Կրթության դաշնային գործակալություն

GOU VPO «Ուրալ նահանգ Տեխնիկական համալսարան- UPI»

Ա.Մ. Պանֆիլով

Ուսումնական էլեկտրոնային տեքստային հրատարակություն

Պատրաստված է մետալուրգիական պրոցեսների տեսության ամբիոնի կողմից

Գիտական ​​խմբագիր՝ պրոֆ., դոկտ. քիմ. Գիտությունների Մ.Ա. Սպիրիդոնով

«Մետալուրգիական համակարգերի և պրոցեսների ֆիզիկական քիմիա», «Մետալուրգիական գործընթացների տեսություն» առարկաներից լաբորատոր աշխատանքի ուղեցույց մետալուրգիական մասնագիտությունների գծով կրթության բոլոր ձևերի ուսանողների համար:

ՏՄՊ ամբիոնի «Մետաղագործական գործընթացների տեսություն» սեմինարում աշխատանքի կազմակերպման կանոններ (մասնագիտացված լսարան.

Mt-431 իմ. Օ.Ա. Եսին): Նկարագրված են լաբորատոր աշխատանքների կատարման մեթոդաբանությունը և կարգը, տրված են լաբորատոր աշխատանքների վերաբերյալ հաշվետվությունների բովանդակության և ձևավորման պահանջները՝ համաձայն գործող ԳՕՍՏ-ների և դրանց իրականացման առաջարկություններ:

© GOU VPO USTU-UPI, 2008 թ

Եկատերինբուրգ

Ներածություն ...................................................... ................................................ .. ................................................ .. չորս

1 Մետաղագործական պրոցեսների տեսության լաբորատոր արտադրամասում աշխատանքի կազմակերպում ............... 4

1.1 Պատրաստվում է լաբորատոր աշխատանք................................................ .. ................................................ 5 1.2 Առաջարկություններ վերաբերյալ Չափումների արդյունքների մշակում և հաշվետվության պատրաստում ...................................... ... 5

1.3.1 Հողամաս .............................................. .......................................................... .......................... 5

1.3.2 Փորձարարական տվյալների հարթեցում.......................................... ...................................................................... ..... 7

1.3.5 Դիսկրետ կետերի բազմությամբ սահմանված ֆունկցիայի թվային տարբերակում .................................. 8

մոտավոր տվյալների մի շարք .............................................. .......................................... 9

1.3.7 Արդյունքների ներկայացում.............................................. .......................................................... ....... ....... տաս

2 Լաբորատոր աշխատանքի նկարագրությունը .............................................. .......................................................... ....... ............. տասնմեկ

2.1 Երկաթի բարձր ջերմաստիճանի օքսիդացման կինետիկայի ուսումնասիրություն (Աշխատանք թիվ 13) ................................ .............. 12

2.1.1 Երկաթի օքսիդացման ընդհանուր օրինաչափություններ .......................................... ...................................................................... ..................... 12 2.1.2 Ստեղծման և փորձերի անցկացման կարգի նկարագրությունը .............. .. ...................................................... .. տասնչորս

2.1.3 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում ................................... ................. ................... տասնհինգ

Թեստային հարցեր ..................................................... ................................................ .. ................. 17

2.2 Օքսիդային հալոցքների էլեկտրական հաղորդունակության ջերմաստիճանային կախվածության ուսումնասիրություն

(Աշխատանք թիվ 14) .............................................. ................................................... .................................. 19

2.2.1 Ընդհանուր տեղեկություններ խարամների էլեկտրական հաղորդունակության բնույթի մասին ................................... ................................ 19

2.2.2 Կարգավորման և չափման ընթացակարգի նկարագրությունը .......................................... ...................................... 21

2.2.3 Ինչպես կատարել աշխատանքը ...................................... .......................................................... ......... 23

2.2.4 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում................................. ...................................... 24

Թեստային հարցեր ..................................................... ................................................ .. ................. 25

2.3 Մոդելավորման մոդելի վրա խարամի միջոցով մետաղների ծծմբազրկման կինետիկայի ուսումնասիրություն (Աշխատանք No.

15) ............................................................................................................................................................ 26

2.3.1 Ընդհանուր տեղեկություններ խարամով մետաղների ծծմբազրկման կինետիկայի մասին ................................ ...................... .. 26

2.3.2 Գործընթացի մաթեմատիկական մոդել.......................................... ................................................... .. 29

2.3.3 Աշխատանքային կարգը ...................................... ................................................. ................ ...... երեսուն

2.3.4 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում ................................... ................................ 31

Թեստային հարցեր ..................................................... ................................................ .. ................. 32

2.4 Բնական կարբոնատների տարանջատման գործընթացների ջերմոգրաֆիական ուսումնասիրություն (Աշխատանք թիվ 16) 33.

2.4.1 Կարբոնատային տարանջատման ընդհանուր օրինաչափություններ .......................................... ................................................ 33

2.4.2 Տեղադրման սխեման և աշխատանքի եղանակը .......................................... ................................................ 39

2.4.3 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում ................................... ................................. 39

Թեստային հարցեր ..................................................... ................................................ .. ................. 41

2.5 Օքսիդային հալոցքների մածուցիկության ջերմաստիճանային կախվածության ուսումնասիրություն (Աշխատանք թիվ 17) .............. 42.

2.5.1 Հալվածքների օքսիդի մածուցիկ դիմադրության բնույթը ...................................... ........ ................ 42

2.5.2 Մածուցիկության տեղադրման և չափման ընթացակարգի նկարագրությունը ...................................... .......................... ................. 43

2.5.3 Աշխատանքային կարգը ...................................... ................................................. ................................ 45

2.5.4 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում ................................... ................................. 45 Անվտանգության հարցեր ........... ................................................................... ...................................................................... ............. 46

2.6 Մանգանի վերականգնում հալված օքսիդից պողպատի մեջ (աշխատանք թիվ 18)

2.6.1 Մետաղի և խարամի էլեկտրաքիմիական փոխազդեցության ընդհանուր օրենքները ............... 47

2.6.2 Գործընթացի մոդել ...................................... ................................................................ ................................... 49

2.6.3 Աշխատանքային կարգը ...................................... ................................................................ ................. ...... հիսուն

Թեստային հարցեր ..................................................... ................................................ .. ................................. 52 Հղումներ ................. ...................................................... ................................ ...................... .......................................... 53

STP USTU-UPI 1-96	Ձեռնարկությունների ստանդարտ. Ընդհանուր պահանջներև դիպլոմային և կուրսային նախագծերի (աշխատանքների) գրանցման կանոնները.
ԳՕՍՏ Ռ 1.5-2002	GSS. Ստանդարտներ. Շինարարության, ներկայացման, դիզայնի, բովանդակության և նշանակման ընդհանուր պահանջներ:
ԳՕՍՏ 2.105-95	ESKD. Տեքստային փաստաթղթերի ընդհանուր պահանջներ.
ԳՕՍՏ 2.106-96	ESKD. Տեքստային փաստաթղթեր.
ԳՕՍՏ 6.30 2003 թ	ԱՄՆ ԴՈԼԱՐ. Կազմակերպչական և վարչական փաստաթղթերի միասնական համակարգ. Փաստաթղթերի պահանջներ.
ԳՕՍՏ 7.32-2001	SIBID. Հետազոտության հաշվետվություն.
ԳՕՍՏ 7.54-88	SIBID. Նյութերի և նյութերի հատկությունների վերաբերյալ թվային տվյալների ներկայացում գիտատեխնիկական փաստաթղթերում: Ընդհանուր պահանջներ.
ԳՕՍՏ 8.417-2002	GSOEI. Միավորներ

Նշումներ և հապավումներ

	Պետական ​​ստանդարտնախկին ԽՍՀՄ կամ միջպետական ​​ստանդարտ (ներկայումս):
	Ընդունված ստանդարտ Պետական ​​կոմիտեՍտանդարտացման և չափագիտության Ռուսաստանի Դաշնություն (Ռուսաստանի Գոստանդարտ) կամ Ռուսաստանի Դաշնության Բնակարանային և շինարարական քաղաքականության պետական ​​կոմիտե (Ռուսաստանի Գոսստրոյ):
	Պետական ​​համակարգստանդարտացում։
	Չափումների միասնականության ապահովման պետական ​​համակարգ.
	Ինֆորմացիոն տեխնոլոգիա
	Նվազագույն քառակուսի մեթոդ
	Անհատական ​​համակարգիչ
	Ձեռնարկությունների ստանդարտ
	Մետաղագործական գործընթացների տեսություն

Ներածություն

Մետաղ-խարամի համակարգի հատկությունների և մետալուրգիական ստորաբաժանումներում տեղի ունեցող գործընթացների ուսումնասիրման համար լաբորատոր աշխատանք կատարելը թույլ է տալիս ավելի լավ հասկանալ վերլուծության ֆիզիկաքիմիական մեթոդի հնարավորությունները և ձեռք բերել հմտություններ դրա գործնական կիրառման մեջ: Բացի այդ, ուսանողը ծանոթանում է առանձին ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների և ընդհանրապես մետալուրգիական պրոցեսների փորձարարական և մոդելային հետազոտության մեթոդների ներդրմանը, ձեռք է բերում փորձարարական տեղեկատվության մշակման, վերլուծության և ներկայացման հմտություններ:

1 Մետաղագործական գործընթացների տեսության լաբորատոր արտադրամասում աշխատանքի կազմակերպում

Մետալուրգիական պրոցեսների տեսության լաբորատոր սեմինարում հիմնականը փորձարարական տեղեկատվության համակարգչային հավաքումն է։ Սա որոշում է աշխատանքի կազմակերպման մի շարք առանձնահատկություններ.

Յուրաքանչյուր ուսանող ստանում է անհատական ​​առաջադրանք, կատարում է ամբողջ փորձը կամ դրա որոշակի հատվածը և մշակում ստացված տեղեկատվությունը։ Աշխատանքի արդյունքը ներառում է ուսումնասիրվող երևույթի ստացված թվային բնութագրերը և դրանց որոշման սխալները, բացահայտված առանձնահատկությունները պատկերող գրաֆիկները և տեղեկատվության ամբողջ հավաքածուից ստացված եզրակացությունները: Ուսանողների հաշվետվություններում տրված աշխատանքի քանակական արդյունքների անհամապատասխանությունը վերահսկողական գնահատականների համեմատ չպետք է գերազանցի 5%-ը։

Արդյունքների ներկայացման հիմնական տարբերակը փորձարարական տվյալների մշակումն է, գրաֆիկների գծագրումը և եզրակացությունների ձևակերպումը Microsoft.Excel կամ OpenOffice.Calc աղյուսակներում։

Ուսուցչի թույլտվությամբ ժամանակավորապես թույլատրվում է ներկայացնել ձեռագիր հաշվետվություն՝ անհրաժեշտ նկարազարդումներով և գրաֆիկական թղթի վրա արված գրաֆիկներով։

Կատարված լաբորատոր աշխատանքի մասին հաշվետվությունը ներկայացվում է լաբորատոր արտադրամասը ղեկավարող ուսուցչին ոչ ուշ, քան հաջորդ լաբորատոր աշխատանքին նախորդող աշխատանքային օրը: Փոխանցման կարգը (ըստ էլ, ընդմիջման ժամանակ ցանկացած ուսուցչի կամ լաբորանտի հետ, որը ներկայումս դասեր է վարում) որոշվում է ուսուցչի կողմից:

Նախորդ աշխատանքի վերաբերյալ ժամանակին հաշվետվություն չներկայացրած և կոլոկվիումը (թեստավորում) չանցած ուսանողներին չեն թողնում հաջորդ լաբորատոր աշխատանքին։

Միայն այն ուսանողներին, ովքեր անցել են ներածական ճեպազրույց լաբորատոր արտադրամասում անվտանգ աշխատանքի միջոցառումների վերաբերյալ և ստորագրել են բրիֆինգի թերթիկը, կարող են լաբորատոր աշխատանք կատարել:

Ջեռուցման և չափիչ էլեկտրական սարքերի, քիմիական ապակյա իրերի և ռեագենտների հետ աշխատանքը կատարվում է լաբորատորիայում անվտանգության ցուցումների համաձայն:

Աշխատանքն ավարտելուց հետո սովորողը կարգի է բերում աշխատավայրը և հանձնում լաբորանտին։

1.1 Նախապատրաստում լաբորատորիայի համար

Դասին նախապատրաստվելու հիմնական աղբյուրներն են այս ձեռնարկը, դասախոսի կողմից առաջարկվող դասագրքերը և ուսումնական նյութերը, դասախոսությունների նշումները:

Նախապատրաստվելով լաբորատոր աշխատանքին, ուսանողը դասին նախորդող շաբաթվա ընթացքում պետք է կարդա և հասկանա ուսումնասիրվող երևույթի հետ կապված նյութը, հասկանա ձեռնարկի սխեմաները տեղադրման նախագծման և չափման տեխնիկայի և դրանց արդյունքների մշակման մեջ: Դժվարությունների դեպքում անհրաժեշտ է օգտագործել լաբորատոր պարապմունքներ վարող դասախոսի և ուսուցիչների առաջարկվող գրականությունը և խորհրդատվությունները։

Աշխատանքը կատարելու սովորողի պատրաստակամությունը վերահսկվում է ուսուցչի կողմից յուրաքանչյուր աշակերտի անհատական ​​հարցումով կամ համակարգչային թեստավորման միջոցով: Անբավարար պատրաստված աշակերտը պարտավոր է դասի ընթացքում ուսումնասիրել այս աշխատանքին առնչվող նյութը, իսկ աշխատանքի փորձարարական մասը կրկին ստուգելուց հետո կատարել լրացուցիչ դասաժամ։ Կրկնակի պարապմունքների անցկացման ժամանակը և կարգը կարգավորվում է հատուկ ժամանակացույցով։

1.2 Չափումների արդյունքների մշակման և հաշվետվության վերաբերյալ առաջարկություններ

Համաձայն ԳՕՍՏ 7.54-88-ի, փորձարարական թվային տվյալները պետք է ներկայացվեն վերնագրված աղյուսակների տեսքով: Յուրաքանչյուր լաբորատորիայի համար տրվում են նմուշների աղյուսակներ:

Չափումների արդյունքները մշակելիս անհրաժեշտ է օգտագործել վիճակագրական մշակում. կիրառել փորձարարական տվյալների հարթեցում, օգտագործել նվազագույն քառակուսիների մեթոդը կախվածության պարամետրերը գնահատելիս և այլն: և անպայման գնահատեք ստացված արժեքների սխալը։ Նման մշակում կատարելու համար աղյուսակները տրամադրում են հատուկ վիճակագրական գործառույթներ։ Գործառույթների անհրաժեշտ հավաքածուն առկա է նաև գիտական ​​(ինժեներական) հաշվարկների համար նախատեսված հաշվիչներում։

1.3.1 Հողամաս

Փորձեր կատարելիս, որպես կանոն, մի քանի պարամետրերի արժեքները ամրագրվում են միաժամանակ: Վերլուծելով նրանց հարաբերությունները՝ կարելի է եզրակացություններ անել դիտարկվող երեւույթի մասին։ Թվային տվյալների տեսողական ներկայացումը մեծապես հեշտացնում է նրանց փոխհարաբերությունների վերլուծությունը, ահա թե ինչու գծապատկերը տեղեկատվության հետ աշխատելու այդքան կարևոր քայլ է: Նկատի ունեցեք, որ ֆիքսված պարամետրերի մեջ միշտ կա առնվազն մեկ անկախ փոփոխական՝ արժեք, որի արժեքը փոխվում է ինքնին (ժամանակ) կամ որը սահմանվում է փորձարարի կողմից: Մնացած պարամետրերը որոշվում են անկախ փոփոխականների արժեքներով: Գծապատկերներ կազմելիս դուք պետք է առաջնորդվեք որոշ կանոններով.

Անկախ փոփոխականի արժեքը գծագրվում է աբսցիսայի (հորիզոնական առանցքի) երկայնքով, իսկ ֆունկցիայի արժեքը՝ օրդինատի (ուղղահայաց առանցքի) երկայնքով։

Առանցքների երկայնքով սանդղակները պետք է ընտրվեն այնպես, որ գրաֆիկի տարածքը հնարավորինս տեղեկատվական օգտագործվի, որպեսզի ավելի քիչ դատարկ տարածքներ լինեն, որոնց վրա չկան փորձարարական կետեր և ֆունկցիոնալ կախվածության գծեր: Այս պահանջը կատարելու համար հաճախ անհրաժեշտ է կոորդինատային առանցքի սկզբում նշել ոչ զրոյական արժեք: Այս դեպքում բոլոր փորձարարական արդյունքները պետք է ներկայացվեն գրաֆիկի վրա:

Առանցքների երկայնքով արժեքները, որպես կանոն, պետք է լինեն մի ամբողջ թվի բազմապատիկ (1, 2, 4, 5) և հավասարաչափ տարածված լինեն: Կտրականապես անընդունելի է առանցքների վրա նշել կոնկրետ չափումների արդյունքները։ Ընտրված սանդղակի միավորները չպետք է լինեն չափազանց փոքր կամ չափազանց մեծ (չպետք է պարունակեն մի քանի առաջատար կամ հետին զրոներ): Այս պահանջն ապահովելու համար դուք պետք է օգտագործեք 10 X ձևի մասշտաբի գործակիցը, որը հանված է առանցքի նշման մեջ:

Ֆունկցիոնալ կախվածության գիծը պետք է լինի կամ ուղիղ կամ հարթ կոր: Թույլատրվում է փորձարարական կետերը ճեղքված գծով միացնել միայն նախնական վերլուծության փուլում։

Աղյուսակների միջոցով գծապատկերներ գծելիս այս պահանջներից շատերը ավտոմատ կերպով կբավարարվեն, բայց սովորաբար ոչ բոլորը և ոչ ամբողջությամբ, այնպես որ գրեթե միշտ պետք է կարգավորեք ստացված ներկայացումը:

Աղյուսակներն ունեն հատուկ ծառայություն՝ Chart Wizard (Հիմնական ընտրացանկ՝ Insert Chart): Դրան մուտք գործելու ամենապարզ ձևն այն է, որ սկզբում ընտրել բջիջի տարածք, որը ներառում է և՛ արգումենտ, և՛ ֆունկցիա (մի քանի գործառույթ), և մկնիկի օգնությամբ ակտիվացնել «Diagram Wizard» կոճակը ստանդարտ վահանակի վրա:

Սա ձեզ կտրամադրի գծապատկերի ձևանմուշ, որի հետ դեռ պետք է աշխատեք, քանի որ կանխադրված գծապատկերներից շատերի ավտոմատ ընտրությունը, հավանաբար, չի բավարարի ձեր բոլոր պահանջներին:

Առաջին հերթին ստուգեք առանցքների թվերի չափը և առանցքների տառերը և լեգենդի ֆունկցիաների պիտակները: Ցանկալի է, որ տառատեսակի չափը լինի ամենուր նույնը, ոչ պակաս, քան 10 և ոչ ավելի, քան 14 միավոր, բայց յուրաքանչյուր մակագրության արժեքը պետք է սահմանել առանձին։ Դա անելու համար տեղադրեք կուրսորը հետաքրքրվող օբյեկտի վրա (առանցք, պիտակ, լեգենդ) և սեղմեք մկնիկի աջ կոճակը: Հայտնվող համատեքստի ընտրացանկում ընտրեք «Ձևաչափ (տարր)» և «Տառատեսակ» պիտակով թռուցիկի նոր ընտրացանկում ընտրեք ցանկալի արժեքը: Առանցքը ձևավորելիս դուք պետք է լրացուցիչ նայեք և, հնարավոր է, փոխեք թերթերի արժեքները «Scale» և «Number» պիտակներով: Եթե ​​չեք հասկանում, թե ինչ փոփոխությունների կհանգեցնի առաջարկվող ընտրությունը, մի վախեցեք փորձել որևէ տարբերակ, քանի որ դուք միշտ կարող եք հրաժարվել կատարված փոփոխություններից՝ սեղմելով Ctrl + Z ստեղները կամ ընտրելով «Խմբագրել» հիմնական ընտրացանկի տարրը. Չեղարկել կամ սեղմելով «Հետարկել» կոճակը ստանդարտ գործիքագոտու վրա:

Եթե ​​կետերը շատ են, իսկ տարածումը փոքր է, և գիծը բավականին հարթ տեսք ունի, ապա կետերը կարելի է կապել գծերով։ Դա անելու համար կուրսորը տեղափոխեք գրաֆիկի ցանկացած կետի վրա և սեղմեք մկնիկի աջ կոճակը: Ընտրեք «Ձևաչափել տվյալների շարքը» համատեքստի ընտրացանկից, որը հայտնվում է: «Դիտել» պիտակով թղթի վրա նոր պատուհանում դուք պետք է ընտրեք համապատասխան գույնը և գծի հաստությունը և միևնույն ժամանակ ստուգեք կետերի գույնը, չափը և ձևը: Հենց այս կերպ են կառուցվում կախվածությունները, որոնք մոտավոր են փորձարարական տվյալներին: Եթե ​​մոտարկումը ուղիղ գիծ է, ապա փաստարկի տիրույթի եզրերին բավարար է երկու կետ։ Աղյուսակներում ներկառուցված «հարթ կորի» տարբերակի օգտագործումը խորհուրդ չի տրվում հարթեցման պարամետրերը կարգավորելու անկարողության պատճառով:

1.3.2 Փորձարարական տվյալների հարթեցում

Բարձր ջերմաստիճանի փորձարարական կարգավորումների վրա ստացված փորձարարական տվյալները բնութագրվում են մեծ պատահական չափման սխալով: Սա որոշվում է հիմնականում էլեկտրամագնիսական միջամտությամբ հզոր ջեռուցման սարքի շահագործման արդյունքում: Արդյունքների վիճակագրական մշակումը կարող է զգալիորեն նվազեցնել պատահական սխալը: Հայտնի է, որ սովորական օրենքի համաձայն բաշխված պատահական փոփոխականի համար միջին թվաբանականի սխալը որոշվում է. Նարժեքներ, մեջ Ն½ անգամ պակաս, քան մեկ չափման սխալը: Մեծ թվով չափումների դեպքում, երբ ընդունելի է ենթադրել, որ տվյալների պատահական ցրումը փոքր ընդմիջումով զգալիորեն գերազանցում է արժեքի կանոնավոր փոփոխությունը, արդյունավետ հարթեցման տեխնիկան չափված արժեքի հաջորդ արժեքին վերագրելն է միջին թվաբանականը: հաշվարկված մի քանի արժեքներից դրա շուրջ սիմետրիկ միջակայքում: Մաթեմատիկորեն սա արտահայտվում է բանաձևով.

(1.1)

և շատ հեշտ է իրականացնել աղյուսակներում: Այստեղ y i-ը չափման արդյունքն է, և ՅԵս դրա փոխարեն օգտագործելու հարթեցված արժեքն է:

Թվային տեղեկատվության հավաքագրման համակարգերի օգնությամբ ստացված փորձարարական տվյալները բնութագրվում են պատահական սխալով, որի բաշխումը զգալիորեն տարբերվում է սովորական օրենքից։ Այս դեպքում կարող է ավելի արդյունավետ լինել միջին թվաբանականի փոխարեն օգտագործել միջինը: Այս դեպքում միջակայքի միջնամասում չափված արժեքին վերագրվում է այն չափված արժեքի արժեքը, որը պարզվեց, որ ամենամոտն է թվաբանական միջինին: Թվում է, թե ալգորիթմի փոքր տարբերությունը կարող է զգալիորեն փոխել արդյունքը: Օրինակ, միջին գնահատման տարբերակում որոշ փորձարարական արդյունքներ կարող են ընդհանրապես չօգտագործվել, ամենայն հավանականությամբ, նրանք, որոնք իսկապես

«թափել» արժեքները հատկապես մեծ սխալով:

1.3.5 Դիսկրետ կետերի բազմությամբ սահմանված ֆունկցիայի թվային տարբերակում

Փորձարարական կետերի մշակման ժամանակ նման գործողության անհրաժեշտությունը բավականին հաճախ է առաջանում։ Օրինակ, կոնցենտրացիայի կախվածությունը ժամանակից տարբերելով՝ հայտնաբերվում է պրոցեսի արագության կախվածությունը ժամանակից և ռեագենտի կոնցենտրացիայից, ինչը, իր հերթին, թույլ է տալիս գնահատել ռեակցիայի հերթականությունը։ Գործառույթի թվային տարբերակման գործողությունը, որը սահմանված է նրա արժեքների մի շարքով ( y) համապատասխանում է արգումենտների արժեքների համապատասխան փաթեթին ( x), հիմնված է ֆունկցիայի դիֆերենցիալի մոտավոր փոխարինման վրա նրա վերջնական փոփոխության և փաստարկի վերջնական փոփոխության հարաբերակցությամբ.

(1.2)

Թվային տարբերակումը զգայուն է սկզբնական տվյալների անճշտությունների, շարքի անդամների անտեսման և այլնի հետևանքով առաջացած սխալների նկատմամբ, և, հետևաբար, պետք է կատարվի խնամքով: Ածանցյալի () գնահատման ճշգրտությունը բարելավելու համար նրանք նախ փորձում են հարթել փորձարարական տվյալները, գոնե մի փոքր հատվածի վրա, և միայն դրանից հետո կատարել տարբերակում։ Արդյունքում, ամենապարզ դեպքում, հավասար հեռավոր հանգույցների համար (արգումենտի արժեքները միմյանցից տարբերվում են նույն քանակությամբ x-ով), ստացվում են հետևյալ բանաձևերը՝ առաջինում ածանցյալի համար ( X 1) կետ.

ածանցյալի համար բոլոր մյուս կետերում ( x), բացառությամբ վերջինի.

վերջին ածանցյալի համար ( x) կետ:

Եթե ​​կան բավարար փորձարարական տվյալներ, և թույլատրելի է անտեսել մի քանիսը ծայրահեղ կետեր, կարող եք օգտագործել ավելի ուժեղ հարթեցման բանաձևեր, օրինակ՝ 5 միավորի համար.

կամ 7 միավորով.

Հանգույցների անհավասար դասավորության համար մենք սահմանափակվում ենք մեզ առաջարկելով օգտագործել փոփոխված բանաձևը (1.3) ձևով.

(1.8)

և մի հաշվարկեք ածանցյալը սկզբի և վերջի կետերում:

Այսպիսով, թվային տարբերակումն իրականացնելու համար անհրաժեշտ է ազատ սյունակի բջիջներում տեղադրել համապատասխան բանաձևեր։ Օրինակ, անհավասարաչափ արգումենտ արժեքները տեղադրվում են «A» սյունակում՝ 2-ից 25 բջիջներում, իսկ ֆունկցիայի արժեքները՝ «B» սյունակում՝ համապատասխան բջիջներում: Ենթադրվում է, որ ածանցյալի արժեքները տեղադրվում են «C» սյունակում: Այնուհետև «C3» բջիջում պետք է մուտքագրեք բանաձևը (5) ձևով.

= (B4 - B2) / (A4 - A2)

և պատճենեք (ձգեք) C4:C24 միջակայքի բոլոր բջիջներին:

1.3.6 Բազմանդամների գործակիցների նվազագույն քառակուսիների մեթոդով որոշում.

մոտավոր որոշ տվյալների հավաքածու

Թվային տեղեկատվության գրաֆիկական ներկայացման ժամանակ հաճախ անհրաժեշտություն է առաջանում փորձնական կետերի երկայնքով գիծ գծելու, որը բացահայտում է ստացված կախվածության առանձնահատկությունները։ Սա արվում է տեղեկատվությունը ավելի լավ ընկալելու և չափումների սխալների պատճառով որոշակի տարածում ստացած տվյալների հետագա վերլուծությունը հեշտացնելու համար: Հաճախ ուսումնասիրվող երեւույթի տեսական վերլուծության հիման վրա նախապես հայտնի է, թե ինչ տեսք պետք է ունենա այս գիծը։ Օրինակ, հայտնի է, որ քիմիական գործընթացի արագության կախվածությունը ( v) ջերմաստիճանի վրա պետք է լինի էքսպոնենցիալ, ընդ որում ցուցիչը ներկայացնում է ջերմաստիճանի փոխադարձությունը բացարձակ մասշտաբով.

Սա նշանակում է, որ գրաֆիկի վրա կոորդինատներով ln v– 1/T-ը պետք է ուղիղ գիծ ստանա,

որի թեքությունը բնութագրում է ակտիվացման էներգիան ( Ե) գործընթաց: Փորձարարական կետերի միջոցով, որպես կանոն, կարելի է տարբեր թեքություններով մի քանի ուղիղ գծեր գծել։ Որոշակի առումով դրանցից լավագույնը կլինի ուղիղ գիծը՝ նվազագույն քառակուսիների մեթոդով որոշված ​​գործակիցներով:

Ընդհանուր դեպքում, նվազագույն քառակուսիների մեթոդը օգտագործվում է մոտավոր կախվածության գործակիցները գտնելու համար. y (x 1 , x 2 ,…x n) ձևի բազմանդամը

որտեղ բև մ 1 …m nհաստատուն գործակիցներ են, և x 1 …x nանկախ փաստարկների ամբողջություն է: Այսինքն, ընդհանուր դեպքում մեթոդն օգտագործվում է մի քանի փոփոխականների ֆունկցիան մոտավորելու համար, բայց այն կիրառելի է նաև մեկ փոփոխականի բարդ ֆունկցիա նկարագրելու համար։ x. Այս դեպքում սովորաբար ենթադրվում է, որ

իսկ մոտավոր բազմանդամն ունի ձև

Մոտավոր բազմանդամի աստիճանն ընտրելիս nնկատի ունեցեք, որ այն անպայմանորեն պետք է փոքր լինի չափված արժեքների քանակից xև y. Գրեթե բոլոր դեպքերում այն ​​պետք է լինի ոչ ավելի, քան 4, հազվադեպ՝ 5։

Այս մեթոդը այնքան կարևոր է, որ Excel աղյուսակներում կան առնվազն չորս տարբերակ ցանկալի գործակիցների արժեքները ստանալու համար: Խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել LINEST() ֆունկցիան, եթե դուք աշխատում եք Excel աղյուսակներում որպես մաս Microsoft Office, կամ LINEST() ֆունկցիան OpenOffice-ում Calc աղյուսակներում: Դրանք ներկայացված են վիճակագրական ֆունկցիաների ցանկում, պատկանում են այսպես կոչված մատրիցային ֆունկցիաների դասին և հետևաբար ունեն մի շարք կիրառական առանձնահատկություններ։ Նախ, այն մուտքագրվում է ոչ թե մեկ բջիջում, այլ անմիջապես բջիջների տիրույթում (ուղղանկյուն տարածք), քանի որ ֆունկցիան վերադարձնում է մի քանի արժեք: Տարածքի հորիզոնական չափը որոշվում է մոտավոր բազմանդամի գործակիցների քանակով (քննարկվող օրինակում դրանցից երկուսը կան. ln. v 0 և E/R), և մեկից հինգ տող կարող է տեղաբաշխվել ուղղահայաց՝ կախված նրանից, թե որքան վիճակագրական տեղեկատվություն է անհրաժեշտ ձեր վերլուծության համար:

1.3.7 Արդյունքների ներկայացում

Գիտատեխնիկական փաստաթղթում թվային տվյալներ ներկայացնելիս պետք է տրվի դրանց հավաստիության գնահատականը և ընդգծվեն պատահական և համակարգված սխալները: Տվյալ տվյալների սխալները պետք է ներկայացվեն ԳՕՍՏ 8.207–76-ի համաձայն:

Դիտարկման արդյունքների խմբի վիճակագրական մշակման ժամանակ պետք է կատարվեն հետևյալ գործողությունները. վերացնել դիտարկման արդյունքներից հայտնի համակարգային սխալները.

Հաշվարկել շտկված դիտարկման արդյունքների միջին թվաբանականը՝ որպես չափման արդյունք. հաշվարկել չափման արդյունքի ստանդարտ շեղման գնահատումը.

Հաշվարկել չափման արդյունքի պատահական սխալի (սխալի պատահական բաղադրիչի) վստահության սահմանները.

Հաշվարկել չափման արդյունքի չբացառված համակարգային սխալի (համակարգային սխալի չբացառված մնացորդների) սահմանները. հաշվարկել չափման արդյունքի սխալի վստահության սահմանները.

Չափման արդյունքի սխալի վստահության սահմանները որոշելու համար վստահության հավանականությունը Ռվերցնել հավասար 0,95: Սիմետրիկ վստահության սխալով չափման արդյունքները ներկայացված են ձևով.

որտեղ է չափման արդյունքը, Δ-ն չափման արդյունքի սխալի սահմանն է, Ռվստահության մակարդակն է: Չափման արդյունքի թվային արժեքը պետք է ավարտվի նույն թվանշանով, ինչ Դ սխալի արժեքը:

2 Լաբորատոր աշխատանքի նկարագրություն

Հատուկ լաբորատոր աշխատանքին նվիրված բաժիններից յուրաքանչյուրի առաջին մասը տեղեկատվություն է տրամադրում փուլերի կազմի և կառուցվածքի, փուլի ներսում կամ հարևան փուլերի հետ դրա միջերեսներում տեղի ունեցող գործընթացների մեխանիզմի մասին, նվազագույնը, որն անհրաժեշտ է փուլերի էությունը հասկանալու համար: աշխատանքում ուսումնասիրված երևույթը. Եթե ​​տրամադրված տեղեկատվությունը անբավարար է, ապա պետք է խորհրդակցել դասախոսության գրառումների և առաջարկվող գրականության հետ: Առանց բաժնի առաջին մասը հասկանալու անհնար է պատկերացնել, թե ինչ է կատարվում ուսումնասիրվող համակարգում աշխատանքի ընթացքում, ստացված արդյունքների հիման վրա եզրակացություններ կազմել և ըմբռնել։

Յուրաքանչյուր բաժնի հաջորդ մասը նվիրված է իրական տեղադրման կամ համակարգչային մոդելի ապարատային կամ ծրագրային ապահովման իրականացմանը: Այն տեղեկատվություն է տրամադրում օգտագործվող սարքավորումների և կիրառվող ալգորիթմների մասին: Առանց հասկանալու այս բաժինը, անհնար է գնահատել սխալի աղբյուրները և ինչ գործողություններ պետք է ձեռնարկվեն դրանց ազդեցությունը նվազագույնի հասցնելու համար:

Վերջին մասը նկարագրում է չափումների կատարման և դրանց արդյունքների մշակման կարգը: Այս բոլոր հարցերը ներկայացվում են աշխատանքին նախորդող կոլոկվիումին կամ համակարգչային թեստավորմանը։

2.1 Երկաթի բարձր ջերմաստիճանային օքսիդացման կինետիկայի ուսումնասիրություն (Աշխատանք թիվ 13)

2.1.1 Երկաթի օքսիդացման ընդհանուր օրինաչափություններ

Փոխակերպումների հաջորդականության սկզբունքով Ա.Ա. Բայկովը, բոլոր օքսիդները, որոնք տվյալ պայմաններում թերմոդինամիկորեն կայուն են, ձևավորվում են երկաթի մակերեսի վրա մթնոլորտի թթվածնով բարձր ջերմաստիճանի օքսիդացման ժամանակ։ 572 ° C-ից բարձր ջերմաստիճանի դեպքում սանդղակը բաղկացած է երեք շերտից՝ վուստիտ FeO, մագնետիտ Fe 3 O 4, հեմատիտ Fe 2 O 3: Երկաթին ամենամոտ վուստիտային շերտը, որը կազմում է ամբողջ մասշտաբի հաստության մոտավորապես 95%-ը, ունի p. - կիսահաղորդչային հատկություններ. Սա նշանակում է, որ FeO-ի կատիոնային ենթացանցում կա գունավոր երկաթի թափուր տեղերի զգալի կոնցենտրացիան, և էլեկտրական չեզոքությունն ապահովվում է էլեկտրոնային «անցքերի» առաջացմամբ, որոնք երկաթի երկաթի մասնիկներ են։ Վուստիտի անիոնային ենթացանցը, որը բաղկացած է բացասաբար լիցքավորված О2– իոններից, գործնականում անթերի է, կատիոնային ենթաշղթայում դատարկ տեղերի առկայությունը զգալիորեն մեծացնում է Fe2+ մասնիկների դիֆուզիոն շարժունակությունը վուստիտով և նվազեցնում նրա պաշտպանիչ հատկությունները։

Մագնետիտի միջանկյալ շերտը ստոյխիոմետրիկ բաղադրության օքսիդ է, որն ունի բյուրեղային ցանցի թերությունների փոքր կոնցենտրացիան և, որպես հետեւանք, ունի պաշտպանիչ հատկությունների բարձրացում։ Նրա հարաբերական հաստությունը միջինում 4% է:

Կշեռքի արտաքին շերտը՝ հեմատիտը, ունի n-տիպի հաղորդունակություն։ Անիոնային ենթացանցում թթվածնի թափուր տեղերի առկայությունը հեշտացնում է թթվածնի մասնիկների տարածումը դրա միջով՝ համեմատած երկաթի կատիոնների հետ։ Fe 2 O 3 շերտի հարաբերական հաստությունը չի գերազանցում 1%-ը .

572°C-ից ցածր ջերմաստիճանում վուստիտը թերմոդինամիկորեն անկայուն է, ուստի սանդղակը բաղկացած է երկու շերտից՝ մագնետիտ Fe 3 O 4 (հաստության 90%) և հեմատիտ Fe 2 O 3 (10%)։

Երկաթի մակերեսի վրա սանդղակի շարունակական պաշտպանիչ թաղանթի ձևավորումը հանգեցնում է օդային մթնոլորտից դրա անջատմանը: Մետաղի հետագա օքսիդացումն իրականացվում է օքսիդի թաղանթի միջոցով ռեակտիվների տարածման շնորհիվ։ Դիտարկվող տարասեռ գործընթացը բաղկացած է հետևյալ փուլերից. մոլեկուլային կամ կոնվեկտիվ դիֆուզիայի միջոցով թթվածնի մատակարարում գազային փուլի ծավալից մինչև օքսիդի հետ սահմանը. O2-ի կլանումը օքսիդի մակերեսի վրա; թթվածնի ատոմների իոնացում՝ O 2– անիոնների առաջացմամբ; թթվածնի անիոնների դիֆուզիան օքսիդի փուլում մինչև մետաղի հետ սահմանը. երկաթի ատոմների իոնացում և դրանց անցում սանդղակի կատիոնների տեսքով. օքսիդի մեջ երկաթի կատիոնների դիֆուզիան մինչև գազի սահմանը. օքսիդի փուլի նոր մասերի ձևավորման բյուրեղաքիմիական ակտ:

Մետաղների օքսիդացման դիֆուզիոն ռեժիմը իրականացվում է, եթե ամենահետաձգված փուլը Fe 2+ կամ O 2– մասնիկների տեղափոխումն է սանդղակի միջով: Գազային փուլից մոլեկուլային թթվածնի մատակարարումը համեմատաբար արագ է։ Կինետիկ ռեժիմի դեպքում սահմանափակող են մասնիկների կլանման կամ իոնացման փուլերը, ինչպես նաև բյուրեղային քիմիական փոխակերպման ակտը։

Երկաթի օքսիդացման գործընթացի կինետիկ հավասարման ածանցումը եռաշերտ սանդղակի դեպքում բավականին դժվար է: Այն կարելի է էապես պարզեցնել առանց վերջնական եզրակացությունները փոխելու, եթե սանդղակը համարենք միատարր բաղադրությամբ և հաշվի առնենք դրա միջով միայն Fe 2+ կատիոնների դիֆուզիան։

Նշել ըստ Դ Fe 2+ մասնիկների դիֆուզիայի գործակիցը մասշտաբով, կերկաթի օքսիդացման արագության հաստատունն է, Գ 1 և ԻՑերկաթի կատիոնների 2 հավասարակշռության կոնցենտրացիաներ մետաղի և օդի միջերեսում, համապատասխանաբար, հօքսիդի թաղանթի հաստությունն է, Սնմուշի մակերեսի մակերեսն է, օքսիդի խտությունն է, Մնրա մոլային զանգվածն է։ Այնուհետև, ֆորմալ կինետիկայի օրենքների համաձայն, նմուշի միավորի մակերեսի վրա երկաթի և թթվածնի փոխազդեցության քիմիական ակտի հատուկ արագությունը ( vr) որոշվում է հարաբերությամբ.

Ստացիոնար վիճակում այն ​​հավասար է Fe 2+ մասնիկների դիֆուզիոն հոսքի խտությանը։

Հաշվի առնելով, որ տարասեռ օքսիդացման գործընթացի ընդհանուր արագությունը համաչափ է դրա զանգվածի աճի արագությանը.

(13.3)

կարելի է բացառել Գ 2 (13.1) և (13.2) հավասարումներից և ստացեք սանդղակի զանգվածի կախվածությունը ժամանակից.

(13.4)

Վերջին կապից երևում է, որ պրոցեսի կինետիկ ռեժիմը, որպես կանոն, իրականացվում է օքսիդացման սկզբնական պահին, երբ օքսիդի թաղանթի հաստությունը փոքր է, և դրա դիֆուզիոն դիմադրությունը կարող է անտեսվել։ Սանդղակի շերտի աճը դանդաղեցնում է ռեագենտների դիֆուզիան, և գործընթացի ռեժիմը ժամանակի ընթացքում փոխվում է դիֆուզիայի:

Ավելի խիստ մոտեցումը, որը մշակվել է Վագների կողմից մետաղների բարձր ջերմաստիճանի օքսիդացման իոն-էլեկտրոնային տեսության մեջ, հնարավորություն է տալիս քանակական գնահատել. արագության հաստատունՖիլմի աճի պարաբոլիկ օրենքը՝ օգտագործելով օքսիդների էլեկտրական հաղորդունակության անկախ փորձերի տվյալները.

որտեղ ∆ ԳԳիբսի էներգիայի փոփոխությունն է մետաղի օքսիդացման ռեակցիայի համար, Մօքսիդի մոլային զանգվածն է, նրա էլեկտրական հաղորդունակությունը, t iիոնային հաղորդունակության համամասնությունն է, զմետաղի վալենտությունն է, ՖՖարադայի հաստատունն է:

Շատ բարակ ձևավորման կինետիկան ուսումնասիրելիս հ < 5·10 –9 м) пленок необходимо учитывать также скорость переноса электронов через слой оксида путем туннельного эффекта (теория Хауффе и Ильшнера) и ионов металла под действием электрического поля (теория Мотта и Кабреры). В этом случае окисление металлов сопровождается большим самоторможением во времени при замедленности стадии переноса электронов, чему соответствует логарифмический закон роста пленок հ = Կ ln( ա τ+ Բ), ինչպես նաև խորանարդ հ 3 = Կτ (օքսիդներ - կիսահաղորդիչներ էջ-տիպ) կամ հակադարձ լոգարիթմական 1/ հ = Գ Կ ln(τ) ( n-հաղորդունակության տեսակը) մետաղական իոնների փոխանցման փուլի դանդաղում:

2.1.2 Փորձերի անցկացման կարգի և ընթացակարգի նկարագրությունը

Երկաթի օքսիդացման կինետիկան ուսումնասիրվում է գրավիմետրիկ մեթոդով, որը հնարավորություն է տալիս փորձի ընթացքում արձանագրել նմուշի զանգվածի փոփոխությունը ժամանակի հետ։ Տեղադրման դիագրամը ներկայացված է Նկար 1-ում:

Նկար 1 - Փորձարարական տեղադրման սխեման.

1 – հետազոտվող երկաթի նմուշ; 2 – էլեկտրական դիմադրության վառարան; 3 – մեխանոէլեկտրական փոխարկիչ E 2D1; 4 - անհատական ​​համակարգիչ ADC տախտակով:

Մետաղական նմուշ (1), որը կախված է նիկրոմի շղթայի վրա E 2D1 մեխանոէլեկտրական փոխարկիչի (3) ճոճվող թևի վրա, տեղադրվում է ուղղահայաց էլեկտրական դիմադրության խողովակային վառարանում (2): Ելքային ազդանշանը E 2D1, որը համաչափ է նմուշի զանգվածի փոփոխությանը, սնվում է համակարգչի ADC տախտակին որպես տեղադրման մաս: Ջեռոցում ջերմաստիճանի կայունությունը պահպանվում է ավտոմատ կարգավորիչի միջոցով, փորձի պահանջվող ջերմաստիճանը սահմանվում է համապատասխան կարգավորիչի կողմից ջեռոցի գործիքների վահանակի վրա՝ ուսուցչի հրահանգով (800 - 900 °C):

Աշխատանքի արդյունքներով որոշվում է երկաթի օքսիդացման ռեակցիայի արագության հաստատունը և դրա իոնների դիֆուզիոն գործակիցը օքսիդ թաղանթում և հնարավորության դեպքում քիմիական ռեակցիայի և դիֆուզիայի ակտիվացման էներգիան։ Գրաֆիկորեն պատկերացրեք նմուշի զանգվածի փոփոխության կախվածությունը և ժամանակ առ ժամանակ օքսիդացման գործընթացի արագությունը:

2.1.3 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում

Մեխանոէլեկտրական փոխարկիչը նախագծված է այնպես, որ չափման օբյեկտի զանգվածի մի մասը փոխհատուցվում է պարուրաձև զսպանակով: Դրա արժեքը անհայտ է, բայց չափումների ժամանակ այն պետք է մնա հաստատուն: Ինչպես հետևում է չափման ընթացակարգի նկարագրությունից, օքսիդացման գործընթացի սկզբի ճշգրիտ ժամանակը (0) հայտնի չէ, քանի որ հայտնի չէ, թե երբ նմուշը ձեռք կբերի օքսիդացման գործընթացի զարգացման համար բավարար ջերմաստիճան: Մինչև այն պահը, երբ նմուշն իրականում սկսում է օքսիդանալ, դրա զանգվածը հավասար է սկզբնական մետաղի զանգվածին ( մ 0): Այն, որ մենք չենք չափում ամբողջ զանգվածը, այլ միայն դրա չփոխհատուցված մասը, չի փոխում հարցի էությունը։ Նմուշի ընթացիկ զանգվածի տարբերությունը ( մ) և մետաղի սկզբնական զանգվածը ներկայացնում է մասշտաբի զանգվածը, ուստի իրական փորձարարական պայմանների համար (13.4) բանաձևը պետք է ներկայացվի հետևյալ կերպ.

(13.6)

որտեղ մնմուշի զանգվածի մնացած չփոխհատուցված մասի չափված արժեքն է, m0– նույնը մինչև նմուշի ցածր ջերմաստիճանում օքսիդացման գործընթացի մեկնարկը: Այս հարաբերությունից երևում է, որ նմուշի զանգվածի փորձնական կախվածությունը ժամանակից պետք է նկարագրվի ձևի հավասարմամբ.

, (13.7)

որի գործակիցները կարելի է գտնել նվազագույն քառակուսիների մեթոդով ստացված չափման արդյունքներից։ Սա պատկերված է Նկ. Կետերը չափումների արդյունքներն են, գիծը ստացվում է տվյալների մոտավորմամբ 13.7 հավասարմամբ։

Խաչերով նշված կետերը ծայրամասային են և չպետք է հաշվի առնվեն նվազագույն քառակուսիների մեթոդով 13.7 հավասարման գործակիցները հաշվարկելիս:

Համեմատելով (13.6) և (13.7) բանաձևերը, հեշտ է հայտնաբերված գործակիցները կապել դրանք որոշող ֆիզիկաքիմիական մեծությունների հետ.

(13.8)

Տվյալ օրինակում m0-ի արժեքը՝ y առանցքի վրա = 0 արժեքը, պարզվել է, որ 18,1 մգ է:

Օգտագործելով այս արժեքները, որոնք ստացվել են փորձի նախապատրաստման ժամանակ, նմուշի տարածքի արժեքը ( Ս) և գրականությունից փոխառված վուստիտի խտությունը (= 5,7 գ / սմ 3) կարող է լինել.

գնահատել դիֆուզիոն գործակցի և օքսիդացման գործընթացի արագության հաստատունի հարաբերակցությունը.

(13.13)

Այս հարաբերակցությունը բնութագրում է շերտի շերտի հաստությունը, որի դեպքում դիֆուզիոն արագության հաստատունը հավասար է մետաղի օքսիդացման քիմիական ռեակցիայի արագության հաստատունին, որը համապատասխանում է խիստ խառը ռեակցիայի ռեժիմի սահմանմանը:

Աշխատանքի արդյունքների հիման վրա բոլոր արժեքները պետք է որոշվեն բանաձևերի միջոցով (13.7, 13.11 - 13.13). բ 0 , բ 1 , բ 2 , մ 0, 0 և Դ /Կ. Արդյունքները լուսաբանելու համար պետք է տրվի կախվածության գրաֆիկ: մ– . Փորձարարական արժեքների հետ մեկտեղ ցանկալի է տալ մոտավոր կոր։

Չափումների արդյունքների համաձայն՝ անհրաժեշտ է լրացնել հետևյալ աղյուսակը.

Աղյուսակ 1. Երկաթի օքսիդացման գործընթացի ուսումնասիրության արդյունքներ.

Աղյուսակում առաջին երկու սյունակները լրացվում են տվյալների ֆայլը բացելուց հետո, իսկ մնացածը հաշվարկվում են։ Հարթեցումը կատարվում է 5 կետի վրա։ Մոտավոր բազմանդամի գործակիցները որոշելիս միաժամանակ օգտագործվում են առաջին, երրորդ և չորրորդ սյունակները։ Վերջին սյունակը պետք է պարունակի (13.7) բազմանդամով մոտարկման արդյունքները` օգտագործելով նվազագույն քառակուսիների մեթոդով հայտնաբերված գործակիցները: Գրաֆիկը կառուցված է առաջին, երրորդ և հինգերորդ սյունակների վրա:

Եթե ​​աշխատանքը կատարում են մի քանի ուսանողներ, ապա նրանցից յուրաքանչյուրը փորձը կատարում է իր ջերմաստիճանում։ Սանդղակի շերտի հաստության գնահատման արդյունքների համատեղ մշակումը խիստ խառը ռեժիմով () թույլ է տալիս գնահատել դիֆուզիայի և քիմիական ռեակցիայի ակտիվացման էներգիաների տարբերությունը։ Իրոք, այստեղ գործում է ակնհայտ բանաձևը.

(13.14)

Գործակիցների նմանատիպ մշակում բ 2-ը հնարավորություն է տալիս գնահատել դիֆուզիոն ակտիվացման էներգիան: Ահա ճիշտ բանաձևը.

(13.15)

Եթե ​​չափումները կատարվել են երկու ջերմաստիճանում, ապա գնահատումները կատարվում են ուղղակիորեն (13.4) և (13.15) բանաձևերով, եթե ջերմաստիճանի արժեքները երկուսից ավելի են, ապա պետք է կիրառվի ֆունկցիաների նվազագույն քառակուսիների մեթոդը: ln () – 1/Տև ln (բ 2) – 1/Տ.Ստացված արժեքները տրված են վերջնական աղյուսակում և քննարկվում են եզրակացություններում:

Աշխատանքի արդյունքների մշակման կարգը

2. Կառուցեք կախվածության գրաֆիկը առանձին թերթիկի վրա մ– , տեսողականորեն բացահայտել և հեռացնել թռուցիկ արժեքները:

3. Հարթեցրեք չափված քաշի արժեքները:

4. Հաշվի՛ր զանգվածի փոփոխության քառակուսիները

5. Գտի՛ր նվազագույն քառակուսիների գործակիցները բ 0 , բ 1 , բԺամանակի ընթացքում զանգվածի փոփոխության կախվածությանը մոտավոր 2 հավասարումներ.

6. Չափումների սկզբում զանգվածի գնահատականը հաշվարկեք ըստ մոտավոր հավասարման

7. Վերլուծե՛ք մոտարկման արդյունքները տեսակավորման միջոցով և վերացրեք սխալ արժեքները

8. Ցուցադրել մոտարկման արդյունքները կախվածության գրաֆիկի վրա մ – .

9. Հաշվարկել համակարգի և գործընթացի բնութագրերը. մ 0 , 0 , Դ /Կ .

Փորձարկման արդյունքներ.

ա. «A1» բջիջում - նմուշի մակերեսը, հարակից բջիջում «B1» չափման միավորները.

բ. «A2» բջիջում՝ սկզբնական նմուշի զանգվածը, «B2» բջիջում՝ չափման միավորներ.

գ. «A3» բջիջում՝ փորձի ջերմաստիճանը, «B3» բջիջում՝ չափման միավորներ;

դ. «A4» խցում - սանդղակի շերտի հաստությունը խիստ խառը ռեժիմով, «B4» բջիջում՝ չափման միավորներ.

ե. Սկսած «A10» բջիջից, աշխատանքի եզրակացությունները պետք է հստակ ձևակերպվեն:

A6-A7 բջիջներում պետք է լինեն հղումներ աղյուսակների գրքի այլ թերթիկների բջիջներին, որոնց վրա կատարվել են հաշվարկներ՝ ներկայացված արդյունքը ստանալու համար, և ոչ թե իրենք՝ թվային արժեքները: Եթե ​​այս պահանջը չկատարվի, ստուգման ծրագիրը տալիս է «Տեղեկատվության ներկայացման սխալ» հաղորդագրությունը:

2. Պատշաճ ձևավորված կախվածության գրաֆիկը մ– , ստացված փորձարարական (կետերով) և մոտավոր բազմանդամով (տողով), աղյուսակների առանձին թերթիկի վրա՝ բոլոր անհրաժեշտ ստորագրություններև նշանակումներ։

թեստի հարցեր

1. Ի՞նչ կառուցվածք ունի երկաթի վրա օդում բարձր ջերմաստիճան օքսիդացման ժամանակ ստացված կշեռքը:

2. Ինչու՞ է վուստիտային փուլի ի հայտ գալը մասշտաբով հանգեցնում երկաթի օքսիդացման արագության կտրուկ աճի:

3. Որո՞նք են երկաթի օքսիդացման տարասեռ գործընթացի փուլերը:

4. Ո՞րն է տարբերությունը երկաթի օքսիդացման դիֆուզիոն ռեժիմի և կինետիկի միջև:

5. Ո՞րն է աշխատանքի կարգը և մեթոդաբանությունը:

6. Ինչպե՞ս բացահայտել օքսիդացման գործընթացի եղանակը:

2.2 Օքսիդային հալոցքների էլեկտրական հաղորդունակության ջերմաստիճանային կախվածության ուսումնասիրություն (Աշխատանք թիվ 14)

2.2.1 Ընդհանուր տեղեկություններ խարամների էլեկտրական հաղորդունակության բնույթի մասին

Մետաղագործության համար թե՛ տեսական, թե՛ կիրառական առումներով մեծ նշանակություն ունի խարամների էլեկտրահաղորդականության կախվածության ուսումնասիրությունը դրանց բաղադրությունից և ջերմաստիճանից։ Էլեկտրական հաղորդունակության արժեքը կարող է էական ազդեցություն ունենալ պողպատի արտադրության գործընթացներում մետաղի և խարամի միջև ամենակարևոր ռեակցիաների արագության վրա, մետալուրգիական ագրեգատների արտադրողականության վրա, հատկապես էլեկտրախարամային տեխնոլոգիաներում կամ սինթետիկ խարամի հալման աղեղային վառարաններում, որտեղ ինտենսիվությունը ջերմության արտազատումը կախված է հալոցքի միջով անցնող էլեկտրական հոսանքի մեծությունից: Բացի այդ, էլեկտրական հաղորդունակությունը, լինելով կառուցվածքային զգայուն հատկություն, անուղղակի տեղեկատվություն է տալիս հալվածքների կառուցվածքի, լիցքավորված մասնիկների կոնցենտրացիայի և տեսակի մասին։

Օքսիդային հալվածքների կառուցվածքի մասին պատկերացումների համաձայն, ձևակերպվել է, մասնավորապես. գիտական ​​դպրոցՊրոֆեսոր Օ.Ա.Էսին, չլիցքավորված մասնիկներ դրանցում չեն կարող լինել։ Միևնույն ժամանակ, հալված իոնները մեծապես տարբերվում են չափերով և կառուցվածքով: Հիմնական օքսիդի տարրերը առկա են պարզ իոնների տեսքով, օրինակ՝ Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , O 2- ։ Ընդհակառակը, բարձր վալենտություն ունեցող տարրերը, որոնք առաջացնում են թթվային (թթվային) օքսիդներ, ինչպիսիք են SiO 2, TiO 2, B 2 O 3, իոնի տեսքով, ունեն այնքան բարձր էլեկտրաստատիկ դաշտ, որ չեն կարող լինել հալոցքում։ որպես պարզ Si 4+ իոններ, Ti4+, B3+։ Նրանք թթվածնի անիոններն այնքան մոտ են իրենց մոտ, որ դրանց հետ ձևավորում են կովալենտային կապեր և հալոցքում առկա են բարդ անիոնների տեսքով, որոնցից ամենապարզներն են, օրինակ, SiO 4 4 , TiO 4 4- , BO 3 3- , BO 4 5- . Կոմպլեքս անիոններն ունեն իրենց կառուցվածքը բարդացնելու հատկություն՝ միավորվելով երկչափ և եռաչափ կառուցվածքների։ Օրինակ, երկու սիլիցիում-թթվածին քառատետրեր (SiO 4 4-) կարող են միանալ իրենց գագաթներով՝ կազմելով ամենապարզ գծային շղթան (Si 2 O 7 6-): Այս դեպքում թողարկվում է մեկ թթվածնի իոն.

SiO44- + SiO44- = Si2O76- + O2-.

Այս հարցերի վերաբերյալ ավելի մանրամասն կարելի է գտնել, օրինակ, ուսումնական գրականության մեջ։

Էլեկտրական դիմադրություն Ռսովորական գծային հաղորդիչները կարող են որոշվել հարաբերություններից

որտեղ է դիմադրողականությունը, Լ- երկարությունը, Սհաղորդիչի խաչմերուկի տարածքն է: Արժեքը կոչվում է նյութի հատուկ էլեկտրական հաղորդունակություն: Բանաձևից (14.1) հետևում է, որ

Էլեկտրական հաղորդունակության միավորը արտահայտված է Օհմ –1 m –1 = Sm/m (Sm – Siemens): Էլեկտրական հաղորդունակությունը բնութագրում է հալոցի ծավալի էլեկտրական հաղորդունակությունը, որը փակված է 1 մ 2 տարածքով երկու զուգահեռ էլեկտրոդների միջև և գտնվում են միմյանցից 1 մ հեռավորության վրա:

Ավելի ընդհանուր դեպքում (ոչ միատեսակ էլեկտրական դաշտ) էլեկտրական հաղորդունակությունը սահմանվում է որպես ընթացիկ խտության համաչափության գործակից: եսհաղորդիչում և էլեկտրական պոտենցիալ գրադիենտում.

Էլեկտրական հաղորդունակության տեսքը կապված է էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ նյութի մեջ լիցքերի փոխանցման հետ: Մետաղներում հաղորդման գոտու էլեկտրոնները մասնակցում են էլեկտրաէներգիայի փոխանցմանը, որի կոնցենտրացիան գործնականում անկախ է ջերմաստիճանից։ Ջերմաստիճանի բարձրացմամբ տեղի է ունենում մետաղների էլեկտրական հաղորդունակության նվազում, քանի որ. «ազատ» էլեկտրոնների կոնցենտրացիան մնում է հաստատուն, և դրանց վրա մեծանում է բյուրեղային ցանցի իոնների ջերմային շարժման արգելակող ազդեցությունը։

Կիսահաղորդիչներում էլեկտրական լիցքի կրիչները գրեթե ազատ էլեկտրոններ են հաղորդման գոտում կամ վալենտային էներգիայի գոտու թափուր տեղերը (էլեկտրոնային անցքեր), որոնք առաջանում են էլեկտրոնների ջերմային ակտիվացված անցումներից դոնոր մակարդակներից կիսահաղորդչի հաղորդման գոտի: Երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է, նման ակտիվացված անցումների հավանականությունը մեծանում է, և համապատասխանաբար մեծանում են էլեկտրական հոսանքի կրիչների կոնցենտրացիան և էլեկտրական հաղորդունակությունը:

Էլեկտրոլիտներում, որոնք ներառում են օքսիդային հալվածքներ, որպես կանոն, էլեկտրաէներգիայի փոխանցմանը մասնակցում են իոններ՝ Na +, Ca 2+, Mg 2+, SiO 4 4–, BO 2 – և այլն։ Իոններից յուրաքանչյուրը ј -րդ դասարանը կարող է նպաստել էլեկտրական հոսանքի խտության ընդհանուր արժեքին` համաձայն հայտնի հարաբերակցության

որտեղ է մասնակի էլեկտրական հաղորդունակությունը; Դ , C j , զ ժիոնի դիֆուզիայի գործակիցն են, կոնցենտրացիան և լիցքը ј -րդ դասարան; ՖՖարադայի հաստատունն է; Տ- ջերմաստիճան; Ռ

Ակնհայտ է, որ քանակությունների գումարը ես ժհավասար է հոսանքի ընդհանուր խտությանը եսկապված բոլոր իոնների շարժման հետ, և ամբողջ հալույթի էլեկտրական հաղորդունակությունը մասնակի հաղորդունակության գումարն է:

Էլեկտրոլիտներում իոնների շարժումը ակտիվացման գործընթաց է: Սա նշանակում է, որ ոչ բոլոր իոններն են շարժվում էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ, այլ միայն դրանցից ամենաակտիվները, որոնք միջին մակարդակի համեմատ ունեն էներգիայի որոշակի ավելցուկ։ Էներգիայի այս ավելցուկը, որը կոչվում է էլեկտրական հաղորդունակության ակտիվացման էներգիա, անհրաժեշտ է տվյալ իոնի փոխազդեցության ուժերը շրջակա միջավայրի հետ հաղթահարելու, ինչպես նաև դատարկ (խոռոչ) ձևավորելու համար, որտեղ այն անցնում է։ Ակտիվ մասնիկների թիվը, Բոլցմանի օրենքի համաձայն, աճում է

ջերմաստիճանի էքսպոնենցիոնալ բարձրացում: Ահա թե ինչու . Հետևել-

Հետևաբար, համաձայն (14.5), էլեկտրական հաղորդունակության ջերմաստիճանի կախվածությունը պետք է նկարագրվի ցուցիչների գումարով: Հայտնի է, սակայն, որ մասնիկների չափի մեծացման հետ զգալիորեն ավելանում է նաև դրանց ակտիվացման էներգիան։ Հետևաբար, (14.5) հարաբերակցությամբ, որպես կանոն, անտեսվում է մեծ ցածր շարժունակության իոնների ներդրումը, իսկ մնացածի համար միջինացված են մասնակի արժեքները:

Արդյունքում, օքսիդի հալոցքի հատուկ էլեկտրական հաղորդունակության ջերմաստիճանից կախվածությունը ստանում է հետևյալ ձևը.

(14.6)

որը լավ համընկնում է փորձարարական տվյալների հետ։

CaO, SiO 2, MgO, Al 2 O 3 օքսիդներ պարունակող մետալուրգիական խարամների բնորոշ արժեքները գտնվում են 0,1–1,0 S սմ–1 միջակայքում՝ հեղուկի ջերմաստիճանի մոտ, որը շատ ավելի ցածր է հեղուկ մետաղների էլեկտրական հաղորդունակությունից (105): –107 սմ սմ –1): Էլեկտրական հաղորդունակության ակտիվացման էներգիան գրեթե անկախ է հիմնական խարամների ջերմաստիճանից, բայց թթվային հալոցներում ջերմաստիճանի բարձրացման հետ կարող է փոքր-ինչ նվազել՝ դրանց ապապոլիմերացման պատճառով: Սովորաբար արժեքը գտնվում է 40–200 կՋ/մոլի սահմաններում՝ կախված հալվածքի բաղադրությունից։

Երկաթի օքսիդների (FeO, Fe 2 O 3) կամ անցումային մետաղների այլ օքսիդների (օրինակ՝ MnO, V 2 O 3, Cr 2 O 3) բարձր պարունակության դեպքում (ավելի քան 10%), խարամների էլեկտրական հաղորդունակության բնույթը. փոփոխություններ, քանի որ իոնայինից բացի դրանցում առաջանում է էլեկտրոնային հաղորդունակության զգալի մասը։ Նման հալոցներում հաղորդունակության էլեկտրոնային բաղադրիչը պայմանավորված է էլեկտրոնների կամ էլեկտրոնային «անցքերի» շարժմամբ՝ ըստ ռելեի մեխանիզմի, ավելի ցածր վալենտով անցումային մետաղի կատիոնից դեպի ավելի մեծ վալենտություն ունեցող կատիոն: Ռ- այս մասնիկների միջև տեղակայված թթվածնի իոնի ուղեծրերը:

Me 2+ – O 2– – Me 3+ համակցություններում էլեկտրոնների շատ բարձր շարժունակությունը, չնայած նրանց համեմատաբար ցածր կոնցենտրացիայի, կտրուկ մեծացնում է խարամների էլեկտրական հաղորդունակությունը։ Այսպիսով, æ-ի առավելագույն արժեքը մաքուր երկաթի հալեցման համար FeO – Fe 2 O 3 կարող է լինել

10 2 S սմ –1, մնում է, սակայն, մետաղներից շատ ավելի քիչ:

2.2.2 Կարգավորման և չափման ընթացակարգի նկարագրությունը

Այս աշխատանքում հալած նատրիումի տետրաբորատի Na 2 O 2B 2 O 3 հատուկ էլեկտրական հաղորդունակությունը որոշվում է 700 - 800 °C ջերմաստիճանի տիրույթում: Մետաղ-էլեկտրոլիտ միջերեսի դիմադրության առկայության հետ կապված բարդությունները վերացնելու համար էլեկտրական հաղորդունակության ուսումնասիրությունը պետք է իրականացվի այնպիսի պայմաններում, երբ միջերեսի դիմադրությունը աննշանորեն փոքր է: Դրան կարելի է հասնել՝ ուղղակի հոսանքի փոխարեն բավականաչափ բարձր հաճախականությամբ (≈ 10 կՀց) փոփոխական հոսանք օգտագործելով:

Տեղադրման էլեկտրական շղթայի դիագրամը ներկայացված է Նկար 2-ում:

Նկար 2. Խարամների էլեկտրական հաղորդունակության չափման տեղակայանքի էլեկտրական սխեմաների սխեման.

ZG - աուդիո հաճախականության գեներատոր; PC - ձայնային քարտով անհատական ​​համակարգիչ; Yach լուծում և Yach sl - էլեկտրաքիմիական բջիջներ, որոնք պարունակում են համապատասխանաբար KCl կամ խարամի ջրային լուծույթ; R հատակ - հայտնի արժեքի հղման դիմադրություն:

Ձայնային հաճախականության գեներատորից փոփոխական հոսանք կիրառվում է խարամ պարունակող բջիջի վրա և դրա հետ սերիական միացված հայտնի արժեքի հղման դիմադրություն: Օգտագործելով PC ձայնային քարտ, չափվում է լարման անկումը բջիջի վրա և հղման դիմադրությունը: Քանի որ R հատակով և Յաչով հոսող հոսանքը նույնն է

(14.7)

Լաբորատոր տեղադրման պահպանման ծրագիրը հաշվարկում է, ցուցադրում է մոնիտորի էկրանին և ֆայլում գրում հարաբերակցության արժեքը ( r) ձայնային գեներատորի ելքի վրա փոփոխական հոսանքի ամպլիտուդային արժեքները ( U zg) և չափիչ բջիջի վրա ( Uբջիջ):

Իմանալով դա, դուք կարող եք որոշել բջջի դիմադրությունը

որտեղ է բջիջի հաստատունը:

Որոշելու համար Կբջիջը փորձարարական տեղադրման մեջ օգտագործվում է օժանդակ բջիջ, որը նման է ուսումնասիրվողին երկրաչափական պարամետրերի առումով: Երկու էլեկտրաքիմիական բջիջները կորունդի նավակներ են էլեկտրոլիտով: Միևնույն խաչմերուկի և երկարության մետաղից պատրաստված երկու գլանաձև էլեկտրոդներ իջեցված են դրանց մեջ, որոնք գտնվում են միմյանցից նույն հեռավորության վրա, որպեսզի ապահովեն (L/S) հարաբերակցության կայունությունը:

Ուսումնասիրվող բջիջը պարունակում է Na 2 O · 2В 2 O 3 հալվածություն և տեղադրվում է 700–800 °C ջերմաստիճանի ջեռուցման վառարանում: Օժանդակ բջիջը գտնվում է սենյակային ջերմաստիճանում և լցված է KCl-ի 0,1 N ջրային լուծույթով, որի էլեկտրական հաղորդունակությունը 0,0112 S սմ–1 է։ Իմանալով լուծույթի էլեկտրական հաղորդունակությունը և որոշել (տես բանաձև 14.9) էլեկտրական դիմադրությունը.

օժանդակ բջիջ (

2.2.3 Աշխատանքային կարգ

Ա. Գործողություն իրական ժամանակի չափման համակարգով

Նախքան չափումները սկսելը, վառարանը պետք է տաքացվի մինչև 850 °C ջերմաստիճան: Տեղադրման կարգը հետևյալն է.

1. Նախաստորագրման ընթացակարգը մոնիտորի էկրանի հրահանգներին համապատասխան ավարտելուց հետո անջատեք վառարանը, «1 - հղումային դիմադրություն» անջատիչը դրեք «1 - Hi» դիրքի և հետևեք հետագա հրահանգներին:

2. Այն բանից հետո, երբ ցուցադրվի «Switch 2 – to position «Molten»» ցուցիչը, հետևեք դրան և մինչև «Switch 2 – to position «MELT»» ցուցումը հայտնվի, գրանցեք դիմադրության հարաբերակցության արժեքները, որոնք հայտնվում են յուրաքանչյուր 5 վայրկյանը մեկ։ .

3. Հետևեք երկրորդ հրահանգին և հետևեք ջերմաստիճանի փոփոխությանը: Հենց որ ջերմաստիճանը դառնում է 800 °C-ից պակաս, ստեղնաշարի «Xs» հրամանը պետք է միացնի գրաֆիկի էկրանը և յուրաքանչյուր 5 վայրկյանը մեկ գրանցի ջերմաստիճանի արժեքները և դիմադրությունների հարաբերակցությունը:

4. Այն բանից հետո, երբ հալոցքը սառչում է մինչև 650 °C-ից ցածր ջերմաստիճան, չափումները պետք է սկզբնավորվեն այս տեղադրման վրա աշխատանք կատարող երկրորդ ուսանողի համար: Անցեք «1 - հղման դիմադրությունը» դիրքի «2 - Lo» և այս պահից երկրորդ ուսանողը սկսում է գրանցել ջերմաստիճանի և դիմադրության գործակիցները յուրաքանչյուր 5 վայրկյանը մեկ:

5. Երբ հալոցքը սառչում է մինչև 500 °C ջերմաստիճան կամ հասնում է 6-ի մոտ դիմադրության հարաբերակցության արժեքը, չափումները պետք է դադարեցվեն՝ ստեղնաշարից «Xe» հրամանը տալով: Այս պահից սկսած, երկրորդ ուսանողը պետք է շրջի 2-րդ անջատիչը «լուծման» դիրքում և գրի դիմադրության հարաբերակցության տասը արժեք:

Գ. Ֆայլում նախկինում գրված տվյալների հետ աշխատելը

Ծրագիրը ակտիվացնելուց հետո էկրանին հայտնվում է հաղորդագրություն հղման դիմադրության արժեքի մասին և հաջորդաբար ցուցադրվում են դիմադրության հարաբերակցության մի քանի արժեքներ ( r) տրամաչափման բջիջի. Միջին հաշվարկից հետո այս տվյալները թույլ կտան գտնել տեղադրման հաստատունը:

Դրանից հետո չափիչ բջիջի ջերմաստիճանի և դիմադրության գործակիցները հայտնվում են էկրանին ամեն մի քանի վայրկյանը մեկ: Այս տեղեկատվությունը ցուցադրվում է գրաֆիկի վրա:

Ծրագիրը ավտոմատ կերպով դուրս է գալիս և բոլոր արդյունքներն ուղարկում է ուսուցչի համակարգչին:

2.2.4 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում

Չափումների արդյունքների հիման վրա լրացրեք աղյուսակը հետևյալ վերնագրով.

Աղյուսակ 1. Na 2 O 2B 2 O 3 հալվածքի էլեկտրական հաղորդունակության ջերմաստիճանից կախվածությունը

Աղյուսակում առաջին երկու սյունակները լրացվում են տվյալների ֆայլը բացելուց հետո, իսկ մնացածը հաշվարկվում են։ Դրանց հիման վրա դուք պետք է գծեք ln() - 10 3 /T կախվածությունը և օգտագործեք նվազագույն քառակուսիների մեթոդը (LINEST ֆունկցիա OpenOffice.Calc-ում)՝ որոշելու ակտիվացման էներգիայի արժեքը։ Գրաֆիկի վրա պետք է ցույց տրվի մոտավոր ուղիղ գիծ: Դուք նաև պետք է գծեք էլեկտրական հաղորդունակությունը ջերմաստիճանի նկատմամբ: Արդյունքների մշակման կարգը

1. Մուտքագրեք չափումների արդյունքների գրառումները աղյուսակային ֆայլում:

2. Հաշվեք չափաբերման բջիջի դիմադրության հարաբերակցության միջին արժեքը:

3. Հաշվե՛ք դրվածքի հաստատունը:

4. Հողամասի կախվածություն r – տ, տեսողականորեն բացահայտել և հեռացնել թռուցիկ արժեքները: Եթե ​​դրանք շատ են, ապա կիրառեք տեսակավորում։

5. Հաշվել չափիչ խցի դիմադրությունը, հալված օքսիդի էլեկտրական հաղորդունակությունը տարբեր ջերմաստիճաններում, էլեկտրական հաղորդունակության լոգարիթմը և հակադարձ բացարձակ ջերմաստիճանը.

բ 0 , բ 1 հավասարում, որը մոտեցնում է էլեկտրական հաղորդունակության լոգարիթմի կախվածությունը փոխադարձ ջերմաստիճանից և հաշվարկում է ակտիվացման էներգիան:

7. Առանձին թերթիկի վրա գծեք էլեկտրական հաղորդունակության լոգարիթմի կախվածության գրաֆիկը փոխադարձ ջերմաստիճանից և տվեք մոտավոր կախվածություն. Փորձարկման արդյունքներ.

1. Վերանայման ներկայացված աղյուսակների գրքում «Արդյունքներ» վերնագրված առաջին էջում պետք է ներառվեն հետևյալ տեղեկությունները.

ա. «A1» խցում - սկզբնական ջերմաստիճան, «B1» բջիջում՝ չափման միավորներ;

գ. «A3» բջիջում՝ էլեկտրական հաղորդունակության ակտիվացման էներգիա, «B3» բջիջում՝ չափման միավորներ.

դ. «A4» բջիջում` էլեկտրական հաղորդունակության ջերմաստիճանային կախվածության բանաձևի նախնական էքսպոնենցիալ գործոն, «B4» բջիջում` չափման միավորներ.

ե. «A5» բջիջից սկսած՝ աշխատանքի եզրակացությունները պետք է հստակ ձևակերպվեն:

A1-A4 բջիջներում պետք է հղումներ լինեն աղյուսակների գրքի այլ թերթիկների բջիջներին, որոնց վրա կատարվել են հաշվարկներ՝ ներկայացված արդյունքը ստանալու համար, և ոչ թե թվային արժեքները: Եթե ​​այս պահանջը չկատարվի, ստուգման ծրագիրը տալիս է «Տեղեկատվության ներկայացման սխալ» հաղորդագրությունը:

2. Էլեկտրական հաղորդունակության լոգարիթմի կախվածության ճիշտ գրաֆիկը փոխադարձ ջերմաստիճանից՝ ստացված փորձարարական տվյալներից (կետերից) և մոտավոր բազմանդամով (գծով), աղյուսակների առանձին թերթիկի վրա՝ բոլոր անհրաժեշտ ստորագրություններով և նշաններով:

թեստի հարցեր

1. Ի՞նչ է կոչվում էլեկտրական հաղորդունակություն:

2. Ո՞ր մասնիկներն են որոշում խարամների էլեկտրական հաղորդունակությունը:

3. Ինչպիսի՞ն է մետաղների և օքսիդի հալոցքների էլեկտրական հաղորդունակության ջերմաստիճանային կախվածությունը:

4. Ինչի՞ց է կախված բջջի հաստատունը և ինչպե՞ս որոշել այն:

5. Ինչու՞ է անհրաժեշտ որոշելու համար օգտագործել փոփոխական հոսանք:

6. Ինչպե՞ս է էլեկտրական հաղորդունակության ակտիվացման էներգիան կախված ջերմաստիճանից:

7. Ինչ սենսորներ և գործիքներ են օգտագործվում լաբորատորիայում: Ի՞նչ ֆիզիկական քանակություններ են թույլ տալիս գրանցել։

8. Ի՞նչ գրաֆիկներ (ինչ կոորդինատներով) պետք է ներկայացվեն աշխատանքի արդյունքների հիման վրա:

9. Ի՞նչ ֆիզիկական և քիմիական արժեքներ պետք է ձեռք բերել առաջնային տվյալները մշակելուց հետո:

10. Որոշեք, թե ինչ չափումներ են կատարվում փորձից առաջ, ինչ արժեքներ են գրանցվում փորձի ընթացքում, ինչ տվյալներ են առաջնային տեղեկատվություն, ինչ վերամշակման է ենթարկվում այն ​​և ինչ տեղեկատվություն է ստացվում:

2.3 Մոդելավորման մոդելի վրա խարամով մետաղների ծծմբազերծման կինետիկայի ուսումնասիրություն (Աշխատանք թիվ 15)

2.3.1 Ընդհանուր տեղեկություններ խարամով մետաղների ծծմբազրկման կինետիկայի մասին

Ծծմբի կեղտերը պողպատում, 0,005 wt-ից ավելի քանակությամբ: %, զգալիորեն նվազեցնում է դրա մեխանիկական, էլեկտրական, հակակոռոզիոն և այլ հատկությունները, վատթարանում է մետաղի եռակցումը, հանգեցնում է կարմիր և սառը փխրունության տեսքին: Ուստի բարձրորակ մետալուրգիայի համար մեծ նշանակություն ունի պողպատի ծծմբազրկման գործընթացը, որը հատկապես արդյունավետ է խարամի հետ։

Ռեակցիայի կինետիկ օրենքների ուսումնասիրությունը, դրա մեխանիզմի և առաջացման եղանակի նույնականացումը անհրաժեշտ է. արդյունավետ կառավարումծծմբազրկման արագությունը, քանի որ մետալուրգիական ագրեգատների իրական պայմաններում ծծմբի հավասարակշռության բաշխումը մետաղի և խարամի միջև սովորաբար չի ստացվում:

Ի տարբերություն պողպատի այլ կեղտերի մեծ մասի, ծծմբի անցումը մետաղից դեպի խարամ վերականգնողական գործընթաց է, այլ ոչ օքսիդատիվ: [S] +2e = (S 2–):

Սա նշանակում է, որ կաթոդային պրոցեսի շարունակական առաջացման համար, որը հանգեցնում է մետաղի վրա դրական լիցքերի կուտակմանը, անհրաժեշտ է այլ մասնիկների միաժամանակյա անցում, որն ունակ է մետաղական փուլին էլեկտրոններ նվիրել։ Նման ուղեկցող անոդային պրոցեսները կարող են լինել թթվածնի անիոնների օքսիդացումը խարամում կամ երկաթի, ածխածնի, մանգանի, սիլիցիումի և այլ մետաղական կեղտերի մասնիկների՝ կախված պողպատի բաղադրությունից։

2. (O 2–) = [O] + 2e,

3. \u003d (Fe 2+) + 2e,

4. [C] + (O 2–) \u003d CO + 2e, 5. \u003d (Mn 2+) + 2e.

Միասին կաթոդիկ և ցանկացած անոդային պրոցեսը հնարավորություն է տալիս գրելու ստոյխիոմետրիկ հավասարումը ծծմբազրկման ռեակցիայի հետևյալ ձևով, օրինակ.

1-2. (CaO) + [S] = (CaS) + [O], H = -240 կՋ/մոլ

1-3. + [S] + (CaO)= (FeO) + (CaS): H = -485 կՋ/մոլ

Հավասարակշռության հաստատունների համապատասխան արտահայտություններն ունեն ձև

(15.1)

Ակնհայտ է, որ որպես օրինակ ընտրված գործընթացները և այլն կարող են տեղի ունենալ միաժամանակ: (15.1) հարաբերակցությունից հետևում է, որ մետաղի ծծմբազրկման աստիճանը հաստատուն ջերմաստիճանում, այսինքն. Հավասարակշռության հաստատունի հաստատուն արժեքը, աճում է օքսիդի հալոցքում ազատ թթվածնի իոնի (O 2-) կոնցենտրացիայի աճով: Իրոք, հայտարարի գործակցի աճը պետք է փոխհատուցվի մեկ այլ գործոնի նվազմամբ, որպեսզի համապատասխանի հավասարակշռության հաստատունի հաստատուն արժեքին: Նշենք, որ ազատ թթվածնի իոնների պարունակությունը մեծանում է կալցիումի օքսիդով հարուստ բարձր հիմնային խարամների կիրառմամբ: Վերլուծելով (15.2) կապը, կարող ենք եզրակացնել, որ երկաթի իոնների (Fe 2+) պարունակությունը օքսիդի հալոցքում պետք է լինի նվազագույն, այսինքն. խարամները պետք է պարունակեն նվազագույն քանակությամբ երկաթի օքսիդներ: Մետաղում դեօքսիդիզատորների (Mn, Si, Al, C) առկայությունը մեծացնում է նաև պողպատի ծծմբազրկման ամբողջականությունը՝ նվազեցնելով (Fe 2+) և [O] պարունակությունը։

1-2 ռեակցիան ուղեկցվում է ջերմության կլանմամբ (∆H>0), հետևաբար, գործընթացի շարունակման ընթացքում մետալուրգիական միավորում ջերմաստիճանը կնվազի: Ընդհակառակը, 1-3 ռեակցիան ուղեկցվում է ջերմության արտանետմամբ (∆H<0) и, если она имеет определяющее значение, температура в агрегате будет повышаться.

Ծծմբազրկման կինետիկ նկարագրության մեջ պետք է դիտարկել գործընթացի հետևյալ փուլերը.

Ծծմբի մասնիկների առաքում մետաղի մեծ մասից մինչև խարամի սահմանը, որն իրականացվել է նախ կոնվեկտիվ դիֆուզիոնով և անմիջապես մետաղ-խարամ միջերեսի մոտ մոլեկուլային դիֆուզիայի միջոցով. ծծմբի ատոմներին էլեկտրոնի միացման էլեկտրաքիմիական ակտը և S 2– անիոնների ձևավորումը. որը ադսորբցիոն-քիմիական ակտ է, ծծմբի անիոնների հեռացումը խարամի ծավալի մեջ՝ մոլեկուլային, ապա կոնվեկտիվ դիֆուզիայի շնորհիվ։

Նմանատիպ փուլերը բնորոշ են նաև անոդային փուլերին՝ Fe, Mn, Si ատոմների կամ O2– անիոնների մասնակցությամբ։ Փուլերից յուրաքանչյուրը նպաստում է ծծմբազրկման գործընթացի ընդհանուր դիմադրությանը: Այս դիմադրություններից մի քանիսի միջով մասնիկների հոսքի շարժիչ ուժը նրանց էլեկտրաքիմիական պոտենցիալների տարբերությունն է ոչ հավասարակշռված մետաղ-խարամային համակարգում կամ փաստացի և հավասարակշռված էլեկտրոդների պոտենցիալների միջև տարբերությունը ֆազային սահմանում, որը կոչվում է. գերլարում .

Մի շարք հաջորդական փուլերից բաղկացած գործընթացի արագությունը որոշվում է ամենամեծ դիմադրություն ունեցող փուլի ներդրմամբ. սահմանափակողփուլ. Կախված սահմանափակող քայլի ընթացքի մեխանիզմից՝ խոսվում է ռեակցիայի դիֆուզիայի կամ կինետիկ ռեժիմի մասին։ Եթե ​​հոսքի տարբեր մեխանիզմներով փուլերն ունեն համաչափ դիմադրություններ, ապա խոսվում է խառը ռեակցիայի ռեժիմի մասին: Յուրաքանչյուր փուլի դիմադրությունը զգալիորեն կախված է համակարգի բնույթից և հատկություններից, ռեակտիվների կոնցենտրացիայից, փուլային խառնուրդի ինտենսիվությունից և ջերմաստիճանից: Այսպիսով, օրինակ, ծծմբի նվազեցման էլեկտրաքիմիական ակտի արագությունը որոշվում է փոխանակման հոսանքի արժեքով

(15.3)

որտեղ ATջերմաստիճանի ֆունկցիան է, Գ[S] և Գ(S 2–) – ծծմբի կոնցենտրացիաները մետաղում և խարամում, α – փոխանցման գործակից։

Ֆազային սահման ծծմբի մատակարարման փուլի արագությունը որոշվում է այս մասնիկների սահմանափակող դիֆուզիոն հոսանքով

որտեղ Դ[S]-ը ծծմբի դիֆուզիոն գործակիցն է, β-ն կոնվեկտիվ հաստատուն է, որը որոշվում է հալոցքում կոնվեկցիայի ինտենսիվությամբ, այն համաչափ է հեղուկում կոնվեկտիվ հոսքերի գծային արագության քառակուսի արմատին։

Առկա փորձարարական տվյալները ցույց են տալիս, որ հալված կոնվեկցիայի նորմալ պայմաններում ծծմբի իոնների լիցքաթափման էլեկտրաքիմիական ակտը համեմատաբար արագ է ընթանում. ծծմբազրկումը արգելակվում է հիմնականում մետաղի կամ խարամի մեջ մասնիկների տարածմամբ: Այնուամենայնիվ, մետաղում ծծմբի կոնցենտրացիայի աճով, դիֆուզիոն խոչընդոտները նվազում են, և գործընթացի ռեժիմը կարող է փոխվել կինետիկի: Դրան նպաստում է նաև ածխածնի ավելացումը երկաթին, tk. ածխածնի մետաղի և խարամի միջերեսում թթվածնի իոնների արտահոսքը տեղի է ունենում զգալի կինետիկ դանդաղումով:

Պետք է նկատի ունենալ, որ մետաղների էլեկտրոլիտների հետ փոխազդեցության մասին էլեկտրաքիմիական պատկերացումները հնարավորություն են տալիս պարզաբանել գործընթացների մեխանիզմը, մանրամասն հասկանալ տեղի ունեցող երևույթները։ Միևնույն ժամանակ, ֆորմալ կինետիկայի պարզ հավասարումները լիովին պահպանում են իրենց վավերականությունը։ Մասնավորապես, զգալի սխալներով ստացված փորձարարական արդյունքների կոպիտ վերլուծության համար ռեակցիայի արագության 1-3 հավասարումը կարելի է գրել ամենապարզ ձևով.

որտեղ կզ և կ r-ն առաջադիմական և հակադարձ ռեակցիաների արագության հաստատուններն են: Այս հարաբերակցությունը բավարարվում է, եթե երկաթի մեջ ծծմբի և խարամի մեջ կալցիումի սուլֆիդի և վուստիտի լուծույթները կարելի է համարել անսահման նոսրացած, և այդ ռեակտիվների ռեակցիայի կարգերը մոտ են միասնությանը: Քննարկվող ռեակցիայի մնացած ռեագենտների պարունակությունն այնքան մեծ է, որ դրանք գրեթե անփոփոխ են մնում փոխազդեցության ողջ ընթացքում, և դրանց կոնցենտրացիաները կարող են ներառվել հաստատունների մեջ։ կզ և կ r

Մյուս կողմից, եթե ծծմբազրկման գործընթացը հեռու է հավասարակշռությունից, ապա հակադարձ ռեակցիայի արագությունը կարող է անտեսվել: Այնուհետև ծծմբաթափման արագությունը պետք է համաչափ լինի մետաղում ծծմբի կոնցենտրացիայի հետ: Փորձարարական տվյալների նկարագրության այս տարբերակը կարելի է ստուգել՝ ուսումնասիրելով ծծմբազրկման արագության լոգարիթմի և մետաղում ծծմբի կոնցենտրացիայի լոգարիթմի միջև կապը: Եթե ​​այս հարաբերությունը գծային է, և կախվածության թեքությունը պետք է մոտ լինի միասնությանը, ապա սա փաստարկ է գործընթացի դիֆուզիոն ռեժիմի օգտին:

2.3.2 Գործընթացի մաթեմատիկական մոդել

Մի քանի անոդային փուլերի առաջացման հնարավորությունը մեծապես բարդացնում է բազմաթիվ կեղտեր պարունակող պողպատի ծծմբազրկման գործընթացների մաթեմատիկական նկարագրությունը: Այս առումով մոդելի մեջ մտցվեցին որոշ պարզեցումներ, մասնավորապես՝ անտեսեցինք տարբեր կինետիկ դժվարությունները.

Երկաթի և թթվածնի անցման կես ռեակցիաների համար, կապված դիֆուզիոն հսկողության ընդունված սահմանափակման հետ, հարաբերությունները շատ ավելի պարզ են թվում.

(15.7)

Արտաքին աղբյուրից հոսանքի բացակայության դեպքում էլեկտրական չեզոքության պայմանին համապատասխան, առանձին էլեկտրոդների կիսա-ռեակցիաներում հոսանքների միջև կապն արտահայտվում է պարզ հարաբերությամբ.

Էլեկտրոդների գերլարումների () տարբերությունները որոշվում են 1-2 և 1-3 ռեակցիաների գործունեության համապատասխան արտադրանքների և հավասարակշռության հաստատունների հարաբերակցությամբ.

Մետաղում ծծմբի կոնցենտրացիայի ժամանակային ածանցյալը որոշվում է առաջին էլեկտրոդի կիսա-ռեակցիայի հոսանքով՝ համաձայն հավասարման.

(15.12)

Այստեղ ես 1 , ես 2 - էլեկտրոդների գործընթացների ընթացիկ խտությունները, η 1, η 2 - դրանց բևեռացումները, ես n – սահմանափակող մասնիկների դիֆուզիոն հոսանքներ ј - ինչ - որ տեսակի ես o կինետիկ փուլի փոխանակման հոսանքն է, Գ[s]-ը մետաղի մեջ ծծմբի կոնցենտրացիան է, α՝ փոխանցման գործակիցը, P, Կ p-ը գործունեության արդյունքն է և ծծմբաթափման ռեակցիայի հավասարակշռության հաստատունը, Սմետաղի և խարամի միջերեսի տարածքն է, ՎԵս մետաղի ծավալն եմ, Տ- ջերմաստիճան, ՖՖարադայի հաստատունն է, Ռգազի համընդհանուր հաստատունն է։

Էլեկտրաքիմիական կինետիկայի օրենքների համաձայն, արտահայտությունը (15.6) հաշվի է առնում խարամի մեջ երկաթի իոնների դիֆուզիայի արգելակումը, քանի որ, դատելով փորձարարական տվյալներից, այդ մասնիկների լիցքաթափման-իոնացման փուլը սահմանափակող չէ: Արտահայտությունը (15.5) խարամի և մետաղի մեջ ծծմբի մասնիկների դիֆուզիայի հետաձգումն է, ինչպես նաև միջերեսում ծծմբի իոնացման դանդաղումը:

Միավորելով արտահայտությունները (15.6 - 15.12)՝ թվային մեթոդներով հնարավոր է ստանալ մետաղի մեջ ծծմբի կոնցենտրացիայի կախվածությունը ընտրված պայմանների համար ժամանակից։

Մոդելը օգտագործում է հետևյալ պարամետրերը.

3)
Ծծմբի իոնափոխանակման հոսանք.

4) ծծմբաթափման ռեակցիայի հավասարակշռության հաստատունը ( Դեպի R):

5) ինտերֆեյսի տարածքի հարաբերակցությունը մետաղի ծավալին

7) Կոնվեկտիվ հաստատուն (β).

Մոդելը հնարավորություն է տալիս վերլուծել թվարկված գործոնների ազդեցությունը ծծմբաթափման արագության և ամբողջականության վրա, ինչպես նաև գնահատել դիֆուզիոն և կինետիկ արգելակումների ներդրումը գործընթացի ընդհանուր դիմադրության մեջ:

2.3.3 Աշխատանքային կարգը

Մոդելավորման ծրագրի կողմից ստեղծված պատկերը ներկայացված է նկ. . Չափված քանակների ընտրված թվային արժեքները տրված են վահանակի վերին մասում, գործընթացի մոդելավորման ընթացքում ստացված բոլոր արժեքները ցուցադրվում են գրաֆիկի վրա: Մետաղական և խարամային հալոցքների բաղադրիչների նշանակումներում օգտագործվում են մետալուրգիական գրականության մեջ ընդունված լրացուցիչ նշաններ։ Քառակուսի փակագծերը ցույց են տալիս, որ բաղադրիչը պատկանում է մետաղի հալոցքին, իսկ կլոր փակագծերը՝ խարամին։ Բաղադրիչների նշանակումներում բազմապատկիչները օգտագործվում են միայն գծագրման համար, դրանք չպետք է հաշվի առնվեն արժեքները մեկնաբանելիս: Մինչ մոդելն աշխատում է, ցանկացած պահի ցուցադրվում է միայն չափված արժեքներից մեկի արժեքը: 6 վայրկյան հետո այն անհետանում է և հայտնվում է հաջորդ արժեքի արժեքը: Այս ժամանակահատվածում անհրաժեշտ է ժամանակ ունենալ հաջորդ արժեքը գրանցելու համար։ Ժամանակ խնայելու համար խորհուրդ է տրվում չգրել հաստատուն թվեր, օրինակ՝ ջերմաստիճանի արժեքի առաջատար միավորը։

Կարգավորման վահանակի վերին աջ անկյունում գտնվող ժամացույցով չափումների մեկնարկից հինգ րոպե անց, միաժամանակ սեղմելով ստեղները և [#], որտեղ # կարգավորումների թիվն է, ուժեղացրեք փուլային խառնուրդի արագությունը:

2.3.4 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում

Մոդելավորման ծրագրի կողմից ստեղծված չափումների արդյունքների աղյուսակը պետք է լրացվի հետևյալ հաշվարկված սյունակներով.

Աղյուսակ 1. Փորձարարական տվյալների վիճակագրական մշակման արդյունքներ

Առաջին սյունակի աղյուսակում դուք պետք է հաշվարկեք գործընթացի մեկնարկի ժամանակը րոպեներով:

Հետագա մշակումն իրականացվում է գրաֆիկական գծագրումից հետո. մշակման առաջին փուլում պետք է գծել ջերմաստիճանը ժամանակի համեմատ և գնահատել տվյալների միջակայքը, երբ ծծմբի անցումը հիմնականում ուղեկցվում է երկաթի անցումով: Այս միջակայքում առանձնացվում են երկու շրջաններ՝ խառնման նույն արագությամբ, և ձևի բազմանդամների մոտավոր գործակիցները գտնվում են նվազագույն քառակուսիների մեթոդով.

որը բխում է (15.5) հավասարումից՝ նշված պայմաններում: Համեմատելով գործակիցների ստացված արժեքները՝ եզրակացություններ են արվում գործընթացի ռեժիմի և համակարգի հավասարակշռության վիճակին մոտարկման աստիճանի մասին։ Նշենք, որ (15.13) հավասարման մեջ ազատ անդամ չկա:

Փորձի արդյունքները պատկերացնելու համար գծագրված են ծծմբի կոնցենտրացիայի կախվածության գրաֆիկները ժամանակից և ծծմբազրկման արագությունը խարամում կալցիումի սուլֆիդի կոնցենտրացիայից:

Արդյունքների մշակման կարգը

2. Հաշվել ծծմբաթափման գործընթացի արագությունը մետաղում ծծմբի կոնցենտրացիայից, արագության և ծծմբի կոնցենտրացիայի լոգարիթմներից:

3. Առանձին թերթիկների վրա գծե՛ք միավորի ջերմաստիճանի կախվածության գրաֆիկները ժամանակից, խարամի զանգվածից ժամանակից, ծծմբազրկման արագությունը o-ից և ժամանակից, ծծմբազրկման արագության լոգարիթմը ծծմբի կոնցենտրացիայի լոգարիթմից:

4. Օգտագործելով նվազագույն քառակուսիների մեթոդը, առանձին-առանձին գնահատեք խառնման տարբեր արագությունների համար ծծմբազերծման գործընթացի կինետիկ բնութագրերը՝ համաձայն () հավասարման և ռեակցիայի կարգը՝ ըստ ծծմբի կոնցենտրացիայի:

Փորձարկման արդյունքներ.

1. Ծծմբաթափման գործընթացի արագության և այս արժեքի լոգարիթմի կախվածության ճիշտ գրաֆիկները ժամանակին, աղյուսակների առանձին թերթիկի վրա՝ բոլոր անհրաժեշտ նշումային ստորագրություններով:

2. Ապածծմբացման գործընթացի կինետիկ բնութագրերի արժեքները գործընթացի բոլոր տարբերակներում` նշելով չափերը (և սխալները):

3. Եզրակացություններ աշխատանքի վերաբերյալ.

թեստի հարցեր

1. Ի՞նչ պայմաններ են անհրաժեշտ խարամով մետաղի առավել ամբողջական ծծմբազրկման համար:

2. Ի՞նչ անոդային պրոցեսներ կարող են ուղեկցել ծծմբի հեռացմանը:

3. Որո՞նք են միջերեսի միջոցով ծծմբի անցման փուլերը:

4. Ո՞ր դեպքերում է իրականացվում ծծմբազրկման դիֆուզիոն կամ կինետիկ եղանակը:

5. Ո՞րն է աշխատանքային կարգը:

2.4 Բնական կարբոնատների տարանջատման գործընթացների ջերմագրական ուսումնասիրություն (Աշխատանք թիվ 16)

2.4.1 Կարբոնատային տարանջատման ընդհանուր օրինաչափություններ

Թերմոգրամը նմուշի ջերմաստիճանի կախվածությունն է ժամանակից։ Նյութերի ջերմային տարրալուծման գործընթացների ուսումնասիրման ջերմոգրաֆիկ մեթոդը լայն տարածում գտավ այն բանից հետո, երբ հայտնաբերվեցին նման կախվածությունների բնորոշ հատկանիշները՝ «ջերմաստիճանային կանգառներ» և «թեք ջերմաստիճանային տարածքներ»։

1.4

Նկար 3. Ջերմոգրամի նկարազարդում.

կետավոր կորը հիպոթետիկ հղման նմուշի ջերմագրումն է, որում դիսոցացիա տեղի չի ունենում. հոծ գիծը իրական նմուշ է երկաստիճան դիսոցացիայով:

Սրանք կախվածության բնորոշ հատվածներ են, որոնցում որոշ ժամանակ () ջերմաստիճանը կամ մնում է հաստատուն (T \u003d կոնստ), կամ ավելանում է փոքր քանակությամբ (T) հաստատուն արագությամբ (T /): Օգտագործելով թվային կամ գրաֆիկական տարբերակում, հնարավոր է լավ ճշգրտությամբ որոշել ջերմաստիճանի կանգառի սկզբի և ավարտի ժամանակի և ջերմաստիճանի պահերը։

Առաջարկվող լաբորատոր աշխատանքում նման կախվածություն է ստացվում բնական նյութի կալցիտի շարունակական տաքացմամբ, որի հիմնական բաղադրիչը կալցիումի կարբոնատն է։ Հիմնականում կալցիտից կազմված ապարը կոչվում է կրաքար: Կրաքարը մեծ քանակությամբ օգտագործվում է մետաղագործության մեջ։

Կրաքարը էնդոթերմիկ ռեակցիայով բովելու (ջերմային մշակման) արդյունքում

CaCO 3 \u003d CaO + CO 2

ստացվում է կրաքար (CaO)՝ խարամի հալման անհրաժեշտ բաղադրիչ։ Գործընթացն իրականացվում է ինչպես կրաքարի, այնպես էլ կրաքարի հալման կետերից ցածր ջերմաստիճաններում: Հայտնի է, որ կարբոնատները և դրանցից առաջացած օքսիդները գործնականում փոխադարձաբար անլուծելի են, հետևաբար, ռեակցիայի արտադրանքը նոր պինդ փուլ և գազ է։ Հավասարակշռության հաստատունի արտահայտությունը, ընդհանուր դեպքում, ունի ձև.

Այստեղ ապինդ ռեակտիվների գործունեությունն են, գազային ռեակցիայի արտադրանքի մասնակի ճնշումն է։ Մեկ այլ քար, որը կոչվում է դոլոմիտ, նույնպես լայնորեն օգտագործվում է մետաղագործության մեջ։ Այն հիմնականում բաղկացած է համանուն միներալից, որը ածխաթթվի CaMg(CO 3) 2 կրկնակի աղն է։

Կալցիտը, ինչպես ցանկացած բնական հանքանյութ, հիմնական բաղադրիչի հետ միասին պարունակում է մի շարք կեղտեր, որոնց քանակն ու բաղադրությունը կախված է բնական ռեսուրսի հանքավայրից և նույնիսկ հանքարդյունաբերության կոնկրետ տարածքից: Կեղտոտ միացությունների բազմազանությունն այնքան մեծ է, որ անհրաժեշտ է դրանք դասակարգել ըստ որոշակի առանձնահատկությունների, որոնք էական են կոնկրետ դեպքում: Թերմոդինամիկական վերլուծության համար էական հատկանիշ է ռեագենտներով լուծույթներ կազմելու կեղտերի կարողությունը: Ենթադրում ենք, որ հանքանյութում չկան կեղտեր, որոնք ուսումնասիրվող պայմանների միջակայքում (ճնշում և ջերմաստիճան) մտնում են որևէ քիմիական ռեակցիա իրենց կամ դրա տարրալուծման հիմնական բաղադրիչի կամ արտադրանքի միջև: Գործնականում այս պայմանը խստորեն բավարարված չէ, քանի որ, օրինակ, կալցիտի մեջ կարող են առկա լինել այլ մետաղների կարբոնատներ, սակայն հետագա վերլուծության տեսանկյունից, հաշվի առնելով այդ ռեակցիաները, նոր տեղեկատվություն չի ապահովվի, այլ անհարկի. բարդացնել վերլուծությունը.

Բոլոր մյուս կեղտերը կարելի է բաժանել երեք խմբի.

1. Կալցիումի կարբոնատով լուծույթ առաջացնող կեղտեր։ Նման կեղտերը, իհարկե, պետք է հաշվի առնել թերմոդինամիկական և, ամենայն հավանականությամբ, գործընթացի կինետիկ վերլուծության ժամանակ։

2. Ռեակցիայի արտադրանքում լուծվող խառնուրդներ՝ օքսիդ: Այս տեսակի կեղտերը հաշվի առնելու խնդրի լուծումը կախված է նրանից, թե որքան արագ են դրանք լուծվում պինդ ռեակցիայի արտադրանքում և սերտորեն կապված այս տեսակի կեղտերի ընդգրկումների ցրման հարցից: Եթե ​​ընդգրկումները համեմատաբար մեծ են չափերով, և դրանց տարրալուծումը տեղի է ունենում դանդաղ, ապա դրանք չպետք է հաշվի առնվեն թերմոդինամիկական վերլուծության ժամանակ:

3. Կեղտեր, որոնք անլուծելի են սկզբնական կարբոնատի և դրա տարրալուծման արտադրանքի մեջ: Այս կեղտերը չպետք է հաշվի առնվեն թերմոդինամիկական վերլուծության ժամանակ, կարծես դրանք ընդհանրապես չեն եղել: Որոշ դեպքերում դրանք կարող են ազդել գործընթացի կինետիկայի վրա:

Վերլուծության ամենապարզ (կոպիտ) տարբերակում հնարավոր է միավորել նույն տեսակի բոլոր կեղտերը և դրանք դիտարկել որպես ինչ-որ ընդհանրացված բաղադրիչ: Այս հիման վրա մենք առանձնացնում ենք երեք բաղադրիչ՝ B1, B2 և B3: Պետք է քննարկվի նաև դիտարկվող թերմոդինամիկական համակարգի գազային փուլը։ Լաբորատոր աշխատանքում տարանջատման գործընթացն իրականացվում է բաց տեղադրման մեջ, որը շփվում է սենյակի մթնոլորտի հետ: Այս դեպքում թերմոդինամիկական համակարգում ընդհանուր ճնշումը հաստատուն է և հավասար է մեկ մթնոլորտի, իսկ գազային փուլում կա գազային ռեակցիայի արտադրանք՝ ածխաթթու գազ (CO2) և օդային միջավայրի բաղադրիչներ, պարզեցված ձևով՝ թթվածին և ազոտ։ Վերջիններս չեն փոխազդում համակարգի մյուս բաղադրամասերի հետ, հետևաբար քննարկվող դեպքում թթվածինը և ազոտը չեն տարբերվում, և հաջորդիվ դրանք կանվանենք չեզոք գազային բաղադրիչ B։

Ջերմաստիճանի կանգառները և հարթակները ունեն թերմոդինամիկական բացատրություն: Ֆազերի հայտնի կազմով հնարավոր է կանխատեսել կանգառի ջերմաստիճանը թերմոդինամիկական մեթոդներով։ Հնարավոր է նաև հակադարձ խնդիրը լուծել՝ հայտնի ջերմաստիճաններից որոշել փուլերի կազմը։ Այն ներառված է այս ուսումնասիրության մեջ:

Ջերմաստիճանի կանգառները և հարթակները կարող են իրականացվել միայն գործընթացի կինետիկայի հետ կապված որոշակի պահանջների բավարարման դեպքում: Բնական է ակնկալել, որ դրանք ռեակցիայի վայրում փուլերի գործնականորեն հավասարակշռված բաղադրության և դիֆուզիոն շերտերում աննշան փոքր գրադիենտների պահանջներն են: Նման պայմաններին համապատասխանելը հնարավոր է, եթե գործընթացի արագությունը վերահսկվում է ոչ թե ներքին գործոններով (դիֆուզիոն դիմադրություն և բուն քիմիական ռեակցիայի դիմադրություն), այլ արտաքին գործոններով՝ ռեակցիայի վայր ջերմամատակարարման արագությամբ: Ֆիզիկական քիմիայում սահմանված տարասեռ ռեակցիայի հիմնական եղանակներից բացի՝ կինետիկ և դիֆուզիոն, գործընթացի այս եղանակը կոչվում է ջերմային:

Նկատի ունեցեք, որ պինդ փուլային տարանջատման գործընթացի ջերմային ռեժիմը հնարավոր է դառնում ռեակցիայի առանձնահատկությունից ելնելով, որը պահանջում է մեծ քանակությամբ ջերմության մատակարարում, և միևնույն ժամանակ այն չի ներառում մատակարարման փուլերը. սկզբնական նյութերը դեպի ռեակցիայի վայր (քանի որ մեկ նյութը քայքայվում է) և պինդ ռեակցիայի արտադրանքը հեռացնելով սահմանային փուլի բաժանումից (քանի որ այս սահմանը շարժվում է): Մնացել է դիֆուզիայի միայն երկու քայլ՝ CO2-ի հեռացում գազային փուլով (ըստ երևույթին, շատ փոքր դիմադրությամբ) և CO2-ի դիֆուզիոն օքսիդի միջով, ինչը մեծապես նպաստում է օքսիդի ճեղքմանը, որը լրացնում է նախկինում ցնդող ածխածնի երկօքսիդի զբաղեցրած ծավալը:

Դիտարկենք թերմոդինամիկական համակարգ ջերմաստիճանի կանգառից ցածր ջերմաստիճանում: Նախ ենթադրենք, որ կարբոնատում չկան առաջին և երկրորդ տեսակի կեղտեր։ Երրորդ տիպի աղտոտման հնարավոր առկայությունը հաշվի կառնվի, բայց միայն ցույց տալու համար, որ դա հնարավոր է խուսափել: Ենթադրենք, որ ուսումնասիրված փոշիացված կալցիտի նմուշը կազմված է շառավղով միանման գնդաձև մասնիկներից. r 0 . Եկեք գծենք թերմոդինամիկական համակարգի սահմանը կալցիտի մասնիկներից մեկի մակերևույթից որոշակի հեռավորության վրա, որը փոքր է իր շառավղով և այդպիսով ներառել գազի փուլի որոշակի ծավալ համակարգում։

Քննարկվող համակարգում կա 5 նյութ՝ CaO, CaCO3, B3, CO2, B, որոնցից մի քանիսը մասնակցում են մեկ ռեակցիայի։ Այս նյութերը բաշխված են չորս փուլերի վրա՝ CaO, CaCO3, B3, գազային փուլ, որոնցից յուրաքանչյուրը բնութագրվում է տարբեր հատկությունների իր արժեքներով և մյուս փուլերից առանձնացված է տեսանելի (առնվազն մանրադիտակի տակ) միջերեսով: Այն փաստը, որ B3 փուլը, ամենայն հավանականությամբ, ներկայացված է բազմաթիվ ցրված մասնիկներով, չի փոխի վերլուծությունը. բոլոր մասնիկները հատկություններով գրեթե նույնական են և կարող են դիտարկվել որպես մեկ փուլ: Արտաքին ճնշումը մշտական ​​է, ուստի մնում է միայն մեկ արտաքին փոփոխական՝ ջերմաստիճանը։ Այսպիսով, ազատության աստիճանների քանակի հաշվարկման բոլոր պայմանները ( Հետ) սահմանվում են. Հետ = (5 – 1) + 1 – 4 = 1.

Ստացված արժեքը նշանակում է, որ երբ ջերմաստիճանը (մեկ պարամետրի) փոխվում է, համակարգը մի հավասարակշռված վիճակից կանցնի մյուսին, և փուլերի քանակը և բնույթը չեն փոխվի։ Կփոխվեն համակարգի վիճակի պարամետրերը՝ ածխաթթու գազի և չեզոք գազի B ջերմաստիճանը և հավասարակշռության ճնշումը ( Տ , R CO2 , Ռ Բ).

Խիստ ասած, ասվածը ճիշտ է ոչ թե ջերմաստիճանի կանգառից ցածր որևէ ջերմաստիճանի համար, այլ միայն այն միջակայքի համար, երբ ռեակցիան, որն ի սկզբանե տեղի է ունենում կինետիկ ռեժիմում, անցել է ջերմային ռեժիմի, և իսկապես կարելի է խոսել մերձեցման մասին։ համակարգի պարամետրերից մինչև հավասարակշռված: Ավելի ցածր ջերմաստիճաններում համակարգը, ըստ էության, հավասարակշռության մեջ չէ, բայց դա ոչ մի կերպ չի ազդում նմուշի ջերմաստիճանի կախվածության վրա ժամանակից:

Փորձի հենց սկզբից՝ սենյակային ջերմաստիճանում, համակարգը գտնվում է հավասարակշռության վիճակում, բայց միայն այն պատճառով, որ նրա մեջ չկան նյութեր, որոնք կարող են փոխազդել։ Խոսքը վերաբերում է կալցիումի օքսիդին, որն այս պայմաններում (մթնոլորտում ածխաթթու գազի մասնակի ճնշումը մոտավորապես 310–4 ատմ է, հավասարակշռության ճնշումը՝ 10–23 ատմ) կարող է կարբոնացվել։ Համաձայն ռեակցիայի իզոթերմի հավասարման՝ գրված՝ հաշվի առնելով հավասարակշռության հաստատունի արտահայտությունը (16.1) խտացրած նյութերի ակտիվությամբ մեկին հավասար.

Գիբսի էներգիայի փոփոխությունը դրական է, ինչը նշանակում է, որ ռեակցիան պետք է ընթանա հակառակ ուղղությամբ, բայց դա հնարավոր չէ, քանի որ սկզբում համակարգում կալցիումի օքսիդ չկա:

Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ դիսոցման առաձգականությունը (CO2-ի հավասարակշռության ճնշումը կարբոնատի նկատմամբ) մեծանում է, ինչպես հետևում է իզոբարային հավասարումից.

քանի որ ռեակցիայի ջերմությունը զրոյից մեծ է։

Միայն մոտավորապես 520 C ջերմաստիճանի դեպքում դիսոցացման ռեակցիան դառնում է թերմոդինամիկորեն հնարավոր, բայց այն կսկսվի զգալի ժամանակի ուշացումով (ինկուբացիոն շրջան), որն անհրաժեշտ է օքսիդի փուլի միջուկացման համար: Սկզբում ռեակցիան ընթանալու է կինետիկ ռեժիմով, սակայն ավտոկատալիզի շնորհիվ կինետիկ փուլի դիմադրությունը արագորեն այնքան կնվազի, որ ռեակցիան կանցնի ջերմային ռեժիմի։ Հենց այս պահից է, որ վերը նշված թերմոդինամիկական անալիզը դառնում է վավեր, և նմուշի ջերմաստիճանը կսկսի հետ մնալ հիպոթետիկ հղման նմուշի ջերմաստիճանից, որտեղ դիսոցացիա տեղի չի ունենում (տես Նկար 3):

Դիտարկվող թերմոդինամիկական անալիզը կգործի մինչև այն պահը, երբ դիսոցացման առաձգականությունը կհասնի 1 ատմ: Միևնույն ժամանակ, ածխաթթու գազը շարունակաբար արտազատվում է նմուշի մակերեսի վրա 1 ատմ ճնշման տակ։ Այն մղում է օդը, և նմուշից նոր մասեր են գալիս այն փոխարինելու համար: Ածխածնի երկօքսիդի ճնշումը չի կարող աճել մեկ մթնոլորտից այն կողմ, քանի որ գազն ազատորեն դուրս է գալիս շրջակա մթնոլորտ:

Համակարգը հիմնովին փոխվում է, քանի որ այժմ նմուշի շուրջ գազային փուլում օդ չկա, և համակարգում կա մեկ բաղադրիչ պակաս: Նման համակարգում ազատության աստիճանների թիվը c \u003d (4 - 1) + 1 - 4 \u003d 0

պարզվում է, որ հավասար է զրոյի, և դրանում հավասարակշռություն պահպանելով, ոչ մի վիճակի պարամետր, ներառյալ ջերմաստիճանը, չի կարող փոխվել:

Այժմ մենք նշում ենք, որ բոլոր եզրակացությունները (ազատության աստիճանների քանակի հաշվարկ և այլն) ուժի մեջ կմնան, եթե հաշվի չառնվի B3 բաղադրիչը, որը մեծացնում է և՛ նյութերի, և՛ փուլերի քանակը մեկով, ինչը փոխադարձաբար։ փոխհատուցվել է.

Գալիս է ջերմաստիճանի կանգ, երբ ամբողջ մուտքային ջերմությունը ծախսվում է միայն տարանջատման գործընթացի վրա։ Համակարգն աշխատում է որպես շատ լավ ջերմաստիճանի կարգավորիչ, երբ ջերմաստիճանի փոքր պատահական փոփոխությունը հանգեցնում է դիսոցացման արագության փոփոխության հակառակ ուղղությամբ, ինչը վերադարձնում է ջերմաստիճանը նախկին արժեքին: Կարգավորման բարձր որակը բացատրվում է նրանով, որ նման համակարգը գործնականում իներցիայից զերծ է։

Քանի որ տարանջատման գործընթացը զարգանում է, ռեակցիայի ճակատը ավելի խորն է շարժվում նմուշի մեջ, մինչդեռ փոխազդեցության մակերեսը նվազում է և պինդ ռեակցիայի արտադրանքի հաստությունը մեծանում է, ինչը խոչընդոտում է ածխածնի երկօքսիդի տարածմանը ռեակցիայի վայրից դեպի նմուշի մակերես: Ժամանակի ինչ-որ պահից սկսած պրոցեսի ջերմային ռեժիմը անցնում է խառը, այնուհետև դիֆուզիոն։ Արդեն խառը ռեժիմում համակարգը կդառնա էապես ոչ հավասարակշռված, և թերմոդինամիկական վերլուծությունից ստացված եզրակացությունները կկորցնեն իրենց գործնական նշանակությունը։

Դիսոցացման գործընթացի արագության նվազման պատճառով ջերմության պահանջվող քանակությունը կնվազի այնքան, որ մուտքային ջերմային հոսքի մի մասը կրկին կսկսի ծախսվել համակարգի ջեռուցման վրա: Այս պահից ջերմաստիճանի կանգառը կդադարի, թեև տարանջատման գործընթացը դեռ կշարունակվի մինչև կարբոնատի ամբողջական քայքայումը։

Հեշտ է կռահել, որ դիտարկվող ամենապարզ դեպքի համար կանգառի ջերմաստիճանի արժեքը կարելի է գտնել հավասարումից.

Թերմոդինամիկական հաշվարկը, օգտագործելով այս հավասարումը, օգտագործելով TDHT տվյալների բազան, տալիս է 883°C ջերմաստիճան մաքուր կալցիտի համար և 834°C մաքուր արագոնիտի համար:

Հիմա եկեք բարդացնենք վերլուծությունը։ 1-ին և 2-րդ տիպի կեղտեր պարունակող կալցիտի տարանջատման ժամանակ, երբ կարբոնատի և օքսիդի ակտիվությունը չի կարելի համարել միասնության, համապատասխան պայմանն ավելի է բարդանում.

Եթե ​​ենթադրենք, որ կեղտերի պարունակությունը ցածր է, և ստացված լուծույթները կարելի է համարել անսահման նոսրացած, ապա վերջին հավասարումը կարելի է գրել այսպես.

որտեղ - մոլային մասնաբաժինըհամապատասխան անմաքրություն.

Եթե ​​թեք ջերմաստիճանի տարածքը և երկու ջերմաստիճանը ( Տ 2 > Տ 1) մաքուր կալցիումի կարբոնատի կանգառի ջերմաստիճանից բարձր. Կ Ռ (Տ 1) > 1 և Կ Ռ (Տ 2) > 1, ապա ողջամիտ է ենթադրել, որ երկրորդ տիպի կեղտեր չկան, կամ ժամանակ չունեն լուծելու () և սկզբում գնահատել 1-ին տիպի կեղտերի կոնցենտրացիան:

իսկ վերջում ջերմաստիճանի կանգ

Առաջին տիպի կեղտը որոշ չափով պետք է կուտակվի CaCO3-B1 լուծույթում, երբ շարժվում է ռեակցիայի ճակատը: Այս դեպքում տեղանքի թեքության անկյունային գործակիցը արտահայտվում է հարաբերակցությամբ.

որտեղ 1-ը բաղադրիչ B1-ի մասնաբաժինն է, որը վերադառնում է սկզբնական փուլ, երբ այն մեկուսացված է իր մաքուր տեսքով. Վ Սկալցիտի մոլային ծավալն է. v Գկարբոնատային տարանջատման արագությունն է. դիսոցացման ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունն է կանգառի ջերմաստիճանում. r 0-ը կալցիտի մասնիկի սկզբնական շառավիղն է:

Օգտագործելով հղման տվյալները, այս բանաձևը կարող է օգտագործվել հաշվարկելու համար v Գ- տարրալուծման արագություն

ռենիումի բաղադրիչ B1 կալցիտի մեջ.

2.4.2 Տեղադրման սխեման և աշխատանքի եղանակը

Աշխատանքն ուսումնասիրում է տարբեր ֆրակցիաների կալցիումի կարբոնատի և դոլոմիտի տարանջատումը։

Փորձարարական տեղադրման սխեման ներկայացված է Նկար 4-ում:

Նկար 4 - Կարբոնատների տարանջատման ջերմաչափերի ուսումնասիրման տեղակայման սխեման.

1 - կորունդի խողովակ, 2 - կարբոնատ, 3 - ջերմազույգ, 4 - վառարան,

5 - ավտոտրանսֆորմատոր, 6 - անհատական ​​համակարգիչ ADC տախտակով

Կորունդի խողովակ (1) ջերմակույտով (3) և կալցիումի կարբոնատի փորձանմուշով (2) տեղադրվում է մինչև 1200 Կ ջերմաստիճանում նախապես տաքացված վառարանում (4): Մոնիտորի էկրանին անհատական ​​համակարգիչդիտարկել նմուշի ջերմաչափը. Իզոթերմային հատվածով անցնելուց հետո փորձը կրկնվում է մեկ այլ կարբոնատային ֆրակցիայով։ Դոլոմիտի ուսումնասիրության ժամանակ ջեռուցումն իրականացվում է մինչև ջերմաստիճանի երկու կանգառի հայտնաբերումը:

Ստացված ջերմաչափերը ներկայացված են «ջերմաստիճան – ժամանակ» գրաֆիկի վրա։ Համեմատության հեշտության համար բոլոր թերմոգրամները պետք է ցուցադրվեն մեկ գրաֆիկի վրա: Դրանից որոշվում է պրոցեսի ինտենսիվ զարգացման ջերմաստիճանը և համեմատվում է թերմոդինամիկական անալիզի արդյունքում հայտնաբերվածի հետ։ Եզրակացություններ են արվում ջերմաստիճանի ազդեցության, կարբոնատի բնույթի, դրա ցրվածության աստիճանի մասին թերմոգրամի բնույթի վրա։

2.4.3 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում

Աշխատանքի արդյունքների հիման վրա պետք է լրացնել հետևյալ աղյուսակը.

Աղյուսակ 1. Կալցիումի կարբոնատի (դոլոմիտի) տարանջատման գործընթացի ուսումնասիրության արդյունքներ.

Առաջին երկու սյունակները համալրվում են արժեքներով, երբ բացվում է տվյալների ֆայլը, վերջինս պետք է հաշվարկվի: Հարթեցումը կատարվում է հինգ կետերի վրա, հարթեցված տվյալների թվային տարբերակումը կատարվում է լրացուցիչ հարթեցմամբ նաև հինգ կետերի վրա։ Աշխատանքի արդյունքների հիման վրա պետք է կառուցվեն երկու առանձին կախվածության դիագրամներ. տ- և դ տ/դ- տ .

Ստացված ջերմաստիճանի կանգառի արժեքը ( Ծ) պետք է համեմատել մաքուր կալցիտի բնորոշ արժեքի հետ: Եթե ​​դիտարկվող արժեքն ավելի մեծ է, ապա հնարավոր է մոտավորապես գնահատել առաջին տեսակի անմաքրության նվազագույն պարունակությունը՝ համաձայն (16.7) հավասարման՝ ենթադրելով, որ երկրորդ տեսակի կեղտեր չկան։ Եթե ​​հակադարձ կապ է նկատվում, ապա կարող ենք եզրակացնել, որ երկրորդ տեսակի կեղտերը ունեն հիմնական ազդեցությունը և գնահատել դրանց նվազագույն պարունակությունը՝ պայմանով, որ առաջին տեսակի կեղտեր չլինեն։ Հավասարումը (16.6) ենթադրում է, որ վերջին դեպքում

Ցանկալի է հաշվարկել հավասարակշռության հաստատունի արժեքը՝ օգտագործելով TDHT տվյալների բազան՝ օգտագործելով ձեռնարկում նկարագրված մեթոդը: Ծայրահեղ դեպքում կարող եք օգտագործել Գիբսի էներգիայի փոփոխության կախվածությունը ջերմաստիճանի հետ կալցիումի կարբոնատի տարանջատման ռեակցիայի մոտավոր հավասարումը.

Գ 0 = Բ 0 + Բմեկ · Տ + Բ 2 · Տ 2 ,

հաշվի առնելով գործակիցների արժեքները հավասար են. Բ 0 = 177820, Ջ / մոլ; Բ 1 \u003d -162.61, J / (մոլ Կ), Բ 3 \u003d 0,00765, J mol -1 K -2:

Նշում . Եթե ​​«Ֆիզիկական քիմիա» դասընթացի ուսանողները ծանոթ չեն TDHT տվյալների բազային և գործնական պարապմունքներում չեն կատարել համապատասխան հաշվարկներ, ապա պետք է օգտագործել Շվարցման-Թեմկինի հավասարումը և տեղեկատուի տվյալները:

Արդյունքների մշակման կարգը

1. Մուտքագրեք տեղեկատվության ձեռքով գրանցման արդյունքները աղյուսակային ֆայլում:

2. Կատարել ջերմաստիճանի հարթեցում:

3. Առանձին թերթիկի վրա գծեք ջերմաստիճանի գրաֆիկը ժամանակի համեմատ:

4. Տարբերակել ջերմաստիճանի արժեքները ժամանակին հարթեցմամբ 5 բալով:

5. Առանձին թերթիկի վրա կառուցել ջերմաստիճանի ժամանակային ածանցյալի ջերմաստիճանից կախվածության գրաֆիկ, որոշել տեղամասերի բնութագրերը:

Փորձարկման արդյունքներ.

1. Վերանայման ներկայացված աղյուսակների գրքում «Արդյունքներ» վերնագրված առաջին էջում պետք է ներառվեն հետևյալ տեղեկությունները.

ա. «A1» բջիջում՝ ջերմաստիճանի կանգառի արժեքը (միջինը թեք հարթակի համար), «B1» բջիջում՝ չափման միավորներ.

բ. «A2» բջիջում՝ ջերմաստիճանի կանգառի տեւողությունը, «B2» բջիջում՝ չափման միավորներ;

գ. «A3» խցում - տեղանքի թեքություն, «B3» բջիջում՝ չափման միավորներ.

դ. «A4» բջիջում - կեղտի տեսակը կամ «0», եթե կեղտերի առկայությունը չի հայտնաբերվել.

ե. «A5» խցում - կեղտի մոլային բաժինը.

զ. «A7» բջիջից սկսած՝ աշխատանքի եզրակացությունները պետք է հստակ ձևակերպվեն:

A1, A3 և A5 բջիջները պետք է հղումներ լինեն աղյուսակների գրքի այլ թերթիկների բջիջներին, որոնց վրա կատարվել են հաշվարկներ՝ ներկայացված արդյունքը ստանալու համար, և ոչ թե իրենք՝ թվային արժեքները: Եթե ​​այս պահանջը չկատարվի, ստուգման ծրագիրը տալիս է «Տեղեկատվության ներկայացման սխալ» հաղորդագրությունը:

2. Ջերմաստիճանի համեմատ ժամանակի, ջերմաստիճանի ընդդեմ ժամանակի և ջերմաստիճանի ընդդեմ ժամանակի պատշաճ ձևավորված գրաֆիկները աղյուսակների առանձին թերթիկների վրա՝ բոլոր անհրաժեշտ ենթագրերով և խորհրդանիշներով:

3. Կանգառի ջերմաստիճանի գնահատման արժեքները և դրանց տևողությունը:

4. Աշխատանքի վերաբերյալ եզրակացություններ.

թեստի հարցեր

1. Ի՞նչն է որոշում այն ​​ջերմաստիճանը, երբ կարբոնատը սկսում է տարանջատվել օդում:

2. Ինչու՞ է կարբոնիտների տարանջատման առաձգականությունը մեծանում ջերմաստիճանի բարձրացման հետ:

3. Որքա՞ն է այն համակարգի ազատության աստիճանների թիվը, որում հավասարակշռություն է հաստատվել CaO, CO 2, CaCO 3 նյութերի միջև։

4. Ինչպե՞ս կփոխվի ջերմագրամի բնույթը, եթե դիսոցացման արդյունքը սկզբնական նյութի հետ պինդ լուծույթներ է կազմում:

5. Տարասեռ կարբոնատային դիսոցման ռեակցիայի ո՞ր եղանակն է համապատասխանում ջերմագրամի իզոթերմային մասին:

6.Ինչպե՞ս կփոխվի ջերմագրամի ձևը բազմադիսպերս կարբոնատի տարանջատման ժամանակ:

7. Ո՞րն է տարբերությունը 101,3 կՊա և 50 կՊա ընդհանուր ճնշման դեպքում ստացված ջերմաչափերի միջև:

2.5 Օքսիդային հալոցքների մածուցիկության ջերմաստիճանային կախվածության ուսումնասիրություն (Աշխատանք թիվ 17)

2.5.1 Օքսիդային հալվածքների մածուցիկ դիմադրության բնույթը

Մածուցիկությունը խարամի հալոցքի կարևորագույն ֆիզիկաքիմիական բնութագրիչներից է։ Այն զգալի ազդեցություն ունի իոնների դիֆուզիոն շարժունակության վրա, հետևաբար՝ խարամի հետ մետաղի փոխազդեցության կինետիկայի, մետալուրգիական միավորներում ջերմության և զանգվածի փոխանցման գործընթացների վրա։ Մածուցիկության ջերմաստիճանից կախվածության ուսումնասիրությունը տալիս է անուղղակի տեղեկատվություն օքսիդային հալվածքների կառուցվածքային փոխակերպումների և բարդ անիոնների պարամետրերի փոփոխությունների մասին։ Կազմը և հետևաբար մածուցիկությունը կախված են խարամի նպատակից։ Այսպիսով, օրինակ, մետաղի և խարամի ռեդոքս փոխազդեցության դիֆուզիոն փուլերն ուժեղացնելու համար (ծծմբազրկում, դեֆոսֆորացում և այլն), խարամի բաղադրությունն ընտրվում է այնպես, որ դրա մածուցիկությունը ցածր լինի։ Ընդհակառակը, ջրածնի կամ ազոտի տեղափոխումը պողպատի մեջ կանխելու համար գազային փուլից խարամի միջոցով ներմուծվում է ավելացված մածուցիկությամբ խարամ։

Մածուցիկության քանակական բնութագրիչներից մեկը կարող է լինել դինամիկ մածուցիկության գործակիցը (η), որը սահմանվում է որպես համաչափության գործակից Նյուտոնի ներքին շփման օրենքով։

որտեղ Ֆերկու հարակից հեղուկ շերտերի միջև շփման ներքին ուժն է՝ grad υ – արագության գրադիենտ, Սշերտերի շփման մակերեսի տարածքն է։ SI-ում դինամիկ մածուցիկության միավորը՝ [η] = N s / m 2 = Pa s:

Հայտնի է, որ հեղուկի հոսքը մասնիկների թռիչքների շարք է դեպի հարևան կայուն դիրք: Գործընթացն ունի ակտիվացման բնույթ: Թռիչքներ իրականացնելու համար մասնիկը պետք է ունենա բավարար էներգիայի պաշար՝ համեմատած իր միջին արժեքի հետ։ Ավելորդ էներգիան անհրաժեշտ է շարժվող մասնիկի քիմիական կապերը կոտրելու և հալված ծավալի մեջ, որի մեջ այն անցնում է դատարկ (խոռոչ) ձևավորելու համար։ Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ մասնիկների միջին էներգիան մեծանում է, և դրանցից ավելին կարող է մասնակցել հոսքին, ինչը հանգեցնում է մածուցիկության նվազմանը։ Նման «ակտիվ» մասնիկների թիվը մեծանում է ջերմաստիճանի հետ՝ համաձայն Բոլցմանի էքսպոնենցիալ բաշխման օրենքի։ Ըստ այդմ, մածուցիկության գործակիցի կախվածությունը ջերմաստիճանից ունի էքսպոնենցիալ ձև

որտեղ η 0 գործակից է, որը քիչ է կախված ջերմաստիճանից, Եη-ն մածուցիկ հոսքի ակտիվացման էներգիան է: Այն բնութագրում է հոսքին մասնակցելու ունակ ակտիվ մասնիկների մոլի նվազագույն կինետիկ էներգիան։

Օքսիդային հալվածքների կառուցվածքը զգալի ազդեցություն ունի մածուցիկության գործակցի վրա։ Ի տարբերություն էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ իոնների շարժման, մածուցիկ հոսքի մեջ հեղուկի բոլոր մասնիկները հաջորդաբար շարժվում են շարժման ուղղությամբ։ Ամենադանդաղ փուլը խոշոր մասնիկների շարժումն է, որոնք ամենամեծ ներդրումն ունեն η-ի արժեքի մեջ։ Արդյունքում, մածուցիկ հոսքի ակտիվացման էներգիան ավելի մեծ է, քան էլեկտրական հաղորդունակությունը ( Ե η > Ե).

Si, P, B օքսիդներ պարունակող թթվային խարամներում մեծ է բարդ անիոնների կոնցենտրացիան շղթաների, օղակների, տետրաեդրների և այլ տարածական կառուցվածքների տեսքով (օրինակ.

և այլն): Խոշոր մասնիկների առկայությունը մեծացնում է հալվածքի մածուցիկությունը, քանի որ. դրանք տեղափոխելը փոքրերի համեմատ մեծ էներգիա է պահանջում:

Հիմնական օքսիդների (CaO, MgO, MnO) ավելացումները հանգեցնում են հալոցքում պարզ կատիոնների (Ca 2+, Mg 2+, Mn 2+) կոնցենտրացիայի ավելացմանը։ Ներդրված О2– անիոնները նպաստում են հալման ապապոլիմերացմանը; բարդ անիոնների քայքայումը, օրինակ,

Արդյունքում խարամի մածուցիկությունը նվազում է։

Կախված ջերմաստիճանից և բաղադրությունից, մետալուրգիական խարամների մածուցիկությունը կարող է տարբեր լինել բավականին լայն տիրույթում (0,01 - 1 Պա վրկ): Այս արժեքները մեծության կարգերով ավելի բարձր են, քան հեղուկ մետաղների մածուցիկությունը, ինչը պայմանավորված է խարամներում համեմատաբար մեծ հոսքի միավորների առկայությամբ:

η-ի կրճատված էքսպոնենցիալ կախվածությունը Տ(17.2) լավ նկարագրում է 35 մոլից պակաս հիմնական խարամների փորձարարական տվյալները: % SiO 2 . Նման հալոցքում մածուցիկ հոսքի ակտիվացման էներգիան Եη հաստատուն է և ունի փոքր արժեք (45 – 80 կՋ/մոլ): Ջերմաստիճանի նվազմամբ η-ն աննշանորեն փոխվում է, և միայն պնդացումից հետո սկսում է արագ աճել:

Կոմպլեքսային բաղադրիչների բարձր կոնցենտրացիայով թթվային խարամներում ակտիվացման էներգիան կարող է նվազել ջերմաստիճանի բարձրացմամբ. Ե η = Ե 0 / Տ, որը պայմանավորված է տաքացման ժամանակ բարդ անիոնների տարանջատմամբ։ Փորձարարական տվյալները այս դեպքում գծայինացված են կոորդինատներում » lnη – 1/ Տ 2».

2.5.2 Մածուցիկության տեղադրման և չափման ընթացակարգի նկարագրությունը

Աշխատանքի մեջ մածուցիկության գործակիցը չափելու համար օգտագործվում է պտտվող մածուցիկաչափ (Նկար 5): Այս սարքի սարքը և աշխատանքի սկզբունքը հետևյալն է. Փորձարկման հեղուկը (2) տեղադրվում է գլանաձև կարասի մեջ (1), որի մեջ ընկղմված է առաձգական պարանի (5) վրա կախված լիսեռը (4): Փորձի ընթացքում էլեկտրական շարժիչից (9) ոլորող մոմենտը փոխանցվում է սկավառակին (7), նրանից պարանի միջով դեպի spindle:

Օքսիդային հալվածքի մածուցիկության մեծությունը դատվում է թելի ոլորման անկյունով, որը որոշվում է (8) սանդղակով։ Երբ spindle- ը պտտվում է, հեղուկի մածուցիկ դիմադրությունը ստեղծում է ուժերի արգելակման պահ, ոլորելով թելը այնքան ժամանակ, մինչև պարանի առաձգական դեֆորմացիայի պահը հավասարվի մածուցիկ դիմադրության ուժերի պահին: Այս դեպքում սկավառակի և spindle-ի պտտման արագությունը նույնը կլինի: Նման վիճակին համապատասխան՝ պարանի ոլորման անկյունը (∆φ) կարելի է չափել՝ համեմատելով սլաքի (10) դիրքը սանդղակի հետ՝ սկզբնական՝ մինչև էլեկտրական շարժիչը միացնելը և կայուն՝ միացնելուց հետո։ Ակնհայտ է, որ Δφ պարանի ոլորման անկյունը որքան մեծ է, այնքան մեծ է հեղուկ η-ի մածուցիկությունը։ Եթե ​​լարային դեֆորմացիաները չեն գերազանցում սահմանայինները (համապատասխանում է Հուկի օրենքի վավերությանը), ապա ∆φ-ի արժեքը համաչափ է η-ին և կարող ենք գրել.

Հավասարման գործոն կ, որը կոչվում է մածուցիկաչափի հաստատուն, կախված է խառնարանի և լիսեռի չափսերից, ինչպես նաև պարանի առաձգական հատկություններից։ Քանի որ լարային տրամագիծը նվազում է, մածուցիկաչափի զգայունությունը մեծանում է:

Նկար 5 - Մածուցիկության չափման տեղադրման սխեման.

1 – խառնարան, 2 – փորձնական հալվածություն, 3 – սպինդի գլուխ,

4 - spindle, 5 - լարային, 6 - վերին մասը տեղադրման, 7 - սկավառակ,

8 - սանդղակ, 9 - էլեկտրական շարժիչ, 10 - սլաք, 11 - վառարան, 12 - տրանսֆորմատոր,

13 - ջերմաստիճանի վերահսկման սարք, 14 - ջերմակույտ:

Վիսկոմետրի հաստատունը որոշելու համար կկարասի մեջ տեղադրվում է հայտնի մածուցիկությամբ հեղուկ՝ տրանսֆորմատորային յուղի մեջ ռոսինի լուծույթ: Այս դեպքում Δφ0-ը որոշվում է փորձի ժամանակ սենյակային ջերմաստիճանում: Այնուհետև, իմանալով հղման հեղուկի մածուցիկությունը (η0) տվյալ ջերմաստիճանում, հաշվարկեք կըստ բանաձևի.

Գտնված արժեք կօգտագործվում է օքսիդի հալոցի մածուցիկության գործակիցը հաշվարկելու համար:

2.5.3 Աշխատանքի կարգը

Մետաղագործական խարամների մածուցիկ հատկություններին ծանոթանալու համար այս լաբորատոր աշխատանքում ուսումնասիրվում է Na 2 O · 2B 2 O 3 հալվածքը։ Չափումները կատարվում են 850–750 o C ջերմաստիճանի միջակայքում: Սկզբնական ջերմաստիճանը (850 o C) հասնելուց հետո մածուցիկաչափի ցուցիչը դրվում է զրոյի: Այնուհետև միացրեք էլեկտրական շարժիչը և ամրացրեք պարանի պտտման անշարժ անկյունը ∆φ t . Առանց մածուցիկաչափն անջատելու, կրկնում ենք ∆φ t-ի չափումը այլ ջերմաստիճաններում: Փորձը դադարեցվում է, երբ պարանի ոլորման անկյունը սկսում է գերազանցել 720 o-ը։

2.5.4 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում

Չափումների արդյունքների համաձայն լրացրեք հետևյալ աղյուսակը.

Աղյուսակ 1. Մածուցիկության կախվածությունը ջերմաստիճանից

Աղյուսակում առաջին երկու սյունակները լրացվում են մոնիտորի էկրանին ջերմաստիճանի ցուցումների ձեռքով գրանցման և մածուցիկության սանդղակի վրա թելի ոլորման անկյան արդյունքների համաձայն: Մնացած սյունակները հաշվարկված են:

Մածուցիկության գործակիցի փոփոխության էքսպոնենցիալ օրենքի իրագործելիությունը ջերմաստիճանի հետ (17.2) ստուգելու համար գրաֆիկ է գծվում «Ln (η) - 10 3 / կոորդինատներում: Տ«. Ակտիվացման էներգիան կարելի է գտնել օգտագործելով LINEST() (OpenOffice.Calc) կամ LINEST() (MicrosoftOffice.Exel) ֆունկցիաները՝ դրանք կիրառելով աղյուսակի հինգերորդ և վեցերորդ սյունակներում:

Եզրակացություններում η-ի և E η-ի համար ստացված տվյալները համեմատվում են մետաղագործական խարամների համար հայտնիների հետ, և քննարկվում են մածուցիկության ջերմաստիճանային կախվածության բնույթը և դրա կապը հալման կառուցվածքային փոփոխությունների հետ:

Արդյունքների մշակման կարգը

1. Չափումներ կատարեք տրամաչափման բջիջի վրա և հաշվարկեք սահմանման հաստատունը

2. Մուտքագրեք տեղեկատվության ձեռքով գրանցման արդյունքները աղյուսակային ֆայլում:

3. Հաշվել մածուցիկության արժեքները:

4. Առանձին թերթիկի վրա գծե՛ք մածուցիկության համեմատ ջերմաստիճանի գրաֆիկը:

5. Հաշվե՛ք մածուցիկության լոգարիթմը և հակադարձ բացարձակ ջերմաստիճանը չափումների ամբողջ հավաքածուի համար:

6. Գտի՛ր նվազագույն քառակուսիների գործակիցները բ 0 , բ 1 հավասարում, որը մոտեցնում է մածուցիկության լոգարիթմի կախվածությունը փոխադարձ ջերմաստիճանից և հաշվարկում է ակտիվացման էներգիան:

7. Առանձին թերթիկի վրա գծեք մածուցիկության լոգարիթմի կախվածության գրաֆիկը փոխադարձ ջերմաստիճանից և տվեք մոտավոր կախվածություն. Փորձարկման արդյունքներ.

1. Վերանայման ներկայացված աղյուսակների գրքում «Արդյունքներ» վերնագրված առաջին էջում պետք է ներառվեն հետևյալ տեղեկությունները.

ա. «A1» խցում - սկզբնական ջերմաստիճան, «B1» բջիջում՝ չափման միավորներ;

բ. «A2» խցում - վերջնական ջերմաստիճանը, «B2» բջիջում՝ չափման միավորները;

գ. «A3» բջիջում՝ ցածր ջերմաստիճաններում մածուցիկ հոսքի ակտիվացման էներգիան, «B3» բջիջում՝ չափման միավորները.

դ. «A4» բջիջում - ցածր ջերմաստիճաններում էլեկտրական հաղորդունակության ջերմաստիճանից կախվածության բանաձևի նախնական էքսպոնենցիալ գործոնը, «B4» բջիջում՝ չափման միավորներ.

ե. «A5» բջիջում՝ բարձր ջերմաստիճաններում մածուցիկ հոսքի ակտիվացման էներգիա, «B5» բջիջում՝ չափման միավորներ.

զ. «A6» բջիջում` բարձր ջերմաստիճաններում էլեկտրական հաղորդունակության ջերմաստիճանային կախվածության բանաձևի նախնական էքսպոնենցիալ գործոն, «B6» բջիջում` չափման միավորներ.

է. «A7» բջիջից սկսած՝ աշխատանքի եզրակացությունները պետք է հստակ ձևակերպվեն:

A1-A6 բջիջներում պետք է լինեն հղումներ աղյուսակների գրքի այլ թերթիկների բջիջներին, որոնց վրա կատարվել են հաշվարկներ՝ ներկայացված արդյունքը ստանալու համար, և ոչ թե իրենք՝ թվային արժեքները: Եթե ​​այս պահանջը չկատարվի, ստուգման ծրագիրը տալիս է «Տեղեկատվության ներկայացման սխալ» հաղորդագրությունը:

2. Փորձարարական տվյալներից (կետերից) ստացված և բազմանդամով (գծով) մոտեցված ջերմաստիճանից մածուցիկության կախվածության գրաֆիկները և մածուցիկության լոգարիթմը փոխադարձ ջերմաստիճանից, աղյուսակների առանձին թերթիկների վրա՝ բոլոր անհրաժեշտ նշագրման ստորագրություններով: թեստի հարցեր

1. Ի՞նչ ձևով են հալված օքսիդի բաղադրիչները՝ բաղկացած CaO, Na 2 O, SiO 2, B 2 O 3, Al 2 O 3:

2. Ի՞նչ է կոչվում մածուցիկության գործակից:

3. Ինչպե՞ս կփոխվի խարամի մածուցիկության ջերմաստիճանային կախվածությունը, երբ դրան ավելացվեն հիմնական օքսիդներ:

4. Ի՞նչ միավորներով է չափվում մածուցիկությունը:

5. Ինչպե՞ս է որոշվում մածուցիկաչափի հաստատունը:

6. Ի՞նչն է որոշում մածուցիկ հոսքի ակտիվացման էներգիան:

7. Ինչո՞վ է պայմանավորված ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մածուցիկության նվազումը:

8. Ինչպե՞ս է հաշվարկվում մածուցիկ հոսքի ակտիվացման էներգիան:

2.6 Մանգանի վերականգնում օքսիդի հալոցքից մինչև պողպատ

(Աշխատանք թիվ 18)

2.6.1 Մետաղի և խարամի էլեկտրաքիմիական փոխազդեցության ընդհանուր օրենքներ

Հեղուկ մետաղի հալած խարամի հետ փոխազդեցության գործընթացները տեխնիկական մեծ նշանակություն ունեն և տեղի են ունենում բազմաթիվ մետալուրգիական միավորներում։ Այս ագրեգատների արտադրողականությունը, ինչպես նաև պատրաստի մետաղի որակը մեծապես որոշվում են փուլային սահմանով որոշակի տարրերի անցման արագությամբ և ամբողջականությամբ:

Տարբեր փուլերում զգալի թվով ֆիզիկական և քիմիական պրոցեսների միաժամանակյա առաջացումը, բարձր ջերմաստիճանը, հիդրոդինամիկական և ջերմային հոսքերի առկայությունը դժվարացնում են արտադրական և լաբորատոր պայմաններում փուլային փոխազդեցության գործընթացների փորձարարական ուսումնասիրությունը: Նման բարդ համակարգերն ուսումնասիրվում են մոդելների օգնությամբ, որոնք արտացոլում են դիտարկվող օբյեկտի անհատական, բայց առավել նշանակալից կողմերը: Այս հոդվածում մետաղ-խարամ միջերեսում տեղի ունեցող գործընթացների մաթեմատիկական մոդելը հնարավորություն է տալիս վերլուծել բաղադրիչների ծավալային կոնցենտրացիաների փոփոխությունը և միջերեսային սահմանով դրանց անցման արագությունը՝ որպես ժամանակի ֆունկցիա:

Օքսիդային հալոցքից մանգանի կրճատումը տեղի է ունենում էլեկտրաքիմիական կիսա-ռեակցիայի համաձայն.

(Mn 2+) + 2e =

Ուղեկցող գործընթացները պետք է լինեն օքսիդացման գործընթացներ: Ակնհայտ է, որ սա կարող է լինել երկաթի օքսիդացման գործընթացը:

= (Fe2+) + 2e

կամ պողպատի բաղադրության մեջ առկա կեղտերը, օրինակ՝ սիլիցիումը: Քանի որ չորս լիցքավորված սիլիցիումի իոնը չի կարող լինել խարամի մեջ, այս գործընթացը ուղեկցվում է սիլիցիում-թթվածին քառաեդրոնի ձևավորմամբ՝ էլեկտրաքիմիական կիսա-ռեակցիայի համաձայն.

4(O 2-) \u003d (SiO 4 4-) + 4e

Տրված էլեկտրոդի կիսա-ռեակցիաներից միայն մեկի անկախ հոսքն անհնար է, քանի որ դա հանգեցնում է էլեկտրական կրկնակի շերտում լիցքերի կուտակմանը փուլային սահմանին, ինչը կանխում է նյութի անցումը:

Նրանցից յուրաքանչյուրի համար հավասարակշռության վիճակը բնութագրվում է հավասարակշռության էլեկտրոդի ներուժով ()

որտեղ է ստանդարտ պոտենցիալը, արդյո՞ք նյութի օքսիդացված և նվազեցված ձևերի ակտիվությունը, զէլեկտրոնների քանակն է, որոնք ներգրավված են էլեկտրոդների գործընթացում, Ռհամընդհանուր գազի հաստատուն է, ՖՖարադայի հաստատունն է, Տ- ջերմաստիճան.

Մանգանի վերածումը խարամից մետաղի իրականացվում է առնվազն երկու էլեկտրոդային կիսա-ռեակցիաների համատեղ առաջացման արդյունքում: Նրանց արագություններն այնպես են սահմանված, որ ինտերֆեյսի վրա լիցքերի կուտակում չկա: Այս դեպքում մետաղի պոտենցիալը ստանում է անշարժ արժեք, որի դեպքում էլեկտրոնների առաջացման և յուրացման տեմպերը նույնն են։ Տարբերությունը փաստացի, այսինքն. անշարժ, պոտենցիալ և դրա հավասարակշռության արժեքը կոչվում է էլեկտրոդի բևեռացում (գերլարում), . Բևեռացումը բնութագրում է համակարգի հավասարակշռությունից հեռացնելու աստիճանը և որոշում է բաղադրիչների անցման արագությունը փուլային սահմանով` էլեկտրաքիմիական կինետիկայի օրենքներին համապատասխան:

Դասական թերմոդինամիկայի տեսանկյունից երկաթի մեջ լուծված սիլիցիումով խարամից մանգանի վերացման գործընթացները համակարգում տեղի են ունենում այս կամ այն ​​ուղղությամբ.

2(MnO) + = 2 + (SiO 2) H = -590 կՋ / մոլ

և հենց լուծիչը (մանգանի օքսիդացում երկաթի օքսիդով խարամում

(MnO)+=+(FeO)=. H = 128 կՋ / մոլ

Ֆորմալ կինետիկայի տեսանկյունից, առաջին ռեակցիայի արագությունը, որը որոշվում է, օրինակ, մետաղի մեջ սիլիցիումի պարունակության փոփոխությամբ, որը հեռու է կինետիկ ռեժիմում հավասարակշռությունից, պետք է կախված լինի մանգանի օքսիդի կոնցենտրացիաների արտադրանքից: խարամ և սիլիցիում մետաղի մեջ որոշ չափով: Դիֆուզիոն ռեժիմում ռեակցիայի արագությունը պետք է գծայինորեն կախված լինի բաղադրիչի կոնցենտրացիայից, որի դիֆուզիոն խանգարվում է: Նմանատիպ նկատառումներ կարելի է անել երկրորդ ռեակցիայի համար:

Ռեակցիայի հավասարակշռության հաստատունը՝ արտահայտված գործողություններով

միայն ջերմաստիճանի ֆունկցիա է:

Մանգանի հավասարակշռության կոնցենտրացիաների հարաբերակցությունը խարամում և մետաղում

կոչվում է մանգանի բաշխման գործակից, որը, ի տարբերություն, կախված է փուլերի կազմից և ծառայում է որպես խարամի և մետաղի միջև այս տարրի բաշխման քանակական բնութագիր։

2.6.2 Գործընթացի մոդել

Մոդելավորման մոդելը դիտարկում է երեք էլեկտրոդի կիսա-ռեակցիաներ, որոնք կարող են առաջանալ CaO – MnO – FeO – SiO 2 – Al 2 O 3 օքսիդի հալոցի և Mn և Si պարունակող հեղուկ երկաթի միջև՝ որպես կեղտեր: Ենթադրություն է արվում դրանց հոսքի դիֆուզիոն ռեժիմի մասին։ Հաշվի է առնվում խարամի մեջ Fe 2+ մասնիկների, մետաղի մեջ սիլիցիումի և մանգանի դիֆուզիայի արգելակումը երկու փուլերում։ Մոդելը նկարագրող հավասարումների ընդհանուր համակարգը ունի ձևը

որտեղ υ ј էլեկտրոդի կիսա-ռեակցիայի արագությունն է, η ժ- բևեռացում, ես ժսահմանափակող դիֆուզիոն հոսանքի խտությունն է, Դ ժդիֆուզիայի գործակիցն է, β-ը կոնվեկտիվ հաստատունն է, Քջ- համակենտրոնացում.

Մոդելավորման մոդելային ծրագիրը թույլ է տալիս լուծել (18.4) - (18.8) հավասարումների համակարգը, ինչը հնարավորություն է տալիս պարզել, թե ինչպես է փոխվում բաղադրիչների ծավալային կոնցենտրացիան և դրանց անցման արագությունը ժամանակի ընթացքում, երբ մետաղը փոխազդում է խարամի հետ: Հաշվարկների արդյունքները ցուցադրվում են: Մոնիտորի էկրանից ստացված տեղեկատվությունը ներառում է հիմնական բաղադրիչների կոնցենտրացիաների, դրանց ընթացիկ արժեքների, ինչպես նաև ջերմաստիճանի արժեքների և կոնվեկցիոն հաստատունների փոփոխությունների գրաֆիկական ներկայացում (Նկար 8):

Ծրագրի բլոկային դիագրամը մետաղի և խարամի փոխազդեցության մոդելավորման մոդելի համար ներկայացված է Նկար 7-ում: Ծրագիրն աշխատում է ցիկլով, որը դադարում է միայն նշված մոդելավորման ժամանակի (մոտ 10 րոպե) ավարտից հետո:

Նկար 7 - Մոդելավորման մոդելի ծրագրի բլոկային դիագրամ

2.6.3 Աշխատանքային կարգը

Մոդելավորման ծրագրի կողմից ստեղծված պատկերը ներկայացված է Նկար 8-ում (աջ վահանակ): Չափված քանակների ընտրված թվային արժեքները տրված են վահանակի վերին մասում, գործընթացի մոդելավորման ընթացքում ստացված բոլոր արժեքները ցուցադրվում են գրաֆիկի վրա: Մետաղական և խարամային հալոցքների բաղադրիչների նշանակումներում օգտագործվում են մետալուրգիական գրականության մեջ ընդունված լրացուցիչ նշաններ։ Քառակուսի փակագծերը ցույց են տալիս, որ բաղադրիչը պատկանում է մետաղի հալոցքին, իսկ կլոր փակագծերը՝ խարամին։ Բաղադրիչների նշանակումներում բազմապատկիչները օգտագործվում են միայն գծագրման համար, դրանք չպետք է հաշվի առնվեն արժեքները մեկնաբանելիս: Մինչ մոդելն աշխատում է, ցանկացած պահի ցուցադրվում է միայն չափված արժեքներից մեկի արժեքը: 6 վայրկյան հետո այն անհետանում է և հայտնվում է հաջորդ արժեքի արժեքը: Այս ժամանակահատվածում անհրաժեշտ է ժամանակ ունենալ հաջորդ արժեքը գրանցելու համար։ Ժամանակ խնայելու համար խորհուրդ է տրվում չգրել հաստատուն թվեր, օրինակ՝ ջերմաստիճանի արժեքի առաջատար միավորը։

Նկ. 8. Մոնիտորի էկրանի պատկերը պրոցեսների տարբեր փուլերում թիվ 18 աշխատանքի կատարման ժամանակ։

Տեղադրման մեկնարկից չորս-հինգ րոպե անց խարամին ավելացրեք նախապես տաքացված մանգանի օքսիդ, որն իրականացվում է միաժամանակ սեղմելով Alt ստեղնը և հիմնական ստեղնաշարի համարի ստեղնը ձեր տեղադրման համարով: Արդյունքների մշակման կարգը.

1. Մուտքագրեք տեղեկատվության ձեռքով գրանցման արդյունքները աղյուսակային ֆայլում:

2. Հաշվարկել միջերեսային սահմանով տարրերի անցման գործընթացների արագությունները և այդ արժեքների լոգարիթմները 1400 կգ մետաղական հալոցքի զանգվածով խարամին մանգանի օքսիդ ավելացնելուց առաջ և հետո:

3. Գծապատկերներ առանձին թերթիկների վրա՝ ջերմաստիճանն ընդդեմ ժամանակի, մանգանի անցման արագությունն ընդդեմ ժամանակի, սիլիցիումի անցման արագության լոգարիթմի ընդդեմ մետաղում սիլիցիումի կոնցենտրացիայի լոգարիթմի:

4. Գնահատե՛ք սիլիցիումի անցման գործընթացի կինետիկ բնութագրերը՝ օգտագործելով նվազագույն քառակուսիների մեթոդը:

Փորձարկման արդյունքներ.

1. Նախորդ բաժնում թվարկված պատշաճ ձևավորված գծապատկերներ՝ աղյուսակների առանձին թերթիկի վրա՝ բոլոր անհրաժեշտ ստորագրություններով և խորհրդանիշներով:

Նկար 2. Սիլիցիումի օքսիդացման ռեակցիայի կարգի արժեքները մանգանի օքսիդի ներմուծումից առաջ և հետո՝ ցույց տալով սխալները:

3. Եզրակացություններ աշխատանքի վերաբերյալ.

թեստի հարցեր

1. Ինչու՞ է անհրաժեշտ մոդելավորել պողպատի արտադրության գործընթացները:

2. Ո՞րն է մետաղի և խարամի փոխազդեցության բնույթը և ինչպե՞ս է այն դրսևորվում:

3. Ո՞ր պոտենցիալն է կոչվում ստացիոնար:

4. Ո՞ր ներուժն է կոչվում հավասարակշռություն:

5. Ի՞նչ է կոչվում էլեկտրոդների բևեռացում (գերլարում):

6. Որքա՞ն է մանգանի բաշխման գործակիցը մետաղի և խարամի միջև:

7. Ինչո՞վ է պայմանավորված մանգանի բաշխման հաստատունը մետաղի և խարամի միջև:

8. Ի՞նչ գործոններ են ազդում դիֆուզիոն ռեժիմում մանգանի մետաղից խարամի անցման արագության վրա:

Մատենագիտություն

1. Լինչևսկի, Բ.Վ. Մետաղագործական փորձի տեխնիկա [Text] / B.V. Լինչևսկին. - Մ.: Մետալուրգիա, 1992. - 240 էջ.

2. Արսենտիև, Պ.Պ. Մետաղագործական գործընթացների ուսումնասիրության ֆիզիկաքիմիական մեթոդներ [Տեքստ]. Դասագիրք համալսարանների համար / P.P. Արսենտիև, Վ.Վ. Յակովլև, Մ.Գ. Կրաշենիննիկով, Լ.Ա. Պրոնին և ուրիշներ - Մ .: Մետալուրգիա, 1988. - 511 էջ.

3. Պոպել, Ս.Ի. Հալած մետաղի փոխազդեցությունը գազի և խարամի հետ [Տեքստ]. դասագիրք / Ս.Ի. Պոպել, Յու.Պ. Նիկիտին, Լ.Ա. Բարմին և ուրիշներ - Սվերդլովսկ: խմբ. UPI նրանց. ՍՄ. Կիրովա, 1975, - 184 էջ.

4. Պոպել, Ս.Ի. Մետաղագործական գործընթացների տեսություն [Տեքստ]: Դասագիրք / Ս.Ի. Պոպել, Ա.Ի. Սոտնիկով, Վ.Ն. Բորոնենկով. - Մ.: Մետալուրգիա, 1986. - 463 էջ.

5. Լեպինսկիխ, Բ.Մ. Մետաղների և խարամի հալվածքների տրանսպորտային հատկությունները [Տեքստ]. Ձեռնարկ / Բ.Մ. Լեպինսկիխ, Ա.Ա. Բելոուսով / Պոդ. խմբ. Վատոլինա Ն.Ա. - Մ.: Մետալուրգիա, 1995. - 649 էջ.

6. Բելայ, Գ.Է. Մետաղագործական փորձի կազմակերպում [Տեքստ]. դասագիրք / Գ.Է. Բելայ, Վ.Վ. Դեմբովսկի, Օ.Վ. Սոցենկո. - Մ.: Քիմիա, 1982. - 228 էջ.

7. Պանֆիլով, Ա.Մ. Թերմոդինամիկական հատկությունների հաշվարկ բարձր ջերմաստիճաններում [Էլեկտրոնային ռեսուրս]. Ուսումնական օգնություն մետալուրգիական և ֆիզիկական ճարտարագիտության ֆակուլտետների ուսանողների համար կրթության բոլոր ձևերի / A.M. Պանֆիլովը, Ն.Ս. Սեմենովա - Եկատերինբուրգ: USTU-UPI, 2009. - 33 p.

8. Պանֆիլով, Ա.Մ. Թերմոդինամիկական հաշվարկներ Excel աղյուսակներում [Էլեկտրոնային ռեսուրս]. ուղեցույցներԿրթության բոլոր ձևերի մետալուրգիական և ֆիզիկատեխնիկական ֆակուլտետների ուսանողների համար / A.M. Panfilov, N.S. Սեմենովա - Եկատերինբուրգ: UGTUUPI, 2009. - 31 p.

9. Ֆիզիկական և քիմիական քանակությունների համառոտ տեղեկատու / Under. խմբ. Ա.Ա. Ռավդելը և Ա.Մ. Պոնոմարյովը։ Լ.: Քիմիա, 1983. - 232 էջ.

Կազաչկով Է.Ա. Մետաղագործական գործընթացների տեսության հաշվարկներ (Փաստաթուղթ)

Գոլդշտեյն Ն.Լ. Մետաղագործական գործընթացների տեսության կարճ դասընթաց (Փաստաթուղթ)

Դիլդին Ա.Ն., Սոկոլովա Է.Վ. Մետաղագործական գործընթացների տեսություն (Փաստաթուղթ)

Կրիվանդին Վ.Ա. Ֆիլիմոնով Յու.Պ. Մետաղագործական վառարանների նախագծման տեսություն և հաշվարկներ հատոր 1 (փաստաթուղթ)

Դուդնիկով Ի.Ա. Մետաղագործական գործընթացների տեսության հիմունքներ (Փաստաթուղթ)

Շարոգլազով Բ.Ա., Ֆարաֆոնտով Մ.Ֆ., Կլեմենտիև Վ.Վ. ICE. Աշխատանքային հոսքերի տեսություն, մոդելավորում և հաշվարկ (Փաստաթուղթ)

Լուկանին Վ.Ն., Մորոզով Կ. Ա., Խաչիյան Ա.Ս. et al. Workflow Theory (Փաստաթուղթ)

Գլինկով Գ.Մ., Մակովսկի Վ.Ա. APCS սեւ մետալուրգիայում (Փաստաթուղթ)

Գիխման Ի.Ի., Սկորոխոդ Ա.Վ. Ստոխաստիկ գործընթացների տեսության ներածություն (փաստաթուղթ)

Կոնովալով Ա.Վ., Ներովնի Վ.Մ., Կուրկին Ա.Ս., Եռակցման գործընթացների տեսություն. Դասագիրք բուհերի համար (Փաստաթուղթ)

n1.doc

FGOU VPO

ՍԻԲԻՐԻ ՀԱՄԱԼՍԱՐԱՆ ՖԵԴԵՐԱԼ

ԳՈՒՆԱՎՈՐ ՄԵՏԱՂՆԵՐԻ ԻՆՍՏԻՏՈՒՏ

ԵՎ ՆՅՈՒԹԱԳԻՏՈՒԹՅՈՒՆ

ՄԵՏԱԼՈՒՐԳԻԱԿԱՆ ԳՈՐԾԸՆԹԱՑՆԵՐԻ ՏԵՍՈՒԹՅՈՒՆ

ԴԱՍԱԽՈՍՆԵՐԻ ԱՄՓՈՓՈՒՄ ՄԱՍՆԱԳԻՏՈՒԹՅԱՆ ՈՒՍԱՆՈՂՆԵՐԻ ՀԱՄԱՐ

ՖԻԶԻԿԱԿԱՆ ԻՆԺԵՏ

ԿՐԱՍՆՈՅԱՐՍԿ 2008թ

UDC 669.541

BBC 24.5

Գրախոս
Հաստատված է որպես ուսուցման միջոց
Ի.Ի.Կոպաչ
Կ 55 Մետաղագործական գործընթացների տեսություն.Պրոց. Ձեռնարկ «Ինժեներ-ֆիզիկոս» մասնագիտության համար / SibFU. Կրասնոյարսկ, 2008. - 46 p.

ISBN 5-8150-0043-4
Ձեռնարկը ուրվագծում է մետալուրգիական արտադրության հիմնական գործընթացների տեսական դրույթները, ինչպիսիք են դիսոցացումը, օքսիդացման ռեդոքս գործընթացները, զտման քիմիական և ֆիզիկական մեթոդները, մետալուրգիական արտադրության խարամները և սուլֆիդային մետալուրգիան:
Սիբիրի դաշնային համալսարան, 2008 թ

Ներածությունում

1. 
   ՔԻՄԻԱԿԱՆ ՄԻԱՑՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԻ ԴԻՍՈՑԻԱՑՈՒՄ
2. 
   ԳԱԶԻ ՓԱԶԻ ԿԱԶՄԸ ԵՎ ՀԱՏԿՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԸ ԲԱՐՁՐ ՋԵՐՄԱՇԽԱՏՈՒՄՆԵՐՈՒՄ.
3. 
   Նվազեցման գործընթացները.
   1. 
      Ջրածնի նվազեցում
   2. 
      Վերականգնում պինդ ածխածնի հետ
   3. 
      Վերականգնում CO գազով
   4. 
      Վերականգնում մետաղներով

4. ՄԵՏԱՂՆԵՐԻ ԶՐՏՈՒՄ

4.1. Պիրոմետալուրգիական զտման մեթոդներ

4.2. Ֆիզիկական մաքրման մեթոդներ

1. 
   կարգավորելով
2. 
   Բյուրեղացում
3. 
   վակուումային զտում

5. ՍՈՒԼՖԻԴԱՅԻՆ ՆՅՈՒԹԵՐԻ ՄՇԱԿՈՒՄԸ.

1. 
   Բաժանող հալվել.
2. 
   Անփայլ փոխակերպում.

6. ՄԵՏԱԼՈՒՐԳԻԱԿԱՆ խարամ.

1. 
   Հալվում է խարամի կառուցվածքը

B E D E N I E

Մետաղագործական պրոցեսների տեսությունը ֆիզիկական քիմիա է, որը նկարագրում է քիմիապես արձագանքող համակարգերի վարքագիծը բարձր ջերմաստիճաններում՝ 800-ից 2500 Կ և ավելի:

Մարդկության արագացված առաջընթացը սկսվեց այն բանից հետո, երբ մարդիկ սովորեցին օգտագործել մետաղները: Երկրի զարգացման մակարդակը դեռևս մեծապես որոշվում է մետալուրգիական, քիմիական և հանքարդյունաբերության զարգացման մակարդակով։ Ներկայումս էքստենսիվ զարգացման ուղիները գործնականում սպառվել են, և առաջին պլան է մղվել արտադրության բոլոր ճյուղերի, այդ թվում՝ մետաղագործության ինտենսիվ զարգացման հարցը։ Վերջին տասնամյակները բնութագրվում են բոլորի նկատմամբ որակապես նոր մոտեցումներով արտադրական գործընթացները, սա:

1. 
   էներգիայի և ռեսուրսների խնայողություն,
2. 
   հումքի և տեխնածին թափոնների խորը վերամշակում,
3. 
   գիտության վերջին նվաճումների օգտագործումը արտադրության մեջ,
4. 
   միկրո և նանոտեխնոլոգիաների օգտագործումը,
5. 
   արտադրական գործընթացների ավտոմատացում և համակարգչայինացում,
6. 
   վրա վնասակար ազդեցությունների նվազագույնի հասցնել միջավայրը.

Այս (և շատ այլ) պահանջներ բարձր պահանջներ են դնում ժամանակակից ինժեների հիմնարար և մասնագիտացված պատրաստվածության մակարդակի վրա:

Մետաղագործական պրոցեսների տեսության վերաբերյալ առաջարկվող դասագիրքը փորձ է ներկայացնում կարգապահությունը բարդության առաջին, ամենացածր մակարդակում, այսինքն. առանց մաթեմատիկական ապացույցների, սկզբնական դիրքերի նվազագույն հիմնավորմամբ և ստացված արդյունքների վերլուծությամբ։ Ձեռնարկը բաղկացած է 6 գլուխներից, որոնք ընդգրկում են հանքաքարերից և խտանյութերից մետաղներ ստանալու գրեթե ողջ գործընթացը։

Նախ, եկեք հիշենք երկաթի հանքաքարից կամ երկաթի հանքաքարի խտանյութից երկաթի հալման գործընթացը, որը հայտնի է դպրոցական քիմիայի դասընթացից: Պայթուցիկ վառարանում կա երեք փուլ.

1. 
   գազային փուլ՝ բաղկացած CO, CO 2 գազերից, մետաղական գոլորշիներից և օքսիդներից,
2. 
   խարամի փուլ, որը բաղկացած է հալած օքսիդներից CaO, SiO 2, Al 2 O 3, FeO, MnO և այլն:
3. 
   մետաղական փուլ, որը բաղկացած է հեղուկ երկաթից և դրա մեջ լուծված կեղտերից, ինչպիսիք են ածխածինը, մանգանը, սիլիցիումը, ֆոսֆորը, ծծումբը և այլն։

Բոլոր երեք փուլերը փոխազդում են քիմիական և ֆիզիկապես: Երկաթի օքսիդը կրճատվում է խարամի փուլում և անցնում մետաղական փուլ։ Խարամի փուլում լուծված թթվածինը անցնում է մետաղական փուլ և օքսիդացնում է դրա մեջ առկա կեղտերը։ Մետաղական փուլում օքսիդի կաթիլները վեր են լողում, իսկ խարամի փուլում նստում են մետաղական կաթիլները։ Բաղադրիչների անցումը մի փուլից մյուսը կապված է դրանց փոխանցման հետ փուլային սահմաններով, հետևաբար, մետալուրգի ինժեներն աշխատում է բազմաբաղադրիչ, տարասեռ, քիմիապես արձագանքող համակարգերով:

Ներկայումս մետալուրգիան ստանում է մոտ 70 մետաղ, որոնք սովորաբար բաժանվում են գունավոր և գունավոր։ Վերջիններս ներառում են ընդամենը 4 մետաղ՝ երկաթ, մանգան, վանադիում և քրոմ։ Գունավոր մետաղների խումբն ավելի շատ է, ուստի բաժանվում է հետևյալ ենթախմբերի.

1. 
   Ծանր՝ պղինձ, կապար, ցինկ, նիկել, անագ, սնդիկ, ընդհանուր 18 տարր։
2. 
   Թեթև մետաղներ՝ ալյումին, մագնեզիում, տիտան, սիլիցիում, ալկալիական և հողալկալիական մետաղներ՝ ընդհանուր 12 տարր։
3. 
   Ազնվական՝ ոսկի, արծաթ, պլատին և այլն, ընդամենը 8 տարր, նրանք իրենց անունը ստացել են թթվածնի հետ կապվածության բացակայության պատճառով, հետևաբար բնության մեջ գտնվում են ազատ (չօքսիդացված) վիճակում։
4. 
   Հազվագյուտ մետաղներ՝ հրակայուն՝ 5 տարր, հազվագյուտ հող՝ 16 տարր և ռադիոակտիվ՝ 16 տարր։

Ըստ արտադրության եղանակի՝ մետաղների ստացման գործընթացները բաժանվում են երեք խմբի.

պիրոմետալուրգիական,

հիդրոմետալուրգիական և

էլեկտրամետաղագործական գործընթացներ.

Դրանցից առաջինը գործում է 1000 - 2500 Կ կարգի ջերմաստիճանում, մինչդեռ բաղադրիչները գտնվում են հալված և լուծարված վիճակում։

Վերջիններս ընթանում են ջրային, ավելի հազվադեպ՝ օրգանական լուծիչների մեջ, 300–600 Կ ջերմաստիճանում։ Շատ հիդրոմետալուրգիական պրոցեսներ նույնպես ընթանում են բարձր ճնշումներով, այսինքն. ավտոկլավներում:

Էլեկտրոմետալուրգիական պրոցեսները տեղի են ունենում էլեկտրոդների վրա ինչպես ջրային լուծույթներում, այնպես էլ աղի հալոցներում տարբեր ջերմաստիճաններում։ Օրինակ՝ կավահողի էլեկտրոլիզը կրիոլիտ-կավահողի հալոցքում ընթանում է 1230 Կ ջերմաստիճանում, իսկ պլատինի էլեկտրոլիզը ջրային էլեկտրոլիտից՝ 330 Կ։

Շատ մետաղների արտադրության հումք են, առաջին հերթին, օքսիդացված հանքաքարերը, որոնցից ստացվում են ալյումին, երկաթ, քրոմ, մանգան, տիտան, մասամբ՝ պղինձ, նիկել, կապար։ Ավելի քիչ տարածված սուլֆիդային հանքաքարերից ստացվում են այնպիսի մետաղներ, ինչպիսիք են պղինձը, կապարը, նիկելը, կոբալտը, ազնիվ մետաղները։ Մագնեզիումը, կալցիումը և ալկալիական մետաղները ստացվում են քլորիդային հանքաքարերից (ծովերի և լճերի ջրերից)։

Մետաղագործական արտադրությունը վնասակար ազդեցություն ունի շրջակա միջավայրի վրա, մասնավորապես.

1. 
   ռեակցիայի գազերի արտանետումները, ինչպիսիք են CO, SO 2, SO 3, Cl, CS 2 և շատ այլ գազեր,
2. 
   տարբեր չափերի և բաղադրության ծալքավոր և հեղուկ մասնիկներ,
3. 
   արդյունաբերական ջրերի մեծ ծավալների արտանետում, որոնք աղտոտում են ջրային մարմինները, ներառյալ խմելու ջրի մատակարարումը:
4. 
   ավելորդ, ցածրարժեք էներգիայի մեծ արտանետում, որը կարող է օգտագործվել ջերմոցների տաքացման համար և այլն:

Այս գործոնները բացասաբար են ազդում։ Առաջին հերթին ձեռնարկությունների աշխատակիցներին, ինչպես նաև մերձակա քաղաքներին և ավաններին։ Հետևաբար, ինժեների կարևորագույն խնդիրներից է արտադրությունը կազմակերպել և պլանավորել այնպես, որ նվազագույնի հասցվեն շրջակա միջավայրի վրա վնասակար ազդեցությունները: Բնապահպանական խնդիրներառաջին հերթին պետք է լինի ոչ միայն սոցիալական արտադրության մեջ, այլև յուրաքանչյուր մարդու անձնական ինքնազսպման մեջ՝ անձնական տրանսպորտից լրիվ կամ մասնակի մերժման, էներգառեսուրսների չափից ավելի սպառման և այլնի տեսքով։

Մոտավոր հաշվարկը ցույց է տալիս, որ անձը աշխատանքի է գնում հանրային տրանսպորտ, սպառում է մոտավորապես մի կարգով ավելի քիչ վառելիք և թթվածին, համեմատած հարմարավետության սիրահարների հետ, ովքեր միայնակ են ճանապարհորդում մի քանի լիտր շարժիչով շարժիչով մեքենայով: Մարդկության ապագան, որպես մտածող համայնք, գնում է գիտակից ինքնազսպման ճանապարհով ապրանքների, ծառայությունների և, ի վերջո, էներգետիկ ռեսուրսների սպառման ոլորտում։

Կրթության դաշնային գործակալություն

GOU VPO «Ուրալի պետական ​​տեխնիկական համալսարան - UPI»

Ա.Մ. Պանֆիլով

Ուսումնական էլեկտրոնային տեքստային հրատարակություն

Պատրաստված է մետալուրգիական պրոցեսների տեսության ամբիոնի կողմից

Գիտական ​​խմբագիր՝ պրոֆ., դոկտ. քիմ. Գիտությունների Մ.Ա. Սպիրիդոնով

«Մետալուրգիական համակարգերի և պրոցեսների ֆիզիկական քիմիա», «Մետալուրգիական գործընթացների տեսություն» առարկաներից լաբորատոր աշխատանքի ուղեցույց մետալուրգիական մասնագիտությունների գծով կրթության բոլոր ձևերի ուսանողների համար:

ՏՄՊ ամբիոնի «Մետաղագործական գործընթացների տեսություն» սեմինարում աշխատանքի կազմակերպման կանոններ (մասնագիտացված լսարան.

Mt-431 իմ. Օ.Ա. Եսին): Նկարագրված են լաբորատոր աշխատանքների կատարման մեթոդաբանությունը և կարգը, տրված են լաբորատոր աշխատանքների վերաբերյալ հաշվետվությունների բովանդակության և ձևավորման պահանջները՝ համաձայն գործող ԳՕՍՏ-ների և դրանց իրականացման առաջարկություններ:

© GOU VPO USTU-UPI, 2008 թ

Եկատերինբուրգ

Ներածություն ...................................................... ................................................ .. ................................................ .. չորս

1 Մետաղագործական պրոցեսների տեսության լաբորատոր արտադրամասում աշխատանքի կազմակերպում ............... 4

1.1 Նախապատրաստում լաբորատորիայի համար ............................................ .......................................................... ...................... .. 5 1.2 Չափումների արդյունքների մշակման և հաշվետվության ձևավորման առաջարկություններ ........... ................................. 5

1.3.1 Հողամաս .............................................. .......................................................... .......................... 5

1.3.2 Փորձարարական տվյալների հարթեցում.......................................... ...................................................................... ..... 7

1.3.5 Դիսկրետ կետերի բազմությամբ սահմանված ֆունկցիայի թվային տարբերակում .................................. 8

մոտավոր տվյալների մի շարք .............................................. .......................................... 9

1.3.7 Արդյունքների ներկայացում.............................................. .......................................................... ....... ....... տաս

2 Լաբորատոր աշխատանքի նկարագրությունը .............................................. .......................................................... ....... ............. տասնմեկ

2.1 Երկաթի բարձր ջերմաստիճանի օքսիդացման կինետիկայի ուսումնասիրություն (Աշխատանք թիվ 13) ................................ .............. 12

2.1.1 Երկաթի օքսիդացման ընդհանուր օրինաչափություններ .......................................... ...................................................................... ..................... 12 2.1.2 Ստեղծման և փորձերի անցկացման կարգի նկարագրությունը .............. .. ...................................................... .. տասնչորս

2.1.3 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում ................................... ................. ................... տասնհինգ

Թեստային հարցեր ..................................................... ................................................ .. ................. 17

2.2 Օքսիդային հալոցքների էլեկտրական հաղորդունակության ջերմաստիճանային կախվածության ուսումնասիրություն

(Աշխատանք թիվ 14) .............................................. ................................................... .................................. 19

2.2.1 Ընդհանուր տեղեկություններ խարամների էլեկտրական հաղորդունակության բնույթի մասին ................................... ................................ 19

2.2.2 Կարգավորման և չափման ընթացակարգի նկարագրությունը .......................................... ...................................... 21

2.2.3 Ինչպես կատարել աշխատանքը ...................................... .......................................................... ......... 23

2.2.4 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում................................. ...................................... 24

Թեստային հարցեր ..................................................... ................................................ .. ................. 25

2.3 Մոդելավորման մոդելի վրա խարամի միջոցով մետաղների ծծմբազրկման կինետիկայի ուսումնասիրություն (Աշխատանք No.

15) ............................................................................................................................................................ 26

2.3.1 Ընդհանուր տեղեկություններ խարամով մետաղների ծծմբազրկման կինետիկայի մասին ................................ ...................... .. 26

2.3.2 Գործընթացի մաթեմատիկական մոդել.......................................... ................................................... .. 29

2.3.3 Աշխատանքային կարգը ...................................... ................................................. ................ ...... երեսուն

2.3.4 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում ................................... ................................ 31

Թեստային հարցեր ..................................................... ................................................ .. ................. 32

2.4 Բնական կարբոնատների տարանջատման գործընթացների ջերմոգրաֆիական ուսումնասիրություն (Աշխատանք թիվ 16) 33.

2.4.1 Կարբոնատային տարանջատման ընդհանուր օրինաչափություններ .......................................... ................................................ 33

2.4.2 Տեղադրման սխեման և աշխատանքի եղանակը .......................................... ................................................ 39

2.4.3 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում ................................... ................................. 39

Թեստային հարցեր ..................................................... ................................................ .. ................. 41

2.5 Օքսիդային հալոցքների մածուցիկության ջերմաստիճանային կախվածության ուսումնասիրություն (Աշխատանք թիվ 17) .............. 42.

2.5.1 Հալվածքների օքսիդի մածուցիկ դիմադրության բնույթը ...................................... ........ ................ 42

2.5.2 Մածուցիկության տեղադրման և չափման ընթացակարգի նկարագրությունը ...................................... .......................... ................. 43

2.5.3 Աշխատանքային կարգը ...................................... ................................................. ................................ 45

2.5.4 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում ................................... ................................. 45 Անվտանգության հարցեր ........... ................................................................... ...................................................................... ............. 46

2.6 Մանգանի վերականգնում հալված օքսիդից պողպատի մեջ (աշխատանք թիվ 18)

2.6.1 Մետաղի և խարամի էլեկտրաքիմիական փոխազդեցության ընդհանուր օրենքները ............... 47

2.6.2 Գործընթացի մոդել ...................................... ................................................................ ................................... 49

2.6.3 Աշխատանքային կարգը ...................................... ................................................................ ................. ...... հիսուն

Թեստային հարցեր ..................................................... ................................................ .. ................................. 52 Հղումներ ................. ...................................................... ................................ ...................... .......................................... 53

STP USTU-UPI 1-96	Ձեռնարկությունների ստանդարտ. Դիպլոմային և կուրսային նախագծերի (աշխատանքների) նախագծման ընդհանուր պահանջներ և կանոններ.
ԳՕՍՏ Ռ 1.5-2002	GSS. Ստանդարտներ. Շինարարության, ներկայացման, դիզայնի, բովանդակության և նշանակման ընդհանուր պահանջներ:
ԳՕՍՏ 2.105-95	ESKD. Տեքստային փաստաթղթերի ընդհանուր պահանջներ.
ԳՕՍՏ 2.106-96	ESKD. Տեքստային փաստաթղթեր.
ԳՕՍՏ 6.30 2003 թ	ԱՄՆ ԴՈԼԱՐ. Կազմակերպչական և վարչական փաստաթղթերի միասնական համակարգ. Փաստաթղթերի պահանջներ.
ԳՕՍՏ 7.32-2001	SIBID. Հետազոտության հաշվետվություն.
ԳՕՍՏ 7.54-88	SIBID. Նյութերի և նյութերի հատկությունների վերաբերյալ թվային տվյալների ներկայացում գիտատեխնիկական փաստաթղթերում: Ընդհանուր պահանջներ.
ԳՕՍՏ 8.417-2002	GSOEI. Միավորներ

Նշումներ և հապավումներ

	Նախկին ԽՍՀՄ կամ միջպետական ​​ստանդարտ (ներկայումս):
	Ստանդարտ, որն ընդունվել է Ռուսաստանի Դաշնության Ստանդարտացման և չափագիտության պետական ​​կոմիտեի (Ռուսաստանի Գոստանդարտ) կամ Ռուսաստանի Դաշնության Բնակարանային և շինարարական քաղաքականության պետական ​​կոմիտեի (Ռուսաստանի Գոսստրոյ) կողմից:
	Պետական ​​ստանդարտացման համակարգ.
	Չափումների միասնականության ապահովման պետական ​​համակարգ.
	Ինֆորմացիոն տեխնոլոգիա
	Նվազագույն քառակուսի մեթոդ
	Անհատական ​​համակարգիչ
	Ձեռնարկությունների ստանդարտ
	Մետաղագործական գործընթացների տեսություն

Ներածություն

Մետաղ-խարամի համակարգի հատկությունների և մետալուրգիական ստորաբաժանումներում տեղի ունեցող գործընթացների ուսումնասիրման համար լաբորատոր աշխատանք կատարելը թույլ է տալիս ավելի լավ հասկանալ վերլուծության ֆիզիկաքիմիական մեթոդի հնարավորությունները և ձեռք բերել հմտություններ դրա գործնական կիրառման մեջ: Բացի այդ, ուսանողը ծանոթանում է առանձին ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների և ընդհանրապես մետալուրգիական պրոցեսների փորձարարական և մոդելային հետազոտության մեթոդների ներդրմանը, ձեռք է բերում փորձարարական տեղեկատվության մշակման, վերլուծության և ներկայացման հմտություններ:

1 Մետաղագործական գործընթացների տեսության լաբորատոր արտադրամասում աշխատանքի կազմակերպում

Մետալուրգիական պրոցեսների տեսության լաբորատոր սեմինարում հիմնականը փորձարարական տեղեկատվության համակարգչային հավաքումն է։ Սա որոշում է աշխատանքի կազմակերպման մի շարք առանձնահատկություններ.

Յուրաքանչյուր աշակերտ ստանում է անհատական ​​առաջադրանք, կատարում է ամբողջ փորձը կամ դրա որոշակի մասը և մշակում ստացված տեղեկատվությունը: Աշխատանքի արդյունքը ներառում է ուսումնասիրվող երևույթի ստացված թվային բնութագրերը և դրանց որոշման սխալները, բացահայտված առանձնահատկությունները պատկերող գրաֆիկները և տեղեկատվության ամբողջ հավաքածուից ստացված եզրակացությունները: Ուսանողների հաշվետվություններում տրված աշխատանքի քանակական արդյունքների անհամապատասխանությունը վերահսկողական գնահատականների համեմատ չպետք է գերազանցի 5%-ը։

Արդյունքների ներկայացման հիմնական տարբերակը փորձարարական տվյալների մշակումն է, գրաֆիկների գծագրումը և եզրակացությունների ձևակերպումը Microsoft.Excel կամ OpenOffice.Calc աղյուսակներում։

Ուսուցչի թույլտվությամբ ժամանակավորապես թույլատրվում է ներկայացնել ձեռագիր հաշվետվություն՝ անհրաժեշտ նկարազարդումներով և գրաֆիկական թղթի վրա արված գրաֆիկներով։

Կատարված լաբորատոր աշխատանքի մասին հաշվետվությունը ներկայացվում է լաբորատոր արտադրամասը ղեկավարող ուսուցչին ոչ ուշ, քան հաջորդ լաբորատոր աշխատանքին նախորդող աշխատանքային օրը: Հաղորդման կարգը (էլեկտրոնային փոստով, ընդմիջման ժամանակ ցանկացած ուսուցչի կամ լաբորանտին, ով ներկայումս դասավանդում է դասեր) սահմանում է ուսուցիչը:

Նախորդ աշխատանքի վերաբերյալ ժամանակին հաշվետվություն չներկայացրած և կոլոկվիումը (թեստավորում) չանցած ուսանողներին չեն թողնում հաջորդ լաբորատոր աշխատանքին։

Միայն այն ուսանողներին, ովքեր անցել են ներածական ճեպազրույց լաբորատոր արտադրամասում անվտանգ աշխատանքի միջոցառումների վերաբերյալ և ստորագրել են բրիֆինգի թերթիկը, կարող են լաբորատոր աշխատանք կատարել:

Ջեռուցման և չափիչ էլեկտրական սարքերի, քիմիական ապակյա իրերի և ռեագենտների հետ աշխատանքը կատարվում է լաբորատորիայում անվտանգության ցուցումների համաձայն:

Աշխատանքն ավարտելուց հետո սովորողը կարգի է բերում աշխատավայրը և հանձնում լաբորանտին։

1.1 Նախապատրաստում լաբորատորիայի համար

Դասին նախապատրաստվելու հիմնական աղբյուրներն են այս ձեռնարկը, դասախոսի կողմից առաջարկվող դասագրքերը և ուսումնական նյութերը, դասախոսությունների նշումները:

Նախապատրաստվելով լաբորատոր աշխատանքին, ուսանողը դասին նախորդող շաբաթվա ընթացքում պետք է կարդա և հասկանա ուսումնասիրվող երևույթի հետ կապված նյութը, հասկանա ձեռնարկի սխեմաները տեղադրման նախագծման և չափման տեխնիկայի և դրանց արդյունքների մշակման մեջ: Դժվարությունների դեպքում անհրաժեշտ է օգտագործել լաբորատոր պարապմունքներ վարող դասախոսի և ուսուցիչների առաջարկվող գրականությունը և խորհրդատվությունները։

Աշխատանքը կատարելու սովորողի պատրաստակամությունը վերահսկվում է ուսուցչի կողմից յուրաքանչյուր աշակերտի անհատական ​​հարցումով կամ համակարգչային թեստավորման միջոցով: Անբավարար պատրաստված աշակերտը պարտավոր է դասի ընթացքում ուսումնասիրել այս աշխատանքին առնչվող նյութը, իսկ աշխատանքի փորձարարական մասը կրկին ստուգելուց հետո կատարել լրացուցիչ դասաժամ։ Կրկնակի պարապմունքների անցկացման ժամանակը և կարգը կարգավորվում է հատուկ ժամանակացույցով։

1.2 Չափումների արդյունքների մշակման և հաշվետվության վերաբերյալ առաջարկություններ

Համաձայն ԳՕՍՏ 7.54-88-ի, փորձարարական թվային տվյալները պետք է ներկայացվեն վերնագրված աղյուսակների տեսքով: Յուրաքանչյուր լաբորատորիայի համար տրվում են նմուշների աղյուսակներ:

Չափումների արդյունքները մշակելիս անհրաժեշտ է օգտագործել վիճակագրական մշակում. կիրառել փորձարարական տվյալների հարթեցում, օգտագործել նվազագույն քառակուսիների մեթոդը կախվածության պարամետրերը գնահատելիս և այլն: և անպայման գնահատեք ստացված արժեքների սխալը։ Նման մշակում կատարելու համար աղյուսակները տրամադրում են հատուկ վիճակագրական գործառույթներ։ Գործառույթների անհրաժեշտ հավաքածուն առկա է նաև գիտական ​​(ինժեներական) հաշվարկների համար նախատեսված հաշվիչներում։

1.3.1 Հողամաս

Փորձեր կատարելիս, որպես կանոն, մի քանի պարամետրերի արժեքները ամրագրվում են միաժամանակ: Վերլուծելով նրանց հարաբերությունները՝ կարելի է եզրակացություններ անել դիտարկվող երեւույթի մասին։ Թվային տվյալների տեսողական ներկայացումը մեծապես հեշտացնում է նրանց փոխհարաբերությունների վերլուծությունը, ահա թե ինչու գծապատկերը տեղեկատվության հետ աշխատելու այդքան կարևոր քայլ է: Նկատի ունեցեք, որ ֆիքսված պարամետրերի մեջ միշտ կա առնվազն մեկ անկախ փոփոխական՝ արժեք, որի արժեքը փոխվում է ինքնին (ժամանակ) կամ որը սահմանվում է փորձարարի կողմից: Մնացած պարամետրերը որոշվում են անկախ փոփոխականների արժեքներով: Գծապատկերներ կազմելիս դուք պետք է առաջնորդվեք որոշ կանոններով.

Անկախ փոփոխականի արժեքը գծագրվում է աբսցիսայի (հորիզոնական առանցքի) երկայնքով, իսկ ֆունկցիայի արժեքը՝ օրդինատի (ուղղահայաց առանցքի) երկայնքով։

Առանցքների երկայնքով սանդղակները պետք է ընտրվեն այնպես, որ գրաֆիկի տարածքը հնարավորինս տեղեկատվական օգտագործվի, որպեսզի ավելի քիչ դատարկ տարածքներ լինեն, որոնց վրա չկան փորձարարական կետեր և ֆունկցիոնալ կախվածության գծեր: Այս պահանջը կատարելու համար հաճախ անհրաժեշտ է կոորդինատային առանցքի սկզբում նշել ոչ զրոյական արժեք: Այս դեպքում բոլոր փորձարարական արդյունքները պետք է ներկայացվեն գրաֆիկի վրա:

Առանցքների երկայնքով արժեքները, որպես կանոն, պետք է լինեն մի ամբողջ թվի բազմապատիկ (1, 2, 4, 5) և հավասարաչափ տարածված լինեն: Կտրականապես անընդունելի է առանցքների վրա նշել կոնկրետ չափումների արդյունքները։ Ընտրված սանդղակի միավորները չպետք է լինեն չափազանց փոքր կամ չափազանց մեծ (չպետք է պարունակեն մի քանի առաջատար կամ հետին զրոներ): Այս պահանջն ապահովելու համար դուք պետք է օգտագործեք 10 X ձևի մասշտաբի գործակիցը, որը հանված է առանցքի նշման մեջ:

Ֆունկցիոնալ կախվածության գիծը պետք է լինի կամ ուղիղ կամ հարթ կոր: Թույլատրվում է փորձարարական կետերը ճեղքված գծով միացնել միայն նախնական վերլուծության փուլում։

Աղյուսակների միջոցով գծապատկերներ գծելիս այս պահանջներից շատերը ավտոմատ կերպով կբավարարվեն, բայց սովորաբար ոչ բոլորը և ոչ ամբողջությամբ, այնպես որ գրեթե միշտ պետք է կարգավորեք ստացված ներկայացումը:

Աղյուսակներն ունեն հատուկ ծառայություն՝ Chart Wizard (Հիմնական ընտրացանկ՝ Insert Chart): Դրան մուտք գործելու ամենապարզ ձևն այն է, որ սկզբում ընտրել բջիջի տարածք, որը ներառում է և՛ արգումենտ, և՛ ֆունկցիա (մի քանի գործառույթ), և մկնիկի օգնությամբ ակտիվացնել «Diagram Wizard» կոճակը ստանդարտ վահանակի վրա:

Սա ձեզ կտրամադրի գծապատկերի ձևանմուշ, որի հետ դեռ պետք է աշխատեք, քանի որ կանխադրված գծապատկերներից շատերի ավտոմատ ընտրությունը, հավանաբար, չի բավարարի ձեր բոլոր պահանջներին:

Առաջին հերթին ստուգեք առանցքների թվերի չափը և առանցքների տառերը և լեգենդի ֆունկցիաների պիտակները: Ցանկալի է, որ տառատեսակի չափը լինի ամենուր նույնը, ոչ պակաս, քան 10 և ոչ ավելի, քան 14 միավոր, բայց յուրաքանչյուր մակագրության արժեքը պետք է սահմանել առանձին։ Դա անելու համար տեղադրեք կուրսորը հետաքրքրվող օբյեկտի վրա (առանցք, պիտակ, լեգենդ) և սեղմեք մկնիկի աջ կոճակը: Հայտնվող համատեքստի ընտրացանկում ընտրեք «Ձևաչափ (տարր)» և «Տառատեսակ» պիտակով թռուցիկի նոր ընտրացանկում ընտրեք ցանկալի արժեքը: Առանցքը ձևավորելիս դուք պետք է լրացուցիչ նայեք և, հնարավոր է, փոխեք թերթերի արժեքները «Scale» և «Number» պիտակներով: Եթե ​​չեք հասկանում, թե ինչ փոփոխությունների կհանգեցնի առաջարկվող ընտրությունը, մի վախեցեք փորձել որևէ տարբերակ, քանի որ դուք միշտ կարող եք հրաժարվել կատարված փոփոխություններից՝ սեղմելով Ctrl + Z ստեղները կամ ընտրելով «Խմբագրել» հիմնական ընտրացանկի տարրը. Չեղարկել կամ սեղմելով «Հետարկել» կոճակը ստանդարտ գործիքագոտու վրա:

Եթե ​​կետերը շատ են, իսկ տարածումը փոքր է, և գիծը բավականին հարթ տեսք ունի, ապա կետերը կարելի է կապել գծերով։ Դա անելու համար կուրսորը տեղափոխեք գրաֆիկի ցանկացած կետի վրա և սեղմեք մկնիկի աջ կոճակը: Ընտրեք «Ձևաչափել տվյալների շարքը» համատեքստի ընտրացանկից, որը հայտնվում է: «Դիտել» պիտակով թղթի վրա նոր պատուհանում դուք պետք է ընտրեք համապատասխան գույնը և գծի հաստությունը և միևնույն ժամանակ ստուգեք կետերի գույնը, չափը և ձևը: Հենց այս կերպ են կառուցվում կախվածությունները, որոնք մոտավոր են փորձարարական տվյալներին: Եթե ​​մոտարկումը ուղիղ գիծ է, ապա փաստարկի տիրույթի եզրերին բավարար է երկու կետ։ Աղյուսակներում ներկառուցված «հարթ կորի» տարբերակի օգտագործումը խորհուրդ չի տրվում հարթեցման պարամետրերը կարգավորելու անկարողության պատճառով:

1.3.2 Փորձարարական տվյալների հարթեցում

Բարձր ջերմաստիճանի փորձարարական կարգավորումների վրա ստացված փորձարարական տվյալները բնութագրվում են մեծ պատահական չափման սխալով: Սա որոշվում է հիմնականում էլեկտրամագնիսական միջամտությամբ հզոր ջեռուցման սարքի շահագործման արդյունքում: Արդյունքների վիճակագրական մշակումը կարող է զգալիորեն նվազեցնել պատահական սխալը: Հայտնի է, որ սովորական օրենքի համաձայն բաշխված պատահական փոփոխականի համար միջին թվաբանականի սխալը որոշվում է. Նարժեքներ, մեջ Ն½ անգամ պակաս, քան մեկ չափման սխալը: Մեծ թվով չափումների դեպքում, երբ ընդունելի է ենթադրել, որ տվյալների պատահական ցրումը փոքր ընդմիջումով զգալիորեն գերազանցում է արժեքի կանոնավոր փոփոխությունը, արդյունավետ հարթեցման տեխնիկան չափված արժեքի հաջորդ արժեքին վերագրելն է միջին թվաբանականը: հաշվարկված մի քանի արժեքներից դրա շուրջ սիմետրիկ միջակայքում: Մաթեմատիկորեն սա արտահայտվում է բանաձևով.

(1.1)

և շատ հեշտ է իրականացնել աղյուսակներում: Այստեղ y i-ը չափման արդյունքն է, և ՅԵս դրա փոխարեն օգտագործելու հարթեցված արժեքն է:

Թվային տեղեկատվության հավաքագրման համակարգերի օգնությամբ ստացված փորձարարական տվյալները բնութագրվում են պատահական սխալով, որի բաշխումը զգալիորեն տարբերվում է սովորական օրենքից։ Այս դեպքում կարող է ավելի արդյունավետ լինել միջին թվաբանականի փոխարեն օգտագործել միջինը: Այս դեպքում միջակայքի միջնամասում չափված արժեքին վերագրվում է այն չափված արժեքի արժեքը, որը պարզվեց, որ ամենամոտն է թվաբանական միջինին: Թվում է, թե ալգորիթմի փոքր տարբերությունը կարող է զգալիորեն փոխել արդյունքը: Օրինակ, միջին գնահատման տարբերակում որոշ փորձարարական արդյունքներ կարող են ընդհանրապես չօգտագործվել, ամենայն հավանականությամբ, նրանք, որոնք իսկապես

«թափել» արժեքները հատկապես մեծ սխալով:

1.3.5 Դիսկրետ կետերի բազմությամբ սահմանված ֆունկցիայի թվային տարբերակում

Փորձարարական կետերի մշակման ժամանակ նման գործողության անհրաժեշտությունը բավականին հաճախ է առաջանում։ Օրինակ, կոնցենտրացիայի կախվածությունը ժամանակից տարբերելով՝ հայտնաբերվում է պրոցեսի արագության կախվածությունը ժամանակից և ռեագենտի կոնցենտրացիայից, ինչը, իր հերթին, թույլ է տալիս գնահատել ռեակցիայի հերթականությունը։ Գործառույթի թվային տարբերակման գործողությունը, որը սահմանված է նրա արժեքների մի շարքով ( y) համապատասխանում է արգումենտների արժեքների համապատասխան փաթեթին ( x), հիմնված է ֆունկցիայի դիֆերենցիալի մոտավոր փոխարինման վրա նրա վերջնական փոփոխության և փաստարկի վերջնական փոփոխության հարաբերակցությամբ.

(1.2)

Թվային տարբերակումը զգայուն է սկզբնական տվյալների անճշտությունների, շարքի անդամների անտեսման և այլնի հետևանքով առաջացած սխալների նկատմամբ, և, հետևաբար, պետք է կատարվի խնամքով: Ածանցյալի () գնահատման ճշգրտությունը բարելավելու համար նրանք նախ փորձում են հարթել փորձարարական տվյալները, գոնե մի փոքր հատվածի վրա, և միայն դրանից հետո կատարել տարբերակում։ Արդյունքում, ամենապարզ դեպքում, հավասար հեռավոր հանգույցների համար (արգումենտի արժեքները միմյանցից տարբերվում են նույն քանակությամբ x-ով), ստացվում են հետևյալ բանաձևերը՝ առաջինում ածանցյալի համար ( X 1) կետ.

ածանցյալի համար բոլոր մյուս կետերում ( x), բացառությամբ վերջինի.

վերջին ածանցյալի համար ( x) կետ:

Եթե ​​կան շատ փորձարարական տվյալներ, և թույլատրվում է անտեսել մի քանի ծայրահեղ կետեր, ապա կարող են օգտագործվել ավելի ուժեղ հարթեցման բանաձևեր, օրինակ, 5 միավորի համար.

կամ 7 միավորով.

Հանգույցների անհավասար դասավորության համար մենք սահմանափակվում ենք մեզ առաջարկելով օգտագործել փոփոխված բանաձևը (1.3) ձևով.

(1.8)

և մի հաշվարկեք ածանցյալը սկզբի և վերջի կետերում:

Այսպիսով, թվային տարբերակումն իրականացնելու համար անհրաժեշտ է ազատ սյունակի բջիջներում տեղադրել համապատասխան բանաձևեր։ Օրինակ, անհավասարաչափ արգումենտ արժեքները տեղադրվում են «A» սյունակում՝ 2-ից 25 բջիջներում, իսկ ֆունկցիայի արժեքները՝ «B» սյունակում՝ համապատասխան բջիջներում: Ենթադրվում է, որ ածանցյալի արժեքները տեղադրվում են «C» սյունակում: Այնուհետև «C3» բջիջում պետք է մուտքագրեք բանաձևը (5) ձևով.

= (B4 - B2) / (A4 - A2)

և պատճենեք (ձգեք) C4:C24 միջակայքի բոլոր բջիջներին:

1.3.6 Բազմանդամների գործակիցների նվազագույն քառակուսիների մեթոդով որոշում.

մոտավոր որոշ տվյալների հավաքածու

Թվային տեղեկատվության գրաֆիկական ներկայացման ժամանակ հաճախ անհրաժեշտություն է առաջանում փորձնական կետերի երկայնքով գիծ գծելու, որը բացահայտում է ստացված կախվածության առանձնահատկությունները։ Սա արվում է տեղեկատվությունը ավելի լավ ընկալելու և չափումների սխալների պատճառով որոշակի տարածում ստացած տվյալների հետագա վերլուծությունը հեշտացնելու համար: Հաճախ ուսումնասիրվող երեւույթի տեսական վերլուծության հիման վրա նախապես հայտնի է, թե ինչ տեսք պետք է ունենա այս գիծը։ Օրինակ, հայտնի է, որ քիմիական գործընթացի արագության կախվածությունը ( v) ջերմաստիճանի վրա պետք է լինի էքսպոնենցիալ, ընդ որում ցուցիչը ներկայացնում է ջերմաստիճանի փոխադարձությունը բացարձակ մասշտաբով.

Սա նշանակում է, որ գրաֆիկի վրա կոորդինատներով ln v– 1/T-ը պետք է ուղիղ գիծ ստանա,

որի թեքությունը բնութագրում է ակտիվացման էներգիան ( Ե) գործընթաց: Փորձարարական կետերի միջոցով, որպես կանոն, կարելի է տարբեր թեքություններով մի քանի ուղիղ գծեր գծել։ Որոշակի առումով դրանցից լավագույնը կլինի ուղիղ գիծը՝ նվազագույն քառակուսիների մեթոդով որոշված ​​գործակիցներով:

Ընդհանուր դեպքում, նվազագույն քառակուսիների մեթոդը օգտագործվում է մոտավոր կախվածության գործակիցները գտնելու համար. y (x 1 , x 2 ,…x n) ձևի բազմանդամը

որտեղ բև մ 1 …m nհաստատուն գործակիցներ են, և x 1 …x nանկախ փաստարկների ամբողջություն է: Այսինքն, ընդհանուր դեպքում մեթոդն օգտագործվում է մի քանի փոփոխականների ֆունկցիան մոտավորելու համար, բայց այն կիրառելի է նաև մեկ փոփոխականի բարդ ֆունկցիա նկարագրելու համար։ x. Այս դեպքում սովորաբար ենթադրվում է, որ

իսկ մոտավոր բազմանդամն ունի ձև

Մոտավոր բազմանդամի աստիճանն ընտրելիս nնկատի ունեցեք, որ այն անպայմանորեն պետք է փոքր լինի չափված արժեքների քանակից xև y. Գրեթե բոլոր դեպքերում այն ​​պետք է լինի ոչ ավելի, քան 4, հազվադեպ՝ 5։

Այս մեթոդը այնքան կարևոր է, որ Excel աղյուսակներում կան առնվազն չորս տարբերակ ցանկալի գործակիցների արժեքները ստանալու համար: Խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել LINEST() ֆունկցիան, եթե աշխատում եք Excel աղյուսակներում Microsoft Office-ում, կամ LINEST() ֆունկցիան Calc աղյուսակներում OpenOffice-ում: Դրանք ներկայացված են վիճակագրական ֆունկցիաների ցանկում, պատկանում են այսպես կոչված մատրիցային ֆունկցիաների դասին և հետևաբար ունեն մի շարք կիրառական առանձնահատկություններ։ Նախ, այն մուտքագրվում է ոչ թե մեկ բջիջում, այլ անմիջապես բջիջների տիրույթում (ուղղանկյուն տարածք), քանի որ ֆունկցիան վերադարձնում է մի քանի արժեք: Տարածքի հորիզոնական չափը որոշվում է մոտավոր բազմանդամի գործակիցների քանակով (քննարկվող օրինակում դրանցից երկուսը կան. ln. v 0 և E/R), և մեկից հինգ տող կարող է տեղաբաշխվել ուղղահայաց՝ կախված նրանից, թե որքան վիճակագրական տեղեկատվություն է անհրաժեշտ ձեր վերլուծության համար:

1.3.7 Արդյունքների ներկայացում

Գիտատեխնիկական փաստաթղթում թվային տվյալներ ներկայացնելիս պետք է տրվի դրանց հավաստիության գնահատականը և ընդգծվեն պատահական և համակարգված սխալները: Տվյալ տվյալների սխալները պետք է ներկայացվեն ԳՕՍՏ 8.207–76-ի համաձայն:

Դիտարկման արդյունքների խմբի վիճակագրական մշակման ժամանակ պետք է կատարվեն հետևյալ գործողությունները. վերացնել դիտարկման արդյունքներից հայտնի համակարգային սխալները.

Հաշվարկել շտկված դիտարկման արդյունքների միջին թվաբանականը՝ որպես չափման արդյունք. հաշվարկել չափման արդյունքի ստանդարտ շեղման գնահատումը.

Հաշվարկել չափման արդյունքի պատահական սխալի (սխալի պատահական բաղադրիչի) վստահության սահմանները.

Հաշվարկել չափման արդյունքի չբացառված համակարգային սխալի (համակարգային սխալի չբացառված մնացորդների) սահմանները. հաշվարկել չափման արդյունքի սխալի վստահության սահմանները.

Չափման արդյունքի սխալի վստահության սահմանները որոշելու համար վստահության հավանականությունը Ռվերցնել հավասար 0,95: Սիմետրիկ վստահության սխալով չափման արդյունքները ներկայացված են ձևով.

որտեղ է չափման արդյունքը, Δ-ն չափման արդյունքի սխալի սահմանն է, Ռվստահության մակարդակն է: Չափման արդյունքի թվային արժեքը պետք է ավարտվի նույն թվանշանով, ինչ Դ սխալի արժեքը:

2 Լաբորատոր աշխատանքի նկարագրություն

Հատուկ լաբորատոր աշխատանքին նվիրված բաժիններից յուրաքանչյուրի առաջին մասը տեղեկատվություն է տրամադրում փուլերի կազմի և կառուցվածքի, փուլի ներսում կամ հարևան փուլերի հետ դրա միջերեսներում տեղի ունեցող գործընթացների մեխանիզմի մասին, նվազագույնը, որն անհրաժեշտ է փուլերի էությունը հասկանալու համար: աշխատանքում ուսումնասիրված երևույթը. Եթե ​​տրամադրված տեղեկատվությունը անբավարար է, ապա պետք է խորհրդակցել դասախոսության գրառումների և առաջարկվող գրականության հետ: Առանց բաժնի առաջին մասը հասկանալու անհնար է պատկերացնել, թե ինչ է կատարվում ուսումնասիրվող համակարգում աշխատանքի ընթացքում, ստացված արդյունքների հիման վրա եզրակացություններ կազմել և ըմբռնել։

Յուրաքանչյուր բաժնի հաջորդ մասը նվիրված է իրական տեղադրման կամ համակարգչային մոդելի ապարատային կամ ծրագրային ապահովման իրականացմանը: Այն տեղեկատվություն է տրամադրում օգտագործվող սարքավորումների և կիրառվող ալգորիթմների մասին: Առանց հասկանալու այս բաժինը, անհնար է գնահատել սխալի աղբյուրները և ինչ գործողություններ պետք է ձեռնարկվեն դրանց ազդեցությունը նվազագույնի հասցնելու համար:

Վերջին մասը նկարագրում է չափումների կատարման և դրանց արդյունքների մշակման կարգը: Այս բոլոր հարցերը ներկայացվում են աշխատանքին նախորդող կոլոկվիումին կամ համակարգչային թեստավորմանը։

2.1 Երկաթի բարձր ջերմաստիճանային օքսիդացման կինետիկայի ուսումնասիրություն (Աշխատանք թիվ 13)

2.1.1 Երկաթի օքսիդացման ընդհանուր օրինաչափություններ

Փոխակերպումների հաջորդականության սկզբունքով Ա.Ա. Բայկովը, բոլոր օքսիդները, որոնք տվյալ պայմաններում թերմոդինամիկորեն կայուն են, ձևավորվում են երկաթի մակերեսի վրա մթնոլորտի թթվածնով բարձր ջերմաստիճանի օքսիդացման ժամանակ։ 572 ° C-ից բարձր ջերմաստիճանի դեպքում սանդղակը բաղկացած է երեք շերտից՝ վուստիտ FeO, մագնետիտ Fe 3 O 4, հեմատիտ Fe 2 O 3: Երկաթին ամենամոտ վուստիտային շերտը, որը կազմում է ամբողջ մասշտաբի հաստության մոտավորապես 95%-ը, ունի p. - կիսահաղորդչային հատկություններ. Սա նշանակում է, որ FeO-ի կատիոնային ենթացանցում կա գունավոր երկաթի թափուր տեղերի զգալի կոնցենտրացիան, և էլեկտրական չեզոքությունն ապահովվում է էլեկտրոնային «անցքերի» առաջացմամբ, որոնք երկաթի երկաթի մասնիկներ են։ Վուստիտի անիոնային ենթացանցը, որը բաղկացած է բացասաբար լիցքավորված О2– իոններից, գործնականում անթերի է, կատիոնային ենթաշղթայում դատարկ տեղերի առկայությունը զգալիորեն մեծացնում է Fe2+ մասնիկների դիֆուզիոն շարժունակությունը վուստիտով և նվազեցնում նրա պաշտպանիչ հատկությունները։

Մագնետիտի միջանկյալ շերտը ստոյխիոմետրիկ բաղադրության օքսիդ է, որն ունի բյուրեղային ցանցի թերությունների փոքր կոնցենտրացիան և, որպես հետեւանք, ունի պաշտպանիչ հատկությունների բարձրացում։ Նրա հարաբերական հաստությունը միջինում 4% է:

Կշեռքի արտաքին շերտը՝ հեմատիտը, ունի n-տիպի հաղորդունակություն։ Անիոնային ենթացանցում թթվածնի թափուր տեղերի առկայությունը հեշտացնում է թթվածնի մասնիկների տարածումը դրա միջով՝ համեմատած երկաթի կատիոնների հետ։ Fe 2 O 3 շերտի հարաբերական հաստությունը չի գերազանցում 1%-ը .

572°C-ից ցածր ջերմաստիճանում վուստիտը թերմոդինամիկորեն անկայուն է, ուստի սանդղակը բաղկացած է երկու շերտից՝ մագնետիտ Fe 3 O 4 (հաստության 90%) և հեմատիտ Fe 2 O 3 (10%)։

Երկաթի մակերեսի վրա սանդղակի շարունակական պաշտպանիչ թաղանթի ձևավորումը հանգեցնում է օդային մթնոլորտից դրա անջատմանը: Մետաղի հետագա օքսիդացումն իրականացվում է օքսիդի թաղանթի միջոցով ռեակտիվների տարածման շնորհիվ։ Դիտարկվող տարասեռ գործընթացը բաղկացած է հետևյալ փուլերից. մոլեկուլային կամ կոնվեկտիվ դիֆուզիայի միջոցով թթվածնի մատակարարում գազային փուլի ծավալից մինչև օքսիդի հետ սահմանը. O2-ի կլանումը օքսիդի մակերեսի վրա; թթվածնի ատոմների իոնացում՝ O 2– անիոնների առաջացմամբ; թթվածնի անիոնների դիֆուզիան օքսիդի փուլում մինչև մետաղի հետ սահմանը. երկաթի ատոմների իոնացում և դրանց անցում սանդղակի կատիոնների տեսքով. օքսիդի մեջ երկաթի կատիոնների դիֆուզիան մինչև գազի սահմանը. օքսիդի փուլի նոր մասերի ձևավորման բյուրեղաքիմիական ակտ:

Մետաղների օքսիդացման դիֆուզիոն ռեժիմը իրականացվում է, եթե ամենահետաձգված փուլը Fe 2+ կամ O 2– մասնիկների տեղափոխումն է սանդղակի միջով: Գազային փուլից մոլեկուլային թթվածնի մատակարարումը համեմատաբար արագ է։ Կինետիկ ռեժիմի դեպքում սահմանափակող են մասնիկների կլանման կամ իոնացման փուլերը, ինչպես նաև բյուրեղային քիմիական փոխակերպման ակտը։

Երկաթի օքսիդացման գործընթացի կինետիկ հավասարման ածանցումը եռաշերտ սանդղակի դեպքում բավականին դժվար է: Այն կարելի է էապես պարզեցնել առանց վերջնական եզրակացությունները փոխելու, եթե սանդղակը համարենք միատարր բաղադրությամբ և հաշվի առնենք դրա միջով միայն Fe 2+ կատիոնների դիֆուզիան։

Նշել ըստ Դ Fe 2+ մասնիկների դիֆուզիայի գործակիցը մասշտաբով, կերկաթի օքսիդացման արագության հաստատունն է, Գ 1 և ԻՑերկաթի կատիոնների 2 հավասարակշռության կոնցենտրացիաներ մետաղի և օդի միջերեսում, համապատասխանաբար, հօքսիդի թաղանթի հաստությունն է, Սնմուշի մակերեսի մակերեսն է, օքսիդի խտությունն է, Մնրա մոլային զանգվածն է։ Այնուհետև, ֆորմալ կինետիկայի օրենքների համաձայն, նմուշի միավորի մակերեսի վրա երկաթի և թթվածնի փոխազդեցության քիմիական ակտի հատուկ արագությունը ( vr) որոշվում է հարաբերությամբ.

Ստացիոնար վիճակում այն ​​հավասար է Fe 2+ մասնիկների դիֆուզիոն հոսքի խտությանը։

Հաշվի առնելով, որ տարասեռ օքսիդացման գործընթացի ընդհանուր արագությունը համաչափ է դրա զանգվածի աճի արագությանը.

(13.3)

կարելի է բացառել Գ 2 (13.1) և (13.2) հավասարումներից և ստացեք սանդղակի զանգվածի կախվածությունը ժամանակից.

(13.4)

Վերջին կապից երևում է, որ պրոցեսի կինետիկ ռեժիմը, որպես կանոն, իրականացվում է օքսիդացման սկզբնական պահին, երբ օքսիդի թաղանթի հաստությունը փոքր է, և դրա դիֆուզիոն դիմադրությունը կարող է անտեսվել։ Սանդղակի շերտի աճը դանդաղեցնում է ռեագենտների դիֆուզիան, և գործընթացի ռեժիմը ժամանակի ընթացքում փոխվում է դիֆուզիայի:

Վագների կողմից մշակված ավելի խիստ մոտեցումը մետաղների բարձր ջերմաստիճանի օքսիդացման իոն-էլեկտրոնային տեսության մեջ հնարավորություն է տալիս քանակապես հաշվարկել թաղանթի աճի պարաբոլիկ օրենքի արագության հաստատունը՝ օգտագործելով օքսիդների էլեկտրական հաղորդունակության անկախ փորձերի տվյալները.

որտեղ ∆ ԳԳիբսի էներգիայի փոփոխությունն է մետաղի օքսիդացման ռեակցիայի համար, Մօքսիդի մոլային զանգվածն է, նրա էլեկտրական հաղորդունակությունը, t iիոնային հաղորդունակության համամասնությունն է, զմետաղի վալենտությունն է, ՖՖարադայի հաստատունն է:

Շատ բարակ ձևավորման կինետիկան ուսումնասիրելիս հ < 5·10 –9 м) пленок необходимо учитывать также скорость переноса электронов через слой оксида путем туннельного эффекта (теория Хауффе и Ильшнера) и ионов металла под действием электрического поля (теория Мотта и Кабреры). В этом случае окисление металлов сопровождается большим самоторможением во времени при замедленности стадии переноса электронов, чему соответствует логарифмический закон роста пленок հ = Կ ln( ա τ+ Բ), ինչպես նաև խորանարդ հ 3 = Կτ (օքսիդներ - կիսահաղորդիչներ էջ-տիպ) կամ հակադարձ լոգարիթմական 1/ հ = Գ Կ ln(τ) ( n-հաղորդունակության տեսակը) մետաղական իոնների փոխանցման փուլի դանդաղում:

2.1.2 Փորձերի անցկացման կարգի և ընթացակարգի նկարագրությունը

Երկաթի օքսիդացման կինետիկան ուսումնասիրվում է գրավիմետրիկ մեթոդով, որը հնարավորություն է տալիս փորձի ընթացքում արձանագրել նմուշի զանգվածի փոփոխությունը ժամանակի հետ։ Տեղադրման դիագրամը ներկայացված է Նկար 1-ում:

Նկար 1 - Փորձարարական տեղադրման սխեման.

1 – հետազոտվող երկաթի նմուշ; 2 – էլեկտրական դիմադրության վառարան; 3 – մեխանոէլեկտրական փոխարկիչ E 2D1; 4 - անհատական ​​համակարգիչ ADC տախտակով:

Մետաղական նմուշ (1), որը կախված է նիկրոմի շղթայի վրա E 2D1 մեխանոէլեկտրական փոխարկիչի (3) ճոճվող թևի վրա, տեղադրվում է ուղղահայաց էլեկտրական դիմադրության խողովակային վառարանում (2): Ելքային ազդանշանը E 2D1, որը համաչափ է նմուշի զանգվածի փոփոխությանը, սնվում է համակարգչի ADC տախտակին որպես տեղադրման մաս: Ջեռոցում ջերմաստիճանի կայունությունը պահպանվում է ավտոմատ կարգավորիչի միջոցով, փորձի պահանջվող ջերմաստիճանը սահմանվում է համապատասխան կարգավորիչի կողմից ջեռոցի գործիքների վահանակի վրա՝ ուսուցչի հրահանգով (800 - 900 °C):

Աշխատանքի արդյունքներով որոշվում է երկաթի օքսիդացման ռեակցիայի արագության հաստատունը և դրա իոնների դիֆուզիոն գործակիցը օքսիդ թաղանթում և հնարավորության դեպքում քիմիական ռեակցիայի և դիֆուզիայի ակտիվացման էներգիան։ Գրաֆիկորեն պատկերացրեք նմուշի զանգվածի փոփոխության կախվածությունը և ժամանակ առ ժամանակ օքսիդացման գործընթացի արագությունը:

2.1.3 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում

Մեխանոէլեկտրական փոխարկիչը նախագծված է այնպես, որ չափման օբյեկտի զանգվածի մի մասը փոխհատուցվում է պարուրաձև զսպանակով: Դրա արժեքը անհայտ է, բայց չափումների ժամանակ այն պետք է մնա հաստատուն: Ինչպես հետևում է չափման ընթացակարգի նկարագրությունից, օքսիդացման գործընթացի սկզբի ճշգրիտ ժամանակը (0) հայտնի չէ, քանի որ հայտնի չէ, թե երբ նմուշը ձեռք կբերի օքսիդացման գործընթացի զարգացման համար բավարար ջերմաստիճան: Մինչև այն պահը, երբ նմուշն իրականում սկսում է օքսիդանալ, դրա զանգվածը հավասար է սկզբնական մետաղի զանգվածին ( մ 0): Այն, որ մենք չենք չափում ամբողջ զանգվածը, այլ միայն դրա չփոխհատուցված մասը, չի փոխում հարցի էությունը։ Նմուշի ընթացիկ զանգվածի տարբերությունը ( մ) և մետաղի սկզբնական զանգվածը ներկայացնում է մասշտաբի զանգվածը, ուստի իրական փորձարարական պայմանների համար (13.4) բանաձևը պետք է ներկայացվի հետևյալ կերպ.

(13.6)

որտեղ մնմուշի զանգվածի մնացած չփոխհատուցված մասի չափված արժեքն է, m0– նույնը մինչև նմուշի ցածր ջերմաստիճանում օքսիդացման գործընթացի մեկնարկը: Այս հարաբերությունից երևում է, որ նմուշի զանգվածի փորձնական կախվածությունը ժամանակից պետք է նկարագրվի ձևի հավասարմամբ.

, (13.7)

որի գործակիցները կարելի է գտնել նվազագույն քառակուսիների մեթոդով ստացված չափման արդյունքներից։ Սա պատկերված է Նկ. Կետերը չափումների արդյունքներն են, գիծը ստացվում է տվյալների մոտավորմամբ 13.7 հավասարմամբ։

Խաչերով նշված կետերը ծայրամասային են և չպետք է հաշվի առնվեն նվազագույն քառակուսիների մեթոդով 13.7 հավասարման գործակիցները հաշվարկելիս:

Համեմատելով (13.6) և (13.7) բանաձևերը, հեշտ է հայտնաբերված գործակիցները կապել դրանք որոշող ֆիզիկաքիմիական մեծությունների հետ.

(13.8)

Տվյալ օրինակում m0-ի արժեքը՝ y առանցքի վրա = 0 արժեքը, պարզվել է, որ 18,1 մգ է:

Օգտագործելով այս արժեքները, որոնք ստացվել են փորձի նախապատրաստման ժամանակ, նմուշի տարածքի արժեքը ( Ս) և գրականությունից փոխառված վուստիտի խտությունը (= 5,7 գ / սմ 3) կարող է լինել.

գնահատել դիֆուզիոն գործակցի և օքսիդացման գործընթացի արագության հաստատունի հարաբերակցությունը.

(13.13)

Այս հարաբերակցությունը բնութագրում է շերտի շերտի հաստությունը, որի դեպքում դիֆուզիոն արագության հաստատունը հավասար է մետաղի օքսիդացման քիմիական ռեակցիայի արագության հաստատունին, որը համապատասխանում է խիստ խառը ռեակցիայի ռեժիմի սահմանմանը:

Աշխատանքի արդյունքների հիման վրա բոլոր արժեքները պետք է որոշվեն բանաձևերի միջոցով (13.7, 13.11 - 13.13). բ 0 , բ 1 , բ 2 , մ 0, 0 և Դ /Կ. Արդյունքները լուսաբանելու համար պետք է տրվի կախվածության գրաֆիկ: մ– . Փորձարարական արժեքների հետ մեկտեղ ցանկալի է տալ մոտավոր կոր։

Չափումների արդյունքների համաձայն՝ անհրաժեշտ է լրացնել հետևյալ աղյուսակը.

Աղյուսակ 1. Երկաթի օքսիդացման գործընթացի ուսումնասիրության արդյունքներ.

Աղյուսակում առաջին երկու սյունակները լրացվում են տվյալների ֆայլը բացելուց հետո, իսկ մնացածը հաշվարկվում են։ Հարթեցումը կատարվում է 5 կետի վրա։ Մոտավոր բազմանդամի գործակիցները որոշելիս միաժամանակ օգտագործվում են առաջին, երրորդ և չորրորդ սյունակները։ Վերջին սյունակը պետք է պարունակի (13.7) բազմանդամով մոտարկման արդյունքները` օգտագործելով նվազագույն քառակուսիների մեթոդով հայտնաբերված գործակիցները: Գրաֆիկը կառուցված է առաջին, երրորդ և հինգերորդ սյունակների վրա:

Եթե ​​աշխատանքը կատարում են մի քանի ուսանողներ, ապա նրանցից յուրաքանչյուրը փորձը կատարում է իր ջերմաստիճանում։ Սանդղակի շերտի հաստության գնահատման արդյունքների համատեղ մշակումը խիստ խառը ռեժիմով () թույլ է տալիս գնահատել դիֆուզիայի և քիմիական ռեակցիայի ակտիվացման էներգիաների տարբերությունը։ Իրոք, այստեղ գործում է ակնհայտ բանաձևը.

(13.14)

Գործակիցների նմանատիպ մշակում բ 2-ը հնարավորություն է տալիս գնահատել դիֆուզիոն ակտիվացման էներգիան: Ահա ճիշտ բանաձևը.

(13.15)

Եթե ​​չափումները կատարվել են երկու ջերմաստիճանում, ապա գնահատումները կատարվում են ուղղակիորեն (13.4) և (13.15) բանաձևերով, եթե ջերմաստիճանի արժեքները երկուսից ավելի են, ապա պետք է կիրառվի ֆունկցիաների նվազագույն քառակուսիների մեթոդը: ln () – 1/Տև ln (բ 2) – 1/Տ.Ստացված արժեքները տրված են վերջնական աղյուսակում և քննարկվում են եզրակացություններում:

Աշխատանքի արդյունքների մշակման կարգը

2. Կառուցեք կախվածության գրաֆիկը առանձին թերթիկի վրա մ– , տեսողականորեն բացահայտել և հեռացնել թռուցիկ արժեքները:

3. Հարթեցրեք չափված քաշի արժեքները:

4. Հաշվի՛ր զանգվածի փոփոխության քառակուսիները

5. Գտի՛ր նվազագույն քառակուսիների գործակիցները բ 0 , բ 1 , բԺամանակի ընթացքում զանգվածի փոփոխության կախվածությանը մոտավոր 2 հավասարումներ.

6. Չափումների սկզբում զանգվածի գնահատականը հաշվարկեք ըստ մոտավոր հավասարման

7. Վերլուծե՛ք մոտարկման արդյունքները տեսակավորման միջոցով և վերացրեք սխալ արժեքները

8. Ցուցադրել մոտարկման արդյունքները կախվածության գրաֆիկի վրա մ – .

9. Հաշվարկել համակարգի և գործընթացի բնութագրերը. մ 0 , 0 , Դ /Կ .

Փորձարկման արդյունքներ.

ա. «A1» բջիջում - նմուշի մակերեսը, հարակից բջիջում «B1» չափման միավորները.

բ. «A2» բջիջում՝ սկզբնական նմուշի զանգվածը, «B2» բջիջում՝ չափման միավորներ.

գ. «A3» բջիջում՝ փորձի ջերմաստիճանը, «B3» բջիջում՝ չափման միավորներ;

դ. «A4» խցում - սանդղակի շերտի հաստությունը խիստ խառը ռեժիմով, «B4» բջիջում՝ չափման միավորներ.

ե. Սկսած «A10» բջիջից, աշխատանքի եզրակացությունները պետք է հստակ ձևակերպվեն:

A6-A7 բջիջներում պետք է լինեն հղումներ աղյուսակների գրքի այլ թերթիկների բջիջներին, որոնց վրա կատարվել են հաշվարկներ՝ ներկայացված արդյունքը ստանալու համար, և ոչ թե իրենք՝ թվային արժեքները: Եթե ​​այս պահանջը չկատարվի, ստուգման ծրագիրը տալիս է «Տեղեկատվության ներկայացման սխալ» հաղորդագրությունը:

2. Պատշաճ ձևավորված կախվածության գրաֆիկը մ- , ստացված փորձարարական (կետերով) և մոտավոր բազմանդամով (գծով), աղյուսակների առանձին թերթիկի վրա՝ բոլոր անհրաժեշտ ստորագրություններով և նշաններով:

թեստի հարցեր

1. Ի՞նչ կառուցվածք ունի երկաթի վրա օդում բարձր ջերմաստիճան օքսիդացման ժամանակ ստացված կշեռքը:

2. Ինչու՞ է վուստիտային փուլի ի հայտ գալը մասշտաբով հանգեցնում երկաթի օքսիդացման արագության կտրուկ աճի:

3. Որո՞նք են երկաթի օքսիդացման տարասեռ գործընթացի փուլերը:

4. Ո՞րն է տարբերությունը երկաթի օքսիդացման դիֆուզիոն ռեժիմի և կինետիկի միջև:

5. Ո՞րն է աշխատանքի կարգը և մեթոդաբանությունը:

6. Ինչպե՞ս բացահայտել օքսիդացման գործընթացի եղանակը:

2.2 Օքսիդային հալոցքների էլեկտրական հաղորդունակության ջերմաստիճանային կախվածության ուսումնասիրություն (Աշխատանք թիվ 14)

2.2.1 Ընդհանուր տեղեկություններ խարամների էլեկտրական հաղորդունակության բնույթի մասին

Մետաղագործության համար թե՛ տեսական, թե՛ կիրառական առումներով մեծ նշանակություն ունի խարամների էլեկտրահաղորդականության կախվածության ուսումնասիրությունը դրանց բաղադրությունից և ջերմաստիճանից։ Էլեկտրական հաղորդունակության արժեքը կարող է էական ազդեցություն ունենալ պողպատի արտադրության գործընթացներում մետաղի և խարամի միջև ամենակարևոր ռեակցիաների արագության վրա, մետալուրգիական ագրեգատների արտադրողականության վրա, հատկապես էլեկտրախարամային տեխնոլոգիաներում կամ սինթետիկ խարամի հալման աղեղային վառարաններում, որտեղ ինտենսիվությունը ջերմության արտազատումը կախված է հալոցքի միջով անցնող էլեկտրական հոսանքի մեծությունից: Բացի այդ, էլեկտրական հաղորդունակությունը, լինելով կառուցվածքային զգայուն հատկություն, անուղղակի տեղեկատվություն է տալիս հալվածքների կառուցվածքի, լիցքավորված մասնիկների կոնցենտրացիայի և տեսակի մասին։

Օքսիդային հալվածքների կառուցվածքի մասին պատկերացումների համաձայն, որոնք ձևակերպվել են, մասնավորապես, պրոֆեսոր Օ.Ա.Էսինի գիտական ​​դպրոցի կողմից, դրանցում չլիցքավորված մասնիկներ չեն կարող լինել։ Միևնույն ժամանակ, հալված իոնները մեծապես տարբերվում են չափերով և կառուցվածքով: Հիմնական օքսիդի տարրերը առկա են պարզ իոնների տեսքով, օրինակ՝ Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , O 2- ։ Ընդհակառակը, բարձր վալենտություն ունեցող տարրերը, որոնք առաջացնում են թթվային (թթվային) օքսիդներ, ինչպիսիք են SiO 2, TiO 2, B 2 O 3, իոնի տեսքով, ունեն այնքան բարձր էլեկտրաստատիկ դաշտ, որ չեն կարող լինել հալոցքում։ որպես պարզ Si 4+ իոններ, Ti4+, B3+։ Նրանք թթվածնի անիոններն այնքան մոտ են իրենց մոտ, որ դրանց հետ ձևավորում են կովալենտային կապեր և հալոցքում առկա են բարդ անիոնների տեսքով, որոնցից ամենապարզներն են, օրինակ, SiO 4 4 , TiO 4 4- , BO 3 3- , BO 4 5- . Կոմպլեքս անիոններն ունեն իրենց կառուցվածքը բարդացնելու հատկություն՝ միավորվելով երկչափ և եռաչափ կառուցվածքների։ Օրինակ, երկու սիլիցիում-թթվածին քառատետրեր (SiO 4 4-) կարող են միանալ իրենց գագաթներով՝ կազմելով ամենապարզ գծային շղթան (Si 2 O 7 6-): Այս դեպքում թողարկվում է մեկ թթվածնի իոն.

SiO44- + SiO44- = Si2O76- + O2-.

Այս հարցերի վերաբերյալ ավելի մանրամասն կարելի է գտնել, օրինակ, ուսումնական գրականության մեջ։

Էլեկտրական դիմադրություն Ռսովորական գծային հաղորդիչները կարող են որոշվել հարաբերություններից

որտեղ է դիմադրողականությունը, Լ- երկարությունը, Սհաղորդիչի խաչմերուկի տարածքն է: Արժեքը կոչվում է նյութի հատուկ էլեկտրական հաղորդունակություն: Բանաձևից (14.1) հետևում է, որ

Էլեկտրական հաղորդունակության միավորը արտահայտված է Օհմ –1 m –1 = Sm/m (Sm – Siemens): Էլեկտրական հաղորդունակությունը բնութագրում է հալոցի ծավալի էլեկտրական հաղորդունակությունը, որը փակված է 1 մ 2 տարածքով երկու զուգահեռ էլեկտրոդների միջև և գտնվում են միմյանցից 1 մ հեռավորության վրա:

Ավելի ընդհանուր դեպքում (ոչ միատեսակ էլեկտրական դաշտ) էլեկտրական հաղորդունակությունը սահմանվում է որպես ընթացիկ խտության համաչափության գործակից: եսհաղորդիչում և էլեկտրական պոտենցիալ գրադիենտում.

Էլեկտրական հաղորդունակության տեսքը կապված է էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ նյութի մեջ լիցքերի փոխանցման հետ: Մետաղներում հաղորդման գոտու էլեկտրոնները մասնակցում են էլեկտրաէներգիայի փոխանցմանը, որի կոնցենտրացիան գործնականում անկախ է ջերմաստիճանից։ Ջերմաստիճանի բարձրացմամբ տեղի է ունենում մետաղների էլեկտրական հաղորդունակության նվազում, քանի որ. «ազատ» էլեկտրոնների կոնցենտրացիան մնում է հաստատուն, և դրանց վրա մեծանում է բյուրեղային ցանցի իոնների ջերմային շարժման արգելակող ազդեցությունը։

Կիսահաղորդիչներում էլեկտրական լիցքի կրիչները գրեթե ազատ էլեկտրոններ են հաղորդման գոտում կամ վալենտային էներգիայի գոտու թափուր տեղերը (էլեկտրոնային անցքեր), որոնք առաջանում են էլեկտրոնների ջերմային ակտիվացված անցումներից դոնոր մակարդակներից կիսահաղորդչի հաղորդման գոտի: Երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է, նման ակտիվացված անցումների հավանականությունը մեծանում է, և համապատասխանաբար մեծանում են էլեկտրական հոսանքի կրիչների կոնցենտրացիան և էլեկտրական հաղորդունակությունը:

Էլեկտրոլիտներում, որոնք ներառում են օքսիդային հալվածքներ, որպես կանոն, էլեկտրաէներգիայի փոխանցմանը մասնակցում են իոններ՝ Na +, Ca 2+, Mg 2+, SiO 4 4–, BO 2 – և այլն։ Իոններից յուրաքանչյուրը ј -րդ դասարանը կարող է նպաստել էլեկտրական հոսանքի խտության ընդհանուր արժեքին` համաձայն հայտնի հարաբերակցության

որտեղ է մասնակի էլեկտրական հաղորդունակությունը; Դ , C j , զ ժիոնի դիֆուզիայի գործակիցն են, կոնցենտրացիան և լիցքը ј -րդ դասարան; ՖՖարադայի հաստատունն է; Տ- ջերմաստիճան; Ռ

Ակնհայտ է, որ քանակությունների գումարը ես ժհավասար է հոսանքի ընդհանուր խտությանը եսկապված բոլոր իոնների շարժման հետ, և ամբողջ հալույթի էլեկտրական հաղորդունակությունը մասնակի հաղորդունակության գումարն է:

Էլեկտրոլիտներում իոնների շարժումը ակտիվացման գործընթաց է: Սա նշանակում է, որ ոչ բոլոր իոններն են շարժվում էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ, այլ միայն դրանցից ամենաակտիվները, որոնք միջին մակարդակի համեմատ ունեն էներգիայի որոշակի ավելցուկ։ Էներգիայի այս ավելցուկը, որը կոչվում է էլեկտրական հաղորդունակության ակտիվացման էներգիա, անհրաժեշտ է տվյալ իոնի փոխազդեցության ուժերը շրջակա միջավայրի հետ հաղթահարելու, ինչպես նաև դատարկ (խոռոչ) ձևավորելու համար, որտեղ այն անցնում է։ Ակտիվ մասնիկների թիվը, Բոլցմանի օրենքի համաձայն, աճում է

ջերմաստիճանի էքսպոնենցիոնալ բարձրացում: Ահա թե ինչու . Հետևել-

Հետևաբար, համաձայն (14.5), էլեկտրական հաղորդունակության ջերմաստիճանի կախվածությունը պետք է նկարագրվի ցուցիչների գումարով: Հայտնի է, սակայն, որ մասնիկների չափի մեծացման հետ զգալիորեն ավելանում է նաև դրանց ակտիվացման էներգիան։ Հետևաբար, (14.5) հարաբերակցությամբ, որպես կանոն, անտեսվում է մեծ ցածր շարժունակության իոնների ներդրումը, իսկ մնացածի համար միջինացված են մասնակի արժեքները:

Արդյունքում, օքսիդի հալոցքի հատուկ էլեկտրական հաղորդունակության ջերմաստիճանից կախվածությունը ստանում է հետևյալ ձևը.

(14.6)

որը լավ համընկնում է փորձարարական տվյալների հետ։

CaO, SiO 2, MgO, Al 2 O 3 օքսիդներ պարունակող մետալուրգիական խարամների բնորոշ արժեքները գտնվում են 0,1–1,0 S սմ–1 միջակայքում՝ հեղուկի ջերմաստիճանի մոտ, որը շատ ավելի ցածր է հեղուկ մետաղների էլեկտրական հաղորդունակությունից (105): –107 սմ սմ –1): Էլեկտրական հաղորդունակության ակտիվացման էներգիան գրեթե անկախ է հիմնական խարամների ջերմաստիճանից, բայց թթվային հալոցներում ջերմաստիճանի բարձրացման հետ կարող է փոքր-ինչ նվազել՝ դրանց ապապոլիմերացման պատճառով: Սովորաբար արժեքը գտնվում է 40–200 կՋ/մոլի սահմաններում՝ կախված հալվածքի բաղադրությունից։

Երկաթի օքսիդների (FeO, Fe 2 O 3) կամ անցումային մետաղների այլ օքսիդների (օրինակ՝ MnO, V 2 O 3, Cr 2 O 3) բարձր պարունակության դեպքում (ավելի քան 10%), խարամների էլեկտրական հաղորդունակության բնույթը. փոփոխություններ, քանի որ իոնայինից բացի դրանցում առաջանում է էլեկտրոնային հաղորդունակության զգալի մասը։ Նման հալոցներում հաղորդունակության էլեկտրոնային բաղադրիչը պայմանավորված է էլեկտրոնների կամ էլեկտրոնային «անցքերի» շարժմամբ՝ ըստ ռելեի մեխանիզմի, ավելի ցածր վալենտով անցումային մետաղի կատիոնից դեպի ավելի մեծ վալենտություն ունեցող կատիոն: Ռ- այս մասնիկների միջև տեղակայված թթվածնի իոնի ուղեծրերը:

Me 2+ – O 2– – Me 3+ համակցություններում էլեկտրոնների շատ բարձր շարժունակությունը, չնայած նրանց համեմատաբար ցածր կոնցենտրացիայի, կտրուկ մեծացնում է խարամների էլեկտրական հաղորդունակությունը։ Այսպիսով, æ-ի առավելագույն արժեքը մաքուր երկաթի հալեցման համար FeO – Fe 2 O 3 կարող է լինել

10 2 S սմ –1, մնում է, սակայն, մետաղներից շատ ավելի քիչ:

2.2.2 Կարգավորման և չափման ընթացակարգի նկարագրությունը

Այս աշխատանքում հալած նատրիումի տետրաբորատի Na 2 O 2B 2 O 3 հատուկ էլեկտրական հաղորդունակությունը որոշվում է 700 - 800 °C ջերմաստիճանի տիրույթում: Մետաղ-էլեկտրոլիտ միջերեսի դիմադրության առկայության հետ կապված բարդությունները վերացնելու համար էլեկտրական հաղորդունակության ուսումնասիրությունը պետք է իրականացվի այնպիսի պայմաններում, երբ միջերեսի դիմադրությունը աննշանորեն փոքր է: Դրան կարելի է հասնել՝ ուղղակի հոսանքի փոխարեն բավականաչափ բարձր հաճախականությամբ (≈ 10 կՀց) փոփոխական հոսանք օգտագործելով:

Տեղադրման էլեկտրական շղթայի դիագրամը ներկայացված է Նկար 2-ում:

Նկար 2. Խարամների էլեկտրական հաղորդունակության չափման տեղակայանքի էլեկտրական սխեմաների սխեման.

ZG - աուդիո հաճախականության գեներատոր; PC - ձայնային քարտով անհատական ​​համակարգիչ; Yach լուծում և Yach sl - էլեկտրաքիմիական բջիջներ, որոնք պարունակում են համապատասխանաբար KCl կամ խարամի ջրային լուծույթ; R հատակ - հայտնի արժեքի հղման դիմադրություն:

Ձայնային հաճախականության գեներատորից փոփոխական հոսանք կիրառվում է խարամ պարունակող բջիջի վրա և դրա հետ սերիական միացված հայտնի արժեքի հղման դիմադրություն: Օգտագործելով PC ձայնային քարտ, չափվում է լարման անկումը բջիջի վրա և հղման դիմադրությունը: Քանի որ R հատակով և Յաչով հոսող հոսանքը նույնն է

(14.7)

Լաբորատոր տեղադրման պահպանման ծրագիրը հաշվարկում է, ցուցադրում է մոնիտորի էկրանին և ֆայլում գրում հարաբերակցության արժեքը ( r) ձայնային գեներատորի ելքի վրա փոփոխական հոսանքի ամպլիտուդային արժեքները ( U zg) և չափիչ բջիջի վրա ( Uբջիջ):

Իմանալով դա, դուք կարող եք որոշել բջջի դիմադրությունը

որտեղ է բջիջի հաստատունը:

Որոշելու համար Կբջիջը փորձարարական տեղադրման մեջ օգտագործվում է օժանդակ բջիջ, որը նման է ուսումնասիրվողին երկրաչափական պարամետրերի առումով: Երկու էլեկտրաքիմիական բջիջները կորունդի նավակներ են էլեկտրոլիտով: Միևնույն խաչմերուկի և երկարության մետաղից պատրաստված երկու գլանաձև էլեկտրոդներ իջեցված են դրանց մեջ, որոնք գտնվում են միմյանցից նույն հեռավորության վրա, որպեսզի ապահովեն (L/S) հարաբերակցության կայունությունը:

Ուսումնասիրվող բջիջը պարունակում է Na 2 O · 2В 2 O 3 հալվածություն և տեղադրվում է 700–800 °C ջերմաստիճանի ջեռուցման վառարանում: Օժանդակ բջիջը գտնվում է սենյակային ջերմաստիճանում և լցված է KCl-ի 0,1 N ջրային լուծույթով, որի էլեկտրական հաղորդունակությունը 0,0112 S սմ–1 է։ Իմանալով լուծույթի էլեկտրական հաղորդունակությունը և որոշել (տես բանաձև 14.9) էլեկտրական դիմադրությունը.

օժանդակ բջիջ (

2.2.3 Աշխատանքային կարգ

Ա. Գործողություն իրական ժամանակի չափման համակարգով

Նախքան չափումները սկսելը, վառարանը պետք է տաքացվի մինչև 850 °C ջերմաստիճան: Տեղադրման կարգը հետևյալն է.

1. Նախաստորագրման ընթացակարգը մոնիտորի էկրանի հրահանգներին համապատասխան ավարտելուց հետո անջատեք վառարանը, «1 - հղումային դիմադրություն» անջատիչը դրեք «1 - Hi» դիրքի և հետևեք հետագա հրահանգներին:

2. Այն բանից հետո, երբ ցուցադրվի «Switch 2 – to position «Molten»» ցուցիչը, հետևեք դրան և մինչև «Switch 2 – to position «MELT»» ցուցումը հայտնվի, գրանցեք դիմադրության հարաբերակցության արժեքները, որոնք հայտնվում են յուրաքանչյուր 5 վայրկյանը մեկ։ .

3. Հետևեք երկրորդ հրահանգին և հետևեք ջերմաստիճանի փոփոխությանը: Հենց որ ջերմաստիճանը դառնում է 800 °C-ից պակաս, ստեղնաշարի «Xs» հրամանը պետք է միացնի գրաֆիկի էկրանը և յուրաքանչյուր 5 վայրկյանը մեկ գրանցի ջերմաստիճանի արժեքները և դիմադրությունների հարաբերակցությունը:

4. Այն բանից հետո, երբ հալոցքը սառչում է մինչև 650 °C-ից ցածր ջերմաստիճան, չափումները պետք է սկզբնավորվեն այս տեղադրման վրա աշխատանք կատարող երկրորդ ուսանողի համար: Անցեք «1 - հղման դիմադրությունը» դիրքի «2 - Lo» և այս պահից երկրորդ ուսանողը սկսում է գրանցել ջերմաստիճանի և դիմադրության գործակիցները յուրաքանչյուր 5 վայրկյանը մեկ:

5. Երբ հալոցքը սառչում է մինչև 500 °C ջերմաստիճան կամ հասնում է 6-ի մոտ դիմադրության հարաբերակցության արժեքը, չափումները պետք է դադարեցվեն՝ ստեղնաշարից «Xe» հրամանը տալով: Այս պահից սկսած, երկրորդ ուսանողը պետք է շրջի 2-րդ անջատիչը «լուծման» դիրքում և գրի դիմադրության հարաբերակցության տասը արժեք:

Գ. Ֆայլում նախկինում գրված տվյալների հետ աշխատելը

Ծրագիրը ակտիվացնելուց հետո էկրանին հայտնվում է հաղորդագրություն հղման դիմադրության արժեքի մասին և հաջորդաբար ցուցադրվում են դիմադրության հարաբերակցության մի քանի արժեքներ ( r) տրամաչափման բջիջի. Միջին հաշվարկից հետո այս տվյալները թույլ կտան գտնել տեղադրման հաստատունը:

Դրանից հետո չափիչ բջիջի ջերմաստիճանի և դիմադրության գործակիցները հայտնվում են էկրանին ամեն մի քանի վայրկյանը մեկ: Այս տեղեկատվությունը ցուցադրվում է գրաֆիկի վրա:

Ծրագիրը ավտոմատ կերպով դուրս է գալիս և բոլոր արդյունքներն ուղարկում է ուսուցչի համակարգչին:

2.2.4 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում

Չափումների արդյունքների հիման վրա լրացրեք աղյուսակը հետևյալ վերնագրով.

Աղյուսակ 1. Na 2 O 2B 2 O 3 հալվածքի էլեկտրական հաղորդունակության ջերմաստիճանից կախվածությունը

Աղյուսակում առաջին երկու սյունակները լրացվում են տվյալների ֆայլը բացելուց հետո, իսկ մնացածը հաշվարկվում են։ Դրանց հիման վրա դուք պետք է գծեք ln() - 10 3 /T կախվածությունը և օգտագործեք նվազագույն քառակուսիների մեթոդը (LINEST ֆունկցիա OpenOffice.Calc-ում)՝ որոշելու ակտիվացման էներգիայի արժեքը։ Գրաֆիկի վրա պետք է ցույց տրվի մոտավոր ուղիղ գիծ: Դուք նաև պետք է գծեք էլեկտրական հաղորդունակությունը ջերմաստիճանի նկատմամբ: Արդյունքների մշակման կարգը

1. Մուտքագրեք չափումների արդյունքների գրառումները աղյուսակային ֆայլում:

2. Հաշվեք չափաբերման բջիջի դիմադրության հարաբերակցության միջին արժեքը:

3. Հաշվե՛ք դրվածքի հաստատունը:

4. Հողամասի կախվածություն r – տ, տեսողականորեն բացահայտել և հեռացնել թռուցիկ արժեքները: Եթե ​​դրանք շատ են, ապա կիրառեք տեսակավորում։

5. Հաշվել չափիչ խցի դիմադրությունը, հալված օքսիդի էլեկտրական հաղորդունակությունը տարբեր ջերմաստիճաններում, էլեկտրական հաղորդունակության լոգարիթմը և հակադարձ բացարձակ ջերմաստիճանը.

բ 0 , բ 1 հավասարում, որը մոտեցնում է էլեկտրական հաղորդունակության լոգարիթմի կախվածությունը փոխադարձ ջերմաստիճանից և հաշվարկում է ակտիվացման էներգիան:

7. Առանձին թերթիկի վրա գծեք էլեկտրական հաղորդունակության լոգարիթմի կախվածության գրաֆիկը փոխադարձ ջերմաստիճանից և տվեք մոտավոր կախվածություն. Փորձարկման արդյունքներ.

1. Վերանայման ներկայացված աղյուսակների գրքում «Արդյունքներ» վերնագրված առաջին էջում պետք է ներառվեն հետևյալ տեղեկությունները.

ա. «A1» խցում - սկզբնական ջերմաստիճան, «B1» բջիջում՝ չափման միավորներ;

գ. «A3» բջիջում՝ էլեկտրական հաղորդունակության ակտիվացման էներգիա, «B3» բջիջում՝ չափման միավորներ.

դ. «A4» բջիջում` էլեկտրական հաղորդունակության ջերմաստիճանային կախվածության բանաձևի նախնական էքսպոնենցիալ գործոն, «B4» բջիջում` չափման միավորներ.

ե. «A5» բջիջից սկսած՝ աշխատանքի եզրակացությունները պետք է հստակ ձևակերպվեն:

A1-A4 բջիջներում պետք է հղումներ լինեն աղյուսակների գրքի այլ թերթիկների բջիջներին, որոնց վրա կատարվել են հաշվարկներ՝ ներկայացված արդյունքը ստանալու համար, և ոչ թե թվային արժեքները: Եթե ​​այս պահանջը չկատարվի, ստուգման ծրագիրը տալիս է «Տեղեկատվության ներկայացման սխալ» հաղորդագրությունը:

2. Էլեկտրական հաղորդունակության լոգարիթմի կախվածության ճիշտ գրաֆիկը փոխադարձ ջերմաստիճանից՝ ստացված փորձարարական տվյալներից (կետերից) և մոտավոր բազմանդամով (գծով), աղյուսակների առանձին թերթիկի վրա՝ բոլոր անհրաժեշտ ստորագրություններով և նշաններով:

թեստի հարցեր

1. Ի՞նչ է կոչվում էլեկտրական հաղորդունակություն:

2. Ո՞ր մասնիկներն են որոշում խարամների էլեկտրական հաղորդունակությունը:

3. Ինչպիսի՞ն է մետաղների և օքսիդի հալոցքների էլեկտրական հաղորդունակության ջերմաստիճանային կախվածությունը:

4. Ինչի՞ց է կախված բջջի հաստատունը և ինչպե՞ս որոշել այն:

5. Ինչու՞ է անհրաժեշտ որոշելու համար օգտագործել փոփոխական հոսանք:

6. Ինչպե՞ս է էլեկտրական հաղորդունակության ակտիվացման էներգիան կախված ջերմաստիճանից:

7. Ինչ սենսորներ և գործիքներ են օգտագործվում լաբորատորիայում: Ի՞նչ ֆիզիկական քանակություններ են թույլ տալիս գրանցել։

8. Ի՞նչ գրաֆիկներ (ինչ կոորդինատներով) պետք է ներկայացվեն աշխատանքի արդյունքների հիման վրա:

9. Ի՞նչ ֆիզիկական և քիմիական արժեքներ պետք է ձեռք բերել առաջնային տվյալները մշակելուց հետո:

10. Որոշեք, թե ինչ չափումներ են կատարվում փորձից առաջ, ինչ արժեքներ են գրանցվում փորձի ընթացքում, ինչ տվյալներ են առաջնային տեղեկատվություն, ինչ վերամշակման է ենթարկվում այն ​​և ինչ տեղեկատվություն է ստացվում:

2.3 Մոդելավորման մոդելի վրա խարամով մետաղների ծծմբազերծման կինետիկայի ուսումնասիրություն (Աշխատանք թիվ 15)

2.3.1 Ընդհանուր տեղեկություններ խարամով մետաղների ծծմբազրկման կինետիկայի մասին

Ծծմբի կեղտերը պողպատում, 0,005 wt-ից ավելի քանակությամբ: %, զգալիորեն նվազեցնում է դրա մեխանիկական, էլեկտրական, հակակոռոզիոն և այլ հատկությունները, վատթարանում է մետաղի եռակցումը, հանգեցնում է կարմիր և սառը փխրունության տեսքին: Ուստի բարձրորակ մետալուրգիայի համար մեծ նշանակություն ունի պողպատի ծծմբազրկման գործընթացը, որը հատկապես արդյունավետ է խարամի հետ։

Ռեակցիայի կինետիկ օրինաչափությունների ուսումնասիրությունը, դրա մեխանիզմի և հոսքի ռեժիմի նույնականացումը անհրաժեշտ է ծծմբաթափման արագության արդյունավետ վերահսկման համար, քանի որ մետալուրգիական ագրեգատների իրական պայմաններում ծծմբի հավասարակշռության բաշխումը մետաղի և խարամի միջև սովորաբար չի ստացվում:

Ի տարբերություն պողպատի այլ կեղտերի մեծ մասի, ծծմբի անցումը մետաղից դեպի խարամ վերականգնողական գործընթաց է, այլ ոչ օքսիդատիվ: [S] +2e = (S 2–):

Սա նշանակում է, որ կաթոդային պրոցեսի շարունակական առաջացման համար, որը հանգեցնում է մետաղի վրա դրական լիցքերի կուտակմանը, անհրաժեշտ է այլ մասնիկների միաժամանակյա անցում, որն ունակ է մետաղական փուլին էլեկտրոններ նվիրել։ Նման ուղեկցող անոդային պրոցեսները կարող են լինել թթվածնի անիոնների օքսիդացումը խարամում կամ երկաթի, ածխածնի, մանգանի, սիլիցիումի և այլ մետաղական կեղտերի մասնիկների՝ կախված պողպատի բաղադրությունից։

2. (O 2–) = [O] + 2e,

3. \u003d (Fe 2+) + 2e,

4. [C] + (O 2–) \u003d CO + 2e, 5. \u003d (Mn 2+) + 2e.

Միասին կաթոդիկ և ցանկացած անոդային պրոցեսը հնարավորություն է տալիս գրելու ստոյխիոմետրիկ հավասարումը ծծմբազրկման ռեակցիայի հետևյալ ձևով, օրինակ.

1-2. (CaO) + [S] = (CaS) + [O], H = -240 կՋ/մոլ

1-3. + [S] + (CaO)= (FeO) + (CaS): H = -485 կՋ/մոլ

Հավասարակշռության հաստատունների համապատասխան արտահայտություններն ունեն ձև

(15.1)

Ակնհայտ է, որ որպես օրինակ ընտրված գործընթացները և այլն կարող են տեղի ունենալ միաժամանակ: (15.1) հարաբերակցությունից հետևում է, որ մետաղի ծծմբազրկման աստիճանը հաստատուն ջերմաստիճանում, այսինքն. Հավասարակշռության հաստատունի հաստատուն արժեքը, աճում է օքսիդի հալոցքում ազատ թթվածնի իոնի (O 2-) կոնցենտրացիայի աճով: Իրոք, հայտարարի գործակցի աճը պետք է փոխհատուցվի մեկ այլ գործոնի նվազմամբ, որպեսզի համապատասխանի հավասարակշռության հաստատունի հաստատուն արժեքին: Նշենք, որ ազատ թթվածնի իոնների պարունակությունը մեծանում է կալցիումի օքսիդով հարուստ բարձր հիմնային խարամների կիրառմամբ: Վերլուծելով (15.2) կապը, կարող ենք եզրակացնել, որ երկաթի իոնների (Fe 2+) պարունակությունը օքսիդի հալոցքում պետք է լինի նվազագույն, այսինքն. խարամները պետք է պարունակեն նվազագույն քանակությամբ երկաթի օքսիդներ: Մետաղում դեօքսիդիզատորների (Mn, Si, Al, C) առկայությունը մեծացնում է նաև պողպատի ծծմբազրկման ամբողջականությունը՝ նվազեցնելով (Fe 2+) և [O] պարունակությունը։

1-2 ռեակցիան ուղեկցվում է ջերմության կլանմամբ (∆H>0), հետևաբար, գործընթացի շարունակման ընթացքում մետալուրգիական միավորում ջերմաստիճանը կնվազի: Ընդհակառակը, 1-3 ռեակցիան ուղեկցվում է ջերմության արտանետմամբ (∆H<0) и, если она имеет определяющее значение, температура в агрегате будет повышаться.

Ծծմբազրկման կինետիկ նկարագրության մեջ պետք է դիտարկել գործընթացի հետևյալ փուլերը.

Ծծմբի մասնիկների առաքում մետաղի մեծ մասից մինչև խարամի սահմանը, որն իրականացվել է նախ կոնվեկտիվ դիֆուզիոնով և անմիջապես մետաղ-խարամ միջերեսի մոտ մոլեկուլային դիֆուզիայի միջոցով. ծծմբի ատոմներին էլեկտրոնի միացման էլեկտրաքիմիական ակտը և S 2– անիոնների ձևավորումը. որը ադսորբցիոն-քիմիական ակտ է, ծծմբի անիոնների հեռացումը խարամի ծավալի մեջ՝ մոլեկուլային, ապա կոնվեկտիվ դիֆուզիայի շնորհիվ։

Նմանատիպ փուլերը բնորոշ են նաև անոդային փուլերին՝ Fe, Mn, Si ատոմների կամ O2– անիոնների մասնակցությամբ։ Փուլերից յուրաքանչյուրը նպաստում է ծծմբազրկման գործընթացի ընդհանուր դիմադրությանը: Այս դիմադրություններից մի քանիսի միջով մասնիկների հոսքի շարժիչ ուժը նրանց էլեկտրաքիմիական պոտենցիալների տարբերությունն է ոչ հավասարակշռված մետաղ-խարամային համակարգում կամ փաստացի և հավասարակշռված էլեկտրոդների պոտենցիալների միջև տարբերությունը ֆազային սահմանում, որը կոչվում է. գերլարում .

Մի շարք հաջորդական փուլերից բաղկացած գործընթացի արագությունը որոշվում է ամենամեծ դիմադրություն ունեցող փուլի ներդրմամբ. սահմանափակողփուլ. Կախված սահմանափակող քայլի ընթացքի մեխանիզմից՝ խոսվում է ռեակցիայի դիֆուզիայի կամ կինետիկ ռեժիմի մասին։ Եթե ​​հոսքի տարբեր մեխանիզմներով փուլերն ունեն համաչափ դիմադրություններ, ապա խոսվում է խառը ռեակցիայի ռեժիմի մասին: Յուրաքանչյուր փուլի դիմադրությունը զգալիորեն կախված է համակարգի բնույթից և հատկություններից, ռեակտիվների կոնցենտրացիայից, փուլային խառնուրդի ինտենսիվությունից և ջերմաստիճանից: Այսպիսով, օրինակ, ծծմբի նվազեցման էլեկտրաքիմիական ակտի արագությունը որոշվում է փոխանակման հոսանքի արժեքով

(15.3)

որտեղ ATջերմաստիճանի ֆունկցիան է, Գ[S] և Գ(S 2–) – ծծմբի կոնցենտրացիաները մետաղում և խարամում, α – փոխանցման գործակից։

Ֆազային սահման ծծմբի մատակարարման փուլի արագությունը որոշվում է այս մասնիկների սահմանափակող դիֆուզիոն հոսանքով

որտեղ Դ[S]-ը ծծմբի դիֆուզիոն գործակիցն է, β-ն կոնվեկտիվ հաստատուն է, որը որոշվում է հալոցքում կոնվեկցիայի ինտենսիվությամբ, այն համաչափ է հեղուկում կոնվեկտիվ հոսքերի գծային արագության քառակուսի արմատին։

Առկա փորձարարական տվյալները ցույց են տալիս, որ հալված կոնվեկցիայի նորմալ պայմաններում ծծմբի իոնների լիցքաթափման էլեկտրաքիմիական ակտը համեմատաբար արագ է ընթանում. ծծմբազրկումը արգելակվում է հիմնականում մետաղի կամ խարամի մեջ մասնիկների տարածմամբ: Այնուամենայնիվ, մետաղում ծծմբի կոնցենտրացիայի աճով, դիֆուզիոն խոչընդոտները նվազում են, և գործընթացի ռեժիմը կարող է փոխվել կինետիկի: Դրան նպաստում է նաև ածխածնի ավելացումը երկաթին, tk. ածխածնի մետաղի և խարամի միջերեսում թթվածնի իոնների արտահոսքը տեղի է ունենում զգալի կինետիկ դանդաղումով:

Պետք է նկատի ունենալ, որ մետաղների էլեկտրոլիտների հետ փոխազդեցության մասին էլեկտրաքիմիական պատկերացումները հնարավորություն են տալիս պարզաբանել գործընթացների մեխանիզմը, մանրամասն հասկանալ տեղի ունեցող երևույթները։ Միևնույն ժամանակ, ֆորմալ կինետիկայի պարզ հավասարումները լիովին պահպանում են իրենց վավերականությունը։ Մասնավորապես, զգալի սխալներով ստացված փորձարարական արդյունքների կոպիտ վերլուծության համար ռեակցիայի արագության 1-3 հավասարումը կարելի է գրել ամենապարզ ձևով.

որտեղ կզ և կ r-ն առաջադիմական և հակադարձ ռեակցիաների արագության հաստատուններն են: Այս հարաբերակցությունը բավարարվում է, եթե երկաթի մեջ ծծմբի և խարամի մեջ կալցիումի սուլֆիդի և վուստիտի լուծույթները կարելի է համարել անսահման նոսրացած, և այդ ռեակտիվների ռեակցիայի կարգերը մոտ են միասնությանը: Քննարկվող ռեակցիայի մնացած ռեագենտների պարունակությունն այնքան մեծ է, որ դրանք գրեթե անփոփոխ են մնում փոխազդեցության ողջ ընթացքում, և դրանց կոնցենտրացիաները կարող են ներառվել հաստատունների մեջ։ կզ և կ r

Մյուս կողմից, եթե ծծմբազրկման գործընթացը հեռու է հավասարակշռությունից, ապա հակադարձ ռեակցիայի արագությունը կարող է անտեսվել: Այնուհետև ծծմբաթափման արագությունը պետք է համաչափ լինի մետաղում ծծմբի կոնցենտրացիայի հետ: Փորձարարական տվյալների նկարագրության այս տարբերակը կարելի է ստուգել՝ ուսումնասիրելով ծծմբազրկման արագության լոգարիթմի և մետաղում ծծմբի կոնցենտրացիայի լոգարիթմի միջև կապը: Եթե ​​այս հարաբերությունը գծային է, և կախվածության թեքությունը պետք է մոտ լինի միասնությանը, ապա սա փաստարկ է գործընթացի դիֆուզիոն ռեժիմի օգտին:

2.3.2 Գործընթացի մաթեմատիկական մոդել

Մի քանի անոդային փուլերի առաջացման հնարավորությունը մեծապես բարդացնում է բազմաթիվ կեղտեր պարունակող պողպատի ծծմբազրկման գործընթացների մաթեմատիկական նկարագրությունը: Այս առումով մոդելի մեջ մտցվեցին որոշ պարզեցումներ, մասնավորապես՝ անտեսեցինք տարբեր կինետիկ դժվարությունները.

Երկաթի և թթվածնի անցման կես ռեակցիաների համար, կապված դիֆուզիոն հսկողության ընդունված սահմանափակման հետ, հարաբերությունները շատ ավելի պարզ են թվում.

(15.7)

Արտաքին աղբյուրից հոսանքի բացակայության դեպքում էլեկտրական չեզոքության պայմանին համապատասխան, առանձին էլեկտրոդների կիսա-ռեակցիաներում հոսանքների միջև կապն արտահայտվում է պարզ հարաբերությամբ.

Էլեկտրոդների գերլարումների () տարբերությունները որոշվում են 1-2 և 1-3 ռեակցիաների գործունեության համապատասխան արտադրանքների և հավասարակշռության հաստատունների հարաբերակցությամբ.

Մետաղում ծծմբի կոնցենտրացիայի ժամանակային ածանցյալը որոշվում է առաջին էլեկտրոդի կիսա-ռեակցիայի հոսանքով՝ համաձայն հավասարման.

(15.12)

Այստեղ ես 1 , ես 2 - էլեկտրոդների գործընթացների ընթացիկ խտությունները, η 1, η 2 - դրանց բևեռացումները, ես n – սահմանափակող մասնիկների դիֆուզիոն հոսանքներ ј - ինչ - որ տեսակի ես o կինետիկ փուլի փոխանակման հոսանքն է, Գ[s]-ը մետաղի մեջ ծծմբի կոնցենտրացիան է, α՝ փոխանցման գործակիցը, P, Կ p-ը գործունեության արդյունքն է և ծծմբաթափման ռեակցիայի հավասարակշռության հաստատունը, Սմետաղի և խարամի միջերեսի տարածքն է, ՎԵս մետաղի ծավալն եմ, Տ- ջերմաստիճան, ՖՖարադայի հաստատունն է, Ռգազի համընդհանուր հաստատունն է։

Էլեկտրաքիմիական կինետիկայի օրենքների համաձայն, արտահայտությունը (15.6) հաշվի է առնում խարամի մեջ երկաթի իոնների դիֆուզիայի արգելակումը, քանի որ, դատելով փորձարարական տվյալներից, այդ մասնիկների լիցքաթափման-իոնացման փուլը սահմանափակող չէ: Արտահայտությունը (15.5) խարամի և մետաղի մեջ ծծմբի մասնիկների դիֆուզիայի հետաձգումն է, ինչպես նաև միջերեսում ծծմբի իոնացման դանդաղումը:

Միավորելով արտահայտությունները (15.6 - 15.12)՝ թվային մեթոդներով հնարավոր է ստանալ մետաղի մեջ ծծմբի կոնցենտրացիայի կախվածությունը ընտրված պայմանների համար ժամանակից։

Մոդելը օգտագործում է հետևյալ պարամետրերը.

3)
Ծծմբի իոնափոխանակման հոսանք.

4) ծծմբաթափման ռեակցիայի հավասարակշռության հաստատունը ( Դեպի R):

5) ինտերֆեյսի տարածքի հարաբերակցությունը մետաղի ծավալին

7) Կոնվեկտիվ հաստատուն (β).

Մոդելը հնարավորություն է տալիս վերլուծել թվարկված գործոնների ազդեցությունը ծծմբաթափման արագության և ամբողջականության վրա, ինչպես նաև գնահատել դիֆուզիոն և կինետիկ արգելակումների ներդրումը գործընթացի ընդհանուր դիմադրության մեջ:

2.3.3 Աշխատանքային կարգը

Մոդելավորման ծրագրի կողմից ստեղծված պատկերը ներկայացված է նկ. . Չափված քանակների ընտրված թվային արժեքները տրված են վահանակի վերին մասում, գործընթացի մոդելավորման ընթացքում ստացված բոլոր արժեքները ցուցադրվում են գրաֆիկի վրա: Մետաղական և խարամային հալոցքների բաղադրիչների նշանակումներում օգտագործվում են մետալուրգիական գրականության մեջ ընդունված լրացուցիչ նշաններ։ Քառակուսի փակագծերը ցույց են տալիս, որ բաղադրիչը պատկանում է մետաղի հալոցքին, իսկ կլոր փակագծերը՝ խարամին։ Բաղադրիչների նշանակումներում բազմապատկիչները օգտագործվում են միայն գծագրման համար, դրանք չպետք է հաշվի առնվեն արժեքները մեկնաբանելիս: Մինչ մոդելն աշխատում է, ցանկացած պահի ցուցադրվում է միայն չափված արժեքներից մեկի արժեքը: 6 վայրկյան հետո այն անհետանում է և հայտնվում է հաջորդ արժեքի արժեքը: Այս ժամանակահատվածում անհրաժեշտ է ժամանակ ունենալ հաջորդ արժեքը գրանցելու համար։ Ժամանակ խնայելու համար խորհուրդ է տրվում չգրել հաստատուն թվեր, օրինակ՝ ջերմաստիճանի արժեքի առաջատար միավորը։

Կարգավորման վահանակի վերին աջ անկյունում գտնվող ժամացույցով չափումների մեկնարկից հինգ րոպե անց, միաժամանակ սեղմելով ստեղները և [#], որտեղ # կարգավորումների թիվն է, ուժեղացրեք փուլային խառնուրդի արագությունը:

2.3.4 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում

Մոդելավորման ծրագրի կողմից ստեղծված չափումների արդյունքների աղյուսակը պետք է լրացվի հետևյալ հաշվարկված սյունակներով.

Աղյուսակ 1. Փորձարարական տվյալների վիճակագրական մշակման արդյունքներ

Առաջին սյունակի աղյուսակում դուք պետք է հաշվարկեք գործընթացի մեկնարկի ժամանակը րոպեներով:

Հետագա մշակումն իրականացվում է գրաֆիկական գծագրումից հետո. մշակման առաջին փուլում պետք է գծել ջերմաստիճանը ժամանակի համեմատ և գնահատել տվյալների միջակայքը, երբ ծծմբի անցումը հիմնականում ուղեկցվում է երկաթի անցումով: Այս միջակայքում առանձնացվում են երկու շրջաններ՝ խառնման նույն արագությամբ, և ձևի բազմանդամների մոտավոր գործակիցները գտնվում են նվազագույն քառակուսիների մեթոդով.

որը բխում է (15.5) հավասարումից՝ նշված պայմաններում: Համեմատելով գործակիցների ստացված արժեքները՝ եզրակացություններ են արվում գործընթացի ռեժիմի և համակարգի հավասարակշռության վիճակին մոտարկման աստիճանի մասին։ Նշենք, որ (15.13) հավասարման մեջ ազատ անդամ չկա:

Փորձի արդյունքները պատկերացնելու համար գծագրված են ծծմբի կոնցենտրացիայի կախվածության գրաֆիկները ժամանակից և ծծմբազրկման արագությունը խարամում կալցիումի սուլֆիդի կոնցենտրացիայից:

Արդյունքների մշակման կարգը

2. Հաշվել ծծմբաթափման գործընթացի արագությունը մետաղում ծծմբի կոնցենտրացիայից, արագության և ծծմբի կոնցենտրացիայի լոգարիթմներից:

3. Առանձին թերթիկների վրա գծե՛ք միավորի ջերմաստիճանի կախվածության գրաֆիկները ժամանակից, խարամի զանգվածից ժամանակից, ծծմբազրկման արագությունը o-ից և ժամանակից, ծծմբազրկման արագության լոգարիթմը ծծմբի կոնցենտրացիայի լոգարիթմից:

4. Օգտագործելով նվազագույն քառակուսիների մեթոդը, առանձին-առանձին գնահատեք խառնման տարբեր արագությունների համար ծծմբազերծման գործընթացի կինետիկ բնութագրերը՝ համաձայն () հավասարման և ռեակցիայի կարգը՝ ըստ ծծմբի կոնցենտրացիայի:

Փորձարկման արդյունքներ.

1. Ծծմբաթափման գործընթացի արագության և այս արժեքի լոգարիթմի կախվածության ճիշտ գրաֆիկները ժամանակին, աղյուսակների առանձին թերթիկի վրա՝ բոլոր անհրաժեշտ նշումային ստորագրություններով:

2. Ապածծմբացման գործընթացի կինետիկ բնութագրերի արժեքները գործընթացի բոլոր տարբերակներում` նշելով չափերը (և սխալները):

3. Եզրակացություններ աշխատանքի վերաբերյալ.

թեստի հարցեր

1. Ի՞նչ պայմաններ են անհրաժեշտ խարամով մետաղի առավել ամբողջական ծծմբազրկման համար:

2. Ի՞նչ անոդային պրոցեսներ կարող են ուղեկցել ծծմբի հեռացմանը:

3. Որո՞նք են միջերեսի միջոցով ծծմբի անցման փուլերը:

4. Ո՞ր դեպքերում է իրականացվում ծծմբազրկման դիֆուզիոն կամ կինետիկ եղանակը:

5. Ո՞րն է աշխատանքային կարգը:

2.4 Բնական կարբոնատների տարանջատման գործընթացների ջերմագրական ուսումնասիրություն (Աշխատանք թիվ 16)

2.4.1 Կարբոնատային տարանջատման ընդհանուր օրինաչափություններ

Թերմոգրամը նմուշի ջերմաստիճանի կախվածությունն է ժամանակից։ Նյութերի ջերմային տարրալուծման գործընթացների ուսումնասիրման ջերմոգրաֆիկ մեթոդը լայն տարածում գտավ այն բանից հետո, երբ հայտնաբերվեցին նման կախվածությունների բնորոշ հատկանիշները՝ «ջերմաստիճանային կանգառներ» և «թեք ջերմաստիճանային տարածքներ»։

1.4

Նկար 3. Ջերմոգրամի նկարազարդում.

կետավոր կորը հիպոթետիկ հղման նմուշի ջերմագրումն է, որում դիսոցացիա տեղի չի ունենում. հոծ գիծը իրական նմուշ է երկաստիճան դիսոցացիայով:

Սրանք կախվածության բնորոշ հատվածներ են, որոնցում որոշ ժամանակ () ջերմաստիճանը կամ մնում է հաստատուն (T \u003d կոնստ), կամ ավելանում է փոքր քանակությամբ (T) հաստատուն արագությամբ (T /): Օգտագործելով թվային կամ գրաֆիկական տարբերակում, հնարավոր է լավ ճշգրտությամբ որոշել ջերմաստիճանի կանգառի սկզբի և ավարտի ժամանակի և ջերմաստիճանի պահերը։

Առաջարկվող լաբորատոր աշխատանքում նման կախվածություն է ստացվում բնական նյութի կալցիտի շարունակական տաքացմամբ, որի հիմնական բաղադրիչը կալցիումի կարբոնատն է։ Հիմնականում կալցիտից կազմված ապարը կոչվում է կրաքար: Կրաքարը մեծ քանակությամբ օգտագործվում է մետաղագործության մեջ։

Կրաքարը էնդոթերմիկ ռեակցիայով բովելու (ջերմային մշակման) արդյունքում

CaCO 3 \u003d CaO + CO 2

ստացվում է կրաքար (CaO)՝ խարամի հալման անհրաժեշտ բաղադրիչ։ Գործընթացն իրականացվում է ինչպես կրաքարի, այնպես էլ կրաքարի հալման կետերից ցածր ջերմաստիճաններում: Հայտնի է, որ կարբոնատները և դրանցից առաջացած օքսիդները գործնականում փոխադարձաբար անլուծելի են, հետևաբար, ռեակցիայի արտադրանքը նոր պինդ փուլ և գազ է։ Հավասարակշռության հաստատունի արտահայտությունը, ընդհանուր դեպքում, ունի ձև.

Այստեղ ապինդ ռեակտիվների գործունեությունն են, գազային ռեակցիայի արտադրանքի մասնակի ճնշումն է։ Մեկ այլ քար, որը կոչվում է դոլոմիտ, նույնպես լայնորեն օգտագործվում է մետաղագործության մեջ։ Այն հիմնականում բաղկացած է համանուն միներալից, որը ածխաթթվի CaMg(CO 3) 2 կրկնակի աղն է։

Կալցիտը, ինչպես ցանկացած բնական հանքանյութ, հիմնական բաղադրիչի հետ միասին պարունակում է մի շարք կեղտեր, որոնց քանակն ու բաղադրությունը կախված է բնական ռեսուրսի հանքավայրից և նույնիսկ հանքարդյունաբերության կոնկրետ տարածքից: Կեղտոտ միացությունների բազմազանությունն այնքան մեծ է, որ անհրաժեշտ է դրանք դասակարգել ըստ որոշակի առանձնահատկությունների, որոնք էական են կոնկրետ դեպքում: Թերմոդինամիկական վերլուծության համար էական հատկանիշ է ռեագենտներով լուծույթներ կազմելու կեղտերի կարողությունը: Ենթադրում ենք, որ հանքանյութում չկան կեղտեր, որոնք ուսումնասիրվող պայմանների միջակայքում (ճնշում և ջերմաստիճան) մտնում են որևէ քիմիական ռեակցիա իրենց կամ դրա տարրալուծման հիմնական բաղադրիչի կամ արտադրանքի միջև: Գործնականում այս պայմանը խստորեն բավարարված չէ, քանի որ, օրինակ, կալցիտի մեջ կարող են առկա լինել այլ մետաղների կարբոնատներ, սակայն հետագա վերլուծության տեսանկյունից, հաշվի առնելով այդ ռեակցիաները, նոր տեղեկատվություն չի ապահովվի, այլ անհարկի. բարդացնել վերլուծությունը.

Բոլոր մյուս կեղտերը կարելի է բաժանել երեք խմբի.

1. Կալցիումի կարբոնատով լուծույթ առաջացնող կեղտեր։ Նման կեղտերը, իհարկե, պետք է հաշվի առնել թերմոդինամիկական և, ամենայն հավանականությամբ, գործընթացի կինետիկ վերլուծության ժամանակ։

2. Ռեակցիայի արտադրանքում լուծվող խառնուրդներ՝ օքսիդ: Այս տեսակի կեղտերը հաշվի առնելու խնդրի լուծումը կախված է նրանից, թե որքան արագ են դրանք լուծվում պինդ ռեակցիայի արտադրանքում և սերտորեն կապված այս տեսակի կեղտերի ընդգրկումների ցրման հարցից: Եթե ​​ընդգրկումները համեմատաբար մեծ են չափերով, և դրանց տարրալուծումը տեղի է ունենում դանդաղ, ապա դրանք չպետք է հաշվի առնվեն թերմոդինամիկական վերլուծության ժամանակ:

3. Կեղտեր, որոնք անլուծելի են սկզբնական կարբոնատի և դրա տարրալուծման արտադրանքի մեջ: Այս կեղտերը չպետք է հաշվի առնվեն թերմոդինամիկական վերլուծության ժամանակ, կարծես դրանք ընդհանրապես չեն եղել: Որոշ դեպքերում դրանք կարող են ազդել գործընթացի կինետիկայի վրա:

Վերլուծության ամենապարզ (կոպիտ) տարբերակում հնարավոր է միավորել նույն տեսակի բոլոր կեղտերը և դրանք դիտարկել որպես ինչ-որ ընդհանրացված բաղադրիչ: Այս հիման վրա մենք առանձնացնում ենք երեք բաղադրիչ՝ B1, B2 և B3: Պետք է քննարկվի նաև դիտարկվող թերմոդինամիկական համակարգի գազային փուլը։ Լաբորատոր աշխատանքում տարանջատման գործընթացն իրականացվում է բաց տեղադրման մեջ, որը շփվում է սենյակի մթնոլորտի հետ: Այս դեպքում թերմոդինամիկական համակարգում ընդհանուր ճնշումը հաստատուն է և հավասար է մեկ մթնոլորտի, իսկ գազային փուլում կա գազային ռեակցիայի արտադրանք՝ ածխաթթու գազ (CO2) և օդային միջավայրի բաղադրիչներ, պարզեցված ձևով՝ թթվածին և ազոտ։ Վերջիններս չեն փոխազդում համակարգի մյուս բաղադրամասերի հետ, հետևաբար քննարկվող դեպքում թթվածինը և ազոտը չեն տարբերվում, և հաջորդիվ դրանք կանվանենք չեզոք գազային բաղադրիչ B։

Ջերմաստիճանի կանգառները և հարթակները ունեն թերմոդինամիկական բացատրություն: Ֆազերի հայտնի կազմով հնարավոր է կանխատեսել կանգառի ջերմաստիճանը թերմոդինամիկական մեթոդներով։ Հնարավոր է նաև հակադարձ խնդիրը լուծել՝ հայտնի ջերմաստիճաններից որոշել փուլերի կազմը։ Այն ներառված է այս ուսումնասիրության մեջ:

Ջերմաստիճանի կանգառները և հարթակները կարող են իրականացվել միայն գործընթացի կինետիկայի հետ կապված որոշակի պահանջների բավարարման դեպքում: Բնական է ակնկալել, որ դրանք ռեակցիայի վայրում փուլերի գործնականորեն հավասարակշռված բաղադրության և դիֆուզիոն շերտերում աննշան փոքր գրադիենտների պահանջներն են: Նման պայմաններին համապատասխանելը հնարավոր է, եթե գործընթացի արագությունը վերահսկվում է ոչ թե ներքին գործոններով (դիֆուզիոն դիմադրություն և բուն քիմիական ռեակցիայի դիմադրություն), այլ արտաքին գործոններով՝ ռեակցիայի վայր ջերմամատակարարման արագությամբ: Ֆիզիկական քիմիայում սահմանված տարասեռ ռեակցիայի հիմնական եղանակներից բացի՝ կինետիկ և դիֆուզիոն, գործընթացի այս եղանակը կոչվում է ջերմային:

Նկատի ունեցեք, որ պինդ փուլային տարանջատման գործընթացի ջերմային ռեժիմը հնարավոր է դառնում ռեակցիայի առանձնահատկությունից ելնելով, որը պահանջում է մեծ քանակությամբ ջերմության մատակարարում, և միևնույն ժամանակ այն չի ներառում մատակարարման փուլերը. սկզբնական նյութերը դեպի ռեակցիայի վայր (քանի որ մեկ նյութը քայքայվում է) և պինդ ռեակցիայի արտադրանքը հեռացնելով սահմանային փուլի բաժանումից (քանի որ այս սահմանը շարժվում է): Մնացել է դիֆուզիայի միայն երկու քայլ՝ CO2-ի հեռացում գազային փուլով (ըստ երևույթին, շատ փոքր դիմադրությամբ) և CO2-ի դիֆուզիոն օքսիդի միջով, ինչը մեծապես նպաստում է օքսիդի ճեղքմանը, որը լրացնում է նախկինում ցնդող ածխածնի երկօքսիդի զբաղեցրած ծավալը:

Դիտարկենք թերմոդինամիկական համակարգ ջերմաստիճանի կանգառից ցածր ջերմաստիճանում: Նախ ենթադրենք, որ կարբոնատում չկան առաջին և երկրորդ տեսակի կեղտեր։ Երրորդ տիպի աղտոտման հնարավոր առկայությունը հաշվի կառնվի, բայց միայն ցույց տալու համար, որ դա հնարավոր է խուսափել: Ենթադրենք, որ ուսումնասիրված փոշիացված կալցիտի նմուշը կազմված է շառավղով միանման գնդաձև մասնիկներից. r 0 . Եկեք գծենք թերմոդինամիկական համակարգի սահմանը կալցիտի մասնիկներից մեկի մակերևույթից որոշակի հեռավորության վրա, որը փոքր է իր շառավղով և այդպիսով ներառել գազի փուլի որոշակի ծավալ համակարգում։

Քննարկվող համակարգում կա 5 նյութ՝ CaO, CaCO3, B3, CO2, B, որոնցից մի քանիսը մասնակցում են մեկ ռեակցիայի։ Այս նյութերը բաշխված են չորս փուլերի վրա՝ CaO, CaCO3, B3, գազային փուլ, որոնցից յուրաքանչյուրը բնութագրվում է տարբեր հատկությունների իր արժեքներով և մյուս փուլերից առանձնացված է տեսանելի (առնվազն մանրադիտակի տակ) միջերեսով: Այն փաստը, որ B3 փուլը, ամենայն հավանականությամբ, ներկայացված է բազմաթիվ ցրված մասնիկներով, չի փոխի վերլուծությունը. բոլոր մասնիկները հատկություններով գրեթե նույնական են և կարող են դիտարկվել որպես մեկ փուլ: Արտաքին ճնշումը մշտական ​​է, ուստի մնում է միայն մեկ արտաքին փոփոխական՝ ջերմաստիճանը։ Այսպիսով, ազատության աստիճանների քանակի հաշվարկման բոլոր պայմանները ( Հետ) սահմանվում են. Հետ = (5 – 1) + 1 – 4 = 1.

Ստացված արժեքը նշանակում է, որ երբ ջերմաստիճանը (մեկ պարամետրի) փոխվում է, համակարգը մի հավասարակշռված վիճակից կանցնի մյուսին, և փուլերի քանակը և բնույթը չեն փոխվի։ Կփոխվեն համակարգի վիճակի պարամետրերը՝ ածխաթթու գազի և չեզոք գազի B ջերմաստիճանը և հավասարակշռության ճնշումը ( Տ , R CO2 , Ռ Բ).

Խիստ ասած, ասվածը ճիշտ է ոչ թե ջերմաստիճանի կանգառից ցածր որևէ ջերմաստիճանի համար, այլ միայն այն միջակայքի համար, երբ ռեակցիան, որն ի սկզբանե տեղի է ունենում կինետիկ ռեժիմում, անցել է ջերմային ռեժիմի, և իսկապես կարելի է խոսել մերձեցման մասին։ համակարգի պարամետրերից մինչև հավասարակշռված: Ավելի ցածր ջերմաստիճաններում համակարգը, ըստ էության, հավասարակշռության մեջ չէ, բայց դա ոչ մի կերպ չի ազդում նմուշի ջերմաստիճանի կախվածության վրա ժամանակից:

Փորձի հենց սկզբից՝ սենյակային ջերմաստիճանում, համակարգը գտնվում է հավասարակշռության վիճակում, բայց միայն այն պատճառով, որ նրա մեջ չկան նյութեր, որոնք կարող են փոխազդել։ Խոսքը վերաբերում է կալցիումի օքսիդին, որն այս պայմաններում (մթնոլորտում ածխաթթու գազի մասնակի ճնշումը մոտավորապես 310–4 ատմ է, հավասարակշռության ճնշումը՝ 10–23 ատմ) կարող է կարբոնացվել։ Համաձայն ռեակցիայի իզոթերմի հավասարման՝ գրված՝ հաշվի առնելով հավասարակշռության հաստատունի արտահայտությունը (16.1) խտացրած նյութերի ակտիվությամբ մեկին հավասար.

Գիբսի էներգիայի փոփոխությունը դրական է, ինչը նշանակում է, որ ռեակցիան պետք է ընթանա հակառակ ուղղությամբ, բայց դա հնարավոր չէ, քանի որ սկզբում համակարգում կալցիումի օքսիդ չկա:

Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ դիսոցման առաձգականությունը (CO2-ի հավասարակշռության ճնշումը կարբոնատի նկատմամբ) մեծանում է, ինչպես հետևում է իզոբարային հավասարումից.

քանի որ ռեակցիայի ջերմությունը զրոյից մեծ է։

Միայն մոտավորապես 520 C ջերմաստիճանի դեպքում դիսոցացման ռեակցիան դառնում է թերմոդինամիկորեն հնարավոր, բայց այն կսկսվի զգալի ժամանակի ուշացումով (ինկուբացիոն շրջան), որն անհրաժեշտ է օքսիդի փուլի միջուկացման համար: Սկզբում ռեակցիան ընթանալու է կինետիկ ռեժիմով, սակայն ավտոկատալիզի շնորհիվ կինետիկ փուլի դիմադրությունը արագորեն այնքան կնվազի, որ ռեակցիան կանցնի ջերմային ռեժիմի։ Հենց այս պահից է, որ վերը նշված թերմոդինամիկական անալիզը դառնում է վավեր, և նմուշի ջերմաստիճանը կսկսի հետ մնալ հիպոթետիկ հղման նմուշի ջերմաստիճանից, որտեղ դիսոցացիա տեղի չի ունենում (տես Նկար 3):

Դիտարկվող թերմոդինամիկական անալիզը կգործի մինչև այն պահը, երբ դիսոցացման առաձգականությունը կհասնի 1 ատմ: Միևնույն ժամանակ, ածխաթթու գազը շարունակաբար արտազատվում է նմուշի մակերեսի վրա 1 ատմ ճնշման տակ։ Այն մղում է օդը, և նմուշից նոր մասեր են գալիս այն փոխարինելու համար: Ածխածնի երկօքսիդի ճնշումը չի կարող աճել մեկ մթնոլորտից այն կողմ, քանի որ գազն ազատորեն դուրս է գալիս շրջակա մթնոլորտ:

Համակարգը հիմնովին փոխվում է, քանի որ այժմ նմուշի շուրջ գազային փուլում օդ չկա, և համակարգում կա մեկ բաղադրիչ պակաս: Նման համակարգում ազատության աստիճանների թիվը c \u003d (4 - 1) + 1 - 4 \u003d 0

պարզվում է, որ հավասար է զրոյի, և դրանում հավասարակշռություն պահպանելով, ոչ մի վիճակի պարամետր, ներառյալ ջերմաստիճանը, չի կարող փոխվել:

Այժմ մենք նշում ենք, որ բոլոր եզրակացությունները (ազատության աստիճանների քանակի հաշվարկ և այլն) ուժի մեջ կմնան, եթե հաշվի չառնվի B3 բաղադրիչը, որը մեծացնում է և՛ նյութերի, և՛ փուլերի քանակը մեկով, ինչը փոխադարձաբար։ փոխհատուցվել է.

Գալիս է ջերմաստիճանի կանգ, երբ ամբողջ մուտքային ջերմությունը ծախսվում է միայն տարանջատման գործընթացի վրա։ Համակարգն աշխատում է որպես շատ լավ ջերմաստիճանի կարգավորիչ, երբ ջերմաստիճանի փոքր պատահական փոփոխությունը հանգեցնում է դիսոցացման արագության փոփոխության հակառակ ուղղությամբ, ինչը վերադարձնում է ջերմաստիճանը նախկին արժեքին: Կարգավորման բարձր որակը բացատրվում է նրանով, որ նման համակարգը գործնականում իներցիայից զերծ է։

Քանի որ տարանջատման գործընթացը զարգանում է, ռեակցիայի ճակատը ավելի խորն է շարժվում նմուշի մեջ, մինչդեռ փոխազդեցության մակերեսը նվազում է և պինդ ռեակցիայի արտադրանքի հաստությունը մեծանում է, ինչը խոչընդոտում է ածխածնի երկօքսիդի տարածմանը ռեակցիայի վայրից դեպի նմուշի մակերես: Ժամանակի ինչ-որ պահից սկսած պրոցեսի ջերմային ռեժիմը անցնում է խառը, այնուհետև դիֆուզիոն։ Արդեն խառը ռեժիմում համակարգը կդառնա էապես ոչ հավասարակշռված, և թերմոդինամիկական վերլուծությունից ստացված եզրակացությունները կկորցնեն իրենց գործնական նշանակությունը։

Դիսոցացման գործընթացի արագության նվազման պատճառով ջերմության պահանջվող քանակությունը կնվազի այնքան, որ մուտքային ջերմային հոսքի մի մասը կրկին կսկսի ծախսվել համակարգի ջեռուցման վրա: Այս պահից ջերմաստիճանի կանգառը կդադարի, թեև տարանջատման գործընթացը դեռ կշարունակվի մինչև կարբոնատի ամբողջական քայքայումը։

Հեշտ է կռահել, որ դիտարկվող ամենապարզ դեպքի համար կանգառի ջերմաստիճանի արժեքը կարելի է գտնել հավասարումից.

Թերմոդինամիկական հաշվարկը, օգտագործելով այս հավասարումը, օգտագործելով TDHT տվյալների բազան, տալիս է 883°C ջերմաստիճան մաքուր կալցիտի համար և 834°C մաքուր արագոնիտի համար:

Հիմա եկեք բարդացնենք վերլուծությունը։ 1-ին և 2-րդ տիպի կեղտեր պարունակող կալցիտի տարանջատման ժամանակ, երբ կարբոնատի և օքսիդի ակտիվությունը չի կարելի համարել միասնության, համապատասխան պայմանն ավելի է բարդանում.

Եթե ​​ենթադրենք, որ կեղտերի պարունակությունը ցածր է, և ստացված լուծույթները կարելի է համարել անսահման նոսրացած, ապա վերջին հավասարումը կարելի է գրել այսպես.

որտեղ է գտնվում համապատասխան անմաքրության մոլային բաժինը:

Եթե ​​թեք ջերմաստիճանի տարածքը և երկու ջերմաստիճանը ( Տ 2 > Տ 1) մաքուր կալցիումի կարբոնատի կանգառի ջերմաստիճանից բարձր. Կ Ռ (Տ 1) > 1 և Կ Ռ (Տ 2) > 1, ապա ողջամիտ է ենթադրել, որ երկրորդ տիպի կեղտեր չկան, կամ ժամանակ չունեն լուծելու () և սկզբում գնահատել 1-ին տիպի կեղտերի կոնցենտրացիան:

իսկ վերջում ջերմաստիճանի կանգ

Առաջին տիպի կեղտը որոշ չափով պետք է կուտակվի CaCO3-B1 լուծույթում, երբ շարժվում է ռեակցիայի ճակատը: Այս դեպքում տեղանքի թեքության անկյունային գործակիցը արտահայտվում է հարաբերակցությամբ.

որտեղ 1-ը բաղադրիչ B1-ի մասնաբաժինն է, որը վերադառնում է սկզբնական փուլ, երբ այն մեկուսացված է իր մաքուր տեսքով. Վ Սկալցիտի մոլային ծավալն է. v Գկարբոնատային տարանջատման արագությունն է. դիսոցացման ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունն է կանգառի ջերմաստիճանում. r 0-ը կալցիտի մասնիկի սկզբնական շառավիղն է:

Օգտագործելով հղման տվյալները, այս բանաձևը կարող է օգտագործվել հաշվարկելու համար v Գ- տարրալուծման արագություն

ռենիումի բաղադրիչ B1 կալցիտի մեջ.

2.4.2 Տեղադրման սխեման և աշխատանքի եղանակը

Աշխատանքն ուսումնասիրում է տարբեր ֆրակցիաների կալցիումի կարբոնատի և դոլոմիտի տարանջատումը։

Փորձարարական տեղադրման սխեման ներկայացված է Նկար 4-ում:

Նկար 4 - Կարբոնատների տարանջատման ջերմաչափերի ուսումնասիրման տեղակայման սխեման.

1 - կորունդի խողովակ, 2 - կարբոնատ, 3 - ջերմազույգ, 4 - վառարան,

5 - ավտոտրանսֆորմատոր, 6 - անհատական ​​համակարգիչ ADC տախտակով

Կորունդի խողովակ (1) ջերմակույտով (3) և կալցիումի կարբոնատի փորձանմուշով (2) տեղադրվում է մինչև 1200 Կ ջերմաստիճանում նախապես տաքացված վառարանում (4): Նմուշի ջերմաչափը դիտվում է անհատական ​​համակարգչի մոնիտորի էկրանին։ Իզոթերմային հատվածով անցնելուց հետո փորձը կրկնվում է մեկ այլ կարբոնատային ֆրակցիայով։ Դոլոմիտի ուսումնասիրության ժամանակ ջեռուցումն իրականացվում է մինչև ջերմաստիճանի երկու կանգառի հայտնաբերումը:

Ստացված ջերմաչափերը ներկայացված են «ջերմաստիճան – ժամանակ» գրաֆիկի վրա։ Համեմատության հեշտության համար բոլոր թերմոգրամները պետք է ցուցադրվեն մեկ գրաֆիկի վրա: Դրանից որոշվում է պրոցեսի ինտենսիվ զարգացման ջերմաստիճանը և համեմատվում է թերմոդինամիկական անալիզի արդյունքում հայտնաբերվածի հետ։ Եզրակացություններ են արվում ջերմաստիճանի ազդեցության, կարբոնատի բնույթի, դրա ցրվածության աստիճանի մասին թերմոգրամի բնույթի վրա։

2.4.3 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում

Աշխատանքի արդյունքների հիման վրա պետք է լրացնել հետևյալ աղյուսակը.

Աղյուսակ 1. Կալցիումի կարբոնատի (դոլոմիտի) տարանջատման գործընթացի ուսումնասիրության արդյունքներ.

Առաջին երկու սյունակները համալրվում են արժեքներով, երբ բացվում է տվյալների ֆայլը, վերջինս պետք է հաշվարկվի: Հարթեցումը կատարվում է հինգ կետերի վրա, հարթեցված տվյալների թվային տարբերակումը կատարվում է լրացուցիչ հարթեցմամբ նաև հինգ կետերի վրա։ Աշխատանքի արդյունքների հիման վրա պետք է կառուցվեն երկու առանձին կախվածության դիագրամներ. տ- և դ տ/դ- տ .

Ստացված ջերմաստիճանի կանգառի արժեքը ( Ծ) պետք է համեմատել մաքուր կալցիտի բնորոշ արժեքի հետ: Եթե ​​դիտարկվող արժեքն ավելի մեծ է, ապա հնարավոր է մոտավորապես գնահատել առաջին տեսակի անմաքրության նվազագույն պարունակությունը՝ համաձայն (16.7) հավասարման՝ ենթադրելով, որ երկրորդ տեսակի կեղտեր չկան։ Եթե ​​հակադարձ կապ է նկատվում, ապա կարող ենք եզրակացնել, որ երկրորդ տեսակի կեղտերը ունեն հիմնական ազդեցությունը և գնահատել դրանց նվազագույն պարունակությունը՝ պայմանով, որ առաջին տեսակի կեղտեր չլինեն։ Հավասարումը (16.6) ենթադրում է, որ վերջին դեպքում

Ցանկալի է հաշվարկել հավասարակշռության հաստատունի արժեքը՝ օգտագործելով TDHT տվյալների բազան՝ օգտագործելով ձեռնարկում նկարագրված մեթոդը: Ծայրահեղ դեպքում կարող եք օգտագործել Գիբսի էներգիայի փոփոխության կախվածությունը ջերմաստիճանի հետ կալցիումի կարբոնատի տարանջատման ռեակցիայի մոտավոր հավասարումը.

Գ 0 = Բ 0 + Բմեկ · Տ + Բ 2 · Տ 2 ,

հաշվի առնելով գործակիցների արժեքները հավասար են. Բ 0 = 177820, Ջ / մոլ; Բ 1 \u003d -162.61, J / (մոլ Կ), Բ 3 \u003d 0,00765, J mol -1 K -2:

Նշում . Եթե ​​«Ֆիզիկական քիմիա» դասընթացի ուսանողները ծանոթ չեն TDHT տվյալների բազային և գործնական պարապմունքներում չեն կատարել համապատասխան հաշվարկներ, ապա պետք է օգտագործել Շվարցման-Թեմկինի հավասարումը և տեղեկատուի տվյալները:

Արդյունքների մշակման կարգը

1. Մուտքագրեք տեղեկատվության ձեռքով գրանցման արդյունքները աղյուսակային ֆայլում:

2. Կատարել ջերմաստիճանի հարթեցում:

3. Առանձին թերթիկի վրա գծեք ջերմաստիճանի գրաֆիկը ժամանակի համեմատ:

4. Տարբերակել ջերմաստիճանի արժեքները ժամանակին հարթեցմամբ 5 բալով:

5. Առանձին թերթիկի վրա կառուցել ջերմաստիճանի ժամանակային ածանցյալի ջերմաստիճանից կախվածության գրաֆիկ, որոշել տեղամասերի բնութագրերը:

Փորձարկման արդյունքներ.

1. Վերանայման ներկայացված աղյուսակների գրքում «Արդյունքներ» վերնագրված առաջին էջում պետք է ներառվեն հետևյալ տեղեկությունները.

ա. «A1» բջիջում՝ ջերմաստիճանի կանգառի արժեքը (միջինը թեք հարթակի համար), «B1» բջիջում՝ չափման միավորներ.

բ. «A2» բջիջում՝ ջերմաստիճանի կանգառի տեւողությունը, «B2» բջիջում՝ չափման միավորներ;

գ. «A3» խցում - տեղանքի թեքություն, «B3» բջիջում՝ չափման միավորներ.

դ. «A4» բջիջում - կեղտի տեսակը կամ «0», եթե կեղտերի առկայությունը չի հայտնաբերվել.

ե. «A5» խցում - կեղտի մոլային բաժինը.

զ. «A7» բջիջից սկսած՝ աշխատանքի եզրակացությունները պետք է հստակ ձևակերպվեն:

A1, A3 և A5 բջիջները պետք է հղումներ լինեն աղյուսակների գրքի այլ թերթիկների բջիջներին, որոնց վրա կատարվել են հաշվարկներ՝ ներկայացված արդյունքը ստանալու համար, և ոչ թե իրենք՝ թվային արժեքները: Եթե ​​այս պահանջը չկատարվի, ստուգման ծրագիրը տալիս է «Տեղեկատվության ներկայացման սխալ» հաղորդագրությունը:

2. Ջերմաստիճանի համեմատ ժամանակի, ջերմաստիճանի ընդդեմ ժամանակի և ջերմաստիճանի ընդդեմ ժամանակի պատշաճ ձևավորված գրաֆիկները աղյուսակների առանձին թերթիկների վրա՝ բոլոր անհրաժեշտ ենթագրերով և խորհրդանիշներով:

3. Կանգառի ջերմաստիճանի գնահատման արժեքները և դրանց տևողությունը:

4. Աշխատանքի վերաբերյալ եզրակացություններ.

թեստի հարցեր

1. Ի՞նչն է որոշում այն ​​ջերմաստիճանը, երբ կարբոնատը սկսում է տարանջատվել օդում:

2. Ինչու՞ է կարբոնիտների տարանջատման առաձգականությունը մեծանում ջերմաստիճանի բարձրացման հետ:

3. Որքա՞ն է այն համակարգի ազատության աստիճանների թիվը, որում հավասարակշռություն է հաստատվել CaO, CO 2, CaCO 3 նյութերի միջև։

4. Ինչպե՞ս կփոխվի ջերմագրամի բնույթը, եթե դիսոցացման արդյունքը սկզբնական նյութի հետ պինդ լուծույթներ է կազմում:

5. Տարասեռ կարբոնատային դիսոցման ռեակցիայի ո՞ր եղանակն է համապատասխանում ջերմագրամի իզոթերմային մասին:

6.Ինչպե՞ս կփոխվի ջերմագրամի ձևը բազմադիսպերս կարբոնատի տարանջատման ժամանակ:

7. Ո՞րն է տարբերությունը 101,3 կՊա և 50 կՊա ընդհանուր ճնշման դեպքում ստացված ջերմաչափերի միջև:

2.5 Օքսիդային հալոցքների մածուցիկության ջերմաստիճանային կախվածության ուսումնասիրություն (Աշխատանք թիվ 17)

2.5.1 Օքսիդային հալվածքների մածուցիկ դիմադրության բնույթը

Մածուցիկությունը խարամի հալոցքի կարևորագույն ֆիզիկաքիմիական բնութագրիչներից է։ Այն զգալի ազդեցություն ունի իոնների դիֆուզիոն շարժունակության վրա, հետևաբար՝ խարամի հետ մետաղի փոխազդեցության կինետիկայի, մետալուրգիական միավորներում ջերմության և զանգվածի փոխանցման գործընթացների վրա։ Մածուցիկության ջերմաստիճանից կախվածության ուսումնասիրությունը տալիս է անուղղակի տեղեկատվություն օքսիդային հալվածքների կառուցվածքային փոխակերպումների և բարդ անիոնների պարամետրերի փոփոխությունների մասին։ Կազմը և հետևաբար մածուցիկությունը կախված են խարամի նպատակից։ Այսպիսով, օրինակ, մետաղի և խարամի ռեդոքս փոխազդեցության դիֆուզիոն փուլերն ուժեղացնելու համար (ծծմբազրկում, դեֆոսֆորացում և այլն), խարամի բաղադրությունն ընտրվում է այնպես, որ դրա մածուցիկությունը ցածր լինի։ Ընդհակառակը, ջրածնի կամ ազոտի տեղափոխումը պողպատի մեջ կանխելու համար գազային փուլից խարամի միջոցով ներմուծվում է ավելացված մածուցիկությամբ խարամ։

Մածուցիկության քանակական բնութագրիչներից մեկը կարող է լինել դինամիկ մածուցիկության գործակիցը (η), որը սահմանվում է որպես համաչափության գործակից Նյուտոնի ներքին շփման օրենքով։

որտեղ Ֆերկու հարակից հեղուկ շերտերի միջև շփման ներքին ուժն է՝ grad υ – արագության գրադիենտ, Սշերտերի շփման մակերեսի տարածքն է։ SI-ում դինամիկ մածուցիկության միավորը՝ [η] = N s / m 2 = Pa s:

Հայտնի է, որ հեղուկի հոսքը մասնիկների թռիչքների շարք է դեպի հարևան կայուն դիրք: Գործընթացն ունի ակտիվացման բնույթ: Թռիչքներ իրականացնելու համար մասնիկը պետք է ունենա բավարար էներգիայի պաշար՝ համեմատած իր միջին արժեքի հետ։ Ավելորդ էներգիան անհրաժեշտ է շարժվող մասնիկի քիմիական կապերը կոտրելու և հալված ծավալի մեջ, որի մեջ այն անցնում է դատարկ (խոռոչ) ձևավորելու համար։ Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ մասնիկների միջին էներգիան մեծանում է, և դրանցից ավելին կարող է մասնակցել հոսքին, ինչը հանգեցնում է մածուցիկության նվազմանը։ Նման «ակտիվ» մասնիկների թիվը մեծանում է ջերմաստիճանի հետ՝ համաձայն Բոլցմանի էքսպոնենցիալ բաշխման օրենքի։ Ըստ այդմ, մածուցիկության գործակիցի կախվածությունը ջերմաստիճանից ունի էքսպոնենցիալ ձև

որտեղ η 0 գործակից է, որը քիչ է կախված ջերմաստիճանից, Եη-ն մածուցիկ հոսքի ակտիվացման էներգիան է: Այն բնութագրում է հոսքին մասնակցելու ունակ ակտիվ մասնիկների մոլի նվազագույն կինետիկ էներգիան։

Օքսիդային հալվածքների կառուցվածքը զգալի ազդեցություն ունի մածուցիկության գործակցի վրա։ Ի տարբերություն էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ իոնների շարժման, մածուցիկ հոսքի մեջ հեղուկի բոլոր մասնիկները հաջորդաբար շարժվում են շարժման ուղղությամբ։ Ամենադանդաղ փուլը խոշոր մասնիկների շարժումն է, որոնք ամենամեծ ներդրումն ունեն η-ի արժեքի մեջ։ Արդյունքում, մածուցիկ հոսքի ակտիվացման էներգիան ավելի մեծ է, քան էլեկտրական հաղորդունակությունը ( Ե η > Ե).

Si, P, B օքսիդներ պարունակող թթվային խարամներում մեծ է բարդ անիոնների կոնցենտրացիան շղթաների, օղակների, տետրաեդրների և այլ տարածական կառուցվածքների տեսքով (օրինակ.

և այլն): Խոշոր մասնիկների առկայությունը մեծացնում է հալվածքի մածուցիկությունը, քանի որ. դրանք տեղափոխելը փոքրերի համեմատ մեծ էներգիա է պահանջում:

Հիմնական օքսիդների (CaO, MgO, MnO) ավելացումները հանգեցնում են հալոցքում պարզ կատիոնների (Ca 2+, Mg 2+, Mn 2+) կոնցենտրացիայի ավելացմանը։ Ներդրված О2– անիոնները նպաստում են հալման ապապոլիմերացմանը; բարդ անիոնների քայքայումը, օրինակ,

Արդյունքում խարամի մածուցիկությունը նվազում է։

Կախված ջերմաստիճանից և բաղադրությունից, մետալուրգիական խարամների մածուցիկությունը կարող է տարբեր լինել բավականին լայն տիրույթում (0,01 - 1 Պա վրկ): Այս արժեքները մեծության կարգերով ավելի բարձր են, քան հեղուկ մետաղների մածուցիկությունը, ինչը պայմանավորված է խարամներում համեմատաբար մեծ հոսքի միավորների առկայությամբ:

η-ի կրճատված էքսպոնենցիալ կախվածությունը Տ(17.2) լավ նկարագրում է 35 մոլից պակաս հիմնական խարամների փորձարարական տվյալները: % SiO 2 . Նման հալոցքում մածուցիկ հոսքի ակտիվացման էներգիան Եη հաստատուն է և ունի փոքր արժեք (45 – 80 կՋ/մոլ): Ջերմաստիճանի նվազմամբ η-ն աննշանորեն փոխվում է, և միայն պնդացումից հետո սկսում է արագ աճել:

Կոմպլեքսային բաղադրիչների բարձր կոնցենտրացիայով թթվային խարամներում ակտիվացման էներգիան կարող է նվազել ջերմաստիճանի բարձրացմամբ. Ե η = Ե 0 / Տ, որը պայմանավորված է տաքացման ժամանակ բարդ անիոնների տարանջատմամբ։ Փորձարարական տվյալները այս դեպքում գծայինացված են կոորդինատներում » lnη – 1/ Տ 2».

2.5.2 Մածուցիկության տեղադրման և չափման ընթացակարգի նկարագրությունը

Աշխատանքի մեջ մածուցիկության գործակիցը չափելու համար օգտագործվում է պտտվող մածուցիկաչափ (Նկար 5): Այս սարքի սարքը և աշխատանքի սկզբունքը հետևյալն է. Փորձարկման հեղուկը (2) տեղադրվում է գլանաձև կարասի մեջ (1), որի մեջ ընկղմված է առաձգական պարանի (5) վրա կախված լիսեռը (4): Փորձի ընթացքում էլեկտրական շարժիչից (9) ոլորող մոմենտը փոխանցվում է սկավառակին (7), նրանից պարանի միջով դեպի spindle:

Օքսիդային հալվածքի մածուցիկության մեծությունը դատվում է թելի ոլորման անկյունով, որը որոշվում է (8) սանդղակով։ Երբ spindle- ը պտտվում է, հեղուկի մածուցիկ դիմադրությունը ստեղծում է ուժերի արգելակման պահ, ոլորելով թելը այնքան ժամանակ, մինչև պարանի առաձգական դեֆորմացիայի պահը հավասարվի մածուցիկ դիմադրության ուժերի պահին: Այս դեպքում սկավառակի և spindle-ի պտտման արագությունը նույնը կլինի: Նման վիճակին համապատասխան՝ պարանի ոլորման անկյունը (∆φ) կարելի է չափել՝ համեմատելով սլաքի (10) դիրքը սանդղակի հետ՝ սկզբնական՝ մինչև էլեկտրական շարժիչը միացնելը և կայուն՝ միացնելուց հետո։ Ակնհայտ է, որ Δφ պարանի ոլորման անկյունը որքան մեծ է, այնքան մեծ է հեղուկ η-ի մածուցիկությունը։ Եթե ​​լարային դեֆորմացիաները չեն գերազանցում սահմանայինները (համապատասխանում է Հուկի օրենքի վավերությանը), ապա ∆φ-ի արժեքը համաչափ է η-ին և կարող ենք գրել.

Հավասարման գործոն կ, որը կոչվում է մածուցիկաչափի հաստատուն, կախված է խառնարանի և լիսեռի չափսերից, ինչպես նաև պարանի առաձգական հատկություններից։ Քանի որ լարային տրամագիծը նվազում է, մածուցիկաչափի զգայունությունը մեծանում է:

Նկար 5 - Մածուցիկության չափման տեղադրման սխեման.

1 – խառնարան, 2 – փորձնական հալվածություն, 3 – սպինդի գլուխ,

4 - spindle, 5 - լարային, 6 - վերին մասը տեղադրման, 7 - սկավառակ,

8 - սանդղակ, 9 - էլեկտրական շարժիչ, 10 - սլաք, 11 - վառարան, 12 - տրանսֆորմատոր,

13 - ջերմաստիճանի վերահսկման սարք, 14 - ջերմակույտ:

Վիսկոմետրի հաստատունը որոշելու համար կկարասի մեջ տեղադրվում է հայտնի մածուցիկությամբ հեղուկ՝ տրանսֆորմատորային յուղի մեջ ռոսինի լուծույթ: Այս դեպքում Δφ0-ը որոշվում է փորձի ժամանակ սենյակային ջերմաստիճանում: Այնուհետև, իմանալով հղման հեղուկի մածուցիկությունը (η0) տվյալ ջերմաստիճանում, հաշվարկեք կըստ բանաձևի.

Գտնված արժեք կօգտագործվում է օքսիդի հալոցի մածուցիկության գործակիցը հաշվարկելու համար:

2.5.3 Աշխատանքի կարգը

Մետաղագործական խարամների մածուցիկ հատկություններին ծանոթանալու համար այս լաբորատոր աշխատանքում ուսումնասիրվում է Na 2 O · 2B 2 O 3 հալվածքը։ Չափումները կատարվում են 850–750 o C ջերմաստիճանի միջակայքում: Սկզբնական ջերմաստիճանը (850 o C) հասնելուց հետո մածուցիկաչափի ցուցիչը դրվում է զրոյի: Այնուհետև միացրեք էլեկտրական շարժիչը և ամրացրեք պարանի պտտման անշարժ անկյունը ∆φ t . Առանց մածուցիկաչափն անջատելու, կրկնում ենք ∆φ t-ի չափումը այլ ջերմաստիճաններում: Փորձը դադարեցվում է, երբ պարանի ոլորման անկյունը սկսում է գերազանցել 720 o-ը։

2.5.4 Չափումների արդյունքների մշակում և ներկայացում

Չափումների արդյունքների համաձայն լրացրեք հետևյալ աղյուսակը.

Աղյուսակ 1. Մածուցիկության կախվածությունը ջերմաստիճանից

Աղյուսակում առաջին երկու սյունակները լրացվում են մոնիտորի էկրանին ջերմաստիճանի ցուցումների ձեռքով գրանցման և մածուցիկության սանդղակի վրա թելի ոլորման անկյան արդյունքների համաձայն: Մնացած սյունակները հաշվարկված են:

Մածուցիկության գործակիցի փոփոխության էքսպոնենցիալ օրենքի իրագործելիությունը ջերմաստիճանի հետ (17.2) ստուգելու համար գրաֆիկ է գծվում «Ln (η) - 10 3 / կոորդինատներում: Տ«. Ակտիվացման էներգիան կարելի է գտնել օգտագործելով LINEST() (OpenOffice.Calc) կամ LINEST() (MicrosoftOffice.Exel) ֆունկցիաները՝ դրանք կիրառելով աղյուսակի հինգերորդ և վեցերորդ սյունակներում:

Եզրակացություններում η-ի և E η-ի համար ստացված տվյալները համեմատվում են մետաղագործական խարամների համար հայտնիների հետ, և քննարկվում են մածուցիկության ջերմաստիճանային կախվածության բնույթը և դրա կապը հալման կառուցվածքային փոփոխությունների հետ:

Արդյունքների մշակման կարգը

1. Չափումներ կատարեք տրամաչափման բջիջի վրա և հաշվարկեք սահմանման հաստատունը

2. Մուտքագրեք տեղեկատվության ձեռքով գրանցման արդյունքները աղյուսակային ֆայլում:

3. Հաշվել մածուցիկության արժեքները:

4. Առանձին թերթիկի վրա գծե՛ք մածուցիկության համեմատ ջերմաստիճանի գրաֆիկը:

5. Հաշվե՛ք մածուցիկության լոգարիթմը և հակադարձ բացարձակ ջերմաստիճանը չափումների ամբողջ հավաքածուի համար:

6. Գտի՛ր նվազագույն քառակուսիների գործակիցները բ 0 , բ 1 հավասարում, որը մոտեցնում է մածուցիկության լոգարիթմի կախվածությունը փոխադարձ ջերմաստիճանից և հաշվարկում է ակտիվացման էներգիան:

7. Առանձին թերթիկի վրա գծեք մածուցիկության լոգարիթմի կախվածության գրաֆիկը փոխադարձ ջերմաստիճանից և տվեք մոտավոր կախվածություն. Փորձարկման արդյունքներ.

1. Վերանայման ներկայացված աղյուսակների գրքում «Արդյունքներ» վերնագրված առաջին էջում պետք է ներառվեն հետևյալ տեղեկությունները.

ա. «A1» խցում - սկզբնական ջերմաստիճան, «B1» բջիջում՝ չափման միավորներ;

բ. «A2» խցում - վերջնական ջերմաստիճանը, «B2» բջիջում՝ չափման միավորները;

գ. «A3» բջիջում՝ ցածր ջերմաստիճաններում մածուցիկ հոսքի ակտիվացման էներգիան, «B3» բջիջում՝ չափման միավորները.

դ. «A4» բջիջում - ցածր ջերմաստիճաններում էլեկտրական հաղորդունակության ջերմաստիճանից կախվածության բանաձևի նախնական էքսպոնենցիալ գործոնը, «B4» բջիջում՝ չափման միավորներ.

ե. «A5» բջիջում՝ բարձր ջերմաստիճաններում մածուցիկ հոսքի ակտիվացման էներգիա, «B5» բջիջում՝ չափման միավորներ.

զ. «A6» բջիջում` բարձր ջերմաստիճաններում էլեկտրական հաղորդունակության ջերմաստիճանային կախվածության բանաձևի նախնական էքսպոնենցիալ գործոն, «B6» բջիջում` չափման միավորներ.

է. «A7» բջիջից սկսած՝ աշխատանքի եզրակացությունները պետք է հստակ ձևակերպվեն:

A1-A6 բջիջներում պետք է լինեն հղումներ աղյուսակների գրքի այլ թերթիկների բջիջներին, որոնց վրա կատարվել են հաշվարկներ՝ ներկայացված արդյունքը ստանալու համար, և ոչ թե իրենք՝ թվային արժեքները: Եթե ​​այս պահանջը չկատարվի, ստուգման ծրագիրը տալիս է «Տեղեկատվության ներկայացման սխալ» հաղորդագրությունը:

2. Փորձարարական տվյալներից (կետերից) ստացված և բազմանդամով (գծով) մոտեցված ջերմաստիճանից մածուցիկության կախվածության գրաֆիկները և մածուցիկության լոգարիթմը փոխադարձ ջերմաստիճանից, աղյուսակների առանձին թերթիկների վրա՝ բոլոր անհրաժեշտ նշագրման ստորագրություններով: թեստի հարցեր

1. Ի՞նչ ձևով են հալված օքսիդի բաղադրիչները՝ բաղկացած CaO, Na 2 O, SiO 2, B 2 O 3, Al 2 O 3:

2. Ի՞նչ է կոչվում մածուցիկության գործակից:

3. Ինչպե՞ս կփոխվի խարամի մածուցիկության ջերմաստիճանային կախվածությունը, երբ դրան ավելացվեն հիմնական օքսիդներ:

4. Ի՞նչ միավորներով է չափվում մածուցիկությունը:

5. Ինչպե՞ս է որոշվում մածուցիկաչափի հաստատունը:

6. Ի՞նչն է որոշում մածուցիկ հոսքի ակտիվացման էներգիան:

7. Ինչո՞վ է պայմանավորված ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մածուցիկության նվազումը:

8. Ինչպե՞ս է հաշվարկվում մածուցիկ հոսքի ակտիվացման էներգիան:

2.6 Մանգանի վերականգնում օքսիդի հալոցքից մինչև պողպատ

(Աշխատանք թիվ 18)

2.6.1 Մետաղի և խարամի էլեկտրաքիմիական փոխազդեցության ընդհանուր օրենքներ

Հեղուկ մետաղի հալած խարամի հետ փոխազդեցության գործընթացները տեխնիկական մեծ նշանակություն ունեն և տեղի են ունենում բազմաթիվ մետալուրգիական միավորներում։ Այս ագրեգատների արտադրողականությունը, ինչպես նաև պատրաստի մետաղի որակը մեծապես որոշվում են փուլային սահմանով որոշակի տարրերի անցման արագությամբ և ամբողջականությամբ:

Տարբեր փուլերում զգալի թվով ֆիզիկական և քիմիական պրոցեսների միաժամանակյա առաջացումը, բարձր ջերմաստիճանը, հիդրոդինամիկական և ջերմային հոսքերի առկայությունը դժվարացնում են արտադրական և լաբորատոր պայմաններում փուլային փոխազդեցության գործընթացների փորձարարական ուսումնասիրությունը: Նման բարդ համակարգերն ուսումնասիրվում են մոդելների օգնությամբ, որոնք արտացոլում են դիտարկվող օբյեկտի անհատական, բայց առավել նշանակալից կողմերը: Այս հոդվածում մետաղ-խարամ միջերեսում տեղի ունեցող գործընթացների մաթեմատիկական մոդելը հնարավորություն է տալիս վերլուծել բաղադրիչների ծավալային կոնցենտրացիաների փոփոխությունը և միջերեսային սահմանով դրանց անցման արագությունը՝ որպես ժամանակի ֆունկցիա:

Օքսիդային հալոցքից մանգանի կրճատումը տեղի է ունենում էլեկտրաքիմիական կիսա-ռեակցիայի համաձայն.

(Mn 2+) + 2e =

Ուղեկցող գործընթացները պետք է լինեն օքսիդացման գործընթացներ: Ակնհայտ է, որ սա կարող է լինել երկաթի օքսիդացման գործընթացը:

= (Fe2+) + 2e

կամ պողպատի բաղադրության մեջ առկա կեղտերը, օրինակ՝ սիլիցիումը: Քանի որ չորս լիցքավորված սիլիցիումի իոնը չի կարող լինել խարամի մեջ, այս գործընթացը ուղեկցվում է սիլիցիում-թթվածին քառաեդրոնի ձևավորմամբ՝ էլեկտրաքիմիական կիսա-ռեակցիայի համաձայն.

4(O 2-) \u003d (SiO 4 4-) + 4e

Տրված էլեկտրոդի կիսա-ռեակցիաներից միայն մեկի անկախ հոսքն անհնար է, քանի որ դա հանգեցնում է էլեկտրական կրկնակի շերտում լիցքերի կուտակմանը փուլային սահմանին, ինչը կանխում է նյութի անցումը:

Նրանցից յուրաքանչյուրի համար հավասարակշռության վիճակը բնութագրվում է հավասարակշռության էլեկտրոդի ներուժով ()

որտեղ է ստանդարտ պոտենցիալը, արդյո՞ք նյութի օքսիդացված և նվազեցված ձևերի ակտիվությունը, զէլեկտրոնների քանակն է, որոնք ներգրավված են էլեկտրոդների գործընթացում, Ռհամընդհանուր գազի հաստատուն է, ՖՖարադայի հաստատունն է, Տ- ջերմաստիճան.

Մանգանի վերածումը խարամից մետաղի իրականացվում է առնվազն երկու էլեկտրոդային կիսա-ռեակցիաների համատեղ առաջացման արդյունքում: Նրանց արագություններն այնպես են սահմանված, որ ինտերֆեյսի վրա լիցքերի կուտակում չկա: Այս դեպքում մետաղի պոտենցիալը ստանում է անշարժ արժեք, որի դեպքում էլեկտրոնների առաջացման և յուրացման տեմպերը նույնն են։ Տարբերությունը փաստացի, այսինքն. անշարժ, պոտենցիալ և դրա հավասարակշռության արժեքը կոչվում է էլեկտրոդի բևեռացում (գերլարում), . Բևեռացումը բնութագրում է համակարգի հավասարակշռությունից հեռացնելու աստիճանը և որոշում է բաղադրիչների անցման արագությունը փուլային սահմանով` էլեկտրաքիմիական կինետիկայի օրենքներին համապատասխան:

Դասական թերմոդինամիկայի տեսանկյունից երկաթի մեջ լուծված սիլիցիումով խարամից մանգանի վերացման գործընթացները համակարգում տեղի են ունենում այս կամ այն ​​ուղղությամբ.

2(MnO) + = 2 + (SiO 2) H = -590 կՋ / մոլ

և հենց լուծիչը (մանգանի օքսիդացում երկաթի օքսիդով խարամում

(MnO)+=+(FeO)=. H = 128 կՋ / մոլ

Ֆորմալ կինետիկայի տեսանկյունից, առաջին ռեակցիայի արագությունը, որը որոշվում է, օրինակ, մետաղի մեջ սիլիցիումի պարունակության փոփոխությամբ, որը հեռու է կինետիկ ռեժիմում հավասարակշռությունից, պետք է կախված լինի մանգանի օքսիդի կոնցենտրացիաների արտադրանքից: խարամ և սիլիցիում մետաղի մեջ որոշ չափով: Դիֆուզիոն ռեժիմում ռեակցիայի արագությունը պետք է գծայինորեն կախված լինի բաղադրիչի կոնցենտրացիայից, որի դիֆուզիոն խանգարվում է: Նմանատիպ նկատառումներ կարելի է անել երկրորդ ռեակցիայի համար:

Ռեակցիայի հավասարակշռության հաստատունը՝ արտահայտված գործողություններով

միայն ջերմաստիճանի ֆունկցիա է:

Մանգանի հավասարակշռության կոնցենտրացիաների հարաբերակցությունը խարամում և մետաղում

կոչվում է մանգանի բաշխման գործակից, որը, ի տարբերություն, կախված է փուլերի կազմից և ծառայում է որպես խարամի և մետաղի միջև այս տարրի բաշխման քանակական բնութագիր։

2.6.2 Գործընթացի մոդել

Մոդելավորման մոդելը դիտարկում է երեք էլեկտրոդի կիսա-ռեակցիաներ, որոնք կարող են առաջանալ CaO – MnO – FeO – SiO 2 – Al 2 O 3 օքսիդի հալոցի և Mn և Si պարունակող հեղուկ երկաթի միջև՝ որպես կեղտեր: Ենթադրություն է արվում դրանց հոսքի դիֆուզիոն ռեժիմի մասին։ Հաշվի է առնվում խարամի մեջ Fe 2+ մասնիկների, մետաղի մեջ սիլիցիումի և մանգանի դիֆուզիայի արգելակումը երկու փուլերում։ Մոդելը նկարագրող հավասարումների ընդհանուր համակարգը ունի ձևը

որտեղ υ ј էլեկտրոդի կիսա-ռեակցիայի արագությունն է, η ժ- բևեռացում, ես ժսահմանափակող դիֆուզիոն հոսանքի խտությունն է, Դ ժդիֆուզիայի գործակիցն է, β-ը կոնվեկտիվ հաստատունն է, Քջ- համակենտրոնացում.

Մոդելավորման մոդելային ծրագիրը թույլ է տալիս լուծել (18.4) - (18.8) հավասարումների համակարգը, ինչը հնարավորություն է տալիս պարզել, թե ինչպես է փոխվում բաղադրիչների ծավալային կոնցենտրացիան և դրանց անցման արագությունը ժամանակի ընթացքում, երբ մետաղը փոխազդում է խարամի հետ: Հաշվարկների արդյունքները ցուցադրվում են: Մոնիտորի էկրանից ստացված տեղեկատվությունը ներառում է հիմնական բաղադրիչների կոնցենտրացիաների, դրանց ընթացիկ արժեքների, ինչպես նաև ջերմաստիճանի արժեքների և կոնվեկցիոն հաստատունների փոփոխությունների գրաֆիկական ներկայացում (Նկար 8):

Ծրագրի բլոկային դիագրամը մետաղի և խարամի փոխազդեցության մոդելավորման մոդելի համար ներկայացված է Նկար 7-ում: Ծրագիրն աշխատում է ցիկլով, որը դադարում է միայն նշված մոդելավորման ժամանակի (մոտ 10 րոպե) ավարտից հետո:

Նկար 7 - Մոդելավորման մոդելի ծրագրի բլոկային դիագրամ

2.6.3 Աշխատանքային կարգը

Մոդելավորման ծրագրի կողմից ստեղծված պատկերը ներկայացված է Նկար 8-ում (աջ վահանակ): Չափված քանակների ընտրված թվային արժեքները տրված են վահանակի վերին մասում, գործընթացի մոդելավորման ընթացքում ստացված բոլոր արժեքները ցուցադրվում են գրաֆիկի վրա: Մետաղական և խարամային հալոցքների բաղադրիչների նշանակումներում օգտագործվում են մետալուրգիական գրականության մեջ ընդունված լրացուցիչ նշաններ։ Քառակուսի փակագծերը ցույց են տալիս, որ բաղադրիչը պատկանում է մետաղի հալոցքին, իսկ կլոր փակագծերը՝ խարամին։ Բաղադրիչների նշանակումներում բազմապատկիչները օգտագործվում են միայն գծագրման համար, դրանք չպետք է հաշվի առնվեն արժեքները մեկնաբանելիս: Մինչ մոդելն աշխատում է, ցանկացած պահի ցուցադրվում է միայն չափված արժեքներից մեկի արժեքը: 6 վայրկյան հետո այն անհետանում է և հայտնվում է հաջորդ արժեքի արժեքը: Այս ժամանակահատվածում անհրաժեշտ է ժամանակ ունենալ հաջորդ արժեքը գրանցելու համար։ Ժամանակ խնայելու համար խորհուրդ է տրվում չգրել հաստատուն թվեր, օրինակ՝ ջերմաստիճանի արժեքի առաջատար միավորը։

Նկ. 8. Մոնիտորի էկրանի պատկերը պրոցեսների տարբեր փուլերում թիվ 18 աշխատանքի կատարման ժամանակ։

Տեղադրման մեկնարկից չորս-հինգ րոպե անց խարամին ավելացրեք նախապես տաքացված մանգանի օքսիդ, որն իրականացվում է միաժամանակ սեղմելով Alt ստեղնը և հիմնական ստեղնաշարի համարի ստեղնը ձեր տեղադրման համարով: Արդյունքների մշակման կարգը.

1. Մուտքագրեք տեղեկատվության ձեռքով գրանցման արդյունքները աղյուսակային ֆայլում:

2. Հաշվարկել միջերեսային սահմանով տարրերի անցման գործընթացների արագությունները և այդ արժեքների լոգարիթմները 1400 կգ մետաղական հալոցքի զանգվածով խարամին մանգանի օքսիդ ավելացնելուց առաջ և հետո:

3. Գծապատկերներ առանձին թերթիկների վրա՝ ջերմաստիճանն ընդդեմ ժամանակի, մանգանի անցման արագությունն ընդդեմ ժամանակի, սիլիցիումի անցման արագության լոգարիթմի ընդդեմ մետաղում սիլիցիումի կոնցենտրացիայի լոգարիթմի:

4. Գնահատե՛ք սիլիցիումի անցման գործընթացի կինետիկ բնութագրերը՝ օգտագործելով նվազագույն քառակուսիների մեթոդը:

Փորձարկման արդյունքներ.

1. Նախորդ բաժնում թվարկված պատշաճ ձևավորված գծապատկերներ՝ աղյուսակների առանձին թերթիկի վրա՝ բոլոր անհրաժեշտ ստորագրություններով և խորհրդանիշներով:

Նկար 2. Սիլիցիումի օքսիդացման ռեակցիայի կարգի արժեքները մանգանի օքսիդի ներմուծումից առաջ և հետո՝ ցույց տալով սխալները:

3. Եզրակացություններ աշխատանքի վերաբերյալ.

թեստի հարցեր

1. Ինչու՞ է անհրաժեշտ մոդելավորել պողպատի արտադրության գործընթացները:

2. Ո՞րն է մետաղի և խարամի փոխազդեցության բնույթը և ինչպե՞ս է այն դրսևորվում:

3. Ո՞ր պոտենցիալն է կոչվում ստացիոնար:

4. Ո՞ր ներուժն է կոչվում հավասարակշռություն:

5. Ի՞նչ է կոչվում էլեկտրոդների բևեռացում (գերլարում):

6. Որքա՞ն է մանգանի բաշխման գործակիցը մետաղի և խարամի միջև:

7. Ինչո՞վ է պայմանավորված մանգանի բաշխման հաստատունը մետաղի և խարամի միջև:

8. Ի՞նչ գործոններ են ազդում դիֆուզիոն ռեժիմում մանգանի մետաղից խարամի անցման արագության վրա:

Մատենագիտություն

1. Լինչևսկի, Բ.Վ. Մետաղագործական փորձի տեխնիկա [Text] / B.V. Լինչևսկին. - Մ.: Մետալուրգիա, 1992. - 240 էջ.

2. Արսենտիև, Պ.Պ. Մետաղագործական գործընթացների ուսումնասիրության ֆիզիկաքիմիական մեթոդներ [Տեքստ]. Դասագիրք համալսարանների համար / P.P. Արսենտիև, Վ.Վ. Յակովլև, Մ.Գ. Կրաշենիննիկով, Լ.Ա. Պրոնին և ուրիշներ - Մ .: Մետալուրգիա, 1988. - 511 էջ.

3. Պոպել, Ս.Ի. Հալած մետաղի փոխազդեցությունը գազի և խարամի հետ [Տեքստ]. դասագիրք / Ս.Ի. Պոպել, Յու.Պ. Նիկիտին, Լ.Ա. Բարմին և ուրիշներ - Սվերդլովսկ: խմբ. UPI նրանց. ՍՄ. Կիրովա, 1975, - 184 էջ.

4. Պոպել, Ս.Ի. Մետաղագործական գործընթացների տեսություն [Տեքստ]: Դասագիրք / Ս.Ի. Պոպել, Ա.Ի. Սոտնիկով, Վ.Ն. Բորոնենկով. - Մ.: Մետալուրգիա, 1986. - 463 էջ.

5. Լեպինսկիխ, Բ.Մ. Մետաղների և խարամի հալվածքների տրանսպորտային հատկությունները [Տեքստ]. Ձեռնարկ / Բ.Մ. Լեպինսկիխ, Ա.Ա. Բելոուսով / Պոդ. խմբ. Վատոլինա Ն.Ա. - Մ.: Մետալուրգիա, 1995. - 649 էջ.

6. Բելայ, Գ.Է. Մետաղագործական փորձի կազմակերպում [Տեքստ]. դասագիրք / Գ.Է. Բելայ, Վ.Վ. Դեմբովսկի, Օ.Վ. Սոցենկո. - Մ.: Քիմիա, 1982. - 228 էջ.

7. Պանֆիլով, Ա.Մ. Թերմոդինամիկական հատկությունների հաշվարկ բարձր ջերմաստիճաններում [Էլեկտրոնային ռեսուրս]. Ուսումնական օգնություն մետալուրգիական և ֆիզիկական ճարտարագիտության ֆակուլտետների ուսանողների համար կրթության բոլոր ձևերի / A.M. Պանֆիլովը, Ն.Ս. Սեմենովա - Եկատերինբուրգ: USTU-UPI, 2009. - 33 p.

8. Պանֆիլով, Ա.Մ. Թերմոդինամիկական հաշվարկներ Excel աղյուսակներում [Էլեկտրոնային ռեսուրս]. ուղեցույցներ մետալուրգիական և ֆիզիկատեխնիկական ֆակուլտետների ուսանողների համար կրթության բոլոր ձևերի համար / A.M. Panfilov, N.S. Սեմենովա - Եկատերինբուրգ: UGTUUPI, 2009. - 31 p.

9. Ֆիզիկական և քիմիական քանակությունների համառոտ տեղեկատու / Under. խմբ. Ա.Ա. Ռավդելը և Ա.Մ. Պոնոմարյովը։ Լ.: Քիմիա, 1983. - 232 էջ.

Որոնման արդյունքները նեղացնելու համար կարող եք ճշգրտել հարցումը՝ նշելով որոնման դաշտերը: Դաշտերի ցանկը ներկայացված է վերևում: Օրինակ:

Դուք կարող եք որոնել մի քանի դաշտերում միաժամանակ.

տրամաբանական օպերատորներ

Լռելյայն օպերատորն է ԵՎ.
Օպերատոր ԵՎնշանակում է, որ փաստաթուղթը պետք է համապատասխանի խմբի բոլոր տարրերին.

հետազոտություն եւ զարգացում

Օպերատոր ԿԱՄնշանակում է, որ փաստաթուղթը պետք է համապատասխանի խմբի արժեքներից մեկին.

ուսումնասիրություն ԿԱՄզարգացում

Օպերատոր ՉԻբացառում է այս տարրը պարունակող փաստաթղթերը.

ուսումնասիրություն ՉԻզարգացում

Որոնման տեսակը

Հարցում գրելիս կարող եք նշել արտահայտությունը որոնելու եղանակը: Աջակցվում է չորս մեթոդ՝ որոնում մորֆոլոգիայի հիման վրա, առանց ձևաբանության, նախածանցի որոնում, արտահայտության որոնում։
Լռելյայնորեն, որոնումը հիմնված է մորֆոլոգիայի վրա:
Առանց ձևաբանության որոնելու համար բավական է բառակապակցության բառերից առաջ դնել «դոլար» նշանը.

$ ուսումնասիրություն $ զարգացում

Նախածանց փնտրելու համար հարցումից հետո պետք է աստղանիշ դնել.

ուսումնասիրություն *

Արտահայտություն որոնելու համար անհրաժեշտ է հարցումը փակցնել կրկնակի չակերտների մեջ.

" հետազոտություն և մշակում "

Որոնել ըստ հոմանիշների

Որոնման արդյունքներում բառի հոմանիշներ ներառելու համար դրեք հեշ նշանը « # « բառից առաջ կամ փակագծերում դրված արտահայտությունից առաջ:
Երբ կիրառվում է մեկ բառի վրա, դրա համար կգտնվի մինչև երեք հոմանիշ:
Փակագծված արտահայտության վրա կիրառելիս յուրաքանչյուր բառին կավելացվի հոմանիշ, եթե մեկը գտնվի:
Համատեղելի չէ առանց մորֆոլոգիայի, նախածանցի կամ արտահայտությունների որոնումների:

# ուսումնասիրություն

խմբավորում

Փակագծերը օգտագործվում են որոնման արտահայտությունները խմբավորելու համար: Սա թույլ է տալիս վերահսկել հարցումի բուլյան տրամաբանությունը:
Օրինակ, դուք պետք է հարցում կատարեք. գտեք փաստաթղթեր, որոնց հեղինակը Իվանովն է կամ Պետրովը, իսկ վերնագիրը պարունակում է հետազոտություն կամ զարգացում բառերը.

Մոտավոր բառերի որոնում

Համար մոտավոր որոնումդուք պետք է տեղադրել tilde " ~ « բառի վերջում բառակապակցության մեջ: Օրինակ.

բրոմ ~

Որոնումը կգտնի այնպիսի բառեր, ինչպիսիք են «բրոմ», «ռոմ», «պրոմ» և այլն:
Դուք կարող եք լրացուցիչ նշել առավելագույն գումարըհնարավոր խմբագրումներ՝ 0, 1 կամ 2։ Օրինակ՝

բրոմ ~1

Նախնականը 2 խմբագրում է:

Հարևանության չափանիշ

Հարևանությամբ որոնելու համար հարկավոր է տեղադրել tilde " ~ « արտահայտության վերջում: Օրինակ, 2 բառի մեջ հետազոտություն և զարգացում բառերով փաստաթղթեր գտնելու համար օգտագործեք հետևյալ հարցումը.

" հետազոտություն եւ զարգացում "~2

Արտահայտման համապատասխանությունը

Որոնման մեջ առանձին արտահայտությունների համապատասխանությունը փոխելու համար օգտագործեք « նշանը ^ «արտահայտության վերջում, այնուհետև նշեք այս արտահայտության համապատասխանության մակարդակը մյուսների նկատմամբ:
Որքան բարձր է մակարդակը, այնքան ավելի տեղին է տվյալ արտահայտությունը։
Օրինակ, այս արտահայտության մեջ «հետազոտություն» բառը չորս անգամ ավելի տեղին է, քան «զարգացում» բառը.

ուսումնասիրություն ^4 զարգացում

Լռելյայն մակարդակը 1 է: Վավեր արժեքները դրական իրական թիվ են:

Որոնել ընդմիջումով

Որոշակի դաշտի արժեքի միջակայքը նշելու համար դուք պետք է նշեք սահմանային արժեքները փակագծերում՝ օպերատորի կողմից առանձնացված: TO.
Կկատարվի բառարանագրական տեսակավորում։

Նման հարցումը հեղինակի հետ կվերադարձնի արդյունքներ՝ սկսած Իվանովից և վերջացրած Պետրովով, սակայն Իվանովն ու Պետրովը չեն ներառվի արդյունքի մեջ։
Միջակայքում արժեք ներառելու համար օգտագործեք քառակուսի փակագծեր: Օգտագործեք գանգուր փակագծեր՝ արժեքից խուսափելու համար: