено
Дорном в 1878г. Он
измерял возникающую
разность потенциалов
при седиментации
частиц суспензии
кварца в центробежном
поле. Явление
возникновения
разности потенциалов
при осаждении
дисперсной
фазы получило
название потенциала
седиментации
(или потенциала
оседания).

Таким образом,
по причинно-следственным
признакам
электрокинетические
явления в дисперсных
системах делят
на две группы.
К первой группе
относят явления,
при которых
относительное
движение фаз
обусловлено
электрической
разностью
потенциалов;
это электроосмос
и электрофорез.
Ко второй группе
электрокинетических
явлений принадлежат
потенциал
течения и потенциал
седиментации,
при которых
относительное
движение фаз
вызывает
возникновение
электрической
разности потенциалов.

Наибольшее
практическое
применение
получили электрофорез
и электроосмос.

I. Двойной
электрический
слой

Причина
электрокинетических
явлений в том,
что на поверхности
есть двойной
электрический
слой, имеющий
диффузное
строение и это
приводит к
тому, что фаза
и среда заряжены
противоположно.
Т.к. частицы
стремятся
уменьшить
поверхностную
энергию, то все
они стремятся
адсорбироваться
на поверхности.

I.1.Механизмы
образования
двойного
электрического
слоя

Существуют
следующие
механизмы
образования
двойного
электрического
слоя:

Ионизация
поверхности.
Металл теряет
электроны и
заряжается
положительно.

Избирательная
адсорбция
ионов. Поверхность
адсорбирует
ион более близкий
по природе.

Образование
двойного
электрического
слоя за счёт
адсорбции на
поверхности
полярных молекул.
Правило Кёна:
положительно
заряжается
та фаза, которая
имеет большую
диэлектрическую
проницаемость.

I.2. Строение
двойного
электрического
слоя

Двойной
электрический
слой состоит
из ионов одного
знака, относительно
прочно связанных
с дисперсной
твёрдой фазой
(потенциалопределяющие
ионы), и эквивалентного
количества
противоположно
заряженных
ионов, находящихся
в жидкой среде
вблизи межфазной
поверхности
(противоионы).
Заряд на поверхности
твёрдой фазы
в первом приближении
рассматривается
как поверхностный
заряд, равномерно
распределённый
по всей поверхности.
Между противоионами
и свободными
(не входящими
в состав двойного
электрического
слоя) ионами
того же знака,
находящимися
в жидкости,
существует
динамическое
равновесие.
Дисперсионная
среда представляется
всегда как
непрерывная
фаза, влияние
которой на
двойной электрический
слой определяется
лишь её диэлектрической
проницаемостью.

При таких
предпосылках
отличие между
теориями строения
двойного
электрического
слоя заключается
только лишь
в различном
толковании
структуры слоя
противоионов.

I.2.1. Теория
Гельмгольца

Согласно
этой теории
двойной слой
представляется
как бы плоским
конденсатором,
одна обкладка
которого связана
непосредственно
с поверхностью
твёрдого тела
(стенкой), а другая
обкладка, несущая
противоположный
заряд, находится
в жидкости на
очень малом
расстоянии
от первой. Потенциал
в таком двойном
слое должен
падать по прямой,
а значение
поверхностного
заряда
Электрокинетические явления в дисперсных системах
будет определяться
известной из
физики формулой:

Электрокинетические явления в дисперсных системах
(I.1)

-абсолютная
диэлектрическая
проницаемость
среды;

-разность
потенциалов
между обкладками
конденсатора;

-расстояние
между обкладками

На рис.1 дана
схема строения
такого двойного
электрического
слоя, он также
иллюстрирует
падение потенциала
с увеличением
расстояния
x от поверхности
твёрдого тела.

Приведённая
схема строения
двойного
электрического
слоя не объясняет
ряд особенностей
электрокинетических
явлений.

Основным
недостатком
является то,
что толщина
двойного слоя
очень мала и
имеет молекулярный
размер. Данная
теория не может
объяснить
электроосмос
и электрофорез.
На плоскости
скольжения

должен возникнуть
электрокинетический
потенциал (Электрокинетические явления в дисперсных системах),
который

должен равняться
общему скачку
потенциала.
Теория выполняется,

если температура
системы равна
0 К (отсутствует
тепловое движение).

I.2.2.Теория Гуи

Согласно
этой теории
противоионы
не могут быть
сосредоточены
только у межфазной
поверхности
и образовывать
моноионный
слой, а рассеяны
в жидкой фазе
на некотором
расстоянии
от границы
раздела. Такая
структура
двойного слоя
определяется,
с одной стороны,
электрическим
полем у твёрдой
фазы, стремящимся
притянуть
эквивалентное
количество
противоположно
заряженных
ионов возможно
ближе к стенке,
а с другой стороны,
тепловым движением
ионов, вследствие
которого противоионы
стремятся
рассеяться
во всём объёме
жидкой фазы.

В непосредственной
близости от
межфазной
границы преобладает
действие
электрического
поля. С удалением
от межфазной
границы сила
этого поля
постепенно
ослабевает
и проявляется
всё сильнее
рассеивание
противоионов
двойного слоя
в результате
теплового
движения, вследствие
чего концентрация
противоионов
падает и становится
равной концентрации
тех же ионов,
находящихся
в глубине жидкой
фазы. Таким
образом, возникает
равновесный
диффузный слой
противоионов,
связанных с
твёрдой фазой.
Равновесие
этого диффузного
слоя динамическое.

С другой
стороны, находящиеся
в жидкости ионы
того же знака,
что и адсорбированные
стенкой
потенциалопределяющие
ионы, отталкиваются
электрическими
силами от твёрдой
фазы и уходят
вглубь раствора.
Это обусловливает
распределение
потенциалопределяющих
ионов и противоионов
в диффузной
части двойного
электрического
слоя, что иллюстрирует
рис.2.

Если концентрацию
положительных
и отрицательных
ионов в точке,
потенциал
которой равен
Электрокинетические явления в дисперсных системах,
соответственно
обозначить
через С и С-,
то для расстояния
x=Электрокинетические явления в дисперсных системах
:

Толщина
диффузного
слоя рассчитывается
по формуле:
Электрокинетические явления в дисперсных системах

Недостаток
теории Гуи
заключается
в том, что она
не объясняет
явления
перезарядки-перемены
знака электрокинетического
потенциала
при введении
в систему электролита
с многовалентным
ионом, заряд
которого
противоположен
по знаку заряду
дисперсной
фазы. Также
теория Гуи не
объясняет
различного
действия разных
по природе
противоионов
одной и той же
валентности
на двойной
электрический
слой. Наконец,
данная теория
относительно
хорошо выполняется
для достаточно
разбавленных
коллоидных
растворов,
оказывается
неприемлемой
для более
концентрированных.

Все эти затруднения
в значительной
мере преодолены
в теории строения
двойного
электрического
слоя, предложенной
Штерном.

I.2.3.Теория Штерна

В 1924 г. Штерн
предложил схему
строения двойного
электрического
слоя. Разрабатывая
данную теорию,
Штерн исходил
из двух предпосылок.
Во-первых, он
принял, что
ионы имеют
конечные, вполне
определённые
размеры и,
следовательно,
центры ионов
не могут находится
к поверхности
твёрдой фазы
ближе, чем на
расстояние
ионного радиуса.
Во-вторых, Штерн
учёл специфическое,
не электрическое
взаимодействие
ионов с поверхностью
твёрдой фазы.
Это взаимодействие
обусловлено
наличием на
некотором малом
расстоянии
от поверхности
поля молекулярных
(адсорбционных)
сил.

Двойной
электрический
слой, согласно
взглядам Штерна,
при этом всё
больше приближается
к слою, предусмотренному
в теории Гельмгольца,
а
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциал
уменьшается,
постепенно
приближаясь
к нулю. При
разбавлении
системы, наоборот,
диффузный слой
расширяется
и
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциал
возрастает.

Рефераты:  Реферат - Заработная плата, ее сущность и принципы организации

II.Электрокинетический
потенциал

Протекание
электрокинетических
явлений в дисперсных
системах возможно
при наличии
на границе
раздела фаз
двойного
электрического
слоя, имеющего
диффузное
строение. При
относительном
смещении фаз
происходит
разрыв двойного
электрического
слоя по плоскости
скольжения
(рис.4).

Электрокинетические явления в дисперсных системахНапример,
разрыв двойного
слоя может
произойти
вследствие
седиментации
или броуновского
движения частиц
дисперсной
фазы. Плоскость
скольжения
обычно проходит
по диффузному
слою, и часть
его ионов остаётся
в дисперсной
среде. В результате
дисперсионная
среда и дисперсная
фаза оказываются
противоположно
заряженными.
Потенциал,
возникающий
на плоскости
скольжения
при отрыве
части диффузного
слоя, называется
электрокинетическим
потенциалом
или
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциалом.
Дзета-потенциал,
отражая свойства
двойного
электрического
слоя, характеризует
природу фаз
и межфазного
взаимодействия.
Т.к. плоскость
скольжения
может находиться
на разном расстоянии
от межфазной
поверхности,
а это расстояние
зависит от
скорости движения
фаз, вязкости
среды, природы
фаз и других
факторов, то
соответственно
от всех этих
факторов зависит
и значение
электрокинетического
потенциала.
Все факторы,
влияющие на
толщину диффузного
слоя, вызывают
изменение
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциала.

При подобных
оценках обычно
принимают, что
Электрокинетические явления в дисперсных системахЭлектрокинетические явления в дисперсных системахЭлектрокинетические явления в дисперсных системахЭлектрокинетические явления в дисперсных системах.
Из данного
соотношения
следует, что
понижение
температуры,
введение в
систему индифферентного
электролита
(специфически
не взаимодействующего
с поверхностью)
и увеличение
заряда его
ионов ведут
к уменьшению
электрокинетического
потенциала.
Этот потенциал
будет снижаться
и с уменьшением
диэлектрической
проницаемости
среды, например,
при добавлении
в водный раствор
спиртов, эфиров
и других органических
веществ.

Электрокинетический
потенциал,
безусловно,
сильно зависит
от природы
поверхности
контактирующих
фаз. В этом отношении
можно выделить
два крайних
положения:
активные и
инертные поверхности.
Активную поверхность
имеют полиэлектролиты
–полимеры,
содержащие
неионогенные
группы, степень
диссоциации
которых и определяет
заряд поверхности.
К веществам,
имеющим поверхности
с ионогенными
группами, можно
отнести и многие
неорганические
оксиды (оксиды
кремния, алюминия,
железа и др.).
На таких поверхностях
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциал
может достигать
высоких значений
(100мВ и более).
Инертные поверхности
(графит, масла
и др.) лишены
ионогенных
групп, заряд
на них возникает
в результате
специфической
адсорбции
ионов.

Специфическая
адсорбция может
вызвать и уменьшение
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциала,
если адсорбируются
противоионы,
т.к. они имеют
заряд, противоположный
заряду поверхности.
Такая адсорбция
может привести
к перезарядке
поверхности.

Значительное
влияние на
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциал
оказывает рН
среды, поскольку
ионы Н и
ОН-
обладают высокой
адсорбционной
способностью.
Особа велика
роль рН среды
в тех случаях,
когда в контакте
с водным раствором
находится
амфотерное
вещество и при
изменении
кислотности
среды возможна
перезарядка
фаз.

Можно предполагать,
что при разбавлении
всякой коллоидной
системы
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциал
должен возрастать,
т.к. толщина
двойного
электрического
слоя увеличивается
в результате
уменьшения
концентрации
противоионов
в растворе. При
разбавлении
может наблюдаться
десорбция
потенциалопределяющего
иона с поверхности
дисперсной
фазы, что должно
приводить к
падению
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциала
и соответственно
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциала.
Концентрирование
коллоидной
системы обуславливает,
конечно, прямо
противоположное
действие. В
каком направлении
в итоге изменяется
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциал
при изменении
концентрации
коллоидной
системы, очевидно,
определяется
тем, влияние
какого из двух
факторов –утолщения
(сжатия) двойного
электрического
слоя или десорбции
(адсорбции)
потенциалопределяющих
ионов –в данном
конкретном
случае окажется
сильнее.

Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциал
дисперсной
фазы тем больше,
чем больше
полярность
растворителя,
которая характеризуется
его диэлектрической
проницаемостью
дипольным
моментом.

Определяемые
с помощью
электрокинетических
явлений знак
и значение
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциала
широко используется
для характеристики
электрических
свойств поверхности.
При рассмотрении
адсорбции,
адгезии, агрегативной
устойчивости
дисперсных
систем, структурообразования
в материалах
и других важных
процессах. При
этом потенциал
диффузной части
двойного
электрического
слоя обычно
принимают
приблизительно
равным
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциалу.
Например, определение
изоэлектрической
точки (рНиэт
) по нулевому
значению
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциала.

III.Электроосмос
и электрофорез

При рассмотрении
электрокинетических
явлений Гельмгольц
исходил из
следующих
положений:

Электрические
заряды поверхности
жидкости и
твёрдой фазы
противоположны
по знаку и
расположены
параллельно
друг другу, в
результате
чего образуется
двойной электрический
слой;

Толщина
двойного
электрического
слоя имеет
размеры близкие
к молекулярным;

При электрокинетических
явлениях слой
жидкости,
непосредственно
прилегающий
к поверхности
твёрдой фазы
остаётся
неподвижным,
тогда как остальная
жидкость,
находящаяся
вблизи этой
поверхности,
подвижна и к
ней приложим
закон трения,
применяемый
к нормальным
жидкостям;

Течение
жидкости в
двойном электрическом
слое при
электрокинетических
явлениях происходит
ламинарно и
выражается
обычными
гидродинамическими
уравнениями;

Двойной
электрический
слой можно
рассматривать
как плоскопараллельный
конденсатор;

Распределение
зарядов в двойном
слое не зависит
от напряжённости
прилагаемого
электрического
поля, и внешняя
разность потенциалов
просто накладывается
на поле двойного
электрического
слоя;

Твёрдая фаза
является
диэлектриком,
жидкость же
проводит
электрический
ток.

III.1.Электроосмос

Направленное
перемещение
жидкости в
пористом теле
под действием
приложенной
разности потенциалов
(электроосмос)
удобно изучать
с помощью прибора,
схематически
показанному
на рисунке 5.

Прибор представляет
собой U-образную
трубку, в одно
колено которой
впаян капилляр
1 для точного
определения
количества
протекающей
жидкости, в
другом –между
электродами
располагается
пористое тело
2 (мембрана) из
силикогеля,
глинозёма и
др. материалов.

В прибор
наливают воду
или водный
раствор и отмечают
уровень жидкости
в капилляре.
Если к электродам
приложить
разность потенциалов,
то противоионы
диффузного
слоя, энергетически
слабо связанные
с поверхностью
твёрдой фазы
(мембрана), будут
перемещаться
к соответствующему
электроду и
благодаря
молекулярному
трению увлекать
за собой дисперсионную
среду (водный
раствор). Чем
больше потенциал
диффузного
слоя, тем больше
переносчиков
зарядов, тем
выше скорость
перемещения
жидкости в
пористом теле.
Скорость течения
жидкости и её
направление
при постоянной
напряжённости
электрического
поля определяются
свойствами
мембраны и
раствора. Таким
образом качественное
изучение
электроосмоса
позволяет
однозначно
определить
знак
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциала,
а количественные
измерения
–установить
зависимость
между скоростью
переноса жидкости
и
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциалом.
Изменяя состав
и свойства
дисперсной
среды, можно
проследить
за изменением
структуры
двойного
электрического
слоя по изменению
значения
электрокинетического
потенциала.

Рис.6 иллюстрирует
изменение
потенциала
Электрокинетические явления в дисперсных системах
и скорости
движения u в
капиллярах
пористого тела
с изменением
расстояния
от межфазной
поверхности.
Направленное
перемещение
жидкости, вызванное
внешним электрическим
полем напряженностью
Е, уравновешивается
действием
возникающей
силы трения.

В стационарном
состоянии общая
сила, действующая
на любой сколь
угодно малый
слой жидкости,
равна нулю, и
он движется
с постоянной
скоростью
параллельно
границе скольжения.

Электрическая
сила, действующая
на слой жидкости
dx (в расчете на
единицу площади
поверхности),
равна:

Электрокинетические явления в дисперсных системах
(III.1)

где dp заряд
слоя жидкости
dx;

p –объёмная
плотность
заряда, выраженная
в соответствии
с уравнением
Пуассона;

Сила трения
и её дифференциал,
приходящийся
на единицу
площади (согласно
закону Ньютона),
составляют:

Электрокинетические явления в дисперсных системах
и
Электрокинетические явления в дисперсных системах
(III.2)

При установившемся
движении (в
стационарном
состоянии)
dFэл.=dFтр., т.е. приравниваем
(III.1) и (III.2), получим:

Электрокинетические явления в дисперсных системахЭлектрокинетические явления в дисперсных системах=
Электрокинетические явления в дисперсных системах
(III.3)

Решение
данного уравнения
сводится к
определению
граничных
условий интегрирования,
которые легко
определить
из рисунка 7.
При х=l, т.е. на
границе скольжения,
имеет
Электрокинетические явления в дисперсных системах=Электрокинетические явления в дисперсных системах
и u=0; при х=Электрокинетические явления в дисперсных системах,
т.е. в объёме
раствора,
Электрокинетические явления в дисперсных системахЭлектрокинетические явления в дисперсных системах=0
и uЭлектрокинетические явления в дисперсных системах=0,
а
Электрокинетические явления в дисперсных системах
и
Электрокинетические явления в дисперсных системах

Окончательно
получим следующее
выражение для
постоянной
линейной скорости
жидкости относительно
мембраны:

Электрокинетические явления в дисперсных системах
(III.4)

Это классическое
выражение для
скорости движения
жидкости при
электроосмосе
можно получить
и на основе
представлений
двойного
электрического
слоя как плоского
конденсатора,
что и было сделано
ещё Гельмгольцем.
Более строгий
вывод соотношения
(III.4) был дан Смолуховским,
поэтому уравнение
(III.4) носит название
уравнение
Гельмгольца-Смолуховского.

Скорость
движения дисперсной
среды, отнесённая
к единице
напряжённости
электрического
поля, называется
электроосмотической
подвижностью:

Электрокинетические явления в дисперсных системах
(III.5)

Уравнение
Гельмгольца
–Смолуховского
чаще записывают
относительно
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциала:

Электрокинетические явления в дисперсных системах=Электрокинетические явления в дисперсных системах
(III.6)

В уравнения
(III.5) и (III.6) входит
электроосмотическая
линейная скорость,
которую при
обработке
экспериментальных
данных удобнее
заменить на
объёмную скорость
течения жидкости.
Используя закон
Ома, получим:

Электрокинетические явления в дисперсных системах
(III.7)

где U-внешняя
разность потенциалов;

I-сила тока;

Электрокинетические явления в дисперсных системах-удельная
электропроводность.

Окончательное
выражение будет
иметь вид:

Электрокинетические явления в дисперсных системах=Электрокинетические явления в дисперсных системах
(III.8)

Анализ данного
соотношения
показывает,
что оно справедливо
как для единичного
цилиндрического
капилляра, так
и для системы
капилляров
различной
формы, поскольку
в это уравнение
не входят их
геометрические
параметры.

Уточним
значение
электропроводности.
Явление электроосмоса
наблюдают в
узких капиллярах.

При подключении
электрического
тока наблюдается
движение жидкости,
Электрокинетические явления в дисперсных системах
и
Электрокинетические явления в дисперсных системах
будет разная.
Ионы адсорбируются
на стенках
капилляра.
Электропроводность
будет больше
в капилляре.

Электрокинетические явления в дисперсных системах
(III.9)

Электрокинетические явления в дисперсных системах
-поверхностная
проводимость
(избыток
электропроводности,
связанный с
наличием на
стенках капилляра
двойных электрических
слоёв).

Электрокинетические явления в дисперсных системахдлина
окружности
капилляра.

S –сечение
капилляра.

III.2.Электрофорез

Направленное
перемещение
частиц дисперсной
фазы под действием
приложенной
разности потенциалов
(электрофорез)
можно наблюдать
в седиментационно
устойчивых
дисперсных
системах. При
наложении на
такую систему
внешней разности
потенциалов
происходит
разрыв двойного
электрического
слоя по плоскости
скольжения,
в результате
чего частица
получает определённый
заряд и перемещается
к соответствующему
электроду.

При электрофорезе
можно непосредственно
измерять скорость
движения частиц.
Электрофорез
удобно наблюдать
с помощью прибора,
изображенного
на рисунке 8.
Прибор представляет
собой U-образную
трубку, в колено
которой вставлены
электроды.

Трубку заполняют
до уровня а-а
исследуемым
золем, на поверхность
которого наливают
контактную
жидкость, имеющую
одинаковую
с золем электропроводность,
и на электроды
подают напряжение.
Через определённые
промежутки
времени отмечают
уровень золя
в обоих коленах
трубки. Естественно,
что скорость
перемещения
частиц дисперсной
фазы определяется
значением
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциала
на частицах
твёрдой фазы.

Полученное
ранее дифференциальное
уравнение
(III.3) справедливо
для электрофореза,
т.к. оно было
выведено из
баланса движущих
сил процесса.
Отношение
скорости движения
дисперсной
фазы к напряжённости
электрического
поля при электрофорезе
называют
электрофоретической
подвижностью:

Электрокинетические явления в дисперсных системах
(III.10)

Электрокинетические явления в дисперсных системах=Электрокинетические явления в дисперсных системах
(III.11)

При выводе
соотношений
(III.10) и (III.11) принимаются
следующие
ограничения:

частицы
движутся в
однородном
электрическом
поле;

частицы могут
иметь любую
форму и они не
проводят
электрический
ток;

толщина
двойного
электрического
слоя должна
быть значительно
меньше размера
частиц.

Экспериментально
определённые
значения подвижности
оказываются
меньше расчетных.
Несовпадение
экспериментальных
и теоретических
значений
электрофоретической
подвижности
определяется
двумя эффектами:
релаксационным
эффектом и
электрофоретическим
торможением.

Релаксационный
эффект проявляется
в нарушении
симметрии
диффузного
слоя вокруг
частицы при
относительном
движении фаз
в противоположные
стороны. Возникает
внутреннее
электрическое
поле (диполь),
направленное
против внешнего
поля (рис. 9)

Для восстановления
равновесного
состояния
системы требуется
некоторое время
–время релаксации.
Оно достаточно
велико, и система
не успевает
прийти в равновесие,
всвязи с чем
эффективная
напряжённость
электрического
поля Е уменьшается,
а следовательно,
определяемое
экспериментально
значение
Электрокинетические явления в дисперсных системах
и расчетное
значение
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциала
получаются
заниженными.

Электрофоретическое
торможение
обусловлено
сопротивлением
движению частицы,
обратной потоком
противоионов,
который увлекает
за собой жидкость.
Вследствие
этого электрофоретическая
скорость уменьшается.
Гюккель, основываясь
на теории сильных
электролитов,
установил, что
в уравнение
(III.10) необходимо
ввести множитель
2/3 как поправку
на электрофоретическое
торможение.
В дальнейшем
было показано,
что электрофоретическое
торможение
является функцией
размера частицы
и толщины диффузного
слоя. Поправка
Гюккеля необходима,
если толщина
диффузного
слоя значительно
превышает
размер частицы;
при условии
соизмеримости
этих параметров
её значение
может находится
в пределах от
2/3 до 1.

IV. Потенциал
течения и
седиментации

Явление,
обратное
электроосмосу
–потенциал
течения состоит
в том, что при
течении дисперсионной
среды под действием
перепада давления
через пористую
мембрану на
её концах появляется
разность потенциалов.
Продавливаемая
через капилляр
жидкость в
условиях ламинарного
движения
характеризуется
изображённым
на рисунке 6
профилем
распределения
скоростей.
Движущая жидкость,
увлекая за
собой ионы
диффузного
слоя, оказывается
носителем
конвекционного
поверхностного
электрического
тока, называемого
током течения.
При переносе
зарядов по
капилляру на
его концах
возникает
разность потенциалов,
которая в свою
очередь вызывает
встречный
объёмный поток
ионов противоположного
знака по всему
капилляру.
После установления
равновесного
состояния
потоки ионов
станут равными,
а разность
потенциалов
примет постоянное
значение, равное
потенциалу
течения U. Потенциал
течения пропорционален
перепаду давления
Электрокинетические явления в дисперсных системахр.

Уравнение
Гельмгольца-Смолуховского
для расчета
Электрокинетические явления в дисперсных системах-потенциала
через потенциал
течения имеет
вид:

Электрокинетические явления в дисперсных системах=Электрокинетические явления в дисперсных системах

Оцените статью
Реферат Зона
Добавить комментарий