หน่วยงานกลางเพื่อการศึกษา

GOU VPO "รัฐอูราล มหาวิทยาลัยเทคนิค- ยูพีไอ "

เช้า. ปานฟิลอฟ

ฉบับข้อความอิเล็กทรอนิกส์เพื่อการศึกษา

จัดทำโดยภาควิชาทฤษฎีกระบวนการโลหการ

บรรณาธิการวิทยาศาสตร์ : ศ.ดร. เคมี ปริญญาโท Spiridonov

คำแนะนำเชิงระเบียบสำหรับห้องปฏิบัติการในสาขาวิชา "ฟิสิกส์เคมีของระบบและกระบวนการทางโลหะวิทยา", "ทฤษฎีกระบวนการทางโลหะวิทยา" สำหรับนักเรียนทุกรูปแบบของการฝึกอบรมด้านโลหะวิทยา

หลักเกณฑ์การจัดเวิร์กช็อป "ทฤษฎีกระบวนการโลหการ" ของกรมธกส. (ผู้ฟังเฉพาะทาง)

MT-431 ตั้งชื่อตาม โอเอ อีสินา). มีการอธิบายวิธีการและขั้นตอนการปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการข้อกำหนดสำหรับเนื้อหาและการจัดทำรายงานเกี่ยวกับห้องปฏิบัติการตาม GOST ปัจจุบันและคำแนะนำสำหรับการใช้งาน

© GOU VPO USTU-UPI, 2008

เยคาเตรินเบิร์ก

บทนำ ................................................. ................................................................. ................................................................. . 4

1 การจัดระเบียบงานในห้องปฏิบัติการเชิงปฏิบัติการ เรื่อง ทฤษฎีกระบวนการทางโลหะวิทยา ............. 4

1.1 การเตรียมตัวสำหรับ งานห้องปฏิบัติการ................................................................. ................................................... 5 1.2 ข้อแนะนำ เกี่ยวกับการประมวลผลผลการวัดและจัดทำรายงาน ................................. 5

1.3.1 การสร้างกราฟ ............................................ . . ................................................. . .................... 5

1.3.2 ปรับข้อมูลการทดลองให้เรียบ ................................................ .....................................7

1.3.5 ความแตกต่างเชิงตัวเลขของฟังก์ชันที่กำหนดโดยชุดของจุดที่ไม่ต่อเนื่อง ................ 8

ประมาณชุดข้อมูลบางส่วน .................................................. ................................... 9

1.3.7 การนำเสนอผลงาน ................................................ . . ................................................. . ....... 10

2 ลักษณะงานห้องปฏิบัติการ ............................................. . . ................................................. . ............. สิบเอ็ด

2.1 การศึกษาจลนศาสตร์ของการเกิดออกซิเดชันของเหล็กที่อุณหภูมิสูง (งานที่ 13) ......................... 12

2.1.1 ความสม่ำเสมอทั่วไปของการเกิดออกซิเดชันของเหล็ก .......................................... . .................................. 12 2.1.2 คำอธิบายการติดตั้งและขั้นตอนการดำเนินการทดลอง ...... ................................................ ... ..... 14

2.1.3 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด ............................................ . ................. 15

คำถามควบคุม................................................. ................................................................. ........................ 17

2.2 การศึกษาการพึ่งพาอุณหภูมิของการนำไฟฟ้าของออกไซด์ที่หลอมเหลว

(งานหมายเลข 14) ............................................. . . ................................................. . .......................................... สิบเก้า

2.2.1 ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับลักษณะการนำไฟฟ้าของตะกรัน ..................................... . 19

2.2.2 คำอธิบายขั้นตอนการติดตั้งและการวัด ........................................ .. ................................ 21

2.2.3 ลำดับการปฏิบัติงาน ................................................ ...... ................................................ ... ..... 23

2.2.4 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด ............................................ . .................... 24

คำถามควบคุม................................................. ................................................................. ........................ 25

2.3 ศึกษาจลนพลศาสตร์ของการขจัดซัลเฟตของโลหะด้วยตะกรันบนแบบจำลองจำลอง (งานที่.

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

2.3.1 ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับจลนพลศาสตร์ของการทำให้เป็นซัลเฟตของโลหะด้วยตะกรัน ..................................... ... ..... 26

2.3.2 ตัวแบบทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการ .......................................... .. ............................................ 29

2.3.3 ลำดับงาน .......................................... . . ................................................. . ...... สามสิบ

2.3.4 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด ............................................ . ................. 31

คำถามควบคุม................................................. ................................................................. ........................ 32

2.4 การศึกษาอุณหพลศาสตร์ของกระบวนการแยกตัวของคาร์บอเนตธรรมชาติ (งานที่ 16) 33

2.4.1 ความสม่ำเสมอทั่วไปของการแยกตัวคาร์บอเนต .......................................... . ....................... 33

2.4.2 ไดอะแกรมการติดตั้งและขั้นตอนการทำงาน ................................. . ........................ 39

2.4.3 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด ......................................... . .................... 39

คำถามควบคุม................................................. ................................................................. ................................ 41

2.5 การศึกษาการพึ่งพาอุณหภูมิของความหนืดของออกไซด์หลอมเหลว (งานที่ 17) ............. 42

2.5.1 ลักษณะของความต้านทานหนืดของออกไซด์ที่หลอมเหลว ...................................... .... ................ 42

2.5.2 คำอธิบายการติดตั้งและขั้นตอนการวัดความหนืด .................................... ..... ................. 43

2.5.3 ลำดับงาน ................................................. . . ................................................. . ...... 45

2.5.4 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด ............................................ . ................................ 45 คำถามทดสอบ ........................... . . ................................................. . ......................................... 46

2.6 การลดแมงกานีสจากออกไซด์ที่หลอมเป็นเหล็ก (งานที่ 18)

2.6.1 กฎทั่วไปของปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าของโลหะและตะกรัน ............ 47

2.6.2 รูปแบบกระบวนการ ............................................. ................................................................. ........................ 49

2.6.3 ลำดับงาน ................................................. . . ................................................. . ...... 50

คำถามควบคุม................................................. ................................................................. ........................ 52 เอกสารอ้างอิง ................................ . ................................................. . ................................................. . .... 53

STP USTU-UPI 1-96	มาตรฐานองค์กร ข้อกำหนดทั่วไปและหลักเกณฑ์การออกแบบหลักสูตรอนุปริญญาและหลักสูตร (ผลงาน)
GOST R 1.5-2002	จีเอสเอส. มาตรฐาน ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับการก่อสร้าง การนำเสนอ การออกแบบ เนื้อหา และการกำหนด
GOST 2.105-95	เอสเคดี ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับเอกสารข้อความ
GOST 2.106-96	เอสเคดี เอกสารข้อความ
GOST 6.30 2546	ดอลล่าร์. ระบบรวมของเอกสารองค์กรและการบริหาร ข้อกำหนดสำหรับเอกสาร
GOST 7.32-2001	SIBID. รายงานการวิจัย
GOST 7.54-88	SIBID. การแสดงข้อมูลตัวเลขเกี่ยวกับคุณสมบัติของสารและวัสดุในเอกสารทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิค ข้อกำหนดทั่วไป
GOST 8.417-2002	จีเอสโออี หน่วยปริมาณ

ตัวย่อและตัวย่อ

	มาตรฐานของรัฐอดีตสหภาพโซเวียตหรือมาตรฐานระหว่างรัฐ (ปัจจุบัน)
	ได้มาตรฐาน คณะกรรมการของรัฐของสหพันธรัฐรัสเซียเพื่อการมาตรฐานและมาตรวิทยา (Gosstandart ของรัสเซีย) หรือคณะกรรมการแห่งสหพันธรัฐรัสเซียเพื่อนโยบายการเคหะและการก่อสร้าง (Gosstroy of Russia)
	ระบบรัฐมาตรฐาน
	ระบบสถานะเพื่อให้มั่นใจถึงความสม่ำเสมอของการวัด
	เทคโนโลยีสารสนเทศ
	วิธีกำลังสองน้อยที่สุด
	คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล
	มาตรฐานองค์กร
	ทฤษฎีกระบวนการทางโลหะวิทยา

บทนำ

การทำงานในห้องปฏิบัติการเพื่อศึกษาคุณสมบัติในระบบโลหะ-ตะกรันและกระบวนการที่เกิดขึ้นในหน่วยโลหะวิทยา ช่วยให้คุณเข้าใจถึงความสามารถของวิธีการวิเคราะห์ทางเคมีกายภาพและเสริมทักษะในการใช้งานจริงได้ดีขึ้น นอกจากนี้ นักเรียนจะทำความคุ้นเคยกับการใช้วิธีการบางอย่างของการวิจัยเชิงทดลองและแบบจำลองของคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของแต่ละบุคคลและกระบวนการทางโลหะวิทยาโดยทั่วไป ได้รับทักษะในการประมวลผล การวิเคราะห์ และการนำเสนอข้อมูลการทดลอง

1 องค์กรของงานในห้องปฏิบัติการเชิงปฏิบัติการเกี่ยวกับทฤษฎีของกระบวนการทางโลหะวิทยา

ในการประชุมเชิงปฏิบัติการในห้องปฏิบัติการเกี่ยวกับทฤษฎีของกระบวนการทางโลหะวิทยา สิ่งสำคัญคือการรวบรวมข้อมูลการทดลองทางคอมพิวเตอร์ สิ่งนี้กำหนดคุณสมบัติหลายประการของการจัดระเบียบงาน:

นักเรียนแต่ละคนได้รับ งานส่วนตัวดำเนินการทดสอบอย่างครบถ้วนหรือเฉพาะบางส่วนและประมวลผลข้อมูลที่ได้รับ ผลงานรวมถึงลักษณะเชิงตัวเลขที่ได้รับของปรากฏการณ์ภายใต้การศึกษาและข้อผิดพลาดในการพิจารณา กราฟแสดงคุณลักษณะที่ระบุ และข้อสรุปที่ได้จากข้อมูลทั้งชุด ความคลาดเคลื่อนระหว่างผลลัพธ์เชิงปริมาณของงานที่ระบุในรายงานของนักเรียน เปรียบเทียบกับเครื่องหมายควบคุมไม่ควรเกิน 5%

ตัวเลือกหลักสำหรับการนำเสนอผลลัพธ์คือการประมวลผลข้อมูลการทดลอง การพล็อตกราฟ และการกำหนดข้อสรุปในสเปรดชีต Microsoft.Excel หรือ OpenOffice.Calc

โดยได้รับอนุญาตจากครู อนุญาตให้นำเสนอรายงานที่เขียนด้วยลายมือพร้อมภาพประกอบและกราฟที่จำเป็นซึ่งทำบนกระดาษกราฟเป็นการชั่วคราว

รายงานการทำงานของห้องปฏิบัติการที่ดำเนินการจะถูกส่งไปยังครูที่เป็นผู้นำการปฏิบัติในห้องปฏิบัติการไม่ช้ากว่าวันทำการก่อนงานห้องปฏิบัติการถัดไป คำสั่งโอน (โดย อีเมลในช่วงเวลาพัก ครูหรือผู้ช่วยห้องปฏิบัติการที่เป็นผู้นำชั้นเรียนในขณะนั้น) จะถูกกำหนดโดยครู

นักศึกษาที่ไม่ได้ส่งรายงานการทำงานก่อนหน้านี้ทันเวลาและไม่ผ่านการพูดคุย (แบบทดสอบ) จะไม่ได้รับอนุญาตให้ทำงานในห้องปฏิบัติการต่อไป

เฉพาะนักเรียนที่ได้รับการบรรยายสรุปเบื้องต้นเกี่ยวกับมาตรการการทำงานที่ปลอดภัยในการปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการและลงนามในเอกสารคำแนะนำเท่านั้นจึงจะได้รับอนุญาตให้ปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการได้

การทำงานกับความร้อนและการวัดอุปกรณ์ไฟฟ้า โดยใช้เครื่องแก้วเคมีและรีเอเจนต์ตามคำแนะนำด้านความปลอดภัยในห้องปฏิบัติการ

หลังจากทำงานเสร็จ นักเรียนจะจัดระเบียบสถานที่ทำงานและส่งต่อให้ผู้ช่วยห้องปฏิบัติการ

1.1 การเตรียมงานห้องปฏิบัติการ

แหล่งข้อมูลหลักในการเตรียมตัวสำหรับบทเรียนคือคู่มือเล่มนี้ หนังสือเรียน และอุปกรณ์ช่วยสอนที่แนะนำโดยวิทยากร บันทึกการบรรยาย

การเตรียมงานห้องปฏิบัติการ นักเรียนในช่วงสัปดาห์ก่อนบทเรียนต้องอ่านและทำความเข้าใจเนื้อหาที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ที่กำลังศึกษา ทำความเข้าใจแผนภาพที่ให้ไว้ในคู่มือในการออกแบบการติดตั้งและเทคนิคการวัดและการประมวลผลผลลัพธ์ หากเกิดปัญหาขึ้น จำเป็นต้องใช้เอกสารแนะนำและการปรึกษาหารือของอาจารย์และอาจารย์ที่ทำการศึกษาในห้องปฏิบัติการ

ความพร้อมของนักเรียนในการปฏิบัติงานนั้นถูกควบคุมโดยครูผ่านการสำรวจความคิดเห็นของนักเรียนแต่ละคน หรือโดยการทดสอบคอมพิวเตอร์ นักเรียนที่เตรียมตัวไม่เพียงพอจะต้องศึกษาเนื้อหาที่เกี่ยวข้องกับงานนี้ระหว่างบทเรียน และดำเนินการส่วนทดลองของงานในบทเรียนเพิ่มเติมหลังจากตรวจสอบอีกครั้ง เวลาและขั้นตอนการดำเนินการเรียนซ้ำจะถูกกำหนดโดยตารางพิเศษ

1.2 ข้อแนะนำในการประมวลผลผลการวัดและจัดทำรายงาน

ตาม GOST 7.54-88 ข้อมูลตัวเลขทดลองควรนำเสนอในรูปแบบของตารางที่มีชื่อเรื่อง มีตารางตัวอย่างให้สำหรับแต่ละห้องปฏิบัติการ

เมื่อประมวลผลผลการวัด จำเป็นต้องใช้การประมวลผลทางสถิติ: ใช้ข้อมูลการทดลองที่ราบรื่น ใช้วิธีกำลังสองน้อยที่สุดในการประเมินพารามิเตอร์ของการพึ่งพา ฯลฯ และจำเป็นต้องประเมินข้อผิดพลาดของค่าที่ได้รับ ฟังก์ชันทางสถิติพิเศษมีอยู่ในสเปรดชีตเพื่อดำเนินการนี้ ชุดฟังก์ชันที่จำเป็นยังมีอยู่ในเครื่องคิดเลขที่ออกแบบมาสำหรับการคำนวณทางวิทยาศาสตร์ (วิศวกรรม)

1.3.1 การวางแผน

เมื่อทำการทดลองตามกฎแล้วค่าของพารามิเตอร์หลายตัวจะได้รับการแก้ไขพร้อมกัน โดยการวิเคราะห์ความสัมพันธ์ของพวกเขา เราสามารถสรุปเกี่ยวกับปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ การแสดงข้อมูลตัวเลขด้วยภาพทำให้วิเคราะห์ความสัมพันธ์ได้ง่ายมาก ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้กราฟเป็นขั้นตอนสำคัญในการทำงานกับข้อมูล โปรดทราบว่าในพารามิเตอร์คงที่มักจะมีตัวแปรอิสระอย่างน้อยหนึ่งตัวเสมอ - ค่าที่ค่าเปลี่ยนแปลงเอง (เวลา) หรือค่าที่ผู้ทดสอบเป็นผู้กำหนด พารามิเตอร์ที่เหลือกำหนดโดยค่าของตัวแปรอิสระ เมื่อสร้างกราฟ คุณควรปฏิบัติตามกฎบางประการ:

ค่าของตัวแปรอิสระถูกพล็อตบน abscissa (แกนนอน) และค่าของฟังก์ชันถูกพล็อตบนพิกัด (แกนแนวตั้ง)

ควรเลือกมาตราส่วนตามแนวแกนเพื่อใช้พื้นที่ของกราฟเป็นข้อมูลมากที่สุด - เพื่อให้มีพื้นที่ว่างน้อยลงซึ่งไม่มีจุดทดลองและเส้นของการพึ่งพาการทำงาน เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดนี้ คุณมักจะต้องระบุค่าที่ไม่ใช่ศูนย์ที่จุดกำเนิดของแกนพิกัด ในกรณีนี้ ต้องนำเสนอผลการทดลองทั้งหมดบนกราฟ

ค่าตามแกนควรเป็นค่าทวีคูณของจำนวนเต็ม (1, 2, 4, 5) และเว้นระยะห่างเท่าๆ กัน เป็นที่ยอมรับไม่ได้อย่างเด็ดขาดในการระบุผลลัพธ์ของการวัดเฉพาะบนแกน หน่วยมาตราส่วนที่คุณเลือกไม่ควรเล็กหรือใหญ่เกินไป (ไม่ควรมีเลขศูนย์นำหน้าหรือต่อท้ายหลายตัว) เพื่อให้แน่ใจว่าข้อกำหนดนี้ คุณควรใช้ตัวประกอบมาตราส่วนของรูปแบบ 10 X ซึ่งถูกนำออกมาในการกำหนดแกน

เส้นของการพึ่งพาฟังก์ชันควรเป็นเส้นโค้งแบบตรงหรือแบบเรียบ อนุญาตให้เชื่อมต่อจุดทดลองกับเส้นที่ขาดในขั้นตอนของการวิเคราะห์เบื้องต้นเท่านั้น

ข้อกำหนดจำนวนมากเหล่านี้จะตรงตามข้อกำหนดโดยอัตโนมัติเมื่อสร้างแผนภูมิด้วยสเปรดชีต แต่โดยปกติแล้วจะไม่ทั้งหมดและไม่ครบถ้วน ดังนั้นคุณจึงต้องปรับการแสดงผลลัพธ์เกือบทุกครั้ง

สเปรดชีตมีบริการพิเศษ - ตัวช่วยสร้างแผนภูมิ (เมนูหลัก: แทรกแผนภูมิ) วิธีที่ง่ายที่สุดในการเข้าถึงคือเลือกพื้นที่ของเซลล์ที่มีทั้งอาร์กิวเมนต์และฟังก์ชัน (หลายฟังก์ชัน) ก่อน และเปิดใช้งานปุ่ม "ตัวช่วยสร้างแผนภูมิ" บนแผงมาตรฐานด้วยเมาส์

ดังนั้น คุณจะได้แผนภูมิฉบับร่างที่คุณยังต้องใช้งานอยู่ เนื่องจากการเลือกพารามิเตอร์แผนภูมิเริ่มต้นจำนวนมากโดยอัตโนมัติมักจะไม่รับประกันว่าจะตรงตามข้อกำหนดทั้งหมด

ก่อนอื่น ตรวจสอบขนาดของตัวเลขบนแกนและตัวอักษรในป้ายกำกับแกนและป้ายกำกับฟังก์ชันในคำอธิบาย ขอแนะนำให้ใช้ขนาดตัวอักษรเท่ากันทุกที่ ไม่น้อยกว่า 10 และไม่เกิน 14 จุด แต่คุณจะต้องตั้งค่าสำหรับแต่ละป้ายกำกับแยกกัน ในการดำเนินการนี้ ให้เลื่อนเคอร์เซอร์ไปไว้เหนือวัตถุที่สนใจ (แกน ป้ายกำกับ คำอธิบาย) แล้วกดปุ่มขวาของเมาส์ ในเมนูบริบทที่ปรากฏขึ้น ให้เลือก "รูปแบบ (องค์ประกอบ)" และในเมนูใหม่บนกระดาษที่ระบุว่า "แบบอักษร" ให้เลือกค่าที่ต้องการ เมื่อจัดรูปแบบแกน คุณควรดูเพิ่มเติมและอาจเปลี่ยนค่าบนแผ่นงานที่มีป้ายกำกับว่า "มาตราส่วน" และ "ตัวเลข" หากคุณไม่เข้าใจว่าตัวเลือกที่เสนอจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงอะไร อย่ากลัวที่จะลองใช้ตัวเลือกใดๆ เพราะคุณสามารถละทิ้งการเปลี่ยนแปลงที่ทำไว้ได้เสมอโดยกด Ctrl + Z หรือโดยการเลือกรายการเมนูหลัก "แก้ไข" - เลิกทำ หรือโดยการคลิกที่ปุ่ม "เลิกทำ" บนแถบเครื่องมือมาตรฐาน

หากมีหลายจุดและสเปรดมีขนาดเล็กและเส้นดูราบเรียบเพียงพอ จากนั้นจุดก็สามารถเชื่อมต่อกับเส้นได้ ในการดำเนินการนี้ ให้เลื่อนเคอร์เซอร์ไปที่จุดบนแผนภูมิแล้วกดปุ่มเมาส์ขวา ในเมนูบริบทที่ปรากฏขึ้น ให้เลือกรายการ "จัดรูปแบบชุดข้อมูล" ในหน้าต่างใหม่ บนแผ่นกระดาษที่ชื่อว่า "มุมมอง" คุณควรเลือกสีและความหนาของเส้นที่เหมาะสม และในขณะเดียวกันก็ตรวจสอบสี ขนาด และรูปร่างของจุด นี่คือวิธีการสร้างการพึ่งพาอาศัยกันซึ่งใกล้เคียงกับข้อมูลการทดลอง หากการประมาณเป็นเส้นตรง จุดสองจุดที่ขอบของช่วงของอาร์กิวเมนต์ก็เพียงพอแล้ว ไม่แนะนำให้ใช้ตัวเลือก "เส้นโค้งเรียบ" ที่สร้างขึ้นในสเปรดชีต เนื่องจากไม่สามารถปรับพารามิเตอร์การปรับให้เรียบได้

1.3.2 ปรับข้อมูลการทดลองให้เรียบ

ข้อมูลการทดลองที่ได้รับจากการติดตั้งทดลองที่อุณหภูมิสูงมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าความผิดพลาดในการตรวจวัดแบบสุ่มที่มีขนาดใหญ่ สาเหตุหลักมาจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าจากการทำงานของอุปกรณ์ทำความร้อนอันทรงพลัง การประมวลผลทางสถิติของผลลัพธ์สามารถลดข้อผิดพลาดแบบสุ่มได้อย่างมาก เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าสำหรับตัวแปรสุ่มที่แจกแจงตามกฎปกติ ความคลาดเคลื่อนของค่าเฉลี่ยเลขคณิตนั้นหาได้จาก นู๋ค่าใน นู๋น้อยกว่าความผิดพลาดของการวัดครั้งเดียว ½ เท่า ด้วยการวัดจำนวนมาก เมื่อสามารถสันนิษฐานได้ว่าการกระจายแบบสุ่มของข้อมูลในส่วนเล็ก ๆ นั้นสูงกว่าการเปลี่ยนแปลงปกติของค่าอย่างมีนัยสำคัญ เทคนิคการทำให้เรียบที่มีประสิทธิผลคือการกำหนดค่าถัดไปของค่าที่วัดได้ให้กับค่าเฉลี่ยเลขคณิต คำนวณจากค่าต่างๆ ในช่วงเวลาสมมาตรรอบๆ ทางคณิตศาสตร์แสดงโดยสูตร:

(1.1)

และง่ายต่อการใช้งานในสเปรดชีต ที่นี่ y i คือผลการวัดและ Y i คือค่าที่ปรับให้เรียบที่ใช้แทน

ข้อมูลทดลองที่ได้รับโดยใช้ระบบการเก็บรวบรวมข้อมูลดิจิทัลมีลักษณะเป็นข้อผิดพลาดแบบสุ่ม การกระจายซึ่งแตกต่างอย่างมากจากกฎหมายปกติ ในกรณีนี้ การใช้ค่ามัธยฐานแทนค่าเฉลี่ยเลขคณิตอาจมีประสิทธิภาพมากกว่า ในกรณีนี้ ค่าที่วัดได้ในช่วงกลางของช่วงเวลาจะได้รับการกำหนดค่าของค่าที่วัดได้ซึ่งกลายเป็นค่าที่ใกล้เคียงที่สุดกับค่าเฉลี่ยเลขคณิต ดูเหมือนว่าความแตกต่างเล็กน้อยในอัลกอริธึมสามารถเปลี่ยนผลลัพธ์ได้อย่างมาก ตัวอย่างเช่น ในรูปแบบค่ามัธยฐาน ผลการทดลองบางอย่างอาจกลายเป็นว่าไม่ได้ใช้อย่างสมบูรณ์ เป็นไปได้มากว่าจะเป็นผลการทดลองที่เป็นจริง

ค่า "กระโดดออก" โดยมีข้อผิดพลาดขนาดใหญ่เป็นพิเศษ

1.3.5 ความแตกต่างเชิงตัวเลขของฟังก์ชันที่กำหนดโดยชุดของจุดไม่ต่อเนื่อง

ความจำเป็นในการดำเนินการดังกล่าวมักเกิดขึ้นเมื่อประมวลผลจุดทดลอง ตัวอย่างเช่น โดยการแยกความแตกต่างของการพึ่งพาความเข้มข้นตรงเวลา พบการพึ่งพาอัตราของกระบวนการตรงเวลาและความเข้มข้นของรีเอเจนต์ ซึ่งทำให้สามารถประมาณลำดับของปฏิกิริยาได้ การดำเนินการของความแตกต่างเชิงตัวเลขของฟังก์ชันที่กำหนดโดยชุดของค่า ( y) สอดคล้องกับชุดค่าอาร์กิวเมนต์ที่สอดคล้องกัน ( x) ขึ้นอยู่กับการแทนที่โดยประมาณของค่าดิฟเฟอเรนเชียลของฟังก์ชันโดยอัตราส่วนของการเปลี่ยนแปลงขั้นสุดท้ายต่อการเปลี่ยนแปลงขั้นสุดท้ายในอาร์กิวเมนต์:

(1.2)

ความแตกต่างของตัวเลขมีความอ่อนไหวต่อข้อผิดพลาดที่เกิดจากความไม่ถูกต้องในข้อมูลดั้งเดิม การละทิ้งสมาชิกของชุดข้อมูล ฯลฯ ดังนั้นควรดำเนินการด้วยความระมัดระวัง เพื่อปรับปรุงความแม่นยำของการประมาณอนุพันธ์ () พวกเขาพยายามทำให้ข้อมูลการทดลองราบรื่นก่อน อย่างน้อยก็ในกลุ่มเล็กๆ แล้วจึงดำเนินการสร้างความแตกต่าง เป็นผลให้ในกรณีที่ง่ายที่สุดสำหรับโหนดที่เท่ากัน (ค่าของอาร์กิวเมนต์แตกต่างกันโดยค่าเดียวกัน x) จะได้รับสูตรต่อไปนี้: สำหรับอนุพันธ์ในครั้งแรก ( X 1) จุด:

สำหรับอนุพันธ์ ณ จุดอื่นทั้งหมด ( x) ยกเว้นอันสุดท้าย:

สำหรับอนุพันธ์ในระยะหลัง ( x) จุด:

หากมีข้อมูลการทดลองจำนวนมากและอนุญาตให้ละเลยหลายข้อมูลได้ จุดสุดขีดคุณสามารถใช้สูตรการปรับให้เรียบยิ่งขึ้นได้ เช่น 5 คะแนน:

หรือ 7 คะแนน:

สำหรับการจัดเรียงโหนดที่ไม่สม่ำเสมอเรา จำกัด ตัวเองว่าเราแนะนำให้ใช้สูตรดัดแปลง (1.3) ในรูปแบบ

(1.8)

และไม่คำนวณอนุพันธ์ที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุด

ดังนั้น ในการใช้ความแตกต่างเชิงตัวเลข คุณต้องวางสูตรที่เหมาะสมในเซลล์ของคอลัมน์ว่าง ตัวอย่างเช่น ค่าอาร์กิวเมนต์ที่เว้นระยะไม่เท่ากันจะอยู่ในคอลัมน์ "A" ในเซลล์ 2 ถึง 25 และค่าฟังก์ชันจะอยู่ในคอลัมน์ "B" ในเซลล์ที่เกี่ยวข้อง ค่าอนุพันธ์ควรอยู่ในคอลัมน์ "C" จากนั้นในเซลล์ "C3" คุณควรป้อนสูตร (5) ในรูปแบบ:

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

และคัดลอก (ยืด) ไปยังเซลล์ทั้งหมดในช่วง C4: C24

1.3.6 การหาโดยวิธีกำลังสองน้อยที่สุดของสัมประสิทธิ์ของพหุนาม

ประมาณชุดข้อมูลบางส่วน

เมื่อมีการนำเสนอข้อมูลตัวเลขแบบกราฟิก มักจะจำเป็นต้องลากเส้นไปตามจุดทดลอง โดยเผยให้เห็นคุณลักษณะของการพึ่งพาที่ได้รับ สิ่งนี้ทำเพื่อการรับรู้ข้อมูลที่ดีขึ้นและเพื่ออำนวยความสะดวกในการวิเคราะห์เพิ่มเติมของข้อมูลที่มีการกระจัดกระจายเนื่องจากข้อผิดพลาดในการวัด บ่อยครั้งบนพื้นฐานของการวิเคราะห์เชิงทฤษฎีของปรากฏการณ์ที่กำลังศึกษาอยู่ เป็นที่ทราบล่วงหน้าว่าบรรทัดนี้ควรมีรูปแบบใด ตัวอย่างเช่น เป็นที่ทราบกันว่าการพึ่งพาอัตราของกระบวนการทางเคมี ( วี) จากอุณหภูมิต้องเป็นเลขชี้กำลัง และเลขชี้กำลังแทนอุณหภูมิผกผันในมาตราส่วนสัมบูรณ์:

ซึ่งหมายความว่าบนกราฟในพิกัด ln วี- 1 / T ควรเป็นเส้นตรง

ที่มีความชันเป็นลักษณะพิเศษของพลังงานกระตุ้น ( อี) กระบวนการ. ตามกฎแล้ว เส้นตรงหลายเส้นที่มีความชันต่างกันสามารถลากผ่านจุดทดลองได้ ในแง่หนึ่ง สิ่งที่ดีที่สุดคือเส้นตรงที่มีค่าสัมประสิทธิ์ซึ่งกำหนดโดยวิธีกำลังสองน้อยที่สุด

ในกรณีทั่วไป วิธีกำลังสองน้อยที่สุดจะใช้เพื่อค้นหาสัมประสิทธิ์ที่ใกล้เคียงกับการพึ่งพา y (x 1 , x 2 ,…x น) พหุนามของรูปแบบ

ที่ไหน ขและ ม 1 …ม นเป็นสัมประสิทธิ์คงที่และ x 1 …x น- ชุดของอาร์กิวเมนต์อิสระ กล่าวคือ ในกรณีทั่วไป วิธีการนี้ใช้เพื่อประมาณฟังก์ชันของตัวแปรหลายตัว แต่ยังใช้เพื่ออธิบายฟังก์ชันเชิงซ้อนของตัวแปรตัวเดียว x... ในกรณีนี้เชื่อกันว่า

และพหุนามใกล้เคียงมีรูปแบบ

เมื่อเลือกระดับของพหุนามโดยประมาณ นโปรดทราบว่าจะต้องน้อยกว่าจำนวนค่าที่วัดได้ xและ y... ในเกือบทุกกรณี ไม่ควรเกิน 4 ไม่ค่อยมี 5

วิธีนี้สำคัญมากที่สเปรดชีต Excel มีตัวเลือกอย่างน้อยสี่ตัวเลือกในการรับค่าของสัมประสิทธิ์ที่ต้องการ เราขอแนะนำให้ใช้ฟังก์ชัน LINEST () หากคุณทำงานในสเปรดชีต Excel ด้วย Microsoft Officeหรือฟังก์ชัน LINEST () ในสเปรดชีต OpenOffice Calc พวกมันถูกนำเสนอในรายการของฟังก์ชันทางสถิติ ซึ่งอยู่ในคลาสของฟังก์ชันเมทริกซ์ที่เรียกว่า และในการเชื่อมต่อนี้มีคุณลักษณะของแอปพลิเคชั่นจำนวนหนึ่ง อย่างแรก ไม่ได้ป้อนลงในเซลล์เดียว แต่ป้อนลงในช่วง (พื้นที่สี่เหลี่ยม) ของเซลล์โดยตรง เนื่องจากฟังก์ชันส่งกลับค่าหลายค่า ขนาดของพื้นที่ในแนวนอนถูกกำหนดโดยจำนวนของสัมประสิทธิ์ของพหุนามที่ใกล้เคียงกัน (ในตัวอย่างนี้ มีสองส่วน: ln วี 0 และ E / R) และเน้นในแนวตั้งตั้งแต่หนึ่งถึงห้าบรรทัด ขึ้นอยู่กับว่าต้องใช้ข้อมูลสถิติเท่าใดสำหรับการวิเคราะห์ของคุณ

1.3.7 การนำเสนอผลงาน

ในเอกสารทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิค เมื่อนำเสนอข้อมูลที่เป็นตัวเลข ควรมีการประเมินความน่าเชื่อถือและเน้นข้อผิดพลาดแบบสุ่มและเป็นระบบ ข้อผิดพลาดของข้อมูลที่ระบุควรนำเสนอตาม GOST 8.207–76

เมื่อประมวลผลกลุ่มผลการสังเกตทางสถิติ การดำเนินการต่อไปนี้ควรดำเนินการ: แยกข้อผิดพลาดที่เป็นระบบที่ทราบออกจากผลการสังเกต

คำนวณค่าเฉลี่ยเลขคณิตของผลการสังเกตที่แก้ไขแล้ว นำมาเป็นผลการวัด คำนวณค่าประมาณค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของผลการวัด

คำนวณขีดจำกัดความเชื่อมั่นของข้อผิดพลาดแบบสุ่ม (องค์ประกอบสุ่มของข้อผิดพลาด) ของผลการวัด

คำนวณขอบเขตของข้อผิดพลาดที่เป็นระบบที่ไม่ได้รับการยกเว้น (เศษที่เหลือที่ไม่ได้รับการยกเว้นของข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบ) ของผลการวัด คำนวณขีดจำกัดความเชื่อมั่นของข้อผิดพลาดของผลการวัด

เพื่อกำหนดขีดจำกัดความเชื่อมั่นของข้อผิดพลาดของผลการวัด ความน่าจะเป็นของความเชื่อมั่น Rเท่ากับ 0.95 ด้วยข้อผิดพลาดของความเชื่อมั่นสมมาตร ผลการวัดจะแสดงในรูปแบบ:

ผลการวัดอยู่ที่ไหน ∆ คือระยะขอบของข้อผิดพลาดของผลการวัด Rคือระดับความมั่นใจ ค่าตัวเลขของผลการวัดต้องลงท้ายด้วยตัวเลขที่เป็นตัวเลขเดียวกันกับค่าความผิดพลาด ∆

2 คำอธิบายงานห้องปฏิบัติการ

ในส่วนแรกของแต่ละส่วนที่เกี่ยวข้องกับงานในห้องปฏิบัติการเฉพาะ ข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบและโครงสร้างของเฟส กลไกของกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในเฟสหรือที่ขอบเขตของส่วนต่อประสานกับขั้นตอนที่อยู่ใกล้เคียง ขั้นต่ำที่จำเป็นในการทำความเข้าใจ สาระสำคัญของปรากฏการณ์ที่ศึกษาในการทำงาน หากข้อมูลที่ให้ไม่เพียงพอ คุณควรอ้างอิงบันทึกการบรรยายและเอกสารแนะนำ หากปราศจากความเข้าใจในส่วนแรกของส่วนนี้ เป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการถึงสิ่งที่เกิดขึ้นในระบบที่กำลังศึกษาในระหว่างการทำงาน เพื่อกำหนดและทำความเข้าใจข้อสรุปตามผลลัพธ์ที่ได้รับ

ส่วนถัดไปของแต่ละส่วนมีไว้สำหรับการใช้งานฮาร์ดแวร์หรือซอฟต์แวร์ของการติดตั้งจริง หรือรุ่นคอมพิวเตอร์ ให้ข้อมูลเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์ที่ใช้และอัลกอริทึมที่ใช้ หากไม่เข้าใจส่วนนี้ เป็นไปไม่ได้ที่จะประเมินแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดและการดำเนินการใดที่ควรดำเนินการเพื่อลดผลกระทบให้เหลือน้อยที่สุด

ส่วนสุดท้ายอธิบายขั้นตอนการดำเนินการวัดและประมวลผลผลลัพธ์ คำถามทั้งหมดนี้ถูกส่งไปยัง colloquium ก่อนการทำงานหรือการทดสอบคอมพิวเตอร์

2.1 การศึกษาจลนศาสตร์ของการเกิดออกซิเดชันของเหล็กที่อุณหภูมิสูง (งานที่ 13)

2.1.1 กฎทั่วไปของการเกิดออกซิเดชันของเหล็ก

ตามหลักลำดับการเปลี่ยนแปลงของเอ.เอ. Baikov บนพื้นผิวของเหล็กในระหว่างการออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงกับออกซิเจนในบรรยากาศ ออกไซด์ทั้งหมดที่มีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ภายใต้สภาวะเหล่านี้จะเกิดขึ้น ที่อุณหภูมิสูงกว่า 572 ° C มาตราส่วนประกอบด้วยสามชั้น: FeO wustite, Fe 3 O 4 magnetite, Fe 2 O 3 hematite ชั้น wustite ใกล้กับเหล็กมากที่สุดซึ่งประมาณ 95% ของความหนาของสเกลทั้งหมดมี p- คุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำ ซึ่งหมายความว่ามีความเข้มข้นที่มีนัยสำคัญของตำแหน่งงานว่างของเหล็กที่เป็นเหล็กใน sublattice ไอออนบวกของ FeO และมีการจัดเตรียมอิเล็กโตรนิวตริลิตีเนื่องจากลักษณะของ "รู" ของอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นอนุภาคเหล็กเฟอร์ริก sublattice ประจุลบของ wustite ซึ่งประกอบด้วยไอออนที่มีประจุลบ О 2– นั้นปราศจากข้อบกพร่อง การปรากฏตัวของตำแหน่งงานว่างใน sublattice ไอออนบวกช่วยเพิ่มความคล่องตัวในการแพร่กระจายของอนุภาค Fe 2+ ผ่าน wustite และลดคุณสมบัติการป้องกัน

ชั้นกลางของแมกนีไทต์เป็นออกไซด์ขององค์ประกอบปริมาณสัมพันธ์ซึ่งมีข้อบกพร่องในผลึกขัดแตะในระดับต่ำและเป็นผลให้มีคุณสมบัติในการป้องกันเพิ่มขึ้น ความหนาสัมพัทธ์คือ 4% โดยเฉลี่ย

ชั้นนอกของสเกล - เฮมาไทต์มีค่าการนำไฟฟ้าแบบ n การมีตำแหน่งว่างของออกซิเจนใน sublattice ที่มีประจุลบช่วยอำนวยความสะดวกในการแพร่กระจายของอนุภาคออกซิเจนผ่านมัน เมื่อเทียบกับไอออนบวกของเหล็ก ความหนาสัมพัทธ์ของชั้น Fe 2 O 3 ไม่เกิน 1% .

ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 572 ° C wustite จะไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ ดังนั้น มาตราส่วนประกอบด้วยสองชั้น: magnetite Fe 3 O 4 (90% ของความหนา) และ hematite Fe 2 O 3 (10%)

การก่อตัวของฟิล์มป้องกันตะกรันอย่างต่อเนื่องบนพื้นผิวของเหล็กนำไปสู่การแยกออกจากบรรยากาศในอากาศ การเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติมของโลหะเกิดขึ้นเนื่องจากการแพร่กระจายของรีเอเจนต์ผ่านฟิล์มออกไซด์ กระบวนการที่ต่างกันที่พิจารณาแล้วประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้: การจ่ายออกซิเจนจากปริมาตรของเฟสของแก๊สไปยังขอบเขตที่มีออกไซด์โดยการแพร่กระจายของโมเลกุลหรือการพาความร้อน การดูดซับ O2 บนพื้นผิวของออกไซด์ การแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมออกซิเจนด้วยการก่อตัวของโอ 2– แอนไอออน; การแพร่กระจายของแอนไอออนออกซิเจนในเฟสออกไซด์ไปยังส่วนต่อประสานกับโลหะ การแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมของเหล็กและการเปลี่ยนไปเป็นขนาดในรูปของไอออนบวก การแพร่กระจายของไอออนบวกในออกไซด์ไปยังขอบของก๊าซ ผลึกเคมีของการก่อตัวของส่วนใหม่ของเฟสออกไซด์

โหมดการแพร่กระจายของการเกิดออกซิเดชันของโลหะจะเกิดขึ้นหากระยะที่ยับยั้งมากที่สุดคือการขนส่งอนุภาค Fe 2+ หรือ O 2– ผ่านมาตราส่วน ออกซิเจนโมเลกุลถูกจ่ายจากเฟสของแก๊สค่อนข้างเร็ว ในกรณีของระบอบจลนศาสตร์ ขั้นจำกัดคือระยะการดูดซับหรือไอออไนเซชันของอนุภาค เช่นเดียวกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของผลึก

ที่มาของสมการจลนศาสตร์ของกระบวนการออกซิเดชันของเหล็กสำหรับกรณีของมาตราส่วนสามชั้นนั้นค่อนข้างยุ่งยาก สามารถลดความซับซ้อนลงได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยไม่ต้องเปลี่ยนข้อสรุปขั้นสุดท้าย หากมาตราส่วนได้รับการพิจารณาว่าเป็นเนื้อเดียวกันในองค์ประกอบ และพิจารณาเฉพาะการแพร่กระจายของไอออนบวก Fe 2+ เท่านั้น

ให้เราแทนด้วย ดีค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ของอนุภาค Fe 2+ ในระดับ k- อัตราคงที่ของการเกิดออกซิเดชันของเหล็ก ค 1 และ กับความเข้มข้นสมดุลของไอออนเหล็ก 2 ไอออนที่ส่วนติดต่อกับโลหะและอากาศ ตามลำดับ ชม- ความหนาของฟิล์มออกไซด์ สคือ พื้นที่ผิวของตัวอย่าง คือ ความหนาแน่นของออกไซด์ เอ็ม- มวลโมลาร์ของมัน จากนั้นตามกฎของจลนศาสตร์ที่เป็นทางการ อัตราจำเพาะของการกระทำทางเคมีของปฏิกิริยาระหว่างเหล็กกับออกซิเจนต่อหน่วยพื้นผิวของตัวอย่าง ( v r) ถูกกำหนดโดยอัตราส่วน:

ในสถานะนิ่ง จะเท่ากับความหนาแน่นของฟลักซ์การแพร่ของอนุภาค Fe 2+

โดยพิจารณาว่าอัตราโดยรวมของกระบวนการออกซิเดชันต่างกันเป็นสัดส่วนกับอัตราการเติบโตของมวล

(13.3)

ยกเว้นได้ ค 2 จากสมการ (13.1) และ (13.2) และรับการพึ่งพามวลของสเกลตรงเวลา:

(13.4)

จะเห็นได้จากความสัมพันธ์ที่ผ่านมาว่าโหมดจลนศาสตร์ของกระบวนการเกิดขึ้นตามกฎในช่วงเวลาเริ่มต้นของการเกิดออกซิเดชัน เมื่อความหนาของฟิล์มออกไซด์มีขนาดเล็กและสามารถละเลยการต้านทานการแพร่กระจายได้ การเติบโตของชั้นสเกลทำให้การแพร่กระจายของรีเอเจนต์ช้าลง และโหมดกระบวนการจะเปลี่ยนเป็นการแพร่กระจายเมื่อเวลาผ่านไป

แนวทางที่เข้มงวดยิ่งขึ้นซึ่งพัฒนาโดย Wagner ในทฤษฎีอิออน-อิเล็กตรอนของการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงของโลหะทำให้สามารถคำนวณเชิงปริมาณได้ ความเร็วคงที่กฎพาราโบลาของการเติบโตของฟิล์ม โดยใช้ข้อมูลการทดลองอิสระเกี่ยวกับค่าการนำไฟฟ้าของออกไซด์:

ที่ไหน ∆ จี- การเปลี่ยนแปลงพลังงานกิ๊บส์สำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชันของโลหะ เอ็ม- มวลโมลาร์ของออกไซด์ - ค่าการนำไฟฟ้า Ti- เศษส่วนของการนำไฟฟ้าไอออนิก z- ความจุของโลหะ F- ค่าคงที่ฟาราเดย์

เมื่อศึกษาจลนพลศาสตร์ของการก่อตัวที่บางมาก ( ชม < 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 ชม = K Ln ( เอ τ+ บี) รวมทั้งลูกบาศก์ ชม 3 = KΤ (ออกไซด์เป็นสารกึ่งตัวนำ พี-type) หรือลอการิทึมผกผัน 1 / ชม = ค K Ln (τ) ( น-ประเภทของการนำไฟฟ้า) เมื่อขั้นตอนการถ่ายโอนไอออนของโลหะช้าลง

2.1.2 คำอธิบายการติดตั้งและขั้นตอนการดำเนินการทดลอง

จลนพลศาสตร์ของการเกิดออกซิเดชันของเหล็กได้รับการศึกษาโดยใช้วิธีกราวิเมตริก ซึ่งทำให้สามารถบันทึกการเปลี่ยนแปลงของมวลของตัวอย่างในช่วงเวลาระหว่างการทดลองได้ ไดอะแกรมการติดตั้งแสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1 - แผนผังของการตั้งค่าการทดลอง:

1 - ตัวอย่างเหล็กที่ตรวจสอบแล้ว 2 - เตาต้านทานไฟฟ้า; 3 - ตัวแปลงกลไกไฟฟ้า Э 2D1; 4 - คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลพร้อมบอร์ด ADC

ตัวอย่างโลหะ (1) ที่แขวนอยู่บนสายโซ่นิกโครมกับลำแสงของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบกลไก E 2D1 (3) ถูกวางลงในเตาเผาแบบต้านทานไฟฟ้าแบบท่อแนวตั้ง (2) สัญญาณเอาท์พุต E 2D1 ซึ่งแปรผันตามสัดส่วนของการเปลี่ยนแปลงมวลตัวอย่าง ถูกส่งไปยังบอร์ด ADC ของคอมพิวเตอร์โดยเป็นส่วนหนึ่งของการติดตั้ง ความคงตัวของอุณหภูมิในเตาเผานั้นถูกควบคุมโดยเครื่องปรับลมอัตโนมัติ อุณหภูมิที่ต้องการของการทดลองถูกกำหนดโดยปุ่มหมุนที่เหมาะสมบนแผงหน้าปัดของเตาหลอมตามคำแนะนำของอาจารย์ (800 - 900 ° C)

จากผลงาน อัตราคงตัวของปฏิกิริยาออกซิเดชันของเหล็กและค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ของไอออนในฟิล์มออกไซด์ และถ้าเป็นไปได้ พลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาเคมีและการแพร่กระจายจะถูกกำหนด แสดงให้เห็นภาพกราฟิกของการพึ่งพาการเปลี่ยนแปลงในมวลของตัวอย่างและอัตราของกระบวนการออกซิเดชันตรงเวลา

2.1.3 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด

ทรานสดิวเซอร์เชิงกล-ไฟฟ้าได้รับการออกแบบในลักษณะที่ส่วนหนึ่งของมวลของวัตถุที่วัดได้จะถูกชดเชยด้วยสปริงเกลียว ไม่ทราบขนาดของมัน แต่จะต้องคงที่ในระหว่างการวัด จากคำอธิบายของเทคนิคการวัดดังต่อไปนี้ จะไม่ทราบเวลาที่แน่นอน (0) ของการเริ่มต้นกระบวนการออกซิเดชัน เนื่องจากไม่ทราบว่าตัวอย่างจะได้รับอุณหภูมิที่เพียงพอสำหรับการพัฒนากระบวนการออกซิเดชันเมื่อใด จนกว่าจะถึงเวลาที่ตัวอย่างเริ่มออกซิไดซ์จริง ๆ มวลของตัวอย่างจะเท่ากับมวลของโลหะแม่ ( ม 0). ความจริงที่ว่าเราไม่ได้วัดมวลทั้งหมด แต่เฉพาะส่วนที่ไม่ได้รับการชดเชยเท่านั้นไม่ได้เปลี่ยนสาระสำคัญของเรื่อง ความแตกต่างระหว่างมวลปัจจุบันของกลุ่มตัวอย่าง ( ม) และมวลเริ่มต้นของโลหะแทนมวลของมาตราส่วน ดังนั้น สูตร (13.4) สำหรับเงื่อนไขการทดลองจริงควรนำเสนอในรูปแบบ:

(13.6)

ซึ่งใน ม- ค่าที่วัดได้ของส่วนที่ไม่ได้รับการชดเชยที่เหลือของมวลตัวอย่าง ม. 0- เหมือนกันก่อนที่จะเริ่มกระบวนการออกซิเดชันที่อุณหภูมิต่ำของตัวอย่าง จากความสัมพันธ์นี้จะเห็นได้ว่าการพึ่งพาการทดลองของมวลตัวอย่างตรงเวลาควรอธิบายด้วยสมการของรูปแบบ:

, (13.7)

ซึ่งสัมประสิทธิ์ตามผลการวัดที่ได้รับสามารถหาได้โดยวิธีกำลังสองน้อยที่สุด นี่คือภาพประกอบโดยกราฟทั่วไปในรูปที่ จุดคือผลการวัด เส้นได้มาจากการประมาณข้อมูลโดยสมการ 13.7

คะแนนที่มีเครื่องหมายกากบาทเป็นค่าผิดปกติและไม่ควรนำมาพิจารณาเมื่อคำนวณสัมประสิทธิ์ของสมการ 13.7 โดยใช้วิธีกำลังสองน้อยที่สุด

การเปรียบเทียบสูตร (13.6) และ (13.7) เป็นเรื่องง่ายที่จะสร้างความสัมพันธ์ของสัมประสิทธิ์ที่ค้นพบกับการกำหนดค่าทางเคมีกายภาพ:

(13.8)

ในตัวอย่างที่กำหนด ค่าของ m0 - ค่าบนพิกัดที่ = 0 กลายเป็น 18.1 มก.

โดยใช้ค่าเหล่านี้ ค่าพื้นที่ตัวอย่างที่ได้รับในการเตรียมตัวสำหรับการทดลอง ( ส) และความหนาแน่นของ wustite ที่ยืมมาจากวรรณกรรม (= 5.7 g / cm 3) ได้

เพื่อประมาณการและอัตราส่วนของสัมประสิทธิ์การแพร่และค่าคงที่อัตราของกระบวนการออกซิเดชัน:

(13.13)

อัตราส่วนนี้กำหนดลักษณะของความหนาของฟิล์มมาตราส่วนซึ่งค่าคงที่อัตราการแพร่เท่ากับค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยาเคมีของการเกิดออกซิเดชันของโลหะ ซึ่งสอดคล้องกับคำจำกัดความของโหมดปฏิกิริยาผสมอย่างเคร่งครัด

จากผลงานควรกำหนดค่าทั้งหมดโดยใช้สูตร (13.7, 13.11 - 13.13): ข 0 , ข 1 , ข 2 , ม 0, 0 และ ดี /K... เพื่อแสดงผลลัพธ์คุณควรให้กราฟของการพึ่งพา ม-. นอกจากค่าการทดลองแล้ว ยังเป็นที่พึงปรารถนาที่จะให้เส้นโค้งที่ใกล้เคียงกัน

จากผลการวัดต้องกรอกตารางต่อไปนี้:

ตารางที่ 1. ผลการศึกษากระบวนการออกซิเดชั่นของเหล็ก

ในตาราง สองคอลัมน์แรกจะถูกเติมหลังจากเปิดไฟล์ข้อมูล และคำนวณส่วนที่เหลือ การปรับให้เรียบจะดำเนินการที่ 5 จุด เมื่อพิจารณาสัมประสิทธิ์ของพหุนามโดยประมาณ คอลัมน์ที่หนึ่ง สาม และสี่จะถูกใช้พร้อมกัน คอลัมน์สุดท้ายควรประกอบด้วยผลลัพธ์ของการประมาณโดยพหุนาม (13.7) โดยใช้สัมประสิทธิ์ที่พบโดยวิธีกำลังสองน้อยที่สุด กราฟถูกสร้างขึ้นตามคอลัมน์ที่หนึ่ง สาม และห้า

หากนักเรียนทำงานหลายคน แต่ละคนจะทำการทดลองที่อุณหภูมิของตัวเอง การประมวลผลร่วมกันของผลลัพธ์ของการประมาณความหนาของชั้นมาตราส่วนในโหมดผสมอย่างเคร่งครัด () ทำให้สามารถประมาณความแตกต่างระหว่างพลังงานกระตุ้นของการแพร่และปฏิกิริยาเคมีได้ แน่นอน สูตรที่ชัดเจนถูกต้องที่นี่:

(13.14)

การประมวลผลสัมประสิทธิ์ที่คล้ายกัน ข 2 ทำให้สามารถประมาณพลังงานกระตุ้นของการแพร่กระจายได้ นี่คือสูตรที่ถูกต้อง:

(13.15)

หากทำการวัดที่อุณหภูมิสองค่า การประมาณจะดำเนินการโดยตรงตามสูตร (13.4) และ (13.15) หากค่าอุณหภูมิมากกว่าสองค่า ควรใช้วิธีการของกำลังสองน้อยที่สุดสำหรับฟังก์ชัน ln () – 1/ตู่และ ln (ข2) – 1/ต.ค่าผลลัพธ์จะได้รับในตารางสรุปและอภิปรายในข้อสรุป

ลำดับการประมวลผลผลงาน

2. สร้างกราฟการพึ่งพาบนแผ่นงานแยกต่างหาก ม- ระบุและลบค่าป๊อปอัปด้วยสายตา

3. ปรับค่าน้ำหนักที่วัดได้ให้เรียบ

4. คำนวณกำลังสองของการเปลี่ยนแปลงมวล

5. หาสัมประสิทธิ์ด้วยวิธีกำลังสองน้อยที่สุด ข 0 , ข 1 , ข 2 สมการที่ใกล้เคียงการพึ่งพาการเปลี่ยนแปลงของมวลเมื่อเวลาผ่านไป

6. คำนวณค่ามวลที่จุดเริ่มต้นของการวัดตามสมการการประมาณ

7. วิเคราะห์ผลการประมาณโดยใช้การเรียงลำดับและแยกค่าที่ไม่ถูกต้องออก

8. แสดงผลการประมาณบนกราฟการพึ่งพา ม – .

9. คำนวณคุณสมบัติของระบบและกระบวนการ: ม 0 , 0 , ดี /K .

ผลการทดสอบ:

ก. ในเซลล์ "A1" - พื้นที่ผิวของตัวอย่างในหน่วยวัด "B1" ที่อยู่ติดกัน

ข. ในเซลล์ "A2" - มวลของตัวอย่างดั้งเดิม ในเซลล์ "B2" - หน่วยวัด

ค. ในเซลล์ "A3" - อุณหภูมิของการทดลอง ในเซลล์ "B3" - หน่วยวัด

ง. ในเซลล์ "A4" - ความหนาของชั้นมาตราส่วนในโหมดผสมอย่างเคร่งครัด ในเซลล์ "B4" - หน่วยวัด

อี เริ่มต้นด้วยเซลล์ "A10" ควรมีการกำหนดข้อสรุปเกี่ยวกับงานอย่างชัดเจน

ในเซลล์ A6-A7 ควรมีการอ้างอิงถึงเซลล์ในชีตอื่นของหนังสือสเปรดชีตที่ทำการคำนวณเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่นำเสนอ ไม่ใช่ค่าตัวเลขในตัวเอง! หากไม่เป็นไปตามข้อกำหนด โปรแกรมตรวจสอบจะแสดงข้อความ "ข้อผิดพลาดในการนำเสนอข้อมูล"

2. จัดรูปแบบกราฟการพึ่งพาที่ถูกต้อง ม- ได้มาจากการทดลอง (คะแนน) และประมาณโดยพหุนาม (เส้น) บนสเปรดชีตแยกต่างหากที่มีทั้งหมด ลายเซ็นที่จำเป็นและการกำหนด

คำถามควบคุม

1. โครงสร้างของมาตราส่วนที่ได้จากเหล็กระหว่างการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงในอากาศเป็นอย่างไร

2. ทำไมการปรากฏตัวของเฟส wustite ในมาตราส่วนทำให้อัตราการออกซิเดชันของเหล็กเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว?

3. ขั้นตอนของกระบวนการออกซิเดชันของเหล็กต่างกันคืออะไร?

4. ความแตกต่างระหว่างโหมดการแพร่กระจายของการเกิดออกซิเดชันของเหล็กกับโหมดจลนศาสตร์คืออะไร?

5. ลำดับและวิธีการของงานเป็นอย่างไร?

6. จะระบุโหมดของกระบวนการออกซิเดชันได้อย่างไร?

2.2 การศึกษาการพึ่งพาอุณหภูมิของค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของออกไซด์หลอมเหลว (งานที่ 14)

2.2.1 ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับลักษณะการนำไฟฟ้าของตะกรัน

การศึกษาการพึ่งพาการนำไฟฟ้าของตะกรันกับองค์ประกอบและอุณหภูมิมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับโลหะวิทยาทั้งในแง่ทฤษฎีและประยุกต์ ค่าการนำไฟฟ้าสามารถมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่ออัตราปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุดระหว่างโลหะและตะกรันในกระบวนการผลิตเหล็ก ต่อผลผลิตของหน่วยโลหะวิทยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเทคโนโลยีไฟฟ้าหรืออาร์คเตาหลอมสำหรับการถลุงตะกรันสังเคราะห์ โดยที่อัตรา การปล่อยความร้อนขึ้นอยู่กับปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวหลอมเหลว นอกจากนี้ การนำไฟฟ้าซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ไวต่อโครงสร้าง ยังให้ข้อมูลทางอ้อมเกี่ยวกับโครงสร้างของการหลอมเหลว ความเข้มข้น และประเภทของอนุภาคที่มีประจุ

ตามแนวคิดของโครงสร้างของออกไซด์ที่หลอมละลายโดยเฉพาะ โรงเรียนวิทยาศาสตร์ศาสตราจารย์ O.A. Esin พวกเขาไม่สามารถบรรจุอนุภาคที่ไม่มีประจุได้ ในเวลาเดียวกัน ไอออนในการหลอมเหลวมีขนาดและโครงสร้างต่างกันมาก ธาตุออกไซด์พื้นฐานปรากฏเป็นไอออนธรรมดา เช่น Na +, Ca 2+, Mg 2+, Fe 2+, O 2- ในทางตรงกันข้าม ธาตุที่มีความจุสูงซึ่งก่อให้เกิดออกไซด์ที่เป็นกรด (กรด) เช่น SiO 2, TiO 2, B 2 O 3 ในรูปของไอออนจะมีสนามไฟฟ้าสถิตสูงจนไม่สามารถหลอมละลายได้ ไอออน Si 4+ อย่างง่าย, Ti 4+, B 3+ พวกเขาเข้าใกล้ออกซิเจนแอนไอออนมากจนสร้างพันธะโควาเลนต์กับพวกมันและมีอยู่ในรูปของการหลอมในรูปของแอนไอออนเชิงซ้อนซึ่งง่ายที่สุดเช่น SiO 4 4, TiO 4 4-, BO 3 3-, BO 4 5-. แอนไอออนเชิงซ้อนมีความสามารถในการทำให้โครงสร้างซับซ้อน รวมกันเป็นโครงสร้างสองและสามมิติ ตัวอย่างเช่น ซิลิโคน-ออกซิเจนเตตระเฮดราสองตัว (SiO 4 4-) สามารถเชื่อมต่อที่จุดยอด ทำให้เกิดสายโซ่เชิงเส้นที่ง่ายที่สุด (Si 2 O 7 6-) สิ่งนี้จะปล่อยไอออนออกซิเจนหนึ่งตัว:

SiO44- + SiO44- = Si2O76- + O2-

ในรายละเอียดเพิ่มเติม สามารถอ่านคำถามเหล่านี้ได้ ตัวอย่างเช่น ในวรรณกรรมเพื่อการศึกษา

ความต้านทานไฟฟ้า Rตัวนำเชิงเส้นธรรมดาสามารถกำหนดได้จากอัตราส่วน

ความต้านทานอยู่ที่ไหน หลี่- ระยะเวลา, สคือพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ ปริมาณเรียกว่าค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของสาร จากสูตร (14.1) จะได้ว่า

หน่วยของการนำไฟฟ้าแสดงเป็นโอห์ม –1 m –1 = S / m (S - ซีเมนส์) ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ กำหนดลักษณะการนำไฟฟ้าของปริมาตรของของเหลวหลอมที่อยู่ระหว่างอิเล็กโทรดคู่ขนานสองขั้วที่มีพื้นที่ 1 ม. 2 และอยู่ห่างจากกัน 1 ม.

ในกรณีทั่วไป (สนามไฟฟ้าที่ไม่เท่ากัน) การนำไฟฟ้าหมายถึงสัมประสิทธิ์สัดส่วนระหว่างความหนาแน่นกระแส ผมในตัวนำและการไล่ระดับศักย์ไฟฟ้า:

ลักษณะของการนำไฟฟ้าสัมพันธ์กับการถ่ายโอนประจุในสารภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า ในโลหะ อิเล็กตรอนของแถบการนำไฟฟ้ามีส่วนร่วมในการถ่ายเทไฟฟ้าซึ่งความเข้มข้นนั้นแทบไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของโลหะจะลดลงเพราะ ความเข้มข้นของอิเล็กตรอน "อิสระ" ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง และการชะลอตัวของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของไอออนของผลึกตาข่ายจะเพิ่มขึ้น

ในเซมิคอนดักเตอร์ สารพาหะของประจุไฟฟ้าเป็นอิเลคตรอนที่ปราศจากกึ่งตัวนำในแถบการนำไฟฟ้าหรือตำแหน่งว่างในแถบพลังงานความจุ (รูอิเล็กตรอน) ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากการกระตุ้นทางความร้อนของอิเล็กตรอนจากระดับผู้บริจาคไปยังแถบการนำของเซมิคอนดักเตอร์ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนแปลงที่ถูกกระตุ้นจะเพิ่มขึ้น ดังนั้น ความเข้มข้นของตัวพากระแสไฟฟ้าและค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะจะเพิ่มขึ้น

ในอิเล็กโทรไลต์ซึ่งรวมถึงออกไซด์ที่หลอมละลายในการถ่ายโอนไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับไอออน: Na +, Ca 2+, Mg 2+, SiO 4 4–, BO 2 - และอื่น ๆ ไอออนแต่ละตัว ј - เกรดสามารถนำไปสู่มูลค่ารวมของความหนาแน่นกระแสไฟตามความสัมพันธ์ที่รู้จัก

ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะบางส่วนอยู่ที่ไหน ดี ј , ซี ј , ซี ј- ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ ความเข้มข้น และประจุของไอออน ј - เกรด; F- ค่าคงที่ฟาราเดย์; ตู่- อุณหภูมิ; R

แน่นอน ผลรวมของปริมาณ ฉัน јเท่ากับความหนาแน่นกระแสรวม ผมที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของอิออนทั้งหมด และค่าการนำไฟฟ้าของการหลอมทั้งหมดเป็นผลรวมของค่าการนำไฟฟ้าบางส่วน

การเคลื่อนที่ของไอออนในอิเล็กโทรไลต์เป็นกระบวนการกระตุ้น ซึ่งหมายความว่าภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า ไม่ใช่ทุกอิออนที่เคลื่อนที่ แต่มีเพียงอิออนที่แอคทีฟมากที่สุดเท่านั้น ซึ่งมีพลังงานส่วนเกินอยู่เมื่อเทียบกับระดับเฉลี่ย พลังงานส่วนเกินนี้เรียกว่าพลังงานกระตุ้นของการนำไฟฟ้า จำเป็นต่อการเอาชนะแรงปฏิสัมพันธ์ของไอออนที่กำหนดกับสิ่งแวดล้อม ตลอดจนสร้างช่องว่าง (โพรง) ที่มันผ่านไป จำนวนอนุภาคออกฤทธิ์ตามกฎหมายของ Boltzmann เพิ่มขึ้นด้วย

อุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณ ดังนั้น ... ติดตาม-

ดังนั้นตาม (14.5) การพึ่งพาอุณหภูมิของการนำไฟฟ้าจำเพาะควรอธิบายด้วยผลรวมของเลขชี้กำลัง อย่างไรก็ตาม เป็นที่ทราบกันดีว่าด้วยการเพิ่มขนาดของอนุภาค พลังงานกระตุ้นของพวกมันก็เพิ่มขึ้นอย่างมากเช่นกัน ดังนั้นในความสัมพันธ์ (14.5) ตามกฎแล้วการมีส่วนร่วมของไอออนเคลื่อนที่ต่ำขนาดใหญ่จึงถูกละเลยและส่วนที่เหลือจะเฉลี่ยค่าบางส่วน

ด้วยเหตุนี้ อุณหภูมิที่ขึ้นอยู่กับค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของออกไซด์ที่หลอมเหลวจึงมีรูปแบบดังนี้:

(14.6)

ซึ่งสอดคล้องกับข้อมูลการทดลองเป็นอย่างดี

ค่าทั่วไปสำหรับตะกรันโลหะที่มีออกไซด์ CaO, SiO 2, MgO, Al 2 O 3 อยู่ในช่วง 0.1 - 1.0 S cm –1 ใกล้กับอุณหภูมิ liquidus ซึ่งต่ำกว่าค่าการนำไฟฟ้าของโลหะเหลวมาก (10 5 –10 7 ซม. –1). พลังงานกระตุ้นของการนำไฟฟ้าเกือบจะไม่ขึ้นกับอุณหภูมิในตะกรันพื้นฐาน แต่อาจลดลงเล็กน้อยเมื่ออุณหภูมิในการหลอมที่เป็นกรดเพิ่มขึ้น เนื่องจากการดีพอลิเมอไรเซชัน โดยปกติ ค่าจะอยู่ในช่วง 40–200 kJ / mol ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของการหลอม

ที่เนื้อหาสูง (มากกว่า 10%) ของเหล็กออกไซด์ (FeO, Fe 2 O 3) หรือออกไซด์อื่น ๆ ของโลหะทรานซิชัน (เช่น MnO, V 2 O 3, Cr 2 O 3) ลักษณะของการนำไฟฟ้าของ การเปลี่ยนแปลงของตะกรันเนื่องจากนอกเหนือไปจากการนำไอออนิกในตัวพวกเขาแล้วยังมีการนำไฟฟ้าส่วนสำคัญปรากฏขึ้น ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ของการนำไฟฟ้าในการหลอมดังกล่าวเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนหรือ "รู" ของอิเล็กตรอนตามกลไกการถ่ายทอดจากไอออนบวกของโลหะทรานซิชันที่มีความจุต่ำกว่าเป็นไอออนบวกที่มีความจุสูงกว่าผ่าน R-ออร์บิทัลของไอออนออกซิเจนที่อยู่ระหว่างอนุภาคเหล่านี้

การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่สูงมากในชุดค่าผสม Ме 2+ - O 2– - Me 3+ แม้จะมีความเข้มข้นค่อนข้างต่ำ แต่ค่าการนำไฟฟ้าของตะกรันก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ดังนั้นค่าสูงสุดของ æ สำหรับเหล็กละลายอย่างหมดจด FeO - Fe 2 O 3 สามารถเป็น

10 2 S · cm –1 ในขณะที่เหลือ ยังคงมีโลหะน้อยกว่ามาก

2.2.2 คำอธิบายขั้นตอนการติดตั้งและการวัดค่า

ในงานนี้ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของโซเดียมเตตระบอเรตหลอมเหลว Na 2 O 2B 2 O 3 ถูกกำหนดในช่วงอุณหภูมิ 700 - 800 ° C เพื่อขจัดภาวะแทรกซ้อนที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานของโลหะ - ส่วนต่อประสานอิเล็กโทรไลต์การศึกษาการนำไฟฟ้าจะต้องดำเนินการภายใต้สภาวะที่ความต้านทานของส่วนต่อประสานนั้นไม่สำคัญ ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้กระแสสลับความถี่สูงเพียงพอ (≈ 10 kHz) แทนกระแสตรง

แผนภาพวงจรไฟฟ้าของการติดตั้งแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 แผนภาพวงจรไฟฟ้าของการติดตั้งสำหรับวัดค่าการนำไฟฟ้าของตะกรัน:

ЗГ - เครื่องกำเนิดความถี่เสียง พีซี - คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลพร้อมการ์ดเสียง สารละลาย Yach และ Yach slag - เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่มีสารละลาย KCl หรือตะกรันตามลำดับ R et - ค่าความต้านทานอ้างอิงของค่าที่ทราบ

กระแสสลับจากเครื่องกำเนิดความถี่เสียงจะถูกส่งไปยังเซลล์ที่มีตะกรันและความต้านทานอ้างอิงของค่าที่ทราบซึ่งเชื่อมต่อเป็นอนุกรมด้วย การ์ดเสียง PC วัดแรงดันตกคร่อมเซลล์และความต้านทานอ้างอิง เนื่องจากกระแสที่ไหลผ่าน R et และ Yach เท่ากัน

(14.7)

โปรแกรมบริการติดตั้งห้องปฏิบัติการจะคำนวณ แสดงบนหน้าจอมอนิเตอร์ และเขียนค่าอัตราส่วนลงในไฟล์ ( r) ค่าแอมพลิจูดของกระแสสลับที่เอาต์พุตของเครื่องกำเนิดเสียง ( ยู hg) และบนเซลล์วัด ( ยูบาร์):

เมื่อรู้แล้ว ก็สามารถกำหนดความต้านทานของเซลล์ได้

ค่าคงที่ของเซลล์อยู่ที่ไหน

เพื่อกำหนด Kเซลล์ในการตั้งค่าการทดลองใช้เซลล์เสริมซึ่งคล้ายกับเซลล์ที่ตรวจสอบในแง่ของพารามิเตอร์ทางเรขาคณิต เซลล์ไฟฟ้าเคมีทั้งสองเป็นเรือคอรันดัมที่มีอิเล็กโทรไลต์ ในนั้น อิเล็กโทรดโลหะทรงกระบอกสองอันที่มีหน้าตัดและความยาวเท่ากัน ซึ่งอยู่ห่างจากกันและกันเท่ากัน จะถูกละไว้เพื่อให้แน่ใจว่าอัตราส่วนคงที่ (L / S) เอฟเอฟ

เซลล์ที่ตรวจสอบมี Na 2 O 2B 2 O 3 ที่หลอมเหลว และถูกวางในเตาให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 700 - 800 ° C เซลล์เสริมอยู่ที่อุณหภูมิห้องและเติมสารละลาย KCl ที่เป็นน้ำ 0.1 นิวตัน ซึ่งค่าการนำไฟฟ้าเท่ากับ 0.0112 S cm –1 การรู้ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายและการหาค่าความต้านทานไฟฟ้า (ดูสูตร 14.9)

เซลล์เสริม (

2.2.3 คำสั่งงาน

A. การทำงานโดยใช้ระบบการวัดตามเวลาจริง

ก่อนเริ่มการวัดต้องอุ่นเตาที่อุณหภูมิ 850 ° C ลำดับงานในการติดตั้งมีดังนี้:

1. หลังจากทำตามขั้นตอนการเริ่มต้นตามคำแนะนำบนหน้าจอมอนิเตอร์แล้ว ให้ปิดเตาอบ ใส่สวิตช์ "1 - ค่าความต้านทานอ้างอิง" ในตำแหน่ง "1 - Hi" แล้วปฏิบัติตามคำแนะนำเพิ่มเติม

2. หลังจากตัวบ่งชี้ "เปลี่ยน 2 - เป็น" โซลูชัน "ตำแหน่ง" ปรากฏขึ้นให้ดำเนินการและจนกว่าตัวบ่งชี้ "สลับ 2 - ไปที่ตำแหน่ง "ละลาย" ให้บันทึกค่าอัตราส่วนความต้านทานที่ปรากฏทุก ๆ 5 วินาที

3. ทำตามคำแนะนำที่สองและดูการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ทันทีที่อุณหภูมิต่ำกว่า 800 ° C คำสั่งจากแป้นพิมพ์ "Xs" ควรเปิดเอาต์พุตกราฟและทุกๆ 5 วินาทีจะบันทึกค่าอุณหภูมิและอัตราส่วนความต้านทาน

4. หลังจากที่ละลายได้เย็นลงที่อุณหภูมิต่ำกว่า 650 ° C ควรเริ่มต้นการวัดสำหรับนักเรียนคนที่สองที่ทำงานในการติดตั้งนี้ เปลี่ยน "1 - ค่าความต้านทานอ้างอิง" ไปที่ตำแหน่ง "2 - Lo" และจากนี้ไป นักเรียนคนที่สองจะเริ่มบันทึกค่าอุณหภูมิและอัตราส่วนความต้านทานทุกๆ 5 วินาที

5. เมื่อของเหลวหลอมเย็นลงที่อุณหภูมิ 500 ° C หรือค่าอัตราส่วนความต้านทานใกล้เคียงกับ 6 ควรหยุดการวัดโดยส่งคำสั่ง "Xe" จากแป้นพิมพ์ จากนี้ไป นักเรียนคนที่สองต้องย้ายสวิตช์ 2 ไปที่ตำแหน่ง 'วิธีแก้ปัญหา' และเขียนค่าอัตราส่วนความต้านทานสิบค่า

B. การทำงานกับข้อมูลที่เขียนลงในไฟล์ก่อนหน้านี้

หลังจากเปิดใช้งานโปรแกรม ข้อความเกี่ยวกับค่าความต้านทานอ้างอิงจะปรากฏขึ้นบนหน้าจอและค่าอัตราส่วนความต้านทานหลายค่า ( r) ของเซลล์สอบเทียบ หลังจากหาค่าเฉลี่ย ข้อมูลนี้จะช่วยให้คุณสามารถค้นหาค่าคงที่ของการตั้งค่าได้

จากนั้น ทุกๆ สองสามวินาที อัตราส่วนอุณหภูมิและความต้านทานสำหรับเซลล์การวัดจะปรากฏขึ้นบนหน้าจอ ข้อมูลนี้จะแสดงบนกราฟ

โปรแกรมจะยุติการทำงานโดยอัตโนมัติและส่งผลทั้งหมดไปยังพีซีของครู

2.2.4 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด

จากผลการวัด ให้กรอกตารางตามหัวข้อต่อไปนี้:

ตารางที่ 1. การพึ่งพาอุณหภูมิของการนำไฟฟ้าของ Na 2 O · 2B 2 O 3 ละลาย

ในตาราง สองคอลัมน์แรกจะถูกเติมหลังจากเปิดไฟล์ข้อมูล และคำนวณส่วนที่เหลือ ควรใช้เพื่อพล็อตการพึ่งพา ln () - 10 3 / T และใช้วิธีกำลังสองน้อยที่สุด (ฟังก์ชัน LINEST ใน OpenOffice.Calc) เพื่อกำหนดมูลค่าของพลังงานกระตุ้น กราฟควรแสดงเส้นตรงโดยประมาณ คุณควรสร้างกราฟของการนำไฟฟ้ากับอุณหภูมิด้วย ลำดับของการประมวลผลผลลัพธ์

1. ป้อนบันทึกผลการวัดลงในไฟล์สเปรดชีต

2. คำนวณค่าเฉลี่ยของอัตราส่วนความต้านทานสำหรับเซลล์สอบเทียบ

3. คำนวณค่าคงที่การตั้งค่า

4. สร้างกราฟการพึ่งพา r – tระบุและลบค่าป๊อปอัปด้วยสายตา หากมีจำนวนมากให้ใช้การเรียงลำดับ

5. คำนวณความต้านทานของเซลล์วัดค่าการนำไฟฟ้าของออกไซด์หลอมที่อุณหภูมิต่างกันลอการิทึมของการนำไฟฟ้าและอุณหภูมิสัมบูรณ์ผกผัน

ข 0 , ข 1 ของสมการที่ประมาณการพึ่งพาลอการิทึมของการนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิส่วนกลับกัน และคำนวณพลังงานกระตุ้น

7. สร้างกราฟของการพึ่งพาลอการิทึมของการนำไฟฟ้าบนอุณหภูมิซึ่งกันและกันบนแผ่นแยกต่างหากและให้ค่าการพึ่งพาอาศัยกันโดยประมาณ ผลการทดสอบ:

1. ในหนังสือสเปรดชีตที่ส่งเพื่อตรวจสอบ ข้อมูลต่อไปนี้ควรระบุไว้ในหน้าแรกชื่อ "ผลลัพธ์":

ก. ในเซลล์ "A1" - อุณหภูมิเริ่มต้น ในเซลล์ "B1" - หน่วยวัด

ค. ในเซลล์ "A3" - พลังงานกระตุ้นของการนำไฟฟ้า ในเซลล์ "B3" - หน่วยวัด

ง. ในเซลล์ "A4" - ปัจจัยก่อนเอกซ์โพเนนเชียลในสูตรสำหรับการพึ่งพาอุณหภูมิของการนำไฟฟ้าในเซลล์ "B4" - หน่วยวัด

อี เริ่มต้นด้วยเซลล์ "A5" ควรมีการกำหนดข้อสรุปเกี่ยวกับงานอย่างชัดเจน

ในเซลล์ A1-A4 ควรมีการอ้างอิงถึงเซลล์ในชีตอื่นของหนังสือสเปรดชีตที่ทำการคำนวณเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่นำเสนอ ไม่ใช่ค่าตัวเลขในตัวเอง! หากไม่เป็นไปตามข้อกำหนด โปรแกรมตรวจสอบจะแสดงข้อความ "ข้อผิดพลาดในการนำเสนอข้อมูล"

2. กราฟที่ออกแบบอย่างถูกต้องของการพึ่งพาลอการิทึมของการนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิส่วนกลับ ได้มาจากข้อมูลการทดลอง (จุด) และประมาณโดยพหุนาม (เส้น) บนแผ่นงานแยกต่างหากของสเปรดชีตที่มีลายเซ็นและการกำหนดที่จำเป็นทั้งหมด

คำถามควบคุม

1. อะไรเรียกว่าการนำไฟฟ้า?

2. อนุภาคใดเป็นตัวกำหนดค่าการนำไฟฟ้าของตะกรัน

3. ลักษณะการขึ้นกับอุณหภูมิของการนำไฟฟ้าของโลหะและออกไซด์หลอมเหลวขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างไร

4. อะไรเป็นตัวกำหนดค่าคงที่ของเซลล์และจะกำหนดได้อย่างไร

5. ทำไมคุณถึงต้องใช้ไฟฟ้ากระแสสลับในการพิจารณา?

6. พลังงานกระตุ้นของการนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างไร?

7. เซ็นเซอร์และอุปกรณ์ใดที่ใช้ในการติดตั้งห้องปฏิบัติการ ปริมาณทางกายภาพใดบ้างที่พวกเขาอนุญาตให้ลงทะเบียน?

8. ควรนำเสนอกราฟใด (ในพิกัดใด) ตามผลงาน?

9. ค่าทางกายภาพและทางเคมีที่ควรได้รับหลังจากประมวลผลข้อมูลหลักคืออะไร?

10. ตัดสินใจว่าจะทำการวัดใดก่อนการทดลอง ค่าใดที่บันทึกไว้ในระหว่างการทดลอง ข้อมูลใดที่อ้างถึงข้อมูลหลัก การประมวลผลที่ได้รับ และข้อมูลใดบ้างที่ได้รับในกรณีนี้

2.3 ศึกษาจลนพลศาสตร์ของการขจัดซัลเฟตของโลหะด้วยตะกรันบนแบบจำลองจำลอง (งานที่ 15)

2.3.1 ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับจลนพลศาสตร์ของการทำให้เป็นซัลเฟตของโลหะด้วยตะกรัน

สิ่งเจือปนของกำมะถันในเหล็ก ในปริมาณที่เกิน 0.005 wt % ลดคุณสมบัติทางกล, ไฟฟ้า, ป้องกันการกัดกร่อนและคุณสมบัติอื่น ๆ ลงอย่างมากทำให้ความสามารถในการเชื่อมของโลหะแย่ลงทำให้เกิดความเปราะบางสีแดงและเย็น ดังนั้นกระบวนการกำจัดซัลเฟตของเหล็กโดยเฉพาะอย่างยิ่งการดำเนินการกับตะกรันอย่างมีประสิทธิภาพจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับโลหะวิทยาคุณภาพสูง

การศึกษากฎจลนศาสตร์ของปฏิกิริยา การระบุกลไกและโหมดการไหลเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ การจัดการที่มีประสิทธิภาพอัตราการคายกำมะถันเพราะ ในสภาพจริงของหน่วยโลหะวิทยา การกระจายตัวของกำมะถันที่สมดุลระหว่างโลหะกับตะกรันมักจะไม่บรรลุผล

ไม่เหมือนกับสิ่งเจือปนอื่นๆ ในเหล็ก การเปลี่ยนผ่านของกำมะถันจากโลหะเป็นตะกรันเป็นกระบวนการรีดิวซ์ ไม่ใช่ออกซิเดชัน 1 [S] + 2e = (S 2-)

ซึ่งหมายความว่าสำหรับการไหลอย่างต่อเนื่องของกระบวนการแคโทดิก ซึ่งนำไปสู่การสะสมประจุบวกบนโลหะ จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนผ่านของอนุภาคอื่นๆ ไปพร้อม ๆ กัน ซึ่งสามารถบริจาคอิเล็กตรอนไปยังเฟสโลหะได้ กระบวนการขั้วบวกที่เกี่ยวข้องกันดังกล่าวอาจเป็นปฏิกิริยาออกซิเดชันของออกซิเจนแอนไอออนของตะกรันหรืออนุภาคของเหล็ก คาร์บอน แมงกานีส ซิลิกอน และสิ่งสกปรกอื่น ๆ ของโลหะ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของเหล็ก

2. (O 2–) = [O] + 2e,

3. = (เฟ 2+) + 2e,

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

เมื่อนำมารวมกัน กระบวนการ cathodic และกระบวนการขั้วบวกใดๆ ทำให้สามารถเขียนสมการปริมาณสัมพันธ์ของปฏิกิริยากำจัดซัลเฟตในรูปแบบต่อไปนี้ได้ ตัวอย่างเช่น

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

1-3. + [S] + (CaO) = (FeO) + (CaS) H = -485 kJ / โมล

นิพจน์ที่สอดคล้องกันสำหรับค่าคงที่สมดุลคือ

(15.1)

เห็นได้ชัดว่ากระบวนการที่เลือกและสิ่งที่คล้ายกันสามารถเกิดขึ้นได้พร้อมกัน จากความสัมพันธ์ (15.1) ระดับของ desulfurization ของโลหะที่อุณหภูมิคงที่คือ ค่าคงที่ของค่าคงที่สมดุลจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของออกซิเจนไอออนอิสระ (O 2-) เพิ่มขึ้นในออกไซด์ที่หลอมละลาย อันที่จริง การเติบโตของปัจจัยในตัวส่วนต้องได้รับการชดเชยด้วยการลดลงในปัจจัยอื่นเพื่อให้สอดคล้องกับค่าคงที่สมดุลที่ไม่เปลี่ยนแปลง โปรดทราบว่าเนื้อหาของไอออนออกซิเจนอิสระจะเพิ่มขึ้นด้วยการใช้ตะกรันที่อุดมด้วยแคลเซียมออกไซด์ที่มีพื้นฐานสูง จากการวิเคราะห์ความสัมพันธ์ (15.2) เราสามารถสรุปได้ว่าเนื้อหาของไอออนของเหล็ก (Fe 2+) ในการหลอมออกไซด์ควรมีค่าน้อยที่สุด กล่าวคือ ตะกรันควรมีปริมาณเหล็กออกไซด์ขั้นต่ำ การปรากฏตัวของ deoxidizers (Mn, Si, Al, C) ในโลหะยังเพิ่มความสมบูรณ์ของ desulfurization ของเหล็กเนื่องจากปริมาณของ (Fe 2+) และ [O] ลดลง

ปฏิกิริยา 1-2 มาพร้อมกับการดูดซับความร้อน (∆H> 0) ดังนั้น เมื่อกระบวนการดำเนินไป อุณหภูมิในหน่วยโลหะวิทยาจะลดลง ในทางตรงกันข้าม ปฏิกิริยา 1-3 จะมาพร้อมกับการปล่อยความร้อน (∆H<0) и, если она имеет определяющее значение, температура в агрегате будет повышаться.

ในคำอธิบายจลนศาสตร์ของการกำจัดซัลเฟต ควรพิจารณาขั้นตอนกระบวนการต่อไปนี้:

การส่งอนุภาคกำมะถันจากโลหะจำนวนมากไปยังส่วนต่อประสานกับตะกรันซึ่งเกิดขึ้นก่อนโดยการแพร่กระจายการพาความร้อนและใกล้กับส่วนต่อประสานโลหะกับตะกรันทันทีโดยการแพร่กระจายของโมเลกุล การกระทำทางไฟฟ้าเคมีของการเพิ่มอิเล็กตรอนไปยังอะตอมของกำมะถันและการก่อตัวของ S 2- anion; ซึ่งเป็นการดูดซับสารเคมี การกำจัดประจุลบของกำมะถันลงในปริมาตรของตะกรัน เนื่องจากการแพร่กระจายของโมเลกุลและการพาความร้อน

ระยะที่คล้ายกันเป็นลักษณะของระยะขั้วบวก โดยมีส่วนร่วมของ Fe, Mn, Si อะตอม หรือ O 2– แอนไอออน แต่ละขั้นตอนมีส่วนทำให้เกิดความต้านทานโดยรวมของกระบวนการกำจัดซัลเฟต แรงผลักดันของการไหลของอนุภาคผ่านความต้านทานที่ระบุจำนวนหนึ่งคือความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าเคมีของพวกมันในระบบตะกรันโลหะที่ไม่สมดุลหรือความแตกต่างในศักย์ไฟฟ้าจริงและสมดุลที่ส่วนต่อประสานซึ่งเป็นสัดส่วนที่เรียกว่า แรงดันไฟเกิน .

ความเร็วของกระบวนการที่ประกอบด้วยขั้นตอนต่อเนื่องกันจำนวนหนึ่งถูกกำหนดโดยการมีส่วนร่วมของเวทีที่มีการต่อต้านสูงสุด - จำกัดเวที. ขึ้นอยู่กับกลไกของระยะการจำกัดอัตรา หนึ่งพูดถึงโหมดการแพร่กระจายหรือจลนศาสตร์ของปฏิกิริยา หากขั้นตอนที่มีกลไกการไหลต่างกันมีความต้านทานเท่ากัน แสดงว่าโหมดปฏิกิริยาผสม ความต้านทานของแต่ละขั้นตอนขึ้นอยู่กับลักษณะและคุณสมบัติของระบบอย่างมาก ความเข้มข้นของรีเอเจนต์ ความเข้มข้นของการผสมเฟส และอุณหภูมิ ตัวอย่างเช่น อัตราการกระทำไฟฟ้าเคมีของการลดกำมะถันถูกกำหนดโดยมูลค่าของกระแสแลกเปลี่ยน

(15.3)

ที่ไหน วี- ฟังก์ชั่นอุณหภูมิ ค[ทราย ค(S 2-) - ความเข้มข้นของกำมะถันในโลหะและตะกรัน α - สัมประสิทธิ์การถ่ายโอน

อัตราการส่งกำมะถันไปยังขอบเขตเฟสถูกกำหนดโดยกระแสการแพร่กระจายที่ จำกัด ของอนุภาคเหล่านี้

ที่ไหน ดี[S] คือสัมประสิทธิ์การแพร่ของกำมะถัน β คือค่าคงที่การพาความร้อนที่กำหนดโดยความเข้มของการพาความร้อนในการหลอม ซึ่งเป็นสัดส่วนกับรากที่สองของความเร็วเชิงเส้นของการพาความร้อนในของเหลว

ข้อมูลการทดลองที่มีอยู่ระบุว่าภายใต้สภาวะปกติของการพาของหลอมเหลว การกระทำทางไฟฟ้าเคมีของการปลดปล่อยไอออนของกำมะถันดำเนินไปอย่างรวดเร็ว กล่าวคือ การกำจัดซัลเฟอร์ไดออกไซด์นั้นส่วนใหญ่ยับยั้งโดยการแพร่กระจายของอนุภาคในโลหะหรือตะกรัน อย่างไรก็ตาม ด้วยความเข้มข้นของกำมะถันในโลหะที่เพิ่มขึ้น ปัญหาในการแพร่กระจายจะลดลง และโหมดกระบวนการสามารถเปลี่ยนเป็นจลนศาสตร์ได้ นอกจากนี้ยังอำนวยความสะดวกโดยการเพิ่มคาร์บอนลงในเหล็กเพราะ การปล่อยไอออนออกซิเจนที่ส่วนต่อประสานของโลหะคาร์บอน - ตะกรันเกิดขึ้นพร้อมกับการยับยั้งจลนศาสตร์ที่สำคัญ

ควรระลึกไว้เสมอว่าแนวคิดทางไฟฟ้าเคมีของปฏิกิริยาของโลหะกับอิเล็กโทรไลต์ทำให้สามารถชี้แจงกลไกของกระบวนการเพื่อทำความเข้าใจในรายละเอียดเกี่ยวกับปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้น ในเวลาเดียวกัน สมการง่าย ๆ ของจลนพลศาสตร์ที่เป็นทางการยังคงความสมเหตุสมผลของมันไว้ได้อย่างเต็มที่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สำหรับการวิเคราะห์คร่าวๆ ของผลการทดลองที่ได้รับโดยมีข้อผิดพลาดที่สำคัญ สมการของอัตราการเกิดปฏิกิริยา 1-3 สามารถเขียนได้ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด:

ที่ไหน kฉและ k r - อัตราคงที่ของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับ อัตราส่วนนี้จะเป็นจริงหากสารละลายของกำมะถันในเหล็กและแคลเซียมซัลไฟด์และวูสไทต์ในตะกรันสามารถพิจารณาได้ว่าเจือจางอย่างไม่สิ้นสุดและลำดับปฏิกิริยาสำหรับรีเอเจนต์เหล่านี้ใกล้เคียงกับเอกภาพ เนื้อหาของรีเอเจนต์ที่เหลือของปฏิกิริยาที่พิจารณานั้นสูงมากจนเวลาการโต้ตอบทั้งหมดยังคงที่ในทางปฏิบัติและสามารถรวมความเข้มข้นของพวกมันไว้ในค่าคงที่ได้ kฉและ k r

ในทางกลับกัน หากกระบวนการกำจัดซัลเฟตอยู่ไกลจากสภาวะสมดุล อัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับก็สามารถละเลยได้ จากนั้นอัตราการเกิดซัลเฟตควรเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของกำมะถันในโลหะ รายละเอียดของข้อมูลการทดลองรุ่นนี้สามารถตรวจสอบได้โดยการตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างลอการิทึมของอัตราการขจัดซัลเฟตกับลอการิทึมของความเข้มข้นของกำมะถันในโลหะ หากความสัมพันธ์นี้เป็นเส้นตรง และความชันของการพึ่งพาอาศัยกันควรใกล้เคียงกับความสามัคคี นี่คือการโต้แย้งที่สนับสนุนโหมดการแพร่กระจายของกระบวนการ

2.3.2 แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการ

ความเป็นไปได้ของขั้นตอนขั้วบวกหลายขั้นตอนทำให้คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการกำจัดซัลเฟตของเหล็กที่มีสิ่งสกปรกจำนวนมากซับซ้อนขึ้นอย่างมาก ในเรื่องนี้ มีการแนะนำการทำให้เข้าใจง่ายขึ้นในแบบจำลอง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จลนศาสตร์

สำหรับครึ่งปฏิกิริยาของการเปลี่ยนแปลงของธาตุเหล็กและออกซิเจน ในการเชื่อมต่อกับข้อจำกัดที่นำมาใช้ในการควบคุมการแพร่กระจาย อัตราส่วนจะดูง่ายกว่ามาก:

(15.7)

ตามเงื่อนไขของอิเล็กโตรนิวตริลิตีในกรณีที่ไม่มีกระแสจากแหล่งภายนอก ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสสำหรับปฏิกิริยาครึ่งอิเล็กโทรดแต่ละอิเล็กโทรดจะแสดงโดยความสัมพันธ์ที่เรียบง่าย:

ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าเกินของอิเล็กโทรด () ถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของผลิตภัณฑ์ที่สอดคล้องกันของกิจกรรมและค่าคงที่สมดุลสำหรับปฏิกิริยา 1-2 และ 1-3:

อนุพันธ์เวลาของความเข้มข้นของกำมะถันในโลหะถูกกำหนดโดยกระแสของปฏิกิริยาครึ่งอิเล็กโทรดแรกตามสมการ:

(15.12)

ที่นี่ ผม 1 , ผม 2 - ความหนาแน่นกระแสของกระบวนการอิเล็กโทรด, η 1, η 2 - โพลาไรซ์, ผม n - จำกัดกระแสการแพร่กระจายของอนุภาค ј - พันธุ์นั้น ผม o คือกระแสแลกเปลี่ยนของสเตจจลนศาสตร์ ค[s] คือความเข้มข้นของกำมะถันในโลหะ α คือสัมประสิทธิ์การถ่ายเท, P, K p คือผลคูณของกิจกรรมและค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยากำจัดซัลเฟต ส- พื้นที่ของส่วนต่อประสานโลหะตะกรัน วีฉันคือปริมาตรของโลหะ ตู่- อุณหภูมิ, F- ค่าคงที่ฟาราเดย์ Rเป็นค่าคงที่แก๊สสากล

ตามกฎของจลนพลศาสตร์ไฟฟ้าเคมี นิพจน์ (15.6) คำนึงถึงการยับยั้งการแพร่กระจายของไอออนของเหล็กในตะกรัน เนื่องจากเมื่อพิจารณาจากข้อมูลการทดลองแล้ว ขั้นตอนการปลดปล่อยไอออนไนซ์ของอนุภาคเหล่านี้ไม่ได้จำกัดอยู่ การแสดงออก (15.5) เป็นการชะลอการแพร่กระจายของอนุภาคกำมะถันในตะกรันและโลหะ เช่นเดียวกับการหน่วงของการแตกตัวเป็นไอออนของกำมะถันที่ส่วนต่อประสาน

การรวมนิพจน์ (15.6 - 15.12) เป็นไปได้ด้วยวิธีการเชิงตัวเลขเพื่อให้ได้ความเข้มข้นของกำมะถันในโลหะตรงเวลาสำหรับเงื่อนไขที่เลือก

พารามิเตอร์ต่อไปนี้ถูกใช้ในโมเดล:

3)
กระแสแลกเปลี่ยนไอออนซัลเฟอร์:

4) ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยากำจัดซัลเฟต ( ถึงร):

5) อัตราส่วนของพื้นที่ส่วนต่อประสานกับปริมาตรของโลหะ

7) ค่าคงที่การพาความร้อน (β):

แบบจำลองนี้ทำให้สามารถวิเคราะห์อิทธิพลของปัจจัยที่ระบุไว้ต่ออัตราและความสมบูรณ์ของการแยกก๊าซซัลเฟอร์ไดเซชัน รวมทั้งการประเมินการมีส่วนร่วมของการแพร่กระจายและการยับยั้งจลนศาสตร์ต่อความต้านทานรวมของกระบวนการ

2.3.3 ขั้นตอนการทำงาน

รูปภาพที่สร้างโดยโปรแกรมจำลองจะแสดงในรูปที่ ... ในส่วนบนของแผงจะแสดงค่าตัวเลขที่เลือกของค่าที่วัดได้ กราฟจะแสดงค่าทั้งหมดที่ได้รับระหว่างการจำลองกระบวนการ ในการกำหนดส่วนประกอบของโลหะและตะกรันหลอม มีการใช้สัญญาณเพิ่มเติมในวรรณคดีเกี่ยวกับหัวข้อทางโลหะวิทยา วงเล็บเหลี่ยมหมายถึงส่วนประกอบของโลหะหลอมและวงเล็บกลม - ถึงตะกรัน สัญลักษณ์ส่วนประกอบใช้สำหรับการพล็อตเท่านั้นและไม่ควรนำมาพิจารณาเมื่อแปลค่า ในระหว่างการทำงานของโมเดล ในช่วงเวลาใดก็ตาม ระบบจะแสดงเฉพาะค่าของค่าที่วัดได้เพียงค่าใดค่าหนึ่งเท่านั้น หลังจาก 6 วินาที ค่านั้นจะหายไปและค่าถัดไปจะปรากฏขึ้น ในช่วงเวลานี้จำเป็นต้องมีเวลาเขียนค่าต่อไป เพื่อเป็นการประหยัดเวลา ขอแนะนำว่าอย่าเขียนตัวเลขคงที่ เช่น หน่วยนำหน้าในค่าอุณหภูมิ

ห้านาทีหลังจากเริ่มการวัดโดยนาฬิกาที่มุมบนขวาของแผงการตั้งค่า โดยการกดปุ่ม และ [No.] พร้อมกัน โดยที่ No. คือหมายเลขการตั้งค่า จะเพิ่มความเร็วในการกวนเฟส

2.3.4 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด

ตารางผลการวัดที่สร้างโดยโปรแกรมจำลองควรเสริมด้วยคอลัมน์จากการคำนวณต่อไปนี้:

ตารางที่ 1. ผลการประมวลผลทางสถิติของข้อมูลทดลอง

ในตารางในคอลัมน์แรก ให้คำนวณเวลาตั้งแต่เริ่มต้นกระบวนการเป็นนาที

การประมวลผลเพิ่มเติมจะดำเนินการหลังจากการสร้างกราฟิก - ในขั้นตอนแรกของการประมวลผล ควรสร้างกราฟของอุณหภูมิเทียบกับเวลา และควรประมาณช่วงของข้อมูลเมื่อการเปลี่ยนแปลงของกำมะถันมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของธาตุเหล็กเป็นหลัก ในช่วงนี้ พื้นที่สองแห่งที่มีความเร็วการผสมเท่ากันจะแยกความแตกต่าง และหาค่าสัมประสิทธิ์ของพหุนามที่ใกล้เคียงโดยใช้วิธีกำลังสองน้อยที่สุด:

ซึ่งตามมาจากสมการ (15.5) ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด การเปรียบเทียบค่าสัมประสิทธิ์ที่ได้รับจะสรุปเกี่ยวกับโหมดของกระบวนการและระดับของวิธีการของระบบกับสภาวะสมดุล โปรดทราบว่าไม่มีการสกัดกั้นในสมการ (15.13)

เพื่อแสดงผลลัพธ์ของการทดลอง กราฟแสดงการพึ่งพาความเข้มข้นของกำมะถันตรงเวลาและอัตราการขจัดซัลเฟตต่อความเข้มข้นของแคลเซียมซัลไฟด์ในตะกรัน

ลำดับของการประมวลผลผลลัพธ์

2. คำนวณอัตราของกระบวนการกำจัดซัลเฟตจากความเข้มข้นของกำมะถันในโลหะ ลอการิทึมของอัตรา และความเข้มข้นของกำมะถัน

3. สร้างกราฟอุณหภูมิในหน่วยเทียบกับเวลา มวลของตะกรันเทียบกับเวลา อัตราและเวลาในการกำจัดซัลเฟต และลอการิทึมของอัตราการขจัดซัลเฟตเทียบกับลอการิทึมของความเข้มข้นของกำมะถัน

4. ใช้วิธีกำลังสองน้อยที่สุด ให้ประมาณการแยกต่างหากสำหรับอัตราการผสมที่แตกต่างกันของลักษณะจลนศาสตร์ของกระบวนการกำจัดซัลเฟตตามสมการ () และลำดับของปฏิกิริยาในแง่ของความเข้มข้นของกำมะถัน

ผลการทดสอบ:

1. กราฟที่ออกแบบอย่างถูกต้องของการพึ่งพาความเร็วของกระบวนการกำจัดซัลเฟตและลอการิทึมของค่านี้ตรงเวลาบนสเปรดชีตแยกต่างหากพร้อมลายเซ็นที่จำเป็นทั้งหมด

2. ค่าของลักษณะจลนศาสตร์ของกระบวนการกำจัดซัลเฟตในทุกรูปแบบของกระบวนการ โดยระบุขนาด (และข้อผิดพลาด)

3. สรุปผลงาน

คำถามควบคุม

1. เงื่อนไขใดที่จำเป็นสำหรับการทำให้โลหะมีซัลเฟตที่สมบูรณ์ที่สุดด้วยตะกรัน?

2. กระบวนการขั้วบวกแบบใดที่สามารถควบคู่ไปกับการกำจัดกำมะถัน?

3. ขั้นตอนของกระบวนการเปลี่ยนกำมะถันผ่านอินเทอร์เฟซคืออะไร?

4. ในกรณีใดบ้างที่โหมดการแพร่กระจายหรือการกำจัดซัลเฟอร์ไดออกไซด์จลนศาสตร์ถูกนำมาใช้?

5. ลำดับงานเป็นอย่างไร?

2.4 การศึกษาอุณหพลศาสตร์ของกระบวนการแยกตัวของคาร์บอเนตธรรมชาติ (งานที่ 16)

2.4.1 กฎหมายทั่วไปของการแยกตัวของคาร์บอเนต

เทอร์โมแกรมเป็นการพึ่งพาเวลาของอุณหภูมิของตัวอย่าง วิธีเทอร์โมกราฟิกเพื่อศึกษากระบวนการสลายตัวด้วยความร้อนของสารแพร่หลายหลังจากค้นพบลักษณะเฉพาะของการพึ่งพาดังกล่าว: "การหยุดอุณหภูมิ" และ "พื้นที่อุณหภูมิเอียง"

1.4

รูปที่ 3 ภาพประกอบเทอร์โมแกรม:

เส้นประ - เทอร์โมแกรมของตัวอย่างอ้างอิงสมมุติฐานซึ่งไม่เกิดความแตกแยก เส้นทึบคือตัวอย่างจริงที่มีการแตกตัวแบบสองขั้นตอน

นี่คือลักษณะเฉพาะของการพึ่งพาอาศัยกัน ซึ่งในช่วงเวลาหนึ่ง () อุณหภูมิจะคงที่ (T = const) หรือเพิ่มขึ้นเล็กน้อย (T) ในอัตราคงที่ (T /) การใช้ความแตกต่างทางตัวเลขหรือกราฟิกทำให้สามารถระบุช่วงเวลาและอุณหภูมิของจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการหยุดอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำ

ในงานห้องปฏิบัติการที่เสนอ การพึ่งพาอาศัยกันดังกล่าวได้มาจากการให้ความร้อนอย่างต่อเนื่องของวัสดุแคลไซต์ตามธรรมชาติ ซึ่งส่วนประกอบหลักคือแคลเซียมคาร์บอเนต หินที่ประกอบด้วยแคลไซต์เป็นส่วนใหญ่เรียกว่าหินปูน หินปูนใช้ในปริมาณมากในโลหะวิทยา

อันเป็นผลมาจากการเผา (การอบชุบด้วยความร้อน) ของหินปูนโดยปฏิกิริยาดูดความร้อน

CaCO 3 = CaO + CO 2

รับปูนขาว (CaO) - ส่วนประกอบที่จำเป็นของตะกรันละลาย กระบวนการนี้ดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของทั้งหินปูนและปูนขาว เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าคาร์บอเนตและออกไซด์ที่เกิดขึ้นจากพวกมันนั้นแทบจะไม่ละลายซึ่งกันและกัน ดังนั้น ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาจึงเป็นเฟสของแข็งและก๊าซชนิดใหม่ นิพจน์สำหรับค่าคงที่สมดุล โดยทั่วไปมีรูปแบบดังนี้

ที่นี่ เอ- กิจกรรมของรีเอเจนต์ที่เป็นของแข็ง - ความดันบางส่วนของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาแก๊ส ในทางโลหะวิทยา หินอีกชนิดหนึ่งที่เรียกว่าโดโลไมต์ก็ใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นกัน ส่วนใหญ่ประกอบด้วยแร่ธาตุที่มีชื่อเดียวกัน ซึ่งเป็นเกลือคู่ของกรดคาร์บอนิก CaMg (CO 3) 2

แคลไซต์เช่นเดียวกับแร่ธรรมชาติใด ๆ พร้อมด้วยองค์ประกอบหลักประกอบด้วยสิ่งสกปรกหลากหลายปริมาณและองค์ประกอบซึ่งขึ้นอยู่กับการสะสมของแร่ธาตุธรรมชาติและแม้แต่ในพื้นที่ขุดเฉพาะ ความหลากหลายของสารประกอบเจือปนมีมากจนจำเป็นต้องจำแนกตามลักษณะสำคัญบางประการในกรณีนี้หรือกรณีนั้น สำหรับการวิเคราะห์ทางอุณหพลศาสตร์ คุณลักษณะที่สำคัญคือความสามารถของสิ่งเจือปนในการสร้างสารละลายด้วยรีเอเจนต์ เราจะถือว่าไม่มีสิ่งเจือปนในแร่ซึ่งในช่วงของสภาวะที่ศึกษา (ความดันและอุณหภูมิ) ทำปฏิกิริยาเคมีระหว่างกันหรือกับส่วนประกอบหลักหรือผลิตภัณฑ์จากการสลายของแร่ ในทางปฏิบัติเงื่อนไขนี้ไม่สมบูรณ์เนื่องจากตัวอย่างเช่นคาร์บอเนตของโลหะอื่น ๆ อาจมีอยู่ในแคลไซต์ แต่จากมุมมองของการวิเคราะห์เพิ่มเติมการพิจารณาปฏิกิริยาเหล่านี้จะไม่ให้ข้อมูลใหม่ แต่จะซับซ้อนโดยไม่จำเป็น การวิเคราะห์.

สิ่งเจือปนอื่น ๆ ทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม:

1. สิ่งเจือปนสร้างสารละลายด้วยแคลเซียมคาร์บอเนต แน่นอนว่าสิ่งเจือปนดังกล่าวจะต้องนำมาพิจารณาในการวิเคราะห์ทางอุณหพลศาสตร์และส่วนใหญ่แล้วในการวิเคราะห์จลนศาสตร์ของกระบวนการ

2. สิ่งเจือปนที่ละลายในผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา - ออกไซด์ วิธีแก้ปัญหาสำหรับการพิจารณาสิ่งเจือปนประเภทนี้ขึ้นอยู่กับความเร็วในการละลายในผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาของแข็งและปัญหาที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดของการกระจายตัวของการรวมตัวของสิ่งเจือปนประเภทนี้ หากสิ่งเจือปนมีขนาดค่อนข้างใหญ่ และการละลายเกิดขึ้นช้า ก็ไม่ควรนำมาพิจารณาในการวิเคราะห์ทางเทอร์โมไดนามิกส์

3. สิ่งเจือปนที่ไม่ละลายในคาร์บอเนตดั้งเดิมและผลิตภัณฑ์จากการสลายตัว ไม่ควรนำสิ่งเจือปนเหล่านี้มาพิจารณาในการวิเคราะห์ทางอุณหพลศาสตร์ ราวกับว่าไม่มีอยู่จริงเลย ในบางกรณีอาจส่งผลต่อจลนพลศาสตร์ของกระบวนการ

ในเวอร์ชันที่ง่ายที่สุด (คร่าวๆ) ของการวิเคราะห์ อนุญาตให้รวมสิ่งเจือปนทั้งหมดที่เป็นประเภทเดียวกันและพิจารณาว่าเป็นส่วนประกอบทั่วไปบางส่วน บนพื้นฐานนี้ เราแยกองค์ประกอบสามส่วน: B1, B2 และ B3 ระยะก๊าซของระบบอุณหพลศาสตร์ที่พิจารณาแล้วควรอภิปรายด้วย ในงานห้องปฏิบัติการ กระบวนการแยกตัวจะดำเนินการในการติดตั้งแบบเปิดที่สื่อสารกับบรรยากาศของห้อง ในกรณีนี้ความดันรวมในระบบอุณหพลศาสตร์จะคงที่และเท่ากับหนึ่งบรรยากาศและในเฟสก๊าซมีผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาก๊าซ - คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และส่วนประกอบของสภาพแวดล้อมในอากาศทำให้ง่ายขึ้น - ออกซิเจนและไนโตรเจน อย่างหลังไม่มีปฏิสัมพันธ์กับส่วนประกอบอื่นๆ ของระบบ ดังนั้น ในกรณีที่อยู่ระหว่างการพิจารณา ออกซิเจนและไนโตรเจนนั้นแยกไม่ออก และต่อไปนี้เราจะเรียกพวกมันว่าองค์ประกอบก๊าซที่เป็นกลาง B

จุดหยุดอุณหภูมิและไซต์มีคำอธิบายทางอุณหพลศาสตร์ ด้วยองค์ประกอบที่ทราบกันดีของเฟส สามารถทำนายอุณหภูมิการหยุดได้โดยวิธีทางอุณหพลศาสตร์ ปัญหาผกผันสามารถแก้ไขได้ด้วยอุณหภูมิที่ทราบองค์ประกอบของเฟสสามารถกำหนดได้ ไว้สำหรับในการศึกษานี้

ตัวหยุดอุณหภูมิและแพลตฟอร์มสามารถใช้งานได้ก็ต่อเมื่อตรงตามข้อกำหนดบางประการสำหรับจลนศาสตร์ของกระบวนการ เป็นเรื่องปกติที่จะคาดหวังว่าสิ่งเหล่านี้เป็นข้อกำหนดสำหรับองค์ประกอบเฟสที่สมดุลในทางปฏิบัติที่บริเวณที่เกิดปฏิกิริยาและการไล่ระดับเล็กน้อยในชั้นการแพร่กระจาย การปฏิบัติตามเงื่อนไขดังกล่าวเป็นไปได้หากอัตราของกระบวนการไม่ได้ควบคุมโดยปัจจัยภายใน (ความต้านทานการแพร่กระจายและความต้านทานของปฏิกิริยาเคมีเอง) แต่โดยปัจจัยภายนอก - โดยอัตราการจ่ายความร้อนไปยังบริเวณที่เกิดปฏิกิริยา นอกเหนือจากโหมดพื้นฐานของปฏิกิริยาต่างกันที่กำหนดไว้ในเคมีกายภาพ: จลนศาสตร์และการแพร่กระจาย กระบวนการนี้เรียกว่าความร้อน

โปรดทราบว่าระบบการระบายความร้อนของกระบวนการแยกตัวในเฟสของแข็งเป็นไปได้เนื่องจากลักษณะเฉพาะของปฏิกิริยาซึ่งต้องใช้ความร้อนจำนวนมากและในขณะเดียวกันก็ไม่มีขั้นตอนในการจัดหาสารเริ่มต้น ไปยังบริเวณที่เกิดปฏิกิริยา (ตั้งแต่เกิดการสลายตัวของสารหนึ่งตัว) และการกำจัดผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่เป็นของแข็งออกจากการแยกเฟสของขอบเขต (เนื่องจากขอบเขตนี้เคลื่อนที่) ยังคงมีเพียงสองขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับการแพร่กระจาย: การกำจัด CO2 ผ่านเฟสของก๊าซ (เห็นได้ชัดว่ามีความต้านทานต่ำมาก) และการแพร่กระจายของ CO2 ผ่านออกไซด์ซึ่งอำนวยความสะดวกอย่างมากโดยการแตกของออกไซด์ที่เติมปริมาตรที่คาร์บอนมอนอกไซด์ถูกครอบครองก่อนหน้านี้

พิจารณาระบบเทอร์โมไดนามิกที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหยุดอุณหภูมิ อันดับแรก ให้เราถือว่าไม่มีสิ่งเจือปนในคาร์บอเนตประเภทที่หนึ่งและสอง เราจะคำนึงถึงการมีอยู่ของสิ่งเจือปนประเภทที่สามที่เป็นไปได้ แต่เพื่อแสดงให้เห็นว่าไม่สามารถทำได้ สมมุติว่าตัวอย่างของแคลไซต์ที่เป็นผงที่ตรวจสอบแล้วประกอบด้วยอนุภาคทรงกลมเหมือนกันที่มีรัศมี r 0. เราวาดขอบเขตของระบบอุณหพลศาสตร์ที่ระยะห่างหนึ่งจากพื้นผิวของอนุภาคแคลไซต์ตัวหนึ่ง ซึ่งมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับรัศมีของมัน ดังนั้นเราจึงรวมปริมาตรของเฟสของแก๊สไว้ในระบบ

ระบบที่อยู่ระหว่างการพิจารณาประกอบด้วยสาร 5 ชนิด ได้แก่ CaO, CaCO3, B3, CO2, B และสารบางตัวมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเดียว สารเหล่านี้แบ่งออกเป็นสี่ขั้นตอน: CaO, CaCO3, B3, เฟสก๊าซซึ่งแต่ละเฟสมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าโดยธรรมชาติของคุณสมบัติต่าง ๆ และแยกออกจากเฟสอื่นด้วยอินเทอร์เฟซที่มองเห็นได้ (อย่างน้อยก็ภายใต้กล้องจุลทรรศน์) ความจริงที่ว่าเฟส B3 ถูกแสดงโดยส่วนใหญ่โดยอนุภาคที่กระจายตัวจำนวนมากจะไม่เปลี่ยนการวิเคราะห์ - อนุภาคทั้งหมดมีคุณสมบัติเหมือนกันจริงและสามารถถือเป็นเฟสเดียว แรงดันภายนอกมีค่าคงที่ ดังนั้นจึงมีตัวแปรภายนอกเพียงตัวเดียว - อุณหภูมิ ดังนั้นเงื่อนไขทั้งหมดสำหรับการคำนวณจำนวนองศาอิสระ ( กับ) ถูกกำหนด: กับ = (5 – 1) + 1 – 4 = 1.

ค่าที่ได้รับหมายความว่าเมื่ออุณหภูมิ (พารามิเตอร์หนึ่งตัว) เปลี่ยนแปลง ระบบจะย้ายจากสถานะสมดุลหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง และจำนวนและลักษณะของเฟสจะไม่เปลี่ยนแปลง พารามิเตอร์ของสถานะของระบบจะเปลี่ยนไป: อุณหภูมิและความดันสมดุลของคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซเป็นกลาง B ( ตู่ , พี CO2 , พี่บี).

พูดอย่างเคร่งครัดแล้ว สิ่งที่กล่าวไว้นั้นไม่เป็นความจริงสำหรับอุณหภูมิใดๆ ที่ต่ำกว่าอุณหภูมิหยุดนิ่ง แต่สำหรับช่วงเวลาที่ปฏิกิริยาซึ่งในขั้นต้นเกิดขึ้นในระบอบจลนศาสตร์ ได้ผ่านเข้าสู่ระบบการระบายความร้อน และเราสามารถพูดถึงความใกล้ชิดของ พารามิเตอร์ของระบบเพื่อความสมดุล ที่อุณหภูมิต่ำกว่า ระบบจะไม่สมดุลอย่างมีนัยสำคัญ แต่สิ่งนี้ไม่ได้สะท้อนให้เห็นในลักษณะของการพึ่งพาอุณหภูมิตัวอย่างตรงเวลา

จากช่วงเริ่มต้นของการทดลอง - ที่อุณหภูมิห้อง ระบบอยู่ในสภาวะสมดุล แต่เพียงเพราะไม่มีสารในนั้นที่สามารถโต้ตอบได้ หมายถึงแคลเซียมออกไซด์ซึ่งภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ (ความดันบางส่วนของคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศอยู่ที่ประมาณ 310 -4 atm ความดันสมดุลคือ 10 –23 atm) อาจเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ ตามสมการไอโซเทอร์มของปฏิกิริยา เขียนโดยคำนึงถึงการแสดงออกของค่าคงที่สมดุล (16.1) ที่กิจกรรมของสารควบแน่นเท่ากับเอกภาพ:

การเปลี่ยนแปลงของพลังงานกิ๊บส์เป็นบวก ซึ่งหมายความว่าปฏิกิริยาควรดำเนินไปในทิศทางตรงกันข้าม แต่เป็นไปไม่ได้ เนื่องจากระบบแรกขาดแคลเซียมออกไซด์

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความยืดหยุ่นของการแตกตัว (ความดันสมดุลของ CO2 เหนือคาร์บอเนต) จะเพิ่มขึ้น จากสมการไอโซบาร์ดังนี้:

เนื่องจากผลทางความร้อนของปฏิกิริยามีค่ามากกว่าศูนย์

ที่อุณหภูมิประมาณ 520 องศาเซลเซียสเท่านั้นที่ปฏิกิริยาการแยกตัวจะกลายเป็นทางเทอร์โมไดนามิกส์ได้ แต่จะเริ่มต้นด้วยการหน่วงเวลาที่สำคัญ (ระยะฟักตัว) ที่จำเป็นสำหรับนิวเคลียสของเฟสออกไซด์ ในขั้นต้น ปฏิกิริยาจะดำเนินการในโหมดจลนศาสตร์ แต่เนื่องจากการเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติ ความต้านทานของขั้นจลนศาสตร์จะลดลงอย่างรวดเร็วเพื่อให้ปฏิกิริยาเข้าสู่โหมดความร้อน จากช่วงเวลานี้เองที่การวิเคราะห์ทางเทอร์โมไดนามิกที่กล่าวไว้ข้างต้นจะมีผล และอุณหภูมิของตัวอย่างจะเริ่มล้าหลังอุณหภูมิของตัวอย่างอ้างอิงสมมุติฐาน ซึ่งจะไม่เกิดการแตกตัว (ดูรูปที่ 3)

การวิเคราะห์ทางอุณหพลศาสตร์ที่พิจารณาแล้วจะยังคงใช้ได้จนถึงช่วงเวลาที่ความยืดหยุ่นของการแตกตัวถึง 1 atm ในกรณีนี้ คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกปล่อยอย่างต่อเนื่องบนพื้นผิวของตัวอย่างภายใต้ความดัน 1 atm มันแทนที่อากาศ และส่วนใหม่มาแทนที่จากตัวอย่าง ความดันของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ไม่สามารถเพิ่มขึ้นเกินหนึ่งบรรยากาศ เนื่องจากก๊าซจะไหลออกสู่บรรยากาศโดยรอบอย่างอิสระ

ระบบกำลังเปลี่ยนแปลงโดยพื้นฐาน เนื่องจากไม่มีอากาศในเฟสของก๊าซรอบๆ ตัวอย่างและมีส่วนประกอบน้อยกว่าหนึ่งองค์ประกอบในระบบ จำนวนองศาอิสระในระบบดังกล่าวด้วย = (4 - 1) + 1 - 4 = 0

ปรากฎว่ามีค่าเท่ากับศูนย์ และในขณะที่รักษาสมดุลไว้ พารามิเตอร์สถานะต่างๆ รวมถึงอุณหภูมิไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้

ตอนนี้เราสังเกตว่าข้อสรุปทั้งหมด (การคำนวณจำนวนองศาอิสระ ฯลฯ ) ยังคงใช้ได้หากเราไม่คำนึงถึงองค์ประกอบ B3 ซึ่งเพิ่มขึ้นทั้งจำนวนสารและจำนวนเฟสซึ่งร่วมกัน ชดเชย.

อุณหภูมิจะหยุดเมื่อความร้อนที่เข้ามาทั้งหมดถูกใช้ไปในกระบวนการแยกตัวเท่านั้น ระบบทำงานเป็นตัวควบคุมอุณหภูมิที่ดีมาก เมื่อการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยโดยไม่ได้ตั้งใจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ตรงกันข้ามในอัตราการแยกตัว ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิกลับเป็นค่าก่อนหน้า กฎข้อบังคับคุณภาพสูงอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าระบบดังกล่าวมีความเฉื่อยในทางปฏิบัติ

ในขณะที่กระบวนการแยกตัวพัฒนาขึ้น หน้าปฏิกิริยาจะเลื่อนลึกเข้าไปในตัวอย่าง ในขณะที่พื้นผิวของปฏิกิริยาจะลดลงและความหนาของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาของแข็งเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้การแพร่กระจายของคาร์บอนไดออกไซด์จากบริเวณที่เกิดปฏิกิริยาไปยังพื้นผิวตัวอย่างมีความซับซ้อน เริ่มจากช่วงเวลาหนึ่ง ระบบการระบายความร้อนของกระบวนการจะเปลี่ยนเป็นแบบผสม แล้วจึงกลายเป็นแบบกระจาย เมื่ออยู่ในโหมดผสมแล้ว ระบบจะไม่สมดุลอย่างมีนัยสำคัญ และข้อสรุปที่ได้จากการวิเคราะห์ทางอุณหพลศาสตร์จะสูญเสียความหมายในทางปฏิบัติ

เนื่องจากอัตราการแยกตัวลดลง ปริมาณความร้อนที่ต้องการจะลดลงมากจนส่วนหนึ่งของฟลักซ์ความร้อนที่เข้ามาจะเริ่มถูกใช้เพื่อให้ความร้อนแก่ระบบอีกครั้ง จากนี้ไป อุณหภูมิจะหยุด แม้ว่ากระบวนการแยกตัวจะดำเนินต่อไปจนกว่าคาร์บอเนตจะสลายตัวอย่างสมบูรณ์

เป็นการง่ายที่จะเดาว่าในกรณีที่ง่ายที่สุดที่พิจารณาแล้ว ค่าของอุณหภูมิหยุดสามารถหาได้จากสมการ

การคำนวณทางอุณหพลศาสตร์ตามสมการนี้โดยใช้ฐานข้อมูล TDHT ให้อุณหภูมิ 883 ° C สำหรับแคลไซต์บริสุทธิ์ และ 834 ° C สำหรับอาราโกไนต์บริสุทธิ์

ตอนนี้ขอทำให้การวิเคราะห์ซับซ้อนขึ้น ในระหว่างการแยกตัวของแคลไซต์ที่มีสิ่งเจือปนประเภทที่ 1 และ 2 เมื่อกิจกรรมของคาร์บอเนตและออกไซด์ไม่สามารถพิจารณาได้ว่าเท่ากับความสามัคคี เงื่อนไขที่สอดคล้องกันจะซับซ้อนมากขึ้น:

หากเราคิดว่าเนื้อหาของสิ่งเจือปนมีขนาดเล็กและสารละลายที่ได้นั้นถือได้ว่าเจือจางอย่างไม่สิ้นสุด สมการสุดท้ายสามารถเขียนได้ดังนี้:

ที่ไหน - เศษส่วนไฝสิ่งเจือปนที่สอดคล้องกัน

หากได้รับแผ่นอุณหภูมิแบบเอียงและอุณหภูมิทั้งสอง ( ตู่ 2 > ตู่ 1) เหนืออุณหภูมิหยุดสำหรับแคลเซียมคาร์บอเนตบริสุทธิ์ - เค พี (ตู่ 1)> 1 และ เค พี (ตู่ 2)> 1 แล้วมีเหตุผลที่จะสันนิษฐานว่าสิ่งเจือปนประเภทที่สองขาดหายไปหรือไม่มีเวลาละลาย () และประมาณความเข้มข้นของสิ่งเจือปนประเภทที่ 1 ในตอนเริ่มต้น

และเมื่อสิ้นสุดอุณหภูมิหยุด

สิ่งเจือปนของประเภทแรกควรสะสมในระดับหนึ่งในสารละลาย CaCO3 - B1 เนื่องจากปฏิกิริยาเคลื่อนที่ด้านหน้า ในกรณีนี้ ความชันของแท่นแสดงโดยอัตราส่วน:

โดยที่ 1 คือสัดส่วนขององค์ประกอบ B1 ที่กลับสู่เฟสเดิมเมื่อแยกออกมาในรูปแบบบริสุทธิ์ วี ส- ปริมาตรของแคลไซต์ วี C- อัตราการแยกตัวของคาร์บอเนต - ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาการแยกตัวที่อุณหภูมิหยุด r 0 คือรัศมีเริ่มต้นของอนุภาคแคลไซต์

โดยใช้ข้อมูลอ้างอิง สูตรนี้สามารถคำนวณได้ วี C- ความเร็วของสารละลาย

รีเนียมองค์ประกอบ B1 ในแคลไซต์

2.4.2 ไดอะแกรมการติดตั้งและขั้นตอนการทำงาน

งานศึกษาการแยกตัวของแคลเซียมคาร์บอเนตและโดโลไมต์ของเศษส่วนต่างๆ

การตั้งค่าการทดลองแสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 4 - แผนภาพการติดตั้งสำหรับศึกษาเทอร์โมแกรมของการแยกตัวของคาร์บอเนต:

1 - ท่อคอรันดัม, 2 - คาร์บอเนต, 3 - เทอร์โมคัปเปิล, 4 - เตาหลอม,

5 - ตัวแปลงอัตโนมัติ 6 - คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลพร้อมบอร์ด ADC

ท่อคอรันดัม (1) ที่มีเทอร์โมคัปเปิล (3) และตัวอย่างทดสอบของแคลเซียมคาร์บอเนต (2) ได้รับการติดตั้งในเตาเผา (4) ที่อุ่นไว้ที่ 1200 K บนหน้าจอมอนิเตอร์ คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลสังเกตเทอร์โมแกรมของตัวอย่าง หลังจากผ่านส่วนไอโซเทอร์มอลแล้ว ให้ทำซ้ำการทดลองด้วยเศษคาร์บอเนตอีกส่วน เมื่อตรวจสอบโดโลไมต์ การให้ความร้อนจะดำเนินการจนกว่าจะตรวจพบอุณหภูมิหยุดสองครั้ง

เทอร์โมแกรมที่ได้รับจะแสดงในกราฟ "อุณหภูมิ - เวลา" เพื่อความสะดวกในการเปรียบเทียบ ควรแสดงเทอร์โมแกรมทั้งหมดบนกราฟเดียว ตามนั้น อุณหภูมิของการพัฒนาอย่างเข้มข้นของกระบวนการจะถูกกำหนด และเปรียบเทียบกับที่พบในการวิเคราะห์ทางอุณหพลศาสตร์ มีข้อสรุปเกี่ยวกับอิทธิพลของอุณหภูมิ ธรรมชาติของคาร์บอเนต ระดับของการกระจายตัวต่อธรรมชาติของเทอร์โมแกรม

2.4.3 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด

จากผลงานควรกรอกตารางต่อไปนี้:

ตารางที่ 1. ผลการศึกษากระบวนการแยกตัวของแคลเซียมคาร์บอเนต (โดโลไมต์)

สองคอลัมน์แรกเต็มไปด้วยค่าเมื่อคุณเปิดไฟล์ข้อมูล ควรคำนวณค่าสุดท้าย การปรับให้เรียบจะดำเนินการที่ห้าจุด การแยกความแตกต่างเชิงตัวเลขของข้อมูลที่ปรับให้เรียบจะดำเนินการด้วยความราบรื่นเพิ่มเติม และที่ห้าจุดด้วย จากผลงาน ควรสร้างไดอะแกรมการพึ่งพาแยกกันสองไดอะแกรม: t- และ d t/ d - t .

ค่าหยุดอุณหภูมิที่ได้รับ ( ที ส) ควรเปรียบเทียบกับค่าคุณลักษณะของแคลไซต์บริสุทธิ์ หากค่าที่สังเกตได้สูงกว่า ก็เป็นไปได้ที่จะประมาณเนื้อหาขั้นต่ำของสิ่งเจือปนประเภทแรกโดยประมาณตามสมการ (16.7) โดยถือว่าไม่มีสิ่งเจือปนประเภทที่สอง หากสังเกตพบความสัมพันธ์ที่ตรงกันข้าม เราสามารถสรุปได้ว่าสิ่งเจือปนประเภทที่สองมีผลกระทบหลักและประเมินเนื้อหาขั้นต่ำโดยที่ไม่มีสิ่งเจือปนในประเภทแรก สมการ (16.6) หมายความว่าในกรณีหลัง

ขอแนะนำให้คำนวณค่าคงที่สมดุลโดยใช้ฐานข้อมูล TDHT ตามวิธีการที่อธิบายไว้ในคู่มือ ในกรณีร้ายแรง คุณสามารถใช้สมการที่ประมาณการพึ่งพาการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกิ๊บส์ในปฏิกิริยาการแยกตัวของแคลเซียมคาร์บอเนตกับอุณหภูมิ:

จี 0 = บี 0 + บีหนึ่ง · ตู่ + บี 2 ตู่ 2 ,

รับค่าสัมประสิทธิ์เท่ากับ: บี 0 = 177820, J / โมล; บี 1 = -162.61, J / (โมล K), บี 3 = 0.00765, J · โมล -1 · K -2

บันทึก ... หากในหลักสูตร "ฟิสิกส์เคมี" นักเรียนไม่คุ้นเคยกับฐานข้อมูล TDHT และไม่ได้ทำการคำนวณที่เหมาะสมในชั้นเรียนภาคปฏิบัติ คุณควรใช้สมการชวาร์ตมัน-เทมกินและข้อมูลจากหนังสืออ้างอิง

ลำดับของการประมวลผลผลลัพธ์

1. ป้อนผลลัพธ์ของการบันทึกข้อมูลด้วยตนเองลงในไฟล์สเปรดชีต

2. ทำการปรับอุณหภูมิให้เรียบ

3. สร้างกราฟอุณหภูมิเทียบกับเวลาบนแผ่นงานแยกต่างหาก

4. ดำเนินการสร้างความแตกต่างของเวลาของค่าอุณหภูมิด้วยการทำให้เรียบ 5 จุด

5. สร้างกราฟการพึ่งพาอนุพันธ์ของอุณหภูมิในช่วงเวลาหนึ่งจากอุณหภูมิบนแผ่นแยกต่างหากเพื่อกำหนดลักษณะของไซต์

ผลการทดสอบ:

1. ในหนังสือสเปรดชีตที่ส่งเพื่อตรวจสอบ ข้อมูลต่อไปนี้ควรระบุไว้ในหน้าแรกชื่อ "ผลลัพธ์":

ก. ในเซลล์ "A1" - ค่าของการหยุดอุณหภูมิ (ค่าเฉลี่ยสำหรับแท่นเอียง) ในเซลล์ "B1" - หน่วยวัด

ข. ในเซลล์ "A2" - ระยะเวลาของการหยุดอุณหภูมิ ในเซลล์ "B2" - หน่วยวัด

ค. ในเซลล์ "A3" - ความชันของแท่นในเซลล์ "B3" - หน่วยวัด

ง. ในเซลล์ "A4" - ประเภทของสิ่งเจือปนหรือ "0" หากตรวจไม่พบสิ่งสกปรก

อี ในเซลล์ "A5" - เศษโมลของสิ่งเจือปน

ฉ เริ่มต้นด้วยเซลล์ "A7" ควรมีการกำหนดข้อสรุปเกี่ยวกับงานอย่างชัดเจน

ในเซลล์ A1, A3 และ A5 ควรมีการอ้างอิงถึงเซลล์ในชีตอื่นของหนังสือสเปรดชีตที่ทำการคำนวณเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่นำเสนอ ไม่ใช่ค่าตัวเลขในตัวเอง! หากไม่เป็นไปตามข้อกำหนด โปรแกรมตรวจสอบจะแสดงข้อความ "ข้อผิดพลาดในการนำเสนอข้อมูล"

2. กราฟที่จัดรูปแบบอย่างถูกต้องของอุณหภูมิกับการขึ้นกับเวลา อนุพันธ์ของอุณหภูมิกับเวลากับอุณหภูมิและอุณหภูมิอนุพันธ์เทียบกับเวลาในแผ่นงานแยกกันที่มีลายเซ็นและการกำหนดที่จำเป็นทั้งหมด

3. ค่าประมาณการอุณหภูมิหยุดและระยะเวลา

4. สรุปผลงาน

คำถามควบคุม

1. อะไรเป็นตัวกำหนดอุณหภูมิของการแตกตัวของคาร์บอเนตในอากาศ?

2. เหตุใดความยืดหยุ่นของการแยกตัวของคาร์บอเนตจึงเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

3. จำนวนองศาอิสระของระบบที่สร้างสมดุลระหว่างสาร CaO, CO 2, CaCO 3 คืออะไร?

4. ธรรมชาติของเทอร์โมแกรมจะเปลี่ยนไปอย่างไรหากผลิตภัณฑ์จากการแตกตัวเป็นสารละลายที่เป็นของแข็งกับสารดั้งเดิม

5. ปฏิกิริยาใดของปฏิกิริยาการแยกตัวของคาร์บอเนตที่สอดคล้องกับส่วนอุณหภูมิความร้อนของเทอร์โมแกรม?

6. ลักษณะของเทอร์โมแกรมจะเปลี่ยนไปอย่างไรในระหว่างการแยกตัวของโพลิดิสเพอร์เซดคาร์บอเนต?

7. อะไรคือความแตกต่างระหว่างเทอร์โมแกรมที่ได้รับที่ความดันรวม 101.3 kPa และ 50 kPa?

2.5 การศึกษาการพึ่งพาอุณหภูมิของความหนืดของออกไซด์หลอมเหลว (งานที่ 17)

2.5.1 ธรรมชาติของความต้านทานหนืดของออกไซด์ที่หลอมเหลว

ความหนืดเป็นหนึ่งในคุณสมบัติทางเคมีกายภาพที่สำคัญที่สุดของการหลอมละลายของตะกรัน มันมีผลอย่างมากต่อการเคลื่อนที่ในการแพร่กระจายของไอออน และด้วยเหตุนี้ต่อจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับตะกรัน อัตราของความร้อนและกระบวนการถ่ายเทมวลในหน่วยโลหะวิทยา การศึกษาอุณหภูมิขึ้นอยู่กับความหนืดของความหนืดนั้นให้ข้อมูลทางอ้อมเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงเชิงโครงสร้างในการหลอมออกไซด์ การเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ของแอนไอออนเชิงซ้อน องค์ประกอบและค่าความหนืดจึงขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของตะกรัน ตัวอย่างเช่น เพื่อเพิ่มความเข้มข้นของขั้นตอนการแพร่กระจายของปฏิกิริยารีดอกซ์ของโลหะและตะกรัน (desulfurization, dephosphorization ฯลฯ ) องค์ประกอบของตะกรันจะถูกเลือกเพื่อให้ความหนืดต่ำ ในทางตรงกันข้าม เพื่อป้องกันการถ่ายโอนไฮโดรเจนหรือไนโตรเจนไปยังเหล็กผ่านตะกรัน ตะกรันที่มีความหนืดเพิ่มขึ้นจะถูกนำออกจากเฟสของแก๊ส

ลักษณะเชิงปริมาณของความหนืดอย่างหนึ่งคือสัมประสิทธิ์ความหนืดไดนามิก (η) ซึ่งกำหนดเป็นสัมประสิทธิ์ของสัดส่วนในกฎความเสียดทานภายในของนิวตัน

ที่ไหน Fคือแรงเสียดทานภายในระหว่างของเหลวสองชั้นที่อยู่ติดกัน grad υ – การไล่ระดับความเร็ว, ส- พื้นที่ผิวสัมผัสของชั้น หน่วยวัดความหนืดไดนามิกใน SI: [η] = N · s / m 2 = Pa · s

เป็นที่ทราบกันว่าการไหลของของเหลวเป็นชุดของการกระโดดของอนุภาคไปยังตำแหน่งที่มั่นคงที่อยู่ติดกัน กระบวนการนี้มีอักขระการเปิดใช้งาน เพื่อให้เกิดการกระโดด อนุภาคจะต้องมีพลังงานเพียงพอเมื่อเปรียบเทียบกับค่าเฉลี่ย ต้องใช้พลังงานส่วนเกินในการทำลายพันธะเคมีของอนุภาคที่กำลังเคลื่อนที่และเพื่อสร้างช่องว่าง (โพรง) ในปริมาตรของการหลอมเหลวที่ผ่านเข้าไป เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น พลังงานเฉลี่ยของอนุภาคจะเพิ่มขึ้น และอนุภาคจำนวนมากขึ้นสามารถมีส่วนร่วมในการไหล ซึ่งทำให้ความหนืดลดลง จำนวนของอนุภาค "แอคทีฟ" ดังกล่าวจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิตามกฎการแจกแจงแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลของโบลซ์มันน์ ดังนั้นการพึ่งพาค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดต่ออุณหภูมิจึงมีรูปแบบเลขชี้กำลัง

โดยที่ η 0 คือสัมประสิทธิ์ที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเพียงเล็กน้อย อีη คือพลังงานกระตุ้นของการไหลหนืด มันแสดงลักษณะการจ่ายพลังงานจลน์ขั้นต่ำของโมลของอนุภาคแอคทีฟที่สามารถมีส่วนร่วมในการไหล

โครงสร้างของออกไซด์หลอมมีผลอย่างมากต่อค่าสัมประสิทธิ์ความหนืด ตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของไอออนภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า ในการไหลแบบหนืด อนุภาคของของเหลวทั้งหมดจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางของการเคลื่อนที่ตามลำดับ ระยะที่ยับยั้งได้มากที่สุดคือการเคลื่อนที่ของอนุภาคขนาดใหญ่ ซึ่งมีส่วนสำคัญต่อค่าของ η ส่งผลให้พลังงานกระตุ้นของการไหลหนืดมีมากกว่าค่าการนำไฟฟ้า ( อี η > อี).

ในตะกรันที่เป็นกรดที่มีออกไซด์ Si, P, B, ความเข้มข้นของแอนไอออนเชิงซ้อนขนาดใหญ่ในรูปแบบของโซ่, วงแหวน, เตตระเฮดราและโครงสร้างเชิงพื้นที่อื่น ๆ (เช่น

เป็นต้น). การปรากฏตัวของอนุภาคขนาดใหญ่จะเพิ่มความหนืดของการหลอมเนื่องจาก การเคลื่อนย้ายต้องใช้พลังงานมากกว่าขนาดเล็ก

การเพิ่มออกไซด์พื้นฐาน (CaO, MgO, MnO) ทำให้ความเข้มข้นของไอออนบวกอย่างง่าย (Ca 2+, Mg 2+, Mn 2+) ในตัวหลอมเหลวเพิ่มขึ้น แนะนำ О 2– แอนไอออนส่งเสริมการดีพอลิเมอไรเซชันของการหลอมเหลว การสลายตัวของแอนไอออนเชิงซ้อน ตัวอย่างเช่น

ส่งผลให้ความหนืดของตะกรันลดลง

ความหนืดของตะกรันโลหะสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในช่วงที่ค่อนข้างกว้าง (0.01 - 1 Pa · s) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและองค์ประกอบ ค่าเหล่านี้เป็นลำดับความสำคัญที่สูงกว่าความหนืดของโลหะเหลวซึ่งเกิดจากการมีหน่วยการไหลที่ค่อนข้างใหญ่ในตะกรัน

การพึ่งพาเลขชี้กำลังที่ลดลงของ η on ตู่(17.2) อธิบายข้อมูลการทดลองสำหรับตะกรันพื้นฐานที่มีน้อยกว่า 35 โมลเป็นอย่างดี % SiO2 ในการหลอมเหลวดังกล่าว พลังงานกระตุ้นของการไหลหนืด อีη เป็นค่าคงที่และมีขนาดเล็ก (45 - 80 kJ / mol) เมื่ออุณหภูมิลดลง η จะเปลี่ยนไปอย่างไม่มีนัยสำคัญ และเริ่มเพิ่มขึ้นอย่างมากเฉพาะในระหว่างการแข็งตัวเท่านั้น

ในตะกรันที่เป็นกรดซึ่งมีส่วนประกอบเชิงซ้อนที่มีความเข้มข้นสูง พลังงานกระตุ้นจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น: อี η = อี 0 / ตู่ซึ่งเกิดจากการลดขนาดของแอนไอออนเชิงซ้อนเมื่อได้รับความร้อน ในกรณีนี้ ข้อมูลการทดลองจะถูกทำให้เป็นเส้นตรงในพิกัด « lnη - 1 / ตู่ 2 "

2.5.2 คำอธิบายการติดตั้งและวิธีการวัดความหนืด

เครื่องวัดความหนืดแบบหมุนใช้สำหรับวัดดัชนีความหนืด (รูปที่ 5) อุปกรณ์และหลักการทำงานของอุปกรณ์นี้มีดังต่อไปนี้ ของเหลวทดสอบ (2) ถูกวางในเบ้าหลอมทรงกระบอก (1) โดยที่แกน (4) แขวนอยู่บนเชือกยางยืด (5) จุ่มลงในน้ำ ในระหว่างการทดลอง แรงบิดจากมอเตอร์ไฟฟ้า (9) จะถูกถ่ายโอนไปยังดิสก์ (7) จากมันผ่านเชือกไปยังแกนหมุน

ความหนืดของออกไซด์หลอมจะพิจารณาจากมุมบิดของเชือก ซึ่งกำหนดโดยมาตราส่วน (8) เมื่อสปินเดิลหมุน แรงต้านหนืดของของไหลจะสร้างโมเมนต์แรงเบรกที่บิดเกลียวจนกระทั่งโมเมนต์ของการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นของเอ็นเท่ากับโมเมนต์ของแรงต้านหนืด ในกรณีนี้ ความเร็วในการหมุนของดิสก์และแกนหมุนจะเท่ากัน ตามสถานะนี้ มุมบิดของเชือก (∆φ) สามารถวัดได้โดยการเปรียบเทียบตำแหน่งของลูกศร (10) ที่สัมพันธ์กับมาตราส่วน: เริ่มต้น - ก่อนเปิดมอเตอร์ไฟฟ้าและคงที่ - หลังจากเปิดเครื่อง เห็นได้ชัดว่ามุมบิดของเชือก ∆φ ยิ่งมาก ความหนืดของของเหลว η ยิ่งมากขึ้น หากการเสียรูปของสตริงไม่เกินค่าที่จำกัด (ซึ่งสอดคล้องกับความเป็นไปได้ของกฎของฮุค) ค่าของ ∆φ จะเป็นสัดส่วนกับ η และเราสามารถเขียนได้ว่า:

ค่าสัมประสิทธิ์สมการ kเรียกว่าค่าคงที่ของ viscometer ขึ้นอยู่กับขนาดของเบ้าหลอมและสปินเดิล ตลอดจนคุณสมบัติการยืดหยุ่นของเชือก เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของเชือกลดลงความไวของเครื่องวัดความหนืดจะเพิ่มขึ้น

รูปที่ 5 - รูปแบบการติดตั้งสำหรับการวัดความหนืด:

1 - เบ้าหลอม 2 - หลอมที่ตรวจสอบแล้ว 3 - หัวแกนหมุน

4 - แกนหมุน, 5 - สตริง, 6 - ส่วนบนของการติดตั้ง, 7 - ดิสก์,

8 - มาตราส่วน 9 - มอเตอร์ไฟฟ้า 10 - ลูกศร 11 - เตาอบ 12 - หม้อแปลงไฟฟ้า

13 - อุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิ 14 - เทอร์โมคัปเปิล

เพื่อหาค่าคงที่ของเครื่องวัดความหนืด kของเหลวที่มีความหนืดที่รู้จักวางอยู่ในเบ้าหลอม - สารละลายขัดสนในน้ำมันหม้อแปลง ในกรณีนี้ ในการทดลองที่อุณหภูมิห้อง จะกำหนด ∆φ0 จากนั้น เมื่อทราบความหนืด (η0) ของของเหลวอ้างอิงที่อุณหภูมิที่กำหนด ให้คำนวณ kตามสูตร:

พบค่า kใช้ในการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดของออกไซด์หลอมเหลว

2.5.3 ขั้นตอนการทำงาน

เพื่อทำความคุ้นเคยกับคุณสมบัติความหนืดของตะกรันโลหะในห้องปฏิบัติการนี้ ได้ทำการศึกษาการหลอม Na 2 O 2B 2 O 3 การวัดจะดำเนินการในช่วงอุณหภูมิ 850–750 o C หลังจากไปถึงอุณหภูมิเริ่มต้น (850 o C) แล้ว เข็มเครื่องวัดความหนืดจะถูกตั้งไว้ที่ศูนย์ จากนั้นพวกเขาเปิดมอเตอร์ไฟฟ้าและแก้ไขมุมคงที่ของการบิดของสาย ∆φ t . โดยไม่ต้องปิดเครื่องวัดความหนืด ให้ทำซ้ำการวัดค่า ∆φ t ที่อุณหภูมิอื่น การทดสอบจะสิ้นสุดลงเมื่อมุมบิดของเชือกเริ่มเกิน 720 °

2.5.4 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด

จากผลการวัด ให้กรอกตารางต่อไปนี้

ตารางที่ 1. การพึ่งพาอุณหภูมิของความหนืด

ในตาราง คอลัมน์สองคอลัมน์แรกจะถูกเติมตามผลการบันทึกการอ่านอุณหภูมิบนหน้าจอมอนิเตอร์ด้วยตนเองและมุมของการบิดเกลียวบนมาตราส่วน viscometer คอลัมน์ที่เหลือจะถูกคำนวณ

เพื่อตรวจสอบความเป็นไปได้ของกฎเลขชี้กำลังของการเปลี่ยนแปลงในสัมประสิทธิ์ความหนืดที่มีอุณหภูมิ (17.2) กราฟจะถูกพล็อตในพิกัด "Ln (η) - 10 3 / ตู่". พบพลังงานกระตุ้นโดยใช้ฟังก์ชัน LINEST () (OpenOffice.Calc) หรือ LINEST () (MicrosoftOffice.Exel) โดยนำไปใช้กับคอลัมน์ที่ 5 และ 6 ของตาราง

โดยสรุป ข้อมูลที่ได้ η และ E η จะถูกนำมาเปรียบเทียบกับข้อมูลที่ทราบกันดีอยู่แล้วจากตะกรันโลหะ และจะมีการกล่าวถึงลักษณะของอุณหภูมิที่ขึ้นอยู่กับความหนืดของความหนืดและความสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงเชิงโครงสร้างในการหลอมเหลว

ลำดับของการประมวลผลผลลัพธ์

1. ดำเนินการวัดในเซลล์สอบเทียบและคำนวณค่าคงที่การตั้งค่า

2. ป้อนผลลัพธ์ของการบันทึกข้อมูลด้วยตนเองลงในไฟล์สเปรดชีต

3. คำนวณค่าความหนืด

4. สร้างกราฟความหนืดกับอุณหภูมิบนแผ่นแยก

5. คำนวณความหนืดล็อกและอุณหภูมิสัมบูรณ์ส่วนกลับสำหรับชุดการวัดทั้งหมด

6. หาสัมประสิทธิ์ด้วยวิธีกำลังสองน้อยที่สุด ข 0 , ข 1 ของสมการที่ใกล้เคียงการพึ่งพาลอการิทึมของความหนืดกับอุณหภูมิส่วนกลับ และคำนวณพลังงานกระตุ้น

7. สร้างกราฟการขึ้นต่อกันของลอการิทึมความหนืดของอุณหภูมิซึ่งกันและกันบนแผ่นแยกและให้ค่าการพึ่งพาอาศัยกันโดยประมาณ ผลการทดสอบ:

1. ในหนังสือสเปรดชีตที่ส่งเพื่อตรวจสอบ ข้อมูลต่อไปนี้ควรระบุไว้ในหน้าแรกชื่อ "ผลลัพธ์":

ก. ในเซลล์ "A1" - อุณหภูมิเริ่มต้น ในเซลล์ "B1" - หน่วยวัด

ข. ในเซลล์ "A2" - อุณหภูมิสุดท้ายในเซลล์ "B2" - หน่วยวัด

ค. ในเซลล์ "A3" - พลังงานกระตุ้นของการไหลหนืดที่อุณหภูมิต่ำ ในเซลล์ "B3" - หน่วยวัด

ง. ในเซลล์ "A4" - ปัจจัยล่วงหน้าในสูตรสำหรับการพึ่งพาอุณหภูมิของการนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิต่ำในเซลล์ "B4" - หน่วยวัด

อี ในเซลล์ "A5" - พลังงานกระตุ้นของการไหลหนืดที่อุณหภูมิสูง ในเซลล์ "B5" - หน่วยวัด

ฉ ในเซลล์ "A6" - ปัจจัยล่วงหน้าในสูตรสำหรับการพึ่งพาอุณหภูมิของการนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูงในเซลล์ "B6" - หน่วยวัด

กรัม เริ่มต้นด้วยเซลล์ "A7" ควรมีการกำหนดข้อสรุปเกี่ยวกับงานอย่างชัดเจน

ในเซลล์ A1-A6 ควรมีการอ้างอิงถึงเซลล์ในชีตอื่นของหนังสือสเปรดชีตที่ทำการคำนวณเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่นำเสนอ ไม่ใช่ค่าตัวเลขในตัวเอง! หากไม่เป็นไปตามข้อกำหนด โปรแกรมตรวจสอบจะแสดงข้อความ "ข้อผิดพลาดในการนำเสนอข้อมูล"

2. กราฟค่าความหนืดเทียบกับอุณหภูมิและลอการิทึมของความหนืดที่ออกแบบอย่างถูกต้องเทียบกับอุณหภูมิส่วนกลับ ได้มาจากข้อมูลการทดลอง (จุด) และประมาณค่าด้วยพหุนาม (เส้น) ในแผ่นงานแยกกันที่มีการกำหนดที่จำเป็นทั้งหมด คำถามควบคุม

1. ส่วนประกอบของออกไซด์ละลายในรูปแบบใดประกอบด้วย CaO, Na 2 O, SiO 2, B 2 O 3, Al 2 O 3?

2. ค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดเรียกว่าอะไร?

3. อุณหภูมิขึ้นอยู่กับความหนืดของตะกรันจะเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อเติมออกไซด์พื้นฐานลงไป

4. ความหนืดวัดในหน่วยใด

5. ค่าคงที่ของ viscometer ถูกกำหนดอย่างไร?

6. อะไรเป็นตัวกำหนดพลังงานกระตุ้นของการไหลหนืด?

7. ความหนืดลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เกิดจากอะไร?

8. พลังงานกระตุ้นของการไหลหนืดคำนวณอย่างไร?

2.6 การลดแมงกานีสจากออกไซด์ที่หลอมเป็นเหล็กกล้า

(งานหมายเลข 18)

2.6.1 กฎทั่วไปของปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าของโลหะและตะกรัน

กระบวนการของปฏิกิริยาระหว่างโลหะเหลวกับตะกรันหลอมมีความสำคัญทางเทคนิคอย่างมาก และเกิดขึ้นในหน่วยโลหะวิทยาจำนวนมาก ผลผลิตของหน่วยเหล่านี้ เช่นเดียวกับคุณภาพของโลหะสำเร็จรูป ส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยความเร็วและความสมบูรณ์ของการเปลี่ยนองค์ประกอบบางอย่างข้ามขอบเขตเฟส

การเกิดขึ้นพร้อมกันของกระบวนการทางกายภาพและทางเคมีจำนวนมากในเฟสต่างๆ อุณหภูมิสูง การมีอยู่ของอุทกพลศาสตร์และการไหลของความร้อนทำให้ยากต่อการศึกษากระบวนการของปฏิกิริยาระหว่างเฟสในสภาพอุตสาหกรรมและในห้องปฏิบัติการ ระบบที่ซับซ้อนดังกล่าวได้รับการตรวจสอบโดยใช้แบบจำลองที่สะท้อนถึงบุคคล แต่เป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของวัตถุที่อยู่ระหว่างการพิจารณา ในงานนี้ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานโลหะ - ตะกรันช่วยให้สามารถวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นของปริมาตรของส่วนประกอบและอัตราของการเปลี่ยนแปลงผ่านอินเทอร์เฟซตามฟังก์ชันของเวลา

การลดลงของแมงกานีสจากการหลอมออกไซด์เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาครึ่งเคมีไฟฟ้า:

(Mn 2+) + 2e =

กระบวนการประกอบต้องเป็นกระบวนการออกซิเดชั่น เห็นได้ชัดว่านี่อาจเป็นกระบวนการของการเกิดออกซิเดชันของเหล็ก

= (Fe2 +) + 2e

หรือสิ่งเจือปนในองค์ประกอบของเหล็ก เช่น ซิลิกอน เนื่องจากซิลิกอนไอออนสี่ประจุไม่สามารถอยู่ในตะกรัน กระบวนการนี้จึงมาพร้อมกับการก่อตัวของจัตุรมุขซิลิกอนออกซิเจนตามปฏิกิริยาครึ่งเคมีไฟฟ้า:

4 (O 2-) = (SiO 4 4-) + 4e

การไหลอิสระของครึ่งปฏิกิริยาของอิเล็กโทรดที่กำหนดนั้นเป็นไปไม่ได้เพราะ สิ่งนี้นำไปสู่การสะสมของประจุในชั้นไฟฟ้าสองชั้นที่ส่วนต่อประสานซึ่งป้องกันการเปลี่ยนแปลงของสาร

สถานะสมดุลสำหรับแต่ละสถานะนั้นถูกกำหนดโดยศักย์ไฟฟ้าดุลยภาพ ()

โดยที่ศักย์มาตรฐานคือกิจกรรมของสารในรูปแบบออกซิไดซ์และรีดิวซ์ z- จำนวนอิเล็กตรอนที่เข้าร่วมในกระบวนการอิเล็กโทรด R- ค่าคงที่ของแก๊สสากล F- ค่าคงที่ฟาราเดย์ ตู่- อุณหภูมิ.

การลดลงของแมงกานีสจากตะกรันเป็นโลหะเกิดขึ้นจากการเกิดขึ้นร่วมของปฏิกิริยาครึ่งอิเล็กโทรดอย่างน้อยสองปฏิกิริยา ความเร็วของมันถูกตั้งค่าเพื่อไม่ให้มีการสะสมของประจุที่ส่วนต่อประสาน ในกรณีนี้ ศักยภาพของโลหะจะมีค่าคงที่ ซึ่งอัตราการสร้างและการดูดซึมของอิเล็กตรอนจะเท่ากัน ความแตกต่างระหว่างของจริงคือ คงที่ ศักย์ และค่าสมดุลเรียกว่าโพลาไรซ์ (แรงดันเกิน) ของอิเล็กโทรด โพลาไรเซชันเป็นตัวกำหนดระดับที่ระบบถูกลบออกจากสมดุลและกำหนดอัตราการเปลี่ยนแปลงของส่วนประกอบข้ามขอบเขตเฟสตามกฎของจลนพลศาสตร์ไฟฟ้าเคมี

จากมุมมองของอุณหพลศาสตร์แบบคลาสสิกในระบบในทิศทางเดียวหรืออีกทางหนึ่ง กระบวนการลดแมงกานีสจากตะกรันโดยซิลิกอนที่ละลายในเหล็กจะเกิดขึ้น:

2 (MnO) + = 2 + (SiO 2) H = -590 kJ / mol

และตัวทำละลายเอง (ออกซิเดชันของแมงกานีสกับเหล็กออกไซด์ในตะกรัน

(MnO) + = + (เฟ2O) = H = 128 kJ / โมล

จากจุดยืนของจลนศาสตร์ที่เป็นทางการ อัตราของปฏิกิริยาแรกซึ่งกำหนด ตัวอย่างเช่น โดยการเปลี่ยนแปลงของปริมาณซิลิกอนในโลหะที่ห่างไกลจากสมดุลในระบบการเคลื่อนไหวทางจลนศาสตร์ ควรขึ้นอยู่กับผลคูณของความเข้มข้นของแมงกานีสออกไซด์ใน ตะกรันและซิลิกอนในโลหะได้ในระดับหนึ่ง ในโหมดการแพร่กระจาย อัตราการเกิดปฏิกิริยาควรเป็นเส้นตรงขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของส่วนประกอบ ซึ่งการแพร่นั้นทำได้ยาก การให้เหตุผลที่คล้ายกันสามารถทำได้สำหรับปฏิกิริยาที่สอง

ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาแสดงในรูปของกิจกรรม

เป็นหน้าที่ของอุณหภูมิเท่านั้น

อัตราส่วนความเข้มข้นสมดุลของแมงกานีสในตะกรันและโลหะ

เรียกว่าสัมประสิทธิ์การกระจายของแมงกานีสซึ่งตรงกันข้ามขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของเฟสและทำหน้าที่เป็นลักษณะเชิงปริมาณของการกระจายขององค์ประกอบนี้ระหว่างตะกรันและโลหะ

2.6.2 รูปแบบกระบวนการ

ในแบบจำลองการจำลอง จะพิจารณาครึ่งปฏิกิริยาของอิเล็กโทรดสามแบบ ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างออกไซด์ที่หลอมเหลว CaO - MnO - FeO - SiO 2 - Al 2 O 3 และเหล็กเหลวที่มี Mn และ Si เป็นสารเจือปน มีการตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับระบอบการแพร่กระจายของกระแส โดยคำนึงถึงการยับยั้งการแพร่กระจายของอนุภาค Fe 2+ ในตะกรัน ซิลิกอนในโลหะ แมงกานีสในทั้งสองเฟส ระบบสมการทั่วไปที่อธิบายตัวแบบมีรูปแบบ

ที่ไหน υ ј - อัตราครึ่งปฏิกิริยาอิเล็กโทรด η เจ- โพลาไรซ์ ฉัน j- ความหนาแน่นของกระแสการแพร่กระจายที่ จำกัด Dj- ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่, β - ค่าคงที่การพาความร้อน, ซี เจ- ความเข้มข้น.

โปรแกรมแบบจำลองจำลองช่วยให้คุณสามารถแก้ระบบสมการ (18.4) - (18.8) ซึ่งทำให้สามารถกำหนดได้ว่าความเข้มข้นของปริมาตรของส่วนประกอบและอัตราการเปลี่ยนแปลงของส่วนประกอบนั้นเปลี่ยนแปลงอย่างไรตามเวลาที่โลหะทำปฏิกิริยากับตะกรัน ผลการคำนวณจะปรากฏขึ้น ข้อมูลที่ได้รับจากหน้าจอมอนิเตอร์ประกอบด้วยการแสดงกราฟิกของการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของส่วนประกอบหลัก ค่าปัจจุบันตลอดจนค่าของอุณหภูมิและค่าคงที่การพาความร้อน (รูปที่ 8)

บล็อกไดอะแกรมของโปรแกรมสำหรับแบบจำลองการจำลองปฏิกิริยาของโลหะและตะกรันแสดงในรูปที่ 7 โปรแกรมทำงานเป็นรอบที่หยุดหลังจากเวลาจำลองที่ระบุเท่านั้น (ประมาณ 10 นาที)

รูปที่ 7 - บล็อกไดอะแกรมของโปรแกรมจำลองแบบจำลอง

2.6.3 ขั้นตอนการทำงาน

รูปภาพที่สร้างโดยโปรแกรมจำลองจะแสดงในรูปที่ 8 (แผงด้านขวา) ในส่วนบนของแผงจะแสดงค่าตัวเลขที่เลือกของค่าที่วัดได้ กราฟจะแสดงค่าทั้งหมดที่ได้รับระหว่างการจำลองกระบวนการ ในการกำหนดส่วนประกอบของโลหะและตะกรันหลอม มีการใช้สัญญาณเพิ่มเติมในวรรณคดีเกี่ยวกับหัวข้อทางโลหะวิทยา วงเล็บเหลี่ยมหมายถึงส่วนประกอบของโลหะหลอมและวงเล็บกลม - ถึงตะกรัน สัญลักษณ์ส่วนประกอบใช้สำหรับการพล็อตเท่านั้นและไม่ควรนำมาพิจารณาเมื่อแปลค่า ในระหว่างการทำงานของโมเดล ในช่วงเวลาใดก็ตาม ระบบจะแสดงเฉพาะค่าของค่าที่วัดได้เพียงค่าใดค่าหนึ่งเท่านั้น หลังจาก 6 วินาที ค่านั้นจะหายไปและค่าถัดไปจะปรากฏขึ้น ในช่วงเวลานี้จำเป็นต้องมีเวลาเขียนค่าต่อไป เพื่อเป็นการประหยัดเวลา ขอแนะนำว่าอย่าเขียนตัวเลขคงที่ เช่น หน่วยนำหน้าในค่าอุณหภูมิ

รูปที่ 8 รูปภาพของหน้าจอมอนิเตอร์เมื่อทำงานหมายเลข 18 ในขั้นตอนต่าง ๆ ของกระบวนการ

สี่ถึงห้านาทีหลังจากเริ่มการติดตั้ง ให้เพิ่มแมงกานีสออกไซด์ที่อุ่นแล้วลงในตะกรัน ซึ่งรับรู้ได้โดยการกดปุ่ม Alt และปุ่มตัวเลขบนแป้นพิมพ์หลักพร้อมหมายเลขการติดตั้งของคุณ ลำดับของการประมวลผลผลลัพธ์:

1. ป้อนผลลัพธ์ของการบันทึกข้อมูลด้วยตนเองลงในไฟล์สเปรดชีต

2. คำนวณอัตราของกระบวนการเปลี่ยนองค์ประกอบผ่านอินเทอร์เฟซและลอการิทึมของค่าเหล่านี้ก่อนและหลังการเพิ่มแมงกานีสออกไซด์ลงในตะกรันด้วยมวลของโลหะหลอมละลาย 1,400 กิโลกรัม

3. สร้างกราฟอุณหภูมิเทียบกับเวลา อัตราการเปลี่ยนแปลงของแมงกานีสกับเวลา ลอการิทึมของอัตราการเปลี่ยนซิลิกอนเทียบกับลอการิทึมของความเข้มข้นของซิลิกอนในโลหะ

4. ใช้วิธีการกำลังสองน้อยที่สุด ประเมินลักษณะจลนศาสตร์ของกระบวนการเปลี่ยนซิลิกอน

ผลการทดสอบ:

1. แผนภูมิที่ออกแบบอย่างถูกต้อง ซึ่งระบุไว้ในส่วนก่อนหน้า ในแผ่นงานแยกต่างหากที่มีลายเซ็นและการกำหนดที่จำเป็นทั้งหมด

2. ค่าของลำดับของปฏิกิริยาซิลิกอนออกซิเดชันก่อนและหลังการแนะนำของแมงกานีสออกไซด์โดยมีข้อบ่งชี้ข้อผิดพลาด

3. สรุปผลงาน

คำถามควบคุม

1. เหตุใดจึงต้องมีแบบจำลองกระบวนการผลิตเหล็ก

2. ปฏิกิริยาของโลหะกับตะกรันมีลักษณะอย่างไรและแสดงออกอย่างไร?

3. ศักยภาพอะไรที่เรียกว่าอยู่กับที่?

4. ศักยภาพอะไรที่เรียกว่าสมดุล?

5. อะไรเรียกว่าขั้วไฟฟ้า (แรงดันเกิน)?

6. สัมประสิทธิ์การกระจายตัวของแมงกานีสระหว่างโลหะกับตะกรันเรียกว่าอะไร?

7. อะไรเป็นตัวกำหนดค่าคงที่การกระจายของแมงกานีสระหว่างโลหะกับตะกรัน?

8. ปัจจัยใดบ้างที่ส่งผลต่ออัตราการเปลี่ยนแปลงของแมงกานีสจากโลหะเป็นตะกรันในโหมดการแพร่กระจาย

บรรณานุกรม

1. Linchevsky, B.V. เทคนิคการทดลองทางโลหะวิทยา [ข้อความ] / B.V. ลินเชฟสกี้ - ม.: โลหะวิทยา, 1992 .-- 240 p.

2. Arsentiev, P.P. วิธีทางเคมีกายภาพในการวิจัยกระบวนการทางโลหะวิทยา [ข้อความ]: หนังสือเรียนสำหรับมหาวิทยาลัย / ภ.พ. Arsentiev, V.V. ยาโคเลฟ, เอ็ม.จี. Krasheninnikov, L.A. Pronin และอื่น ๆ - ม.: โลหะวิทยา, 1988 .-- 511 หน้า

3. Popel, S.I. ปฏิกิริยาของโลหะหลอมกับก๊าซและตะกรัน [ข้อความ]: คู่มือการศึกษา / S.I. ปอเปิล, ยู.พี. นิกิติน แอล.เอ. Barmin และอื่น ๆ - Sverdlovsk: ed. UPI พวกเขา ซม. Kirov, 1975, - 184 หน้า

4. Popel, S.I. ทฤษฎีกระบวนการทางโลหะวิทยา [ข้อความ]: ตำรา / S.I. โป๊ป, เอ.ไอ. Sotnikov, V.N. โบโรเนนคอฟ - ม.: โลหะวิทยา, 2529 .-- 463 น.

5. Lepinskikh, B.M. คุณสมบัติการขนส่งของโลหะและตะกรันหลอม [ข้อความ]: คู่มือ / B.М. Lepinskikh, เอเอ เบลูซอฟ / อันเดอร์ เอ็ด Vatolina N.A. - ม.: โลหะวิทยา, 2538 .-- 649 น.

6. Belay, G.E. องค์กรของการทดลองทางโลหะวิทยา [ข้อความ]: ตำราเรียน / G.E. บีเลย์, V.V. เดมบอฟสกี้, O.V. ซอตเซนโก - ม.: เคมี, 2525 .-- 228 น.

7. Panfilov, น. การคำนวณคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ที่อุณหภูมิสูง [ทรัพยากรอิเล็กทรอนิกส์]: เครื่องช่วยสอนสำหรับนักเรียนคณะโลหะวิทยาและกายภาพเทคนิคของการศึกษาทุกรูปแบบ / А.M. Panfilov, N.S. Semenova - Yekaterinburg: USTU-UPI, 2009 .-- 33 หน้า

8. Panfilov, A.M. การคำนวณทางอุณหพลศาสตร์ในสเปรดชีต Excel [ทรัพยากรอิเล็กทรอนิกส์]: แนวทางสำหรับนักศึกษาคณะโลหะวิทยาและกายภาพเทคนิคของการศึกษาทุกรูปแบบ / A.M. Panfilov, N.S. Semenova - Yekaterinburg: USTUUPI, 2009 .-- 31 น.

9. หนังสืออ้างอิงสั้น ๆ เกี่ยวกับปริมาณทางกายภาพและเคมี / ต่ำกว่า เอ็ด เอเอ Ravdel และ A.M. โปโนมาเรฟ L.: เคมี, 2526 .-- 232 น.

E.A. Kazachkov การคำนวณตามทฤษฎีกระบวนการทางโลหะวิทยา (เอกสาร)

โกลด์สตีน เอ็นแอล ทฤษฎีหลักสูตรระยะสั้นของกระบวนการทางโลหะวิทยา (เอกสาร)

Dildin A.N. , Sokolova E.V. ทฤษฎีกระบวนการทางโลหะวิทยา (เอกสาร)

ว.ก.กฤวันดีน Filimonov Yu.P. ทฤษฎีการออกแบบและการคำนวณเตาหลอมโลหะ เล่ม 1 (เอกสาร)

Dudnikov I.A. รากฐานของทฤษฎีกระบวนการทางโลหะวิทยา (เอกสาร)

Sharoglazov B.A. , Farafontov M.F. , Klement'ev V.V. ICE: ทฤษฎี การสร้างแบบจำลอง และการคำนวณเวิร์กโฟลว์ (เอกสาร)

Lukanin V.N. , Morozov K. Α., Khachiyan A.S. et al. ทฤษฎีเวิร์กโฟลว์ (เอกสาร)

Glinkov G.M. , Makovsky V.A. ระบบควบคุมกระบวนการผลิตโลหะเหล็ก (เอกสาร)

Gikhman I.I. , Skorokhod A.V. ทฤษฎีเบื้องต้นเกี่ยวกับกระบวนการสุ่ม (เอกสาร)

Konovalov A.V. , Nerovny V.M. , Kurkin A.S. , ทฤษฎีกระบวนการเชื่อม หนังสือเรียนมหาวิทยาลัย (เอกสาร)

n1.doc

FGOU VPO

มหาวิทยาลัยสหพันธรัฐไซบีเรีย

สถาบันของโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก

และวัสดุศาสตร์

ทฤษฎีกระบวนการทางโลหะวิทยา

การบรรยายสำหรับนักศึกษาพิเศษ

วิศวกร-ฟิสิกส์

ครัสโนยาสค์ 2008

UDC 669.541

บีบีเค 24.5

ผู้วิจารณ์
ได้รับการอนุมัติให้เป็นแนวทางการศึกษา
I.I.Kopach
ซี 55 ทฤษฎีกระบวนการทางโลหะวิทยา:หนังสือเรียน. คู่มือสำหรับ "วิศวกร - นักฟิสิกส์" พิเศษ / SFU ครัสโนยาสค์, 2551 .-- 46 น.

ISBN 5-8150-0043-4
คู่มือนี้กำหนดบทบัญญัติทางทฤษฎีของกระบวนการหลักของการผลิตทางโลหะวิทยา เช่น การแยกตัว กระบวนการรีดอกซ์ วิธีการกลั่นทางเคมีและทางกายภาพ ตะกรันการผลิตทางโลหะวิทยา และโลหะวิทยาซัลไฟด์
มหาวิทยาลัยสหพันธ์ไซบีเรีย 2008

การแนะนำ

1. 
   การแยกตัวของสารเคมี
2. 
   องค์ประกอบและคุณสมบัติของเฟสก๊าซที่อุณหภูมิสูง
3. 
   กระบวนการลดการเกิดออกซิเดชัน
   1. 
      การลดไฮโดรเจน
   2. 
      ลดด้วยของแข็งคาร์บอน
   3. 
      การกู้คืนด้วยก๊าซ CO
   4. 
      การกู้คืนโลหะ

4. การกลั่นโลหะ

4.1. วิธีการกลั่นด้วยไพโรเมทัลโลหการ

4.2. วิธีการทางกายภาพของการกลั่น

1. 
   สนับสนุน
2. 
   การตกผลึก
3. 
   การกลั่นสุญญากาศ

5. การแปรรูปวัสดุซัลไฟด์

1. 
   การหลอมละลายแบบแยกส่วน
2. 
   การแปลงแมตต์

6. ตะกรันโลหะ

1. 
   โครงสร้างของตะกรันละลาย

อิน E D E N I E

ทฤษฎีกระบวนการทางโลหะวิทยาคือเคมีเชิงฟิสิกส์ที่อธิบายพฤติกรรมของระบบที่ทำปฏิกิริยาทางเคมีที่อุณหภูมิสูง ในช่วง 800 ถึง 2500 K และมากกว่านั้น

ความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของมนุษยชาติเริ่มต้นขึ้นหลังจากที่ผู้คนเรียนรู้การใช้โลหะ ระดับการพัฒนาประเทศและปัจจุบันส่วนใหญ่กำหนดโดยระดับการพัฒนาของอุตสาหกรรมโลหะ เคมี และสารสกัด ในปัจจุบัน แนวทางของการพัฒนาอย่างกว้างขวางใกล้จะหมดลงแล้ว และคำถามเกี่ยวกับการพัฒนาอย่างเข้มข้นของสาขาการผลิตทั้งหมด รวมทั้งโลหะวิทยา ได้มาถึงเบื้องหน้าแล้ว สิบปีที่ผ่านมามีลักษณะใหม่เชิงคุณภาพสำหรับทุกคน กระบวนการผลิต, มัน:

1. 
   ประหยัดพลังงานและทรัพยากร
2. 
   การแปรรูปวัตถุดิบและของเสียจากอุตสาหกรรมอย่างล้ำลึก
3. 
   การใช้ความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ล่าสุดในการผลิต
4. 
   การใช้ไมโครและนาโนเทคโนโลยี
5. 
   ระบบอัตโนมัติและคอมพิวเตอร์ในกระบวนการผลิต
6. 
   การลดผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อ สิ่งแวดล้อม.

ข้อกำหนดที่ระบุไว้ (และอื่น ๆ อีกมากมาย) ทำให้มีความต้องการสูงในระดับของการฝึกอบรมขั้นพื้นฐานและพิเศษของวิศวกรสมัยใหม่

ตำราที่เสนอเกี่ยวกับทฤษฎีกระบวนการทางโลหะวิทยาคือความพยายามที่จะนำเสนอระเบียบวินัยที่ระดับความซับซ้อนระดับแรกและต่ำสุด กล่าวคือ โดยไม่มีข้อพิสูจน์ทางคณิตศาสตร์ โดยมีเหตุผลน้อยที่สุดของตำแหน่งเริ่มต้นและการวิเคราะห์ผลลัพธ์ คู่มือนี้ประกอบด้วย 6 บท ครอบคลุมกระบวนการเกือบทั้งหมดในการได้มาซึ่งโลหะจากแร่และสารเข้มข้น

อันดับแรก ให้เรานึกถึงกระบวนการถลุงเหล็กจากแร่เหล็กหรือแร่เหล็กเข้มข้นที่รู้จักในหลักสูตรเคมีของโรงเรียน มีสามขั้นตอนในเตาหลอม:

1. 
   เฟสของแก๊สประกอบด้วยก๊าซ CO, CO 2, ไอระเหยของโลหะและออกไซด์
2. 
   เฟสตะกรันประกอบด้วยออกไซด์หลอมเหลว CaO, SiO 2, Al 2 O 3, FeO, MnO เป็นต้น
3. 
   เฟสโลหะที่ประกอบด้วยเหล็กเหลวและสิ่งเจือปนที่ละลายอยู่ในนั้น เช่น คาร์บอน แมงกานีส ซิลิกอน ฟอสฟอรัส กำมะถัน ฯลฯ

ทั้งสามขั้นตอนมีปฏิสัมพันธ์ทางเคมีและทางร่างกาย ออกไซด์ของเหล็กจะลดลงในเฟสตะกรันและผ่านเข้าไปในเฟสโลหะ ออกซิเจนที่ละลายในเฟสตะกรันจะผ่านเข้าสู่เฟสโลหะและออกซิไดซ์สิ่งสกปรกในนั้น ออกไซด์ของออกไซด์จะลอยขึ้นในเฟสของโลหะ และหยดของโลหะจะตกตะกอนในเฟสของตะกรัน การเปลี่ยนผ่านของส่วนประกอบจากเฟสหนึ่งไปยังอีกเฟสหนึ่งมีความเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนข้ามขอบเขตของเฟส ดังนั้น วิศวกร  นักโลหะวิทยาจึงทำงานร่วมกับระบบที่มีหลายองค์ประกอบ ต่างกัน และมีปฏิกิริยาทางเคมี

ปัจจุบันโลหกรรมได้รับโลหะประมาณ 70 ชนิด ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะแบ่งออกเป็นโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและเหล็ก หลังประกอบด้วยโลหะเพียง 4 ชนิด: เหล็ก แมงกานีส วานาเดียม และโครเมียม กลุ่มของโลหะที่ไม่ใช่เหล็กมีจำนวนมากขึ้น ดังนั้นจึงแบ่งออกเป็นกลุ่มย่อยดังต่อไปนี้

1. 
   หนัก: ทองแดง ตะกั่ว สังกะสี นิกเกิล ดีบุก ปรอท รวม 18 องค์ประกอบ
2. 
   โลหะเบา: อะลูมิเนียม แมกนีเซียม ไททาเนียม ซิลิกอน โลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธ รวม 12 องค์ประกอบ
3. 
   ขุนนาง: ทอง, เงิน, แพลตตินั่มและอื่น ๆ มีเพียง 8 องค์ประกอบเท่านั้นที่พวกเขาได้รับชื่อเนื่องจากขาดความสัมพันธ์กับออกซิเจนดังนั้นโดยธรรมชาติแล้วพวกมันจึงอยู่ในสภาพอิสระ (ไม่ออกซิไดซ์)
4. 
   โลหะหายาก: วัสดุทนไฟ - 5 องค์ประกอบ, ธาตุหายาก - 16 องค์ประกอบและกัมมันตภาพรังสี - 16 องค์ประกอบ

ตามวิธีการผลิตกระบวนการเพื่อให้ได้โลหะแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม:

pyrometallurgical,

hydrometallurgical และ

กระบวนการทางไฟฟ้าโลหะ

ครั้งแรกเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 1,000 - 2500 K ในขณะที่ส่วนประกอบอยู่ในสถานะหลอมเหลวและละลาย

หลังเกิดขึ้นในตัวทำละลายที่เป็นน้ำซึ่งมักเป็นอินทรีย์น้อยกว่าที่อุณหภูมิ 300-600 เค กระบวนการไฮโดรเมทัลโลจิคัลจำนวนมากยังเกิดขึ้นที่ความดันสูงเช่น ในหม้อนึ่งความดัน

กระบวนการทางโลหะวิทยาเกิดขึ้นที่ขั้วไฟฟ้าทั้งในสารละลายในน้ำและในเกลือหลอมเหลวที่อุณหภูมิต่างกัน ตัวอย่างเช่น อิเล็กโทรไลซิสของอลูมินาในไครโอไลต์-อลูมินาละลายจะเกิดขึ้นที่ 1230 K และอิเล็กโทรไลซิสของแพลตตินัมจากอิเล็กโทรไลต์ในน้ำ - ที่ 330 K

วัตถุดิบสำหรับการผลิตโลหะหลายชนิด ได้แก่ แร่ออกซิไดซ์ โดยเริ่มจากอะลูมิเนียม เหล็ก โครเมียม แมงกานีส ไททาเนียม ทองแดงบางส่วน นิกเกิล และตะกั่ว โลหะ เช่น ทองแดง ตะกั่ว นิกเกิล โคบอลต์ และโลหะมีค่า ได้มาจากแร่ซัลไฟด์ที่พบได้น้อย โลหะแมกนีเซียม แคลเซียม และโลหะอัลคาไลได้มาจากแร่คลอไรด์ (จากน้ำทะเลและทะเลสาบ)

การผลิตโลหะมีผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม กล่าวคือ:

1. 
   การปล่อยก๊าซปฏิกิริยาเช่น CO, SO 2, SO 3, Cl, CS 2 และก๊าซอื่น ๆ อีกมากมาย
2. 
   มอสและอนุภาคของเหลวที่มีขนาดและองค์ประกอบต่างๆ
3. 
   การปล่อยน้ำอุตสาหกรรมจำนวนมากที่ก่อให้เกิดมลพิษต่อแหล่งน้ำรวมถึงแหล่งน้ำดื่ม
4. 
   การปล่อยพลังงานที่มากเกินไปและมีค่าต่ำจำนวนมากซึ่งสามารถนำมาใช้เพื่อให้ความร้อนในโรงเรือน ฯลฯ

ปัจจัยเหล่านี้มีผลกระทบในทางลบ ประการแรกสำหรับคนงานในสถานประกอบการเช่นเดียวกับเมืองและเมืองใกล้เคียง ดังนั้นงานที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของวิศวกรคือการจัดระเบียบและวางแผนการผลิตในลักษณะที่จะลดผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมให้เหลือน้อยที่สุด ปัญหาทางนิเวศวิทยาควรเป็นที่แรกไม่เพียง แต่ในการผลิตทางสังคมเท่านั้น แต่ยังอยู่ในความยับยั้งชั่งใจส่วนบุคคลของแต่ละคนในรูปแบบของการปฏิเสธการขนส่งส่วนบุคคลทั้งหมดหรือบางส่วนการบริโภคทรัพยากรพลังงานที่มากเกินไป ฯลฯ

การประมาณการคร่าวๆ แสดงว่าคนที่เดินทางไปทำงานใน การขนส่งสาธารณะ, สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงและออกซิเจนในระดับที่น้อยกว่า เมื่อเทียบกับผู้ชื่นชอบความสะดวกสบายที่เดินทางโดยลำพังในรถยนต์ที่มีความจุเครื่องยนต์หลายลิตร อนาคตของมนุษยชาติในฐานะชุมชนแห่งการคิดอยู่บนเส้นทางของการจำกัดตนเองอย่างมีสติในขอบเขตของการบริโภคสินค้า บริการ และท้ายที่สุดคือทรัพยากรพลังงาน

หน่วยงานกลางเพื่อการศึกษา

GOU VPO "มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งรัฐอูราล - UPI"

เช้า. ปานฟิลอฟ

ฉบับข้อความอิเล็กทรอนิกส์เพื่อการศึกษา

จัดทำโดยภาควิชาทฤษฎีกระบวนการโลหการ

บรรณาธิการวิทยาศาสตร์ : ศ.ดร. เคมี ปริญญาโท Spiridonov

คำแนะนำเชิงระเบียบสำหรับห้องปฏิบัติการในสาขาวิชา "ฟิสิกส์เคมีของระบบและกระบวนการทางโลหะวิทยา", "ทฤษฎีกระบวนการทางโลหะวิทยา" สำหรับนักเรียนทุกรูปแบบของการฝึกอบรมด้านโลหะวิทยา

หลักเกณฑ์การจัดเวิร์กช็อป "ทฤษฎีกระบวนการโลหการ" ของกรมธกส. (ผู้ฟังเฉพาะทาง)

MT-431 ตั้งชื่อตาม โอเอ อีสินา). มีการอธิบายวิธีการและขั้นตอนการปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการข้อกำหนดสำหรับเนื้อหาและการจัดทำรายงานเกี่ยวกับห้องปฏิบัติการตาม GOST ปัจจุบันและคำแนะนำสำหรับการใช้งาน

© GOU VPO USTU-UPI, 2008

เยคาเตรินเบิร์ก

บทนำ ................................................. ................................................................. ................................................................. . 4

1 การจัดระเบียบงานในห้องปฏิบัติการเชิงปฏิบัติการ เรื่อง ทฤษฎีกระบวนการทางโลหะวิทยา ............. 4

1.1 การเตรียมงานห้องปฏิบัติการ ................................................. ................................................................. .. 5 1.2 ข้อแนะนำในการประมวลผลผลการวัดและจัดทำรายงาน .................................. 5

1.3.1 การสร้างกราฟ ............................................ . . ................................................. . .................... 5

1.3.2 ปรับข้อมูลการทดลองให้เรียบ ................................................ .....................................7

1.3.5 ความแตกต่างเชิงตัวเลขของฟังก์ชันที่กำหนดโดยชุดของจุดที่ไม่ต่อเนื่อง ................ 8

ประมาณชุดข้อมูลบางส่วน .................................................. ................................... 9

1.3.7 การนำเสนอผลงาน ................................................ . . ................................................. . ....... 10

2 ลักษณะงานห้องปฏิบัติการ ............................................. . . ................................................. . ............. สิบเอ็ด

2.1 การศึกษาจลนศาสตร์ของการเกิดออกซิเดชันของเหล็กที่อุณหภูมิสูง (งานที่ 13) ......................... 12

2.1.1 ความสม่ำเสมอทั่วไปของการเกิดออกซิเดชันของเหล็ก .......................................... . .................................. 12 2.1.2 คำอธิบายการติดตั้งและขั้นตอนการดำเนินการทดลอง ...... ................................................ ... ..... 14

2.1.3 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด ............................................ . ................. 15

คำถามควบคุม................................................. ................................................................. ........................ 17

2.2 การศึกษาการพึ่งพาอุณหภูมิของการนำไฟฟ้าของออกไซด์ที่หลอมเหลว

(งานหมายเลข 14) ............................................. . . ................................................. . .......................................... สิบเก้า

2.2.1 ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับลักษณะการนำไฟฟ้าของตะกรัน ..................................... . 19

2.2.2 คำอธิบายขั้นตอนการติดตั้งและการวัด ........................................ .. ................................ 21

2.2.3 ลำดับการปฏิบัติงาน ................................................ ...... ................................................ ... ..... 23

2.2.4 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด ............................................ . .................... 24

คำถามควบคุม................................................. ................................................................. ........................ 25

2.3 ศึกษาจลนพลศาสตร์ของการขจัดซัลเฟตของโลหะด้วยตะกรันบนแบบจำลองจำลอง (งานที่.

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

2.3.1 ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับจลนพลศาสตร์ของการทำให้เป็นซัลเฟตของโลหะด้วยตะกรัน ..................................... ... ..... 26

2.3.2 ตัวแบบทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการ .......................................... .. ............................................ 29

2.3.3 ลำดับงาน .......................................... . . ................................................. . ...... สามสิบ

2.3.4 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด ............................................ . ................. 31

คำถามควบคุม................................................. ................................................................. ........................ 32

2.4 การศึกษาอุณหพลศาสตร์ของกระบวนการแยกตัวของคาร์บอเนตธรรมชาติ (งานที่ 16) 33

2.4.1 ความสม่ำเสมอทั่วไปของการแยกตัวคาร์บอเนต .......................................... . ....................... 33

2.4.2 ไดอะแกรมการติดตั้งและขั้นตอนการทำงาน ................................. . ........................ 39

2.4.3 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด ......................................... . .................... 39

คำถามควบคุม................................................. ................................................................. ................................ 41

2.5 การศึกษาการพึ่งพาอุณหภูมิของความหนืดของออกไซด์หลอมเหลว (งานที่ 17) ............. 42

2.5.1 ลักษณะของความต้านทานหนืดของออกไซด์ที่หลอมเหลว ...................................... .... ................ 42

2.5.2 คำอธิบายการติดตั้งและขั้นตอนการวัดความหนืด .................................... ..... ................. 43

2.5.3 ลำดับงาน ................................................. . . ................................................. . ...... 45

2.5.4 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด ............................................ . ................................ 45 คำถามทดสอบ ........................... . . ................................................. . ......................................... 46

2.6 การลดแมงกานีสจากออกไซด์ที่หลอมเป็นเหล็ก (งานที่ 18)

2.6.1 กฎทั่วไปของปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าของโลหะและตะกรัน ............ 47

2.6.2 รูปแบบกระบวนการ ............................................. ................................................................. ........................ 49

2.6.3 ลำดับงาน ................................................. . . ................................................. . ...... 50

คำถามควบคุม................................................. ................................................................. ........................ 52 เอกสารอ้างอิง ................................ . ................................................. . ................................................. . .... 53

STP USTU-UPI 1-96	มาตรฐานองค์กร ข้อกำหนดและกฎทั่วไปสำหรับการออกแบบหลักสูตรประกาศนียบัตรและหลักสูตร (ผลงาน)
GOST R 1.5-2002	จีเอสเอส. มาตรฐาน ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับการก่อสร้าง การนำเสนอ การออกแบบ เนื้อหา และการกำหนด
GOST 2.105-95	เอสเคดี ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับเอกสารข้อความ
GOST 2.106-96	เอสเคดี เอกสารข้อความ
GOST 6.30 2546	ดอลล่าร์. ระบบรวมของเอกสารองค์กรและการบริหาร ข้อกำหนดสำหรับเอกสาร
GOST 7.32-2001	SIBID. รายงานการวิจัย
GOST 7.54-88	SIBID. การแสดงข้อมูลตัวเลขเกี่ยวกับคุณสมบัติของสารและวัสดุในเอกสารทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิค ข้อกำหนดทั่วไป
GOST 8.417-2002	จีเอสโออี หน่วยปริมาณ

ตัวย่อและตัวย่อ

	มาตรฐานของรัฐของอดีตสหภาพโซเวียตหรือมาตรฐานระหว่างรัฐ (ปัจจุบัน)
	มาตรฐานที่นำมาใช้โดยคณะกรรมการแห่งรัฐของสหพันธรัฐรัสเซียเพื่อการมาตรฐานและมาตรวิทยา (Gosstandart ของรัสเซีย) หรือคณะกรรมการแห่งรัฐของสหพันธรัฐรัสเซียเพื่อนโยบายการเคหะและการก่อสร้าง (Gosstroy of Russia)
	ระบบสถานะของมาตรฐาน
	ระบบสถานะเพื่อให้มั่นใจถึงความสม่ำเสมอของการวัด
	เทคโนโลยีสารสนเทศ
	วิธีกำลังสองน้อยที่สุด
	คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล
	มาตรฐานองค์กร
	ทฤษฎีกระบวนการทางโลหะวิทยา

บทนำ

การทำงานในห้องปฏิบัติการเพื่อศึกษาคุณสมบัติในระบบโลหะ-ตะกรันและกระบวนการที่เกิดขึ้นในหน่วยโลหะวิทยา ช่วยให้คุณเข้าใจถึงความสามารถของวิธีการวิเคราะห์ทางเคมีกายภาพและเสริมทักษะในการใช้งานจริงได้ดีขึ้น นอกจากนี้ นักเรียนจะทำความคุ้นเคยกับการใช้วิธีการบางอย่างของการวิจัยเชิงทดลองและแบบจำลองของคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของแต่ละบุคคลและกระบวนการทางโลหะวิทยาโดยทั่วไป ได้รับทักษะในการประมวลผล การวิเคราะห์ และการนำเสนอข้อมูลการทดลอง

1 องค์กรของงานในห้องปฏิบัติการเชิงปฏิบัติการเกี่ยวกับทฤษฎีของกระบวนการทางโลหะวิทยา

ในการประชุมเชิงปฏิบัติการในห้องปฏิบัติการเกี่ยวกับทฤษฎีของกระบวนการทางโลหะวิทยา สิ่งสำคัญคือการรวบรวมข้อมูลการทดลองทางคอมพิวเตอร์ สิ่งนี้กำหนดคุณสมบัติหลายประการของการจัดระเบียบงาน:

นักเรียนแต่ละคนได้รับงานเป็นรายบุคคล ทำการทดลองทั้งหมดหรือเฉพาะบางส่วน และประมวลผลข้อมูลที่ได้รับ ผลงานรวมถึงลักษณะเชิงตัวเลขที่ได้รับของปรากฏการณ์ภายใต้การศึกษาและข้อผิดพลาดในการพิจารณา กราฟแสดงคุณลักษณะที่ระบุ และข้อสรุปที่ได้จากข้อมูลทั้งชุด ความคลาดเคลื่อนระหว่างผลลัพธ์เชิงปริมาณของงานที่ระบุในรายงานของนักเรียน เปรียบเทียบกับเครื่องหมายควบคุมไม่ควรเกิน 5%

ตัวเลือกหลักสำหรับการนำเสนอผลลัพธ์คือการประมวลผลข้อมูลการทดลอง การพล็อตกราฟ และการกำหนดข้อสรุปในสเปรดชีต Microsoft.Excel หรือ OpenOffice.Calc

โดยได้รับอนุญาตจากครู อนุญาตให้นำเสนอรายงานที่เขียนด้วยลายมือพร้อมภาพประกอบและกราฟที่จำเป็นซึ่งทำบนกระดาษกราฟเป็นการชั่วคราว

รายงานการทำงานของห้องปฏิบัติการที่ดำเนินการจะถูกส่งไปยังครูที่เป็นผู้นำการปฏิบัติในห้องปฏิบัติการไม่ช้ากว่าวันทำการก่อนงานห้องปฏิบัติการถัดไป ลำดับของการส่ง (ทางอีเมลระหว่างพักกับครูหรือผู้ช่วยห้องปฏิบัติการที่เป็นผู้นำชั้นเรียนในขณะนี้) ถูกกำหนดโดยครู

นักศึกษาที่ไม่ได้ส่งรายงานการทำงานก่อนหน้านี้ทันเวลาและไม่ผ่านการพูดคุย (แบบทดสอบ) จะไม่ได้รับอนุญาตให้ทำงานในห้องปฏิบัติการต่อไป

เฉพาะนักเรียนที่ได้รับการบรรยายสรุปเบื้องต้นเกี่ยวกับมาตรการการทำงานที่ปลอดภัยในการปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการและลงนามในเอกสารคำแนะนำเท่านั้นจึงจะได้รับอนุญาตให้ปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการได้

การทำงานกับความร้อนและการวัดอุปกรณ์ไฟฟ้า โดยใช้เครื่องแก้วเคมีและรีเอเจนต์ตามคำแนะนำด้านความปลอดภัยในห้องปฏิบัติการ

หลังจากทำงานเสร็จ นักเรียนจะจัดระเบียบสถานที่ทำงานและส่งต่อให้ผู้ช่วยห้องปฏิบัติการ

1.1 การเตรียมงานห้องปฏิบัติการ

แหล่งข้อมูลหลักในการเตรียมตัวสำหรับบทเรียนคือคู่มือเล่มนี้ หนังสือเรียน และอุปกรณ์ช่วยสอนที่แนะนำโดยวิทยากร บันทึกการบรรยาย

การเตรียมงานห้องปฏิบัติการ นักเรียนในช่วงสัปดาห์ก่อนบทเรียนต้องอ่านและทำความเข้าใจเนื้อหาที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ที่กำลังศึกษา ทำความเข้าใจแผนภาพที่ให้ไว้ในคู่มือในการออกแบบการติดตั้งและเทคนิคการวัดและการประมวลผลผลลัพธ์ หากเกิดปัญหาขึ้น จำเป็นต้องใช้เอกสารแนะนำและการปรึกษาหารือของอาจารย์และอาจารย์ที่ทำการศึกษาในห้องปฏิบัติการ

ความพร้อมของนักเรียนในการปฏิบัติงานนั้นถูกควบคุมโดยครูผ่านการสำรวจความคิดเห็นของนักเรียนแต่ละคน หรือโดยการทดสอบคอมพิวเตอร์ นักเรียนที่เตรียมตัวไม่เพียงพอจะต้องศึกษาเนื้อหาที่เกี่ยวข้องกับงานนี้ระหว่างบทเรียน และดำเนินการส่วนทดลองของงานในบทเรียนเพิ่มเติมหลังจากตรวจสอบอีกครั้ง เวลาและขั้นตอนการดำเนินการเรียนซ้ำจะถูกกำหนดโดยตารางพิเศษ

1.2 ข้อแนะนำในการประมวลผลผลการวัดและจัดทำรายงาน

ตาม GOST 7.54-88 ข้อมูลตัวเลขทดลองควรนำเสนอในรูปแบบของตารางที่มีชื่อเรื่อง มีตารางตัวอย่างให้สำหรับแต่ละห้องปฏิบัติการ

เมื่อประมวลผลผลการวัด จำเป็นต้องใช้การประมวลผลทางสถิติ: ใช้ข้อมูลการทดลองที่ราบรื่น ใช้วิธีกำลังสองน้อยที่สุดในการประเมินพารามิเตอร์ของการพึ่งพา ฯลฯ และจำเป็นต้องประเมินข้อผิดพลาดของค่าที่ได้รับ ฟังก์ชันทางสถิติพิเศษมีอยู่ในสเปรดชีตเพื่อดำเนินการนี้ ชุดฟังก์ชันที่จำเป็นยังมีอยู่ในเครื่องคิดเลขที่ออกแบบมาสำหรับการคำนวณทางวิทยาศาสตร์ (วิศวกรรม)

1.3.1 การวางแผน

เมื่อทำการทดลองตามกฎแล้วค่าของพารามิเตอร์หลายตัวจะได้รับการแก้ไขพร้อมกัน โดยการวิเคราะห์ความสัมพันธ์ของพวกเขา เราสามารถสรุปเกี่ยวกับปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ การแสดงข้อมูลตัวเลขด้วยภาพทำให้วิเคราะห์ความสัมพันธ์ได้ง่ายมาก ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้กราฟเป็นขั้นตอนสำคัญในการทำงานกับข้อมูล โปรดทราบว่าในพารามิเตอร์คงที่มักจะมีตัวแปรอิสระอย่างน้อยหนึ่งตัวเสมอ - ค่าที่ค่าเปลี่ยนแปลงเอง (เวลา) หรือค่าที่ผู้ทดสอบเป็นผู้กำหนด พารามิเตอร์ที่เหลือกำหนดโดยค่าของตัวแปรอิสระ เมื่อสร้างกราฟ คุณควรปฏิบัติตามกฎบางประการ:

ค่าของตัวแปรอิสระถูกพล็อตบน abscissa (แกนนอน) และค่าของฟังก์ชันถูกพล็อตบนพิกัด (แกนแนวตั้ง)

ควรเลือกมาตราส่วนตามแนวแกนเพื่อใช้พื้นที่ของกราฟเป็นข้อมูลมากที่สุด - เพื่อให้มีพื้นที่ว่างน้อยลงซึ่งไม่มีจุดทดลองและเส้นของการพึ่งพาการทำงาน เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดนี้ คุณมักจะต้องระบุค่าที่ไม่ใช่ศูนย์ที่จุดกำเนิดของแกนพิกัด ในกรณีนี้ ต้องนำเสนอผลการทดลองทั้งหมดบนกราฟ

ค่าตามแกนควรเป็นค่าทวีคูณของจำนวนเต็ม (1, 2, 4, 5) และเว้นระยะห่างเท่าๆ กัน เป็นที่ยอมรับไม่ได้อย่างเด็ดขาดในการระบุผลลัพธ์ของการวัดเฉพาะบนแกน หน่วยมาตราส่วนที่คุณเลือกไม่ควรเล็กหรือใหญ่เกินไป (ไม่ควรมีเลขศูนย์นำหน้าหรือต่อท้ายหลายตัว) เพื่อให้แน่ใจว่าข้อกำหนดนี้ คุณควรใช้ตัวประกอบมาตราส่วนของรูปแบบ 10 X ซึ่งถูกนำออกมาในการกำหนดแกน

เส้นของการพึ่งพาฟังก์ชันควรเป็นเส้นโค้งแบบตรงหรือแบบเรียบ อนุญาตให้เชื่อมต่อจุดทดลองกับเส้นที่ขาดในขั้นตอนของการวิเคราะห์เบื้องต้นเท่านั้น

ข้อกำหนดจำนวนมากเหล่านี้จะตรงตามข้อกำหนดโดยอัตโนมัติเมื่อสร้างแผนภูมิด้วยสเปรดชีต แต่โดยปกติแล้วจะไม่ทั้งหมดและไม่ครบถ้วน ดังนั้นคุณจึงต้องปรับการแสดงผลลัพธ์เกือบทุกครั้ง

สเปรดชีตมีบริการพิเศษ - ตัวช่วยสร้างแผนภูมิ (เมนูหลัก: แทรกแผนภูมิ) วิธีที่ง่ายที่สุดในการเข้าถึงคือเลือกพื้นที่ของเซลล์ที่มีทั้งอาร์กิวเมนต์และฟังก์ชัน (หลายฟังก์ชัน) ก่อน และเปิดใช้งานปุ่ม "ตัวช่วยสร้างแผนภูมิ" บนแผงมาตรฐานด้วยเมาส์

ดังนั้น คุณจะได้แผนภูมิฉบับร่างที่คุณยังต้องใช้งานอยู่ เนื่องจากการเลือกพารามิเตอร์แผนภูมิเริ่มต้นจำนวนมากโดยอัตโนมัติมักจะไม่รับประกันว่าจะตรงตามข้อกำหนดทั้งหมด

ก่อนอื่น ตรวจสอบขนาดของตัวเลขบนแกนและตัวอักษรในป้ายกำกับแกนและป้ายกำกับฟังก์ชันในคำอธิบาย ขอแนะนำให้ใช้ขนาดตัวอักษรเท่ากันทุกที่ ไม่น้อยกว่า 10 และไม่เกิน 14 จุด แต่คุณจะต้องตั้งค่าสำหรับแต่ละป้ายกำกับแยกกัน ในการดำเนินการนี้ ให้เลื่อนเคอร์เซอร์ไปไว้เหนือวัตถุที่สนใจ (แกน ป้ายกำกับ คำอธิบาย) แล้วกดปุ่มขวาของเมาส์ ในเมนูบริบทที่ปรากฏขึ้น ให้เลือก "รูปแบบ (องค์ประกอบ)" และในเมนูใหม่บนกระดาษที่ระบุว่า "แบบอักษร" ให้เลือกค่าที่ต้องการ เมื่อจัดรูปแบบแกน คุณควรดูเพิ่มเติมและอาจเปลี่ยนค่าบนแผ่นงานที่มีป้ายกำกับว่า "มาตราส่วน" และ "ตัวเลข" หากคุณไม่เข้าใจว่าตัวเลือกที่เสนอจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงอะไร อย่ากลัวที่จะลองใช้ตัวเลือกใดๆ เพราะคุณสามารถละทิ้งการเปลี่ยนแปลงที่ทำไว้ได้เสมอโดยกด Ctrl + Z หรือโดยการเลือกรายการเมนูหลัก "แก้ไข" - เลิกทำ หรือโดยการคลิกที่ปุ่ม "เลิกทำ" บนแถบเครื่องมือมาตรฐาน

หากมีหลายจุดและสเปรดมีขนาดเล็กและเส้นดูราบเรียบเพียงพอ จากนั้นจุดก็สามารถเชื่อมต่อกับเส้นได้ ในการดำเนินการนี้ ให้เลื่อนเคอร์เซอร์ไปที่จุดบนแผนภูมิแล้วกดปุ่มเมาส์ขวา ในเมนูบริบทที่ปรากฏขึ้น ให้เลือกรายการ "จัดรูปแบบชุดข้อมูล" ในหน้าต่างใหม่ บนแผ่นกระดาษที่ชื่อว่า "มุมมอง" คุณควรเลือกสีและความหนาของเส้นที่เหมาะสม และในขณะเดียวกันก็ตรวจสอบสี ขนาด และรูปร่างของจุด นี่คือวิธีการสร้างการพึ่งพาอาศัยกันซึ่งใกล้เคียงกับข้อมูลการทดลอง หากการประมาณเป็นเส้นตรง จุดสองจุดที่ขอบของช่วงของอาร์กิวเมนต์ก็เพียงพอแล้ว ไม่แนะนำให้ใช้ตัวเลือก "เส้นโค้งเรียบ" ที่สร้างขึ้นในสเปรดชีต เนื่องจากไม่สามารถปรับพารามิเตอร์การปรับให้เรียบได้

1.3.2 ปรับข้อมูลการทดลองให้เรียบ

ข้อมูลการทดลองที่ได้รับจากการติดตั้งทดลองที่อุณหภูมิสูงมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าความผิดพลาดในการตรวจวัดแบบสุ่มที่มีขนาดใหญ่ สาเหตุหลักมาจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าจากการทำงานของอุปกรณ์ทำความร้อนอันทรงพลัง การประมวลผลทางสถิติของผลลัพธ์สามารถลดข้อผิดพลาดแบบสุ่มได้อย่างมาก เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าสำหรับตัวแปรสุ่มที่แจกแจงตามกฎปกติ ความคลาดเคลื่อนของค่าเฉลี่ยเลขคณิตนั้นหาได้จาก นู๋ค่าใน นู๋น้อยกว่าความผิดพลาดของการวัดครั้งเดียว ½ เท่า ด้วยการวัดจำนวนมาก เมื่อสามารถสันนิษฐานได้ว่าการกระจายแบบสุ่มของข้อมูลในส่วนเล็ก ๆ นั้นสูงกว่าการเปลี่ยนแปลงปกติของค่าอย่างมีนัยสำคัญ เทคนิคการทำให้เรียบที่มีประสิทธิผลคือการกำหนดค่าถัดไปของค่าที่วัดได้ให้กับค่าเฉลี่ยเลขคณิต คำนวณจากค่าต่างๆ ในช่วงเวลาสมมาตรรอบๆ ทางคณิตศาสตร์แสดงโดยสูตร:

(1.1)

และง่ายต่อการใช้งานในสเปรดชีต ที่นี่ y i คือผลการวัดและ Y i คือค่าที่ปรับให้เรียบที่ใช้แทน

ข้อมูลทดลองที่ได้รับโดยใช้ระบบการเก็บรวบรวมข้อมูลดิจิทัลมีลักษณะเป็นข้อผิดพลาดแบบสุ่ม การกระจายซึ่งแตกต่างอย่างมากจากกฎหมายปกติ ในกรณีนี้ การใช้ค่ามัธยฐานแทนค่าเฉลี่ยเลขคณิตอาจมีประสิทธิภาพมากกว่า ในกรณีนี้ ค่าที่วัดได้ในช่วงกลางของช่วงเวลาจะได้รับการกำหนดค่าของค่าที่วัดได้ซึ่งกลายเป็นค่าที่ใกล้เคียงที่สุดกับค่าเฉลี่ยเลขคณิต ดูเหมือนว่าความแตกต่างเล็กน้อยในอัลกอริธึมสามารถเปลี่ยนผลลัพธ์ได้อย่างมาก ตัวอย่างเช่น ในรูปแบบค่ามัธยฐาน ผลการทดลองบางอย่างอาจกลายเป็นว่าไม่ได้ใช้อย่างสมบูรณ์ เป็นไปได้มากว่าจะเป็นผลการทดลองที่เป็นจริง

ค่า "กระโดดออก" โดยมีข้อผิดพลาดขนาดใหญ่เป็นพิเศษ

1.3.5 ความแตกต่างเชิงตัวเลขของฟังก์ชันที่กำหนดโดยชุดของจุดไม่ต่อเนื่อง

ความจำเป็นในการดำเนินการดังกล่าวมักเกิดขึ้นเมื่อประมวลผลจุดทดลอง ตัวอย่างเช่น โดยการแยกความแตกต่างของการพึ่งพาความเข้มข้นตรงเวลา พบการพึ่งพาอัตราของกระบวนการตรงเวลาและความเข้มข้นของรีเอเจนต์ ซึ่งทำให้สามารถประมาณลำดับของปฏิกิริยาได้ การดำเนินการของความแตกต่างเชิงตัวเลขของฟังก์ชันที่กำหนดโดยชุดของค่า ( y) สอดคล้องกับชุดค่าอาร์กิวเมนต์ที่สอดคล้องกัน ( x) ขึ้นอยู่กับการแทนที่โดยประมาณของค่าดิฟเฟอเรนเชียลของฟังก์ชันโดยอัตราส่วนของการเปลี่ยนแปลงขั้นสุดท้ายต่อการเปลี่ยนแปลงขั้นสุดท้ายในอาร์กิวเมนต์:

(1.2)

ความแตกต่างของตัวเลขมีความอ่อนไหวต่อข้อผิดพลาดที่เกิดจากความไม่ถูกต้องในข้อมูลดั้งเดิม การละทิ้งสมาชิกของชุดข้อมูล ฯลฯ ดังนั้นควรดำเนินการด้วยความระมัดระวัง เพื่อปรับปรุงความแม่นยำของการประมาณอนุพันธ์ () พวกเขาพยายามทำให้ข้อมูลการทดลองราบรื่นก่อน อย่างน้อยก็ในกลุ่มเล็กๆ แล้วจึงดำเนินการสร้างความแตกต่าง เป็นผลให้ในกรณีที่ง่ายที่สุดสำหรับโหนดที่เท่ากัน (ค่าของอาร์กิวเมนต์แตกต่างกันโดยค่าเดียวกัน x) จะได้รับสูตรต่อไปนี้: สำหรับอนุพันธ์ในครั้งแรก ( X 1) จุด:

สำหรับอนุพันธ์ ณ จุดอื่นทั้งหมด ( x) ยกเว้นอันสุดท้าย:

สำหรับอนุพันธ์ในระยะหลัง ( x) จุด:

หากมีข้อมูลการทดลองจำนวนมากและอนุญาตให้ละเลยจุดสุดโต่งหลายจุดได้ คุณสามารถใช้สูตรการปรับให้เรียบที่แข็งแกร่งขึ้นได้ เช่น 5 คะแนน:

หรือ 7 คะแนน:

สำหรับการจัดเรียงโหนดที่ไม่สม่ำเสมอเรา จำกัด ตัวเองว่าเราแนะนำให้ใช้สูตรดัดแปลง (1.3) ในรูปแบบ

(1.8)

และไม่คำนวณอนุพันธ์ที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุด

ดังนั้น ในการใช้ความแตกต่างเชิงตัวเลข คุณต้องวางสูตรที่เหมาะสมในเซลล์ของคอลัมน์ว่าง ตัวอย่างเช่น ค่าอาร์กิวเมนต์ที่เว้นระยะไม่เท่ากันจะอยู่ในคอลัมน์ "A" ในเซลล์ 2 ถึง 25 และค่าฟังก์ชันจะอยู่ในคอลัมน์ "B" ในเซลล์ที่เกี่ยวข้อง ค่าอนุพันธ์ควรอยู่ในคอลัมน์ "C" จากนั้นในเซลล์ "C3" คุณควรป้อนสูตร (5) ในรูปแบบ:

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

และคัดลอก (ยืด) ไปยังเซลล์ทั้งหมดในช่วง C4: C24

1.3.6 การหาโดยวิธีกำลังสองน้อยที่สุดของสัมประสิทธิ์ของพหุนาม

ประมาณชุดข้อมูลบางส่วน

เมื่อมีการนำเสนอข้อมูลตัวเลขแบบกราฟิก มักจะจำเป็นต้องลากเส้นไปตามจุดทดลอง โดยเผยให้เห็นคุณลักษณะของการพึ่งพาที่ได้รับ สิ่งนี้ทำเพื่อการรับรู้ข้อมูลที่ดีขึ้นและเพื่ออำนวยความสะดวกในการวิเคราะห์เพิ่มเติมของข้อมูลที่มีการกระจัดกระจายเนื่องจากข้อผิดพลาดในการวัด บ่อยครั้งบนพื้นฐานของการวิเคราะห์เชิงทฤษฎีของปรากฏการณ์ที่กำลังศึกษาอยู่ เป็นที่ทราบล่วงหน้าว่าบรรทัดนี้ควรมีรูปแบบใด ตัวอย่างเช่น เป็นที่ทราบกันว่าการพึ่งพาอัตราของกระบวนการทางเคมี ( วี) จากอุณหภูมิต้องเป็นเลขชี้กำลัง และเลขชี้กำลังแทนอุณหภูมิผกผันในมาตราส่วนสัมบูรณ์:

ซึ่งหมายความว่าบนกราฟในพิกัด ln วี- 1 / T ควรเป็นเส้นตรง

ที่มีความชันเป็นลักษณะพิเศษของพลังงานกระตุ้น ( อี) กระบวนการ. ตามกฎแล้ว เส้นตรงหลายเส้นที่มีความชันต่างกันสามารถลากผ่านจุดทดลองได้ ในแง่หนึ่ง สิ่งที่ดีที่สุดคือเส้นตรงที่มีค่าสัมประสิทธิ์ซึ่งกำหนดโดยวิธีกำลังสองน้อยที่สุด

ในกรณีทั่วไป วิธีกำลังสองน้อยที่สุดจะใช้เพื่อค้นหาสัมประสิทธิ์ที่ใกล้เคียงกับการพึ่งพา y (x 1 , x 2 ,…x น) พหุนามของรูปแบบ

ที่ไหน ขและ ม 1 …ม นเป็นสัมประสิทธิ์คงที่และ x 1 …x น- ชุดของอาร์กิวเมนต์อิสระ กล่าวคือ ในกรณีทั่วไป วิธีการนี้ใช้เพื่อประมาณฟังก์ชันของตัวแปรหลายตัว แต่ยังใช้เพื่ออธิบายฟังก์ชันเชิงซ้อนของตัวแปรตัวเดียว x... ในกรณีนี้เชื่อกันว่า

และพหุนามใกล้เคียงมีรูปแบบ

เมื่อเลือกระดับของพหุนามโดยประมาณ นโปรดทราบว่าจะต้องน้อยกว่าจำนวนค่าที่วัดได้ xและ y... ในเกือบทุกกรณี ไม่ควรเกิน 4 ไม่ค่อยมี 5

วิธีนี้สำคัญมากที่สเปรดชีต Excel มีตัวเลือกอย่างน้อยสี่ตัวเลือกในการรับค่าของสัมประสิทธิ์ที่ต้องการ เราขอแนะนำให้ใช้ฟังก์ชัน LINEST () หากคุณทำงานในสเปรดชีต Excel กับ Microsoft Office หรือฟังก์ชัน LINEST () ในสเปรดชีต Calc ด้วย OpenOffice พวกมันถูกนำเสนอในรายการของฟังก์ชันทางสถิติ ซึ่งอยู่ในคลาสของฟังก์ชันเมทริกซ์ที่เรียกว่า และในการเชื่อมต่อนี้มีคุณลักษณะของแอปพลิเคชั่นจำนวนหนึ่ง อย่างแรก ไม่ได้ป้อนลงในเซลล์เดียว แต่ป้อนลงในช่วง (พื้นที่สี่เหลี่ยม) ของเซลล์โดยตรง เนื่องจากฟังก์ชันส่งกลับค่าหลายค่า ขนาดของพื้นที่ในแนวนอนถูกกำหนดโดยจำนวนของสัมประสิทธิ์ของพหุนามที่ใกล้เคียงกัน (ในตัวอย่างนี้ มีสองส่วน: ln วี 0 และ E / R) และเน้นในแนวตั้งตั้งแต่หนึ่งถึงห้าบรรทัด ขึ้นอยู่กับว่าต้องใช้ข้อมูลสถิติเท่าใดสำหรับการวิเคราะห์ของคุณ

1.3.7 การนำเสนอผลงาน

ในเอกสารทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิค เมื่อนำเสนอข้อมูลที่เป็นตัวเลข ควรมีการประเมินความน่าเชื่อถือและเน้นข้อผิดพลาดแบบสุ่มและเป็นระบบ ข้อผิดพลาดของข้อมูลที่ระบุควรนำเสนอตาม GOST 8.207–76

เมื่อประมวลผลกลุ่มผลการสังเกตทางสถิติ การดำเนินการต่อไปนี้ควรดำเนินการ: แยกข้อผิดพลาดที่เป็นระบบที่ทราบออกจากผลการสังเกต

คำนวณค่าเฉลี่ยเลขคณิตของผลการสังเกตที่แก้ไขแล้ว นำมาเป็นผลการวัด คำนวณค่าประมาณค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของผลการวัด

คำนวณขีดจำกัดความเชื่อมั่นของข้อผิดพลาดแบบสุ่ม (องค์ประกอบสุ่มของข้อผิดพลาด) ของผลการวัด

คำนวณขอบเขตของข้อผิดพลาดที่เป็นระบบที่ไม่ได้รับการยกเว้น (เศษที่เหลือที่ไม่ได้รับการยกเว้นของข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบ) ของผลการวัด คำนวณขีดจำกัดความเชื่อมั่นของข้อผิดพลาดของผลการวัด

เพื่อกำหนดขีดจำกัดความเชื่อมั่นของข้อผิดพลาดของผลการวัด ความน่าจะเป็นของความเชื่อมั่น Rเท่ากับ 0.95 ด้วยข้อผิดพลาดของความเชื่อมั่นสมมาตร ผลการวัดจะแสดงในรูปแบบ:

ผลการวัดอยู่ที่ไหน ∆ คือระยะขอบของข้อผิดพลาดของผลการวัด Rคือระดับความมั่นใจ ค่าตัวเลขของผลการวัดต้องลงท้ายด้วยตัวเลขที่เป็นตัวเลขเดียวกันกับค่าความผิดพลาด ∆

2 คำอธิบายงานห้องปฏิบัติการ

ในส่วนแรกของแต่ละส่วนที่เกี่ยวข้องกับงานในห้องปฏิบัติการเฉพาะ ข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบและโครงสร้างของเฟส กลไกของกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในเฟสหรือที่ขอบเขตของส่วนต่อประสานกับขั้นตอนที่อยู่ใกล้เคียง ขั้นต่ำที่จำเป็นในการทำความเข้าใจ สาระสำคัญของปรากฏการณ์ที่ศึกษาในการทำงาน หากข้อมูลที่ให้ไม่เพียงพอ คุณควรอ้างอิงบันทึกการบรรยายและเอกสารแนะนำ หากปราศจากความเข้าใจในส่วนแรกของส่วนนี้ เป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการถึงสิ่งที่เกิดขึ้นในระบบที่กำลังศึกษาในระหว่างการทำงาน เพื่อกำหนดและทำความเข้าใจข้อสรุปตามผลลัพธ์ที่ได้รับ

ส่วนถัดไปของแต่ละส่วนมีไว้สำหรับการใช้งานฮาร์ดแวร์หรือซอฟต์แวร์ของการติดตั้งจริง หรือรุ่นคอมพิวเตอร์ ให้ข้อมูลเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์ที่ใช้และอัลกอริทึมที่ใช้ หากไม่เข้าใจส่วนนี้ เป็นไปไม่ได้ที่จะประเมินแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดและการดำเนินการใดที่ควรดำเนินการเพื่อลดผลกระทบให้เหลือน้อยที่สุด

ส่วนสุดท้ายอธิบายขั้นตอนการดำเนินการวัดและประมวลผลผลลัพธ์ คำถามทั้งหมดนี้ถูกส่งไปยัง colloquium ก่อนการทำงานหรือการทดสอบคอมพิวเตอร์

2.1 การศึกษาจลนศาสตร์ของการเกิดออกซิเดชันของเหล็กที่อุณหภูมิสูง (งานที่ 13)

2.1.1 กฎทั่วไปของการเกิดออกซิเดชันของเหล็ก

ตามหลักลำดับการเปลี่ยนแปลงของเอ.เอ. Baikov บนพื้นผิวของเหล็กในระหว่างการออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงกับออกซิเจนในบรรยากาศ ออกไซด์ทั้งหมดที่มีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ภายใต้สภาวะเหล่านี้จะเกิดขึ้น ที่อุณหภูมิสูงกว่า 572 ° C มาตราส่วนประกอบด้วยสามชั้น: FeO wustite, Fe 3 O 4 magnetite, Fe 2 O 3 hematite ชั้น wustite ใกล้กับเหล็กมากที่สุดซึ่งประมาณ 95% ของความหนาของสเกลทั้งหมดมี p- คุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำ ซึ่งหมายความว่ามีความเข้มข้นที่มีนัยสำคัญของตำแหน่งงานว่างของเหล็กที่เป็นเหล็กใน sublattice ไอออนบวกของ FeO และมีการจัดเตรียมอิเล็กโตรนิวตริลิตีเนื่องจากลักษณะของ "รู" ของอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นอนุภาคเหล็กเฟอร์ริก sublattice ประจุลบของ wustite ซึ่งประกอบด้วยไอออนที่มีประจุลบ О 2– นั้นปราศจากข้อบกพร่อง การปรากฏตัวของตำแหน่งงานว่างใน sublattice ไอออนบวกช่วยเพิ่มความคล่องตัวในการแพร่กระจายของอนุภาค Fe 2+ ผ่าน wustite และลดคุณสมบัติการป้องกัน

ชั้นกลางของแมกนีไทต์เป็นออกไซด์ขององค์ประกอบปริมาณสัมพันธ์ซึ่งมีข้อบกพร่องในผลึกขัดแตะในระดับต่ำและเป็นผลให้มีคุณสมบัติในการป้องกันเพิ่มขึ้น ความหนาสัมพัทธ์คือ 4% โดยเฉลี่ย

ชั้นนอกของสเกล - เฮมาไทต์มีค่าการนำไฟฟ้าแบบ n การมีตำแหน่งว่างของออกซิเจนใน sublattice ที่มีประจุลบช่วยอำนวยความสะดวกในการแพร่กระจายของอนุภาคออกซิเจนผ่านมัน เมื่อเทียบกับไอออนบวกของเหล็ก ความหนาสัมพัทธ์ของชั้น Fe 2 O 3 ไม่เกิน 1% .

ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 572 ° C wustite จะไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ ดังนั้น มาตราส่วนประกอบด้วยสองชั้น: magnetite Fe 3 O 4 (90% ของความหนา) และ hematite Fe 2 O 3 (10%)

การก่อตัวของฟิล์มป้องกันตะกรันอย่างต่อเนื่องบนพื้นผิวของเหล็กนำไปสู่การแยกออกจากบรรยากาศในอากาศ การเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติมของโลหะเกิดขึ้นเนื่องจากการแพร่กระจายของรีเอเจนต์ผ่านฟิล์มออกไซด์ กระบวนการที่ต่างกันที่พิจารณาแล้วประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้: การจ่ายออกซิเจนจากปริมาตรของเฟสของแก๊สไปยังขอบเขตที่มีออกไซด์โดยการแพร่กระจายของโมเลกุลหรือการพาความร้อน การดูดซับ O2 บนพื้นผิวของออกไซด์ การแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมออกซิเจนด้วยการก่อตัวของโอ 2– แอนไอออน; การแพร่กระจายของแอนไอออนออกซิเจนในเฟสออกไซด์ไปยังส่วนต่อประสานกับโลหะ การแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมของเหล็กและการเปลี่ยนไปเป็นขนาดในรูปของไอออนบวก การแพร่กระจายของไอออนบวกในออกไซด์ไปยังขอบของก๊าซ ผลึกเคมีของการก่อตัวของส่วนใหม่ของเฟสออกไซด์

โหมดการแพร่กระจายของการเกิดออกซิเดชันของโลหะจะเกิดขึ้นหากระยะที่ยับยั้งมากที่สุดคือการขนส่งอนุภาค Fe 2+ หรือ O 2– ผ่านมาตราส่วน ออกซิเจนโมเลกุลถูกจ่ายจากเฟสของแก๊สค่อนข้างเร็ว ในกรณีของระบอบจลนศาสตร์ ขั้นจำกัดคือระยะการดูดซับหรือไอออไนเซชันของอนุภาค เช่นเดียวกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของผลึก

ที่มาของสมการจลนศาสตร์ของกระบวนการออกซิเดชันของเหล็กสำหรับกรณีของมาตราส่วนสามชั้นนั้นค่อนข้างยุ่งยาก สามารถลดความซับซ้อนลงได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยไม่ต้องเปลี่ยนข้อสรุปขั้นสุดท้าย หากมาตราส่วนได้รับการพิจารณาว่าเป็นเนื้อเดียวกันในองค์ประกอบ และพิจารณาเฉพาะการแพร่กระจายของไอออนบวก Fe 2+ เท่านั้น

ให้เราแทนด้วย ดีค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ของอนุภาค Fe 2+ ในระดับ k- อัตราคงที่ของการเกิดออกซิเดชันของเหล็ก ค 1 และ กับความเข้มข้นสมดุลของไอออนเหล็ก 2 ไอออนที่ส่วนติดต่อกับโลหะและอากาศ ตามลำดับ ชม- ความหนาของฟิล์มออกไซด์ สคือ พื้นที่ผิวของตัวอย่าง คือ ความหนาแน่นของออกไซด์ เอ็ม- มวลโมลาร์ของมัน จากนั้นตามกฎของจลนศาสตร์ที่เป็นทางการ อัตราจำเพาะของการกระทำทางเคมีของปฏิกิริยาระหว่างเหล็กกับออกซิเจนต่อหน่วยพื้นผิวของตัวอย่าง ( v r) ถูกกำหนดโดยอัตราส่วน:

ในสถานะนิ่ง จะเท่ากับความหนาแน่นของฟลักซ์การแพร่ของอนุภาค Fe 2+

โดยพิจารณาว่าอัตราโดยรวมของกระบวนการออกซิเดชันต่างกันเป็นสัดส่วนกับอัตราการเติบโตของมวล

(13.3)

ยกเว้นได้ ค 2 จากสมการ (13.1) และ (13.2) และรับการพึ่งพามวลของสเกลตรงเวลา:

(13.4)

จะเห็นได้จากความสัมพันธ์ที่ผ่านมาว่าโหมดจลนศาสตร์ของกระบวนการเกิดขึ้นตามกฎในช่วงเวลาเริ่มต้นของการเกิดออกซิเดชัน เมื่อความหนาของฟิล์มออกไซด์มีขนาดเล็กและสามารถละเลยการต้านทานการแพร่กระจายได้ การเติบโตของชั้นสเกลทำให้การแพร่กระจายของรีเอเจนต์ช้าลง และโหมดกระบวนการจะเปลี่ยนเป็นการแพร่กระจายเมื่อเวลาผ่านไป

แนวทางที่เข้มงวดยิ่งขึ้นซึ่งพัฒนาโดย Wagner ในทฤษฎีอิออนอิเล็กตรอนของการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงของโลหะ ทำให้สามารถคำนวณค่าคงที่อัตราในเชิงปริมาณของกฎพาราโบลาของการเติบโตของฟิล์มโดยใช้ข้อมูลของการทดลองอิสระเกี่ยวกับค่าการนำไฟฟ้าของออกไซด์ :

ที่ไหน ∆ จี- การเปลี่ยนแปลงพลังงานกิ๊บส์สำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชันของโลหะ เอ็ม- มวลโมลาร์ของออกไซด์ - ค่าการนำไฟฟ้า Ti- เศษส่วนของการนำไฟฟ้าไอออนิก z- ความจุของโลหะ F- ค่าคงที่ฟาราเดย์

เมื่อศึกษาจลนพลศาสตร์ของการก่อตัวที่บางมาก ( ชม < 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 ชม = K Ln ( เอ τ+ บี) รวมทั้งลูกบาศก์ ชม 3 = KΤ (ออกไซด์เป็นสารกึ่งตัวนำ พี-type) หรือลอการิทึมผกผัน 1 / ชม = ค K Ln (τ) ( น-ประเภทของการนำไฟฟ้า) เมื่อขั้นตอนการถ่ายโอนไอออนของโลหะช้าลง

2.1.2 คำอธิบายการติดตั้งและขั้นตอนการดำเนินการทดลอง

จลนพลศาสตร์ของการเกิดออกซิเดชันของเหล็กได้รับการศึกษาโดยใช้วิธีกราวิเมตริก ซึ่งทำให้สามารถบันทึกการเปลี่ยนแปลงของมวลของตัวอย่างในช่วงเวลาระหว่างการทดลองได้ ไดอะแกรมการติดตั้งแสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1 - แผนผังของการตั้งค่าการทดลอง:

1 - ตัวอย่างเหล็กที่ตรวจสอบแล้ว 2 - เตาต้านทานไฟฟ้า; 3 - ตัวแปลงกลไกไฟฟ้า Э 2D1; 4 - คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลพร้อมบอร์ด ADC

ตัวอย่างโลหะ (1) ที่แขวนอยู่บนสายโซ่นิกโครมกับลำแสงของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบกลไก E 2D1 (3) ถูกวางลงในเตาเผาแบบต้านทานไฟฟ้าแบบท่อแนวตั้ง (2) สัญญาณเอาท์พุต E 2D1 ซึ่งแปรผันตามสัดส่วนของการเปลี่ยนแปลงมวลตัวอย่าง ถูกส่งไปยังบอร์ด ADC ของคอมพิวเตอร์โดยเป็นส่วนหนึ่งของการติดตั้ง ความคงตัวของอุณหภูมิในเตาเผานั้นถูกควบคุมโดยเครื่องปรับลมอัตโนมัติ อุณหภูมิที่ต้องการของการทดลองถูกกำหนดโดยปุ่มหมุนที่เหมาะสมบนแผงหน้าปัดของเตาหลอมตามคำแนะนำของอาจารย์ (800 - 900 ° C)

จากผลงาน อัตราคงตัวของปฏิกิริยาออกซิเดชันของเหล็กและค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ของไอออนในฟิล์มออกไซด์ และถ้าเป็นไปได้ พลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาเคมีและการแพร่กระจายจะถูกกำหนด แสดงให้เห็นภาพกราฟิกของการพึ่งพาการเปลี่ยนแปลงในมวลของตัวอย่างและอัตราของกระบวนการออกซิเดชันตรงเวลา

2.1.3 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด

ทรานสดิวเซอร์เชิงกล-ไฟฟ้าได้รับการออกแบบในลักษณะที่ส่วนหนึ่งของมวลของวัตถุที่วัดได้จะถูกชดเชยด้วยสปริงเกลียว ไม่ทราบขนาดของมัน แต่จะต้องคงที่ในระหว่างการวัด จากคำอธิบายของเทคนิคการวัดดังต่อไปนี้ จะไม่ทราบเวลาที่แน่นอน (0) ของการเริ่มต้นกระบวนการออกซิเดชัน เนื่องจากไม่ทราบว่าตัวอย่างจะได้รับอุณหภูมิที่เพียงพอสำหรับการพัฒนากระบวนการออกซิเดชันเมื่อใด จนกว่าจะถึงเวลาที่ตัวอย่างเริ่มออกซิไดซ์จริง ๆ มวลของตัวอย่างจะเท่ากับมวลของโลหะแม่ ( ม 0). ความจริงที่ว่าเราไม่ได้วัดมวลทั้งหมด แต่เฉพาะส่วนที่ไม่ได้รับการชดเชยเท่านั้นไม่ได้เปลี่ยนสาระสำคัญของเรื่อง ความแตกต่างระหว่างมวลปัจจุบันของกลุ่มตัวอย่าง ( ม) และมวลเริ่มต้นของโลหะแทนมวลของมาตราส่วน ดังนั้น สูตร (13.4) สำหรับเงื่อนไขการทดลองจริงควรนำเสนอในรูปแบบ:

(13.6)

ซึ่งใน ม- ค่าที่วัดได้ของส่วนที่ไม่ได้รับการชดเชยที่เหลือของมวลตัวอย่าง ม. 0- เหมือนกันก่อนที่จะเริ่มกระบวนการออกซิเดชันที่อุณหภูมิต่ำของตัวอย่าง จากความสัมพันธ์นี้จะเห็นได้ว่าการพึ่งพาการทดลองของมวลตัวอย่างตรงเวลาควรอธิบายด้วยสมการของรูปแบบ:

, (13.7)

ซึ่งสัมประสิทธิ์ตามผลการวัดที่ได้รับสามารถหาได้โดยวิธีกำลังสองน้อยที่สุด นี่คือภาพประกอบโดยกราฟทั่วไปในรูปที่ จุดคือผลการวัด เส้นได้มาจากการประมาณข้อมูลโดยสมการ 13.7

คะแนนที่มีเครื่องหมายกากบาทเป็นค่าผิดปกติและไม่ควรนำมาพิจารณาเมื่อคำนวณสัมประสิทธิ์ของสมการ 13.7 โดยใช้วิธีกำลังสองน้อยที่สุด

การเปรียบเทียบสูตร (13.6) และ (13.7) เป็นเรื่องง่ายที่จะสร้างความสัมพันธ์ของสัมประสิทธิ์ที่ค้นพบกับการกำหนดค่าทางเคมีกายภาพ:

(13.8)

ในตัวอย่างที่กำหนด ค่าของ m0 - ค่าบนพิกัดที่ = 0 กลายเป็น 18.1 มก.

โดยใช้ค่าเหล่านี้ ค่าพื้นที่ตัวอย่างที่ได้รับในการเตรียมตัวสำหรับการทดลอง ( ส) และความหนาแน่นของ wustite ที่ยืมมาจากวรรณกรรม (= 5.7 g / cm 3) ได้

เพื่อประมาณการและอัตราส่วนของสัมประสิทธิ์การแพร่และค่าคงที่อัตราของกระบวนการออกซิเดชัน:

(13.13)

อัตราส่วนนี้กำหนดลักษณะของความหนาของฟิล์มมาตราส่วนซึ่งค่าคงที่อัตราการแพร่เท่ากับค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยาเคมีของการเกิดออกซิเดชันของโลหะ ซึ่งสอดคล้องกับคำจำกัดความของโหมดปฏิกิริยาผสมอย่างเคร่งครัด

จากผลงานควรกำหนดค่าทั้งหมดโดยใช้สูตร (13.7, 13.11 - 13.13): ข 0 , ข 1 , ข 2 , ม 0, 0 และ ดี /K... เพื่อแสดงผลลัพธ์คุณควรให้กราฟของการพึ่งพา ม-. นอกจากค่าการทดลองแล้ว ยังเป็นที่พึงปรารถนาที่จะให้เส้นโค้งที่ใกล้เคียงกัน

จากผลการวัดต้องกรอกตารางต่อไปนี้:

ตารางที่ 1. ผลการศึกษากระบวนการออกซิเดชั่นของเหล็ก

ในตาราง สองคอลัมน์แรกจะถูกเติมหลังจากเปิดไฟล์ข้อมูล และคำนวณส่วนที่เหลือ การปรับให้เรียบจะดำเนินการที่ 5 จุด เมื่อพิจารณาสัมประสิทธิ์ของพหุนามโดยประมาณ คอลัมน์ที่หนึ่ง สาม และสี่จะถูกใช้พร้อมกัน คอลัมน์สุดท้ายควรประกอบด้วยผลลัพธ์ของการประมาณโดยพหุนาม (13.7) โดยใช้สัมประสิทธิ์ที่พบโดยวิธีกำลังสองน้อยที่สุด กราฟถูกสร้างขึ้นตามคอลัมน์ที่หนึ่ง สาม และห้า

หากนักเรียนทำงานหลายคน แต่ละคนจะทำการทดลองที่อุณหภูมิของตัวเอง การประมวลผลร่วมกันของผลลัพธ์ของการประมาณความหนาของชั้นมาตราส่วนในโหมดผสมอย่างเคร่งครัด () ทำให้สามารถประมาณความแตกต่างระหว่างพลังงานกระตุ้นของการแพร่และปฏิกิริยาเคมีได้ แน่นอน สูตรที่ชัดเจนถูกต้องที่นี่:

(13.14)

การประมวลผลสัมประสิทธิ์ที่คล้ายกัน ข 2 ทำให้สามารถประมาณพลังงานกระตุ้นของการแพร่กระจายได้ นี่คือสูตรที่ถูกต้อง:

(13.15)

หากทำการวัดที่อุณหภูมิสองค่า การประมาณจะดำเนินการโดยตรงตามสูตร (13.4) และ (13.15) หากค่าอุณหภูมิมากกว่าสองค่า ควรใช้วิธีการของกำลังสองน้อยที่สุดสำหรับฟังก์ชัน ln () – 1/ตู่และ ln (ข2) – 1/ต.ค่าผลลัพธ์จะได้รับในตารางสรุปและอภิปรายในข้อสรุป

ลำดับการประมวลผลผลงาน

2. สร้างกราฟการพึ่งพาบนแผ่นงานแยกต่างหาก ม- ระบุและลบค่าป๊อปอัปด้วยสายตา

3. ปรับค่าน้ำหนักที่วัดได้ให้เรียบ

4. คำนวณกำลังสองของการเปลี่ยนแปลงมวล

5. หาสัมประสิทธิ์ด้วยวิธีกำลังสองน้อยที่สุด ข 0 , ข 1 , ข 2 สมการที่ใกล้เคียงการพึ่งพาการเปลี่ยนแปลงของมวลเมื่อเวลาผ่านไป

6. คำนวณค่ามวลที่จุดเริ่มต้นของการวัดตามสมการการประมาณ

7. วิเคราะห์ผลการประมาณโดยใช้การเรียงลำดับและแยกค่าที่ไม่ถูกต้องออก

8. แสดงผลการประมาณบนกราฟการพึ่งพา ม – .

9. คำนวณคุณสมบัติของระบบและกระบวนการ: ม 0 , 0 , ดี /K .

ผลการทดสอบ:

ก. ในเซลล์ "A1" - พื้นที่ผิวของตัวอย่างในหน่วยวัด "B1" ที่อยู่ติดกัน

ข. ในเซลล์ "A2" - มวลของตัวอย่างดั้งเดิม ในเซลล์ "B2" - หน่วยวัด

ค. ในเซลล์ "A3" - อุณหภูมิของการทดลอง ในเซลล์ "B3" - หน่วยวัด

ง. ในเซลล์ "A4" - ความหนาของชั้นมาตราส่วนในโหมดผสมอย่างเคร่งครัด ในเซลล์ "B4" - หน่วยวัด

อี เริ่มต้นด้วยเซลล์ "A10" ควรมีการกำหนดข้อสรุปเกี่ยวกับงานอย่างชัดเจน

ในเซลล์ A6-A7 ควรมีการอ้างอิงถึงเซลล์ในชีตอื่นของหนังสือสเปรดชีตที่ทำการคำนวณเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่นำเสนอ ไม่ใช่ค่าตัวเลขในตัวเอง! หากไม่เป็นไปตามข้อกำหนด โปรแกรมตรวจสอบจะแสดงข้อความ "ข้อผิดพลาดในการนำเสนอข้อมูล"

2. จัดรูปแบบกราฟการพึ่งพาที่ถูกต้อง ม- ได้รับจากการทดลอง (คะแนน) และประมาณโดยพหุนาม (เส้น) ในสเปรดชีตแยกต่างหากพร้อมลายเซ็นและการกำหนดที่จำเป็นทั้งหมด

คำถามควบคุม

1. โครงสร้างของมาตราส่วนที่ได้จากเหล็กระหว่างการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงในอากาศเป็นอย่างไร

2. ทำไมการปรากฏตัวของเฟส wustite ในมาตราส่วนทำให้อัตราการออกซิเดชันของเหล็กเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว?

3. ขั้นตอนของกระบวนการออกซิเดชันของเหล็กต่างกันคืออะไร?

4. ความแตกต่างระหว่างโหมดการแพร่กระจายของการเกิดออกซิเดชันของเหล็กกับโหมดจลนศาสตร์คืออะไร?

5. ลำดับและวิธีการของงานเป็นอย่างไร?

6. จะระบุโหมดของกระบวนการออกซิเดชันได้อย่างไร?

2.2 การศึกษาการพึ่งพาอุณหภูมิของค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของออกไซด์หลอมเหลว (งานที่ 14)

2.2.1 ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับลักษณะการนำไฟฟ้าของตะกรัน

การศึกษาการพึ่งพาการนำไฟฟ้าของตะกรันกับองค์ประกอบและอุณหภูมิมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับโลหะวิทยาทั้งในแง่ทฤษฎีและประยุกต์ ค่าการนำไฟฟ้าสามารถมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่ออัตราปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุดระหว่างโลหะและตะกรันในกระบวนการผลิตเหล็ก ต่อผลผลิตของหน่วยโลหะวิทยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเทคโนโลยีไฟฟ้าหรืออาร์คเตาหลอมสำหรับการถลุงตะกรันสังเคราะห์ โดยที่อัตรา การปล่อยความร้อนขึ้นอยู่กับปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวหลอมเหลว นอกจากนี้ การนำไฟฟ้าซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ไวต่อโครงสร้าง ยังให้ข้อมูลทางอ้อมเกี่ยวกับโครงสร้างของการหลอมเหลว ความเข้มข้น และประเภทของอนุภาคที่มีประจุ

ตามแนวคิดของโครงสร้างของออกไซด์ที่หลอมละลายซึ่งกำหนดขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งโดยโรงเรียนวิทยาศาสตร์ของศาสตราจารย์ O. A. Esin ไม่สามารถมีอนุภาคที่ไม่มีประจุอยู่ในนั้น ในเวลาเดียวกัน ไอออนในการหลอมเหลวมีขนาดและโครงสร้างต่างกันมาก ธาตุออกไซด์พื้นฐานปรากฏเป็นไอออนธรรมดา เช่น Na +, Ca 2+, Mg 2+, Fe 2+, O 2- ในทางตรงกันข้าม ธาตุที่มีความจุสูงซึ่งก่อให้เกิดออกไซด์ที่เป็นกรด (กรด) เช่น SiO 2, TiO 2, B 2 O 3 ในรูปของไอออนจะมีสนามไฟฟ้าสถิตสูงจนไม่สามารถหลอมละลายได้ ไอออน Si 4+ อย่างง่าย, Ti 4+, B 3+ พวกเขาเข้าใกล้ออกซิเจนแอนไอออนมากจนสร้างพันธะโควาเลนต์กับพวกมันและมีอยู่ในรูปของการหลอมในรูปของแอนไอออนเชิงซ้อนซึ่งง่ายที่สุดเช่น SiO 4 4, TiO 4 4-, BO 3 3-, BO 4 5-. แอนไอออนเชิงซ้อนมีความสามารถในการทำให้โครงสร้างซับซ้อน รวมกันเป็นโครงสร้างสองและสามมิติ ตัวอย่างเช่น ซิลิโคน-ออกซิเจนเตตระเฮดราสองตัว (SiO 4 4-) สามารถเชื่อมต่อที่จุดยอด ทำให้เกิดสายโซ่เชิงเส้นที่ง่ายที่สุด (Si 2 O 7 6-) สิ่งนี้จะปล่อยไอออนออกซิเจนหนึ่งตัว:

SiO44- + SiO44- = Si2O76- + O2-

ในรายละเอียดเพิ่มเติม สามารถอ่านคำถามเหล่านี้ได้ ตัวอย่างเช่น ในวรรณกรรมเพื่อการศึกษา

ความต้านทานไฟฟ้า Rตัวนำเชิงเส้นธรรมดาสามารถกำหนดได้จากอัตราส่วน

ความต้านทานอยู่ที่ไหน หลี่- ระยะเวลา, สคือพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ ปริมาณเรียกว่าค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของสาร จากสูตร (14.1) จะได้ว่า

หน่วยของการนำไฟฟ้าแสดงเป็นโอห์ม –1 m –1 = S / m (S - ซีเมนส์) ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ กำหนดลักษณะการนำไฟฟ้าของปริมาตรของของเหลวหลอมที่อยู่ระหว่างอิเล็กโทรดคู่ขนานสองขั้วที่มีพื้นที่ 1 ม. 2 และอยู่ห่างจากกัน 1 ม.

ในกรณีทั่วไป (สนามไฟฟ้าที่ไม่เท่ากัน) การนำไฟฟ้าหมายถึงสัมประสิทธิ์สัดส่วนระหว่างความหนาแน่นกระแส ผมในตัวนำและการไล่ระดับศักย์ไฟฟ้า:

ลักษณะของการนำไฟฟ้าสัมพันธ์กับการถ่ายโอนประจุในสารภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า ในโลหะ อิเล็กตรอนของแถบการนำไฟฟ้ามีส่วนร่วมในการถ่ายเทไฟฟ้าซึ่งความเข้มข้นนั้นแทบไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของโลหะจะลดลงเพราะ ความเข้มข้นของอิเล็กตรอน "อิสระ" ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง และการชะลอตัวของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของไอออนของผลึกตาข่ายจะเพิ่มขึ้น

ในเซมิคอนดักเตอร์ สารพาหะของประจุไฟฟ้าเป็นอิเลคตรอนที่ปราศจากกึ่งตัวนำในแถบการนำไฟฟ้าหรือตำแหน่งว่างในแถบพลังงานความจุ (รูอิเล็กตรอน) ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากการกระตุ้นทางความร้อนของอิเล็กตรอนจากระดับผู้บริจาคไปยังแถบการนำของเซมิคอนดักเตอร์ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนแปลงที่ถูกกระตุ้นจะเพิ่มขึ้น ดังนั้น ความเข้มข้นของตัวพากระแสไฟฟ้าและค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะจะเพิ่มขึ้น

ในอิเล็กโทรไลต์ซึ่งรวมถึงออกไซด์ที่หลอมละลายในการถ่ายโอนไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับไอออน: Na +, Ca 2+, Mg 2+, SiO 4 4–, BO 2 - และอื่น ๆ ไอออนแต่ละตัว ј - เกรดสามารถนำไปสู่มูลค่ารวมของความหนาแน่นกระแสไฟตามความสัมพันธ์ที่รู้จัก

ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะบางส่วนอยู่ที่ไหน ดี ј , ซี ј , ซี ј- ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ ความเข้มข้น และประจุของไอออน ј - เกรด; F- ค่าคงที่ฟาราเดย์; ตู่- อุณหภูมิ; R

แน่นอน ผลรวมของปริมาณ ฉัน јเท่ากับความหนาแน่นกระแสรวม ผมที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของอิออนทั้งหมด และค่าการนำไฟฟ้าของการหลอมทั้งหมดเป็นผลรวมของค่าการนำไฟฟ้าบางส่วน

การเคลื่อนที่ของไอออนในอิเล็กโทรไลต์เป็นกระบวนการกระตุ้น ซึ่งหมายความว่าภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า ไม่ใช่ทุกอิออนที่เคลื่อนที่ แต่มีเพียงอิออนที่แอคทีฟมากที่สุดเท่านั้น ซึ่งมีพลังงานส่วนเกินอยู่เมื่อเทียบกับระดับเฉลี่ย พลังงานส่วนเกินนี้เรียกว่าพลังงานกระตุ้นของการนำไฟฟ้า จำเป็นต่อการเอาชนะแรงปฏิสัมพันธ์ของไอออนที่กำหนดกับสิ่งแวดล้อม ตลอดจนสร้างช่องว่าง (โพรง) ที่มันผ่านไป จำนวนอนุภาคออกฤทธิ์ตามกฎหมายของ Boltzmann เพิ่มขึ้นด้วย

อุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณ ดังนั้น ... ติดตาม-

ดังนั้นตาม (14.5) การพึ่งพาอุณหภูมิของการนำไฟฟ้าจำเพาะควรอธิบายด้วยผลรวมของเลขชี้กำลัง อย่างไรก็ตาม เป็นที่ทราบกันดีว่าด้วยการเพิ่มขนาดของอนุภาค พลังงานกระตุ้นของพวกมันก็เพิ่มขึ้นอย่างมากเช่นกัน ดังนั้นในความสัมพันธ์ (14.5) ตามกฎแล้วการมีส่วนร่วมของไอออนเคลื่อนที่ต่ำขนาดใหญ่จึงถูกละเลยและส่วนที่เหลือจะเฉลี่ยค่าบางส่วน

ด้วยเหตุนี้ อุณหภูมิที่ขึ้นอยู่กับค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของออกไซด์ที่หลอมเหลวจึงมีรูปแบบดังนี้:

(14.6)

ซึ่งสอดคล้องกับข้อมูลการทดลองเป็นอย่างดี

ค่าทั่วไปสำหรับตะกรันโลหะที่มีออกไซด์ CaO, SiO 2, MgO, Al 2 O 3 อยู่ในช่วง 0.1 - 1.0 S cm –1 ใกล้กับอุณหภูมิ liquidus ซึ่งต่ำกว่าค่าการนำไฟฟ้าของโลหะเหลวมาก (10 5 –10 7 ซม. –1). พลังงานกระตุ้นของการนำไฟฟ้าเกือบจะไม่ขึ้นกับอุณหภูมิในตะกรันพื้นฐาน แต่อาจลดลงเล็กน้อยเมื่ออุณหภูมิในการหลอมที่เป็นกรดเพิ่มขึ้น เนื่องจากการดีพอลิเมอไรเซชัน โดยปกติ ค่าจะอยู่ในช่วง 40–200 kJ / mol ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของการหลอม

ที่เนื้อหาสูง (มากกว่า 10%) ของเหล็กออกไซด์ (FeO, Fe 2 O 3) หรือออกไซด์อื่น ๆ ของโลหะทรานซิชัน (เช่น MnO, V 2 O 3, Cr 2 O 3) ลักษณะของการนำไฟฟ้าของ การเปลี่ยนแปลงของตะกรันเนื่องจากนอกเหนือไปจากการนำไอออนิกในตัวพวกเขาแล้วยังมีการนำไฟฟ้าส่วนสำคัญปรากฏขึ้น ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ของการนำไฟฟ้าในการหลอมดังกล่าวเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนหรือ "รู" ของอิเล็กตรอนตามกลไกการถ่ายทอดจากไอออนบวกของโลหะทรานซิชันที่มีความจุต่ำกว่าเป็นไอออนบวกที่มีความจุสูงกว่าผ่าน R-ออร์บิทัลของไอออนออกซิเจนที่อยู่ระหว่างอนุภาคเหล่านี้

การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่สูงมากในชุดค่าผสม Ме 2+ - O 2– - Me 3+ แม้จะมีความเข้มข้นค่อนข้างต่ำ แต่ค่าการนำไฟฟ้าของตะกรันก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ดังนั้นค่าสูงสุดของ æ สำหรับเหล็กละลายอย่างหมดจด FeO - Fe 2 O 3 สามารถเป็น

10 2 S · cm –1 ในขณะที่เหลือ ยังคงมีโลหะน้อยกว่ามาก

2.2.2 คำอธิบายขั้นตอนการติดตั้งและการวัดค่า

ในงานนี้ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของโซเดียมเตตระบอเรตหลอมเหลว Na 2 O 2B 2 O 3 ถูกกำหนดในช่วงอุณหภูมิ 700 - 800 ° C เพื่อขจัดภาวะแทรกซ้อนที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานของโลหะ - ส่วนต่อประสานอิเล็กโทรไลต์การศึกษาการนำไฟฟ้าจะต้องดำเนินการภายใต้สภาวะที่ความต้านทานของส่วนต่อประสานนั้นไม่สำคัญ ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้กระแสสลับความถี่สูงเพียงพอ (≈ 10 kHz) แทนกระแสตรง

แผนภาพวงจรไฟฟ้าของการติดตั้งแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 แผนภาพวงจรไฟฟ้าของการติดตั้งสำหรับวัดค่าการนำไฟฟ้าของตะกรัน:

ЗГ - เครื่องกำเนิดความถี่เสียง พีซี - คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลพร้อมการ์ดเสียง สารละลาย Yach และ Yach slag - เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่มีสารละลาย KCl หรือตะกรันตามลำดับ R et - ค่าความต้านทานอ้างอิงของค่าที่ทราบ

กระแสสลับจากเครื่องกำเนิดความถี่เสียงจะถูกส่งไปยังเซลล์ที่มีตะกรันและความต้านทานอ้างอิงของค่าที่ทราบซึ่งเชื่อมต่อเป็นอนุกรมด้วย การ์ดเสียง PC วัดแรงดันตกคร่อมเซลล์และความต้านทานอ้างอิง เนื่องจากกระแสที่ไหลผ่าน R et และ Yach เท่ากัน

(14.7)

โปรแกรมบริการติดตั้งห้องปฏิบัติการจะคำนวณ แสดงบนหน้าจอมอนิเตอร์ และเขียนค่าอัตราส่วนลงในไฟล์ ( r) ค่าแอมพลิจูดของกระแสสลับที่เอาต์พุตของเครื่องกำเนิดเสียง ( ยู hg) และบนเซลล์วัด ( ยูบาร์):

เมื่อรู้แล้ว ก็สามารถกำหนดความต้านทานของเซลล์ได้

ค่าคงที่ของเซลล์อยู่ที่ไหน

เพื่อกำหนด Kเซลล์ในการตั้งค่าการทดลองใช้เซลล์เสริมซึ่งคล้ายกับเซลล์ที่ตรวจสอบในแง่ของพารามิเตอร์ทางเรขาคณิต เซลล์ไฟฟ้าเคมีทั้งสองเป็นเรือคอรันดัมที่มีอิเล็กโทรไลต์ ในนั้น อิเล็กโทรดโลหะทรงกระบอกสองอันที่มีหน้าตัดและความยาวเท่ากัน ซึ่งอยู่ห่างจากกันและกันเท่ากัน จะถูกละไว้เพื่อให้แน่ใจว่าอัตราส่วนคงที่ (L / S) เอฟเอฟ

เซลล์ที่ตรวจสอบมี Na 2 O 2B 2 O 3 ที่หลอมเหลว และถูกวางในเตาให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 700 - 800 ° C เซลล์เสริมอยู่ที่อุณหภูมิห้องและเติมสารละลาย KCl ที่เป็นน้ำ 0.1 นิวตัน ซึ่งค่าการนำไฟฟ้าเท่ากับ 0.0112 S cm –1 การรู้ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายและการหาค่าความต้านทานไฟฟ้า (ดูสูตร 14.9)

เซลล์เสริม (

2.2.3 คำสั่งงาน

A. การทำงานโดยใช้ระบบการวัดตามเวลาจริง

ก่อนเริ่มการวัดต้องอุ่นเตาที่อุณหภูมิ 850 ° C ลำดับงานในการติดตั้งมีดังนี้:

1. หลังจากทำตามขั้นตอนการเริ่มต้นตามคำแนะนำบนหน้าจอมอนิเตอร์แล้ว ให้ปิดเตาอบ ใส่สวิตช์ "1 - ค่าความต้านทานอ้างอิง" ในตำแหน่ง "1 - Hi" แล้วปฏิบัติตามคำแนะนำเพิ่มเติม

2. หลังจากตัวบ่งชี้ "เปลี่ยน 2 - เป็น" โซลูชัน "ตำแหน่ง" ปรากฏขึ้นให้ดำเนินการและจนกว่าตัวบ่งชี้ "สลับ 2 - ไปที่ตำแหน่ง "ละลาย" ให้บันทึกค่าอัตราส่วนความต้านทานที่ปรากฏทุก ๆ 5 วินาที

3. ทำตามคำแนะนำที่สองและดูการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ทันทีที่อุณหภูมิต่ำกว่า 800 ° C คำสั่งจากแป้นพิมพ์ "Xs" ควรเปิดเอาต์พุตกราฟและทุกๆ 5 วินาทีจะบันทึกค่าอุณหภูมิและอัตราส่วนความต้านทาน

4. หลังจากที่ละลายได้เย็นลงที่อุณหภูมิต่ำกว่า 650 ° C ควรเริ่มต้นการวัดสำหรับนักเรียนคนที่สองที่ทำงานในการติดตั้งนี้ เปลี่ยน "1 - ค่าความต้านทานอ้างอิง" ไปที่ตำแหน่ง "2 - Lo" และจากนี้ไป นักเรียนคนที่สองจะเริ่มบันทึกค่าอุณหภูมิและอัตราส่วนความต้านทานทุกๆ 5 วินาที

5. เมื่อของเหลวหลอมเย็นลงที่อุณหภูมิ 500 ° C หรือค่าอัตราส่วนความต้านทานใกล้เคียงกับ 6 ควรหยุดการวัดโดยส่งคำสั่ง "Xe" จากแป้นพิมพ์ จากนี้ไป นักเรียนคนที่สองต้องย้ายสวิตช์ 2 ไปที่ตำแหน่ง 'วิธีแก้ปัญหา' และเขียนค่าอัตราส่วนความต้านทานสิบค่า

B. การทำงานกับข้อมูลที่เขียนลงในไฟล์ก่อนหน้านี้

หลังจากเปิดใช้งานโปรแกรม ข้อความเกี่ยวกับค่าความต้านทานอ้างอิงจะปรากฏขึ้นบนหน้าจอและค่าอัตราส่วนความต้านทานหลายค่า ( r) ของเซลล์สอบเทียบ หลังจากหาค่าเฉลี่ย ข้อมูลนี้จะช่วยให้คุณสามารถค้นหาค่าคงที่ของการตั้งค่าได้

จากนั้น ทุกๆ สองสามวินาที อัตราส่วนอุณหภูมิและความต้านทานสำหรับเซลล์การวัดจะปรากฏขึ้นบนหน้าจอ ข้อมูลนี้จะแสดงบนกราฟ

โปรแกรมจะยุติการทำงานโดยอัตโนมัติและส่งผลทั้งหมดไปยังพีซีของครู

2.2.4 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด

จากผลการวัด ให้กรอกตารางตามหัวข้อต่อไปนี้:

ตารางที่ 1. การพึ่งพาอุณหภูมิของการนำไฟฟ้าของ Na 2 O · 2B 2 O 3 ละลาย

ในตาราง สองคอลัมน์แรกจะถูกเติมหลังจากเปิดไฟล์ข้อมูล และคำนวณส่วนที่เหลือ ควรใช้เพื่อพล็อตการพึ่งพา ln () - 10 3 / T และใช้วิธีกำลังสองน้อยที่สุด (ฟังก์ชัน LINEST ใน OpenOffice.Calc) เพื่อกำหนดมูลค่าของพลังงานกระตุ้น กราฟควรแสดงเส้นตรงโดยประมาณ คุณควรสร้างกราฟของการนำไฟฟ้ากับอุณหภูมิด้วย ลำดับของการประมวลผลผลลัพธ์

1. ป้อนบันทึกผลการวัดลงในไฟล์สเปรดชีต

2. คำนวณค่าเฉลี่ยของอัตราส่วนความต้านทานสำหรับเซลล์สอบเทียบ

3. คำนวณค่าคงที่การตั้งค่า

4. สร้างกราฟการพึ่งพา r – tระบุและลบค่าป๊อปอัปด้วยสายตา หากมีจำนวนมากให้ใช้การเรียงลำดับ

5. คำนวณความต้านทานของเซลล์วัดค่าการนำไฟฟ้าของออกไซด์หลอมที่อุณหภูมิต่างกันลอการิทึมของการนำไฟฟ้าและอุณหภูมิสัมบูรณ์ผกผัน

ข 0 , ข 1 ของสมการที่ประมาณการพึ่งพาลอการิทึมของการนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิส่วนกลับกัน และคำนวณพลังงานกระตุ้น

7. สร้างกราฟของการพึ่งพาลอการิทึมของการนำไฟฟ้าบนอุณหภูมิซึ่งกันและกันบนแผ่นแยกต่างหากและให้ค่าการพึ่งพาอาศัยกันโดยประมาณ ผลการทดสอบ:

1. ในหนังสือสเปรดชีตที่ส่งเพื่อตรวจสอบ ข้อมูลต่อไปนี้ควรระบุไว้ในหน้าแรกชื่อ "ผลลัพธ์":

ก. ในเซลล์ "A1" - อุณหภูมิเริ่มต้น ในเซลล์ "B1" - หน่วยวัด

ค. ในเซลล์ "A3" - พลังงานกระตุ้นของการนำไฟฟ้า ในเซลล์ "B3" - หน่วยวัด

ง. ในเซลล์ "A4" - ปัจจัยก่อนเอกซ์โพเนนเชียลในสูตรสำหรับการพึ่งพาอุณหภูมิของการนำไฟฟ้าในเซลล์ "B4" - หน่วยวัด

อี เริ่มต้นด้วยเซลล์ "A5" ควรมีการกำหนดข้อสรุปเกี่ยวกับงานอย่างชัดเจน

ในเซลล์ A1-A4 ควรมีการอ้างอิงถึงเซลล์ในชีตอื่นของหนังสือสเปรดชีตที่ทำการคำนวณเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่นำเสนอ ไม่ใช่ค่าตัวเลขในตัวเอง! หากไม่เป็นไปตามข้อกำหนด โปรแกรมตรวจสอบจะแสดงข้อความ "ข้อผิดพลาดในการนำเสนอข้อมูล"

2. กราฟที่ออกแบบอย่างถูกต้องของการพึ่งพาลอการิทึมของการนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิส่วนกลับ ได้มาจากข้อมูลการทดลอง (จุด) และประมาณโดยพหุนาม (เส้น) บนแผ่นงานแยกต่างหากของสเปรดชีตที่มีลายเซ็นและการกำหนดที่จำเป็นทั้งหมด

คำถามควบคุม

1. อะไรเรียกว่าการนำไฟฟ้า?

2. อนุภาคใดเป็นตัวกำหนดค่าการนำไฟฟ้าของตะกรัน

3. ลักษณะการขึ้นกับอุณหภูมิของการนำไฟฟ้าของโลหะและออกไซด์หลอมเหลวขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างไร

4. อะไรเป็นตัวกำหนดค่าคงที่ของเซลล์และจะกำหนดได้อย่างไร

5. ทำไมคุณถึงต้องใช้ไฟฟ้ากระแสสลับในการพิจารณา?

6. พลังงานกระตุ้นของการนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างไร?

7. เซ็นเซอร์และอุปกรณ์ใดที่ใช้ในการติดตั้งห้องปฏิบัติการ ปริมาณทางกายภาพใดบ้างที่พวกเขาอนุญาตให้ลงทะเบียน?

8. ควรนำเสนอกราฟใด (ในพิกัดใด) ตามผลงาน?

9. ค่าทางกายภาพและทางเคมีที่ควรได้รับหลังจากประมวลผลข้อมูลหลักคืออะไร?

10. ตัดสินใจว่าจะทำการวัดใดก่อนการทดลอง ค่าใดที่บันทึกไว้ในระหว่างการทดลอง ข้อมูลใดที่อ้างถึงข้อมูลหลัก การประมวลผลที่ได้รับ และข้อมูลใดบ้างที่ได้รับในกรณีนี้

2.3 ศึกษาจลนพลศาสตร์ของการขจัดซัลเฟตของโลหะด้วยตะกรันบนแบบจำลองจำลอง (งานที่ 15)

2.3.1 ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับจลนพลศาสตร์ของการทำให้เป็นซัลเฟตของโลหะด้วยตะกรัน

สิ่งเจือปนของกำมะถันในเหล็ก ในปริมาณที่เกิน 0.005 wt % ลดคุณสมบัติทางกล, ไฟฟ้า, ป้องกันการกัดกร่อนและคุณสมบัติอื่น ๆ ลงอย่างมากทำให้ความสามารถในการเชื่อมของโลหะแย่ลงทำให้เกิดความเปราะบางสีแดงและเย็น ดังนั้นกระบวนการกำจัดซัลเฟตของเหล็กโดยเฉพาะอย่างยิ่งการดำเนินการกับตะกรันอย่างมีประสิทธิภาพจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับโลหะวิทยาคุณภาพสูง

การศึกษากฎจลนศาสตร์ของปฏิกิริยา การระบุกลไกและโหมดการไหล เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการควบคุมอัตราการกำจัดซัลเฟตอย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจาก ในสภาพจริงของหน่วยโลหะวิทยา การกระจายตัวของกำมะถันที่สมดุลระหว่างโลหะกับตะกรันมักจะไม่บรรลุผล

ไม่เหมือนกับสิ่งเจือปนอื่นๆ ในเหล็ก การเปลี่ยนผ่านของกำมะถันจากโลหะเป็นตะกรันเป็นกระบวนการรีดิวซ์ ไม่ใช่ออกซิเดชัน 1 [S] + 2e = (S 2-)

ซึ่งหมายความว่าสำหรับการไหลอย่างต่อเนื่องของกระบวนการแคโทดิก ซึ่งนำไปสู่การสะสมประจุบวกบนโลหะ จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนผ่านของอนุภาคอื่นๆ ไปพร้อม ๆ กัน ซึ่งสามารถบริจาคอิเล็กตรอนไปยังเฟสโลหะได้ กระบวนการขั้วบวกที่เกี่ยวข้องกันดังกล่าวอาจเป็นปฏิกิริยาออกซิเดชันของออกซิเจนแอนไอออนของตะกรันหรืออนุภาคของเหล็ก คาร์บอน แมงกานีส ซิลิกอน และสิ่งสกปรกอื่น ๆ ของโลหะ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของเหล็ก

2. (O 2–) = [O] + 2e,

3. = (เฟ 2+) + 2e,

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

เมื่อนำมารวมกัน กระบวนการ cathodic และกระบวนการขั้วบวกใดๆ ทำให้สามารถเขียนสมการปริมาณสัมพันธ์ของปฏิกิริยากำจัดซัลเฟตในรูปแบบต่อไปนี้ได้ ตัวอย่างเช่น

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

1-3. + [S] + (CaO) = (FeO) + (CaS) H = -485 kJ / โมล

นิพจน์ที่สอดคล้องกันสำหรับค่าคงที่สมดุลคือ

(15.1)

เห็นได้ชัดว่ากระบวนการที่เลือกและสิ่งที่คล้ายกันสามารถเกิดขึ้นได้พร้อมกัน จากความสัมพันธ์ (15.1) ระดับของ desulfurization ของโลหะที่อุณหภูมิคงที่คือ ค่าคงที่ของค่าคงที่สมดุลจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของออกซิเจนไอออนอิสระ (O 2-) เพิ่มขึ้นในออกไซด์ที่หลอมละลาย อันที่จริง การเติบโตของปัจจัยในตัวส่วนต้องได้รับการชดเชยด้วยการลดลงในปัจจัยอื่นเพื่อให้สอดคล้องกับค่าคงที่สมดุลที่ไม่เปลี่ยนแปลง โปรดทราบว่าเนื้อหาของไอออนออกซิเจนอิสระจะเพิ่มขึ้นด้วยการใช้ตะกรันที่อุดมด้วยแคลเซียมออกไซด์ที่มีพื้นฐานสูง จากการวิเคราะห์ความสัมพันธ์ (15.2) เราสามารถสรุปได้ว่าเนื้อหาของไอออนของเหล็ก (Fe 2+) ในการหลอมออกไซด์ควรมีค่าน้อยที่สุด กล่าวคือ ตะกรันควรมีปริมาณเหล็กออกไซด์ขั้นต่ำ การปรากฏตัวของ deoxidizers (Mn, Si, Al, C) ในโลหะยังเพิ่มความสมบูรณ์ของ desulfurization ของเหล็กเนื่องจากปริมาณของ (Fe 2+) และ [O] ลดลง

ปฏิกิริยา 1-2 มาพร้อมกับการดูดซับความร้อน (∆H> 0) ดังนั้น เมื่อกระบวนการดำเนินไป อุณหภูมิในหน่วยโลหะวิทยาจะลดลง ในทางตรงกันข้าม ปฏิกิริยา 1-3 จะมาพร้อมกับการปล่อยความร้อน (∆H<0) и, если она имеет определяющее значение, температура в агрегате будет повышаться.

ในคำอธิบายจลนศาสตร์ของการกำจัดซัลเฟต ควรพิจารณาขั้นตอนกระบวนการต่อไปนี้:

การส่งอนุภาคกำมะถันจากโลหะจำนวนมากไปยังส่วนต่อประสานกับตะกรันซึ่งเกิดขึ้นก่อนโดยการแพร่กระจายการพาความร้อนและใกล้กับส่วนต่อประสานโลหะกับตะกรันทันทีโดยการแพร่กระจายของโมเลกุล การกระทำทางไฟฟ้าเคมีของการเพิ่มอิเล็กตรอนไปยังอะตอมของกำมะถันและการก่อตัวของ S 2- anion; ซึ่งเป็นการดูดซับสารเคมี การกำจัดประจุลบของกำมะถันลงในปริมาตรของตะกรัน เนื่องจากการแพร่กระจายของโมเลกุลและการพาความร้อน

ระยะที่คล้ายกันเป็นลักษณะของระยะขั้วบวก โดยมีส่วนร่วมของ Fe, Mn, Si อะตอม หรือ O 2– แอนไอออน แต่ละขั้นตอนมีส่วนทำให้เกิดความต้านทานโดยรวมของกระบวนการกำจัดซัลเฟต แรงผลักดันของการไหลของอนุภาคผ่านความต้านทานที่ระบุจำนวนหนึ่งคือความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าเคมีของพวกมันในระบบตะกรันโลหะที่ไม่สมดุลหรือความแตกต่างในศักย์ไฟฟ้าจริงและสมดุลที่ส่วนต่อประสานซึ่งเป็นสัดส่วนที่เรียกว่า แรงดันไฟเกิน .

ความเร็วของกระบวนการที่ประกอบด้วยขั้นตอนต่อเนื่องกันจำนวนหนึ่งถูกกำหนดโดยการมีส่วนร่วมของเวทีที่มีการต่อต้านสูงสุด - จำกัดเวที. ขึ้นอยู่กับกลไกของระยะการจำกัดอัตรา หนึ่งพูดถึงโหมดการแพร่กระจายหรือจลนศาสตร์ของปฏิกิริยา หากขั้นตอนที่มีกลไกการไหลต่างกันมีความต้านทานเท่ากัน แสดงว่าโหมดปฏิกิริยาผสม ความต้านทานของแต่ละขั้นตอนขึ้นอยู่กับลักษณะและคุณสมบัติของระบบอย่างมาก ความเข้มข้นของรีเอเจนต์ ความเข้มข้นของการผสมเฟส และอุณหภูมิ ตัวอย่างเช่น อัตราการกระทำไฟฟ้าเคมีของการลดกำมะถันถูกกำหนดโดยมูลค่าของกระแสแลกเปลี่ยน

(15.3)

ที่ไหน วี- ฟังก์ชั่นอุณหภูมิ ค[ทราย ค(S 2-) - ความเข้มข้นของกำมะถันในโลหะและตะกรัน α - สัมประสิทธิ์การถ่ายโอน

อัตราการส่งกำมะถันไปยังขอบเขตเฟสถูกกำหนดโดยกระแสการแพร่กระจายที่ จำกัด ของอนุภาคเหล่านี้

ที่ไหน ดี[S] คือสัมประสิทธิ์การแพร่ของกำมะถัน β คือค่าคงที่การพาความร้อนที่กำหนดโดยความเข้มของการพาความร้อนในการหลอม ซึ่งเป็นสัดส่วนกับรากที่สองของความเร็วเชิงเส้นของการพาความร้อนในของเหลว

ข้อมูลการทดลองที่มีอยู่ระบุว่าภายใต้สภาวะปกติของการพาของหลอมเหลว การกระทำทางไฟฟ้าเคมีของการปลดปล่อยไอออนของกำมะถันดำเนินไปอย่างรวดเร็ว กล่าวคือ การกำจัดซัลเฟอร์ไดออกไซด์นั้นส่วนใหญ่ยับยั้งโดยการแพร่กระจายของอนุภาคในโลหะหรือตะกรัน อย่างไรก็ตาม ด้วยความเข้มข้นของกำมะถันในโลหะที่เพิ่มขึ้น ปัญหาในการแพร่กระจายจะลดลง และโหมดกระบวนการสามารถเปลี่ยนเป็นจลนศาสตร์ได้ นอกจากนี้ยังอำนวยความสะดวกโดยการเพิ่มคาร์บอนลงในเหล็กเพราะ การปล่อยไอออนออกซิเจนที่ส่วนต่อประสานของโลหะคาร์บอน - ตะกรันเกิดขึ้นพร้อมกับการยับยั้งจลนศาสตร์ที่สำคัญ

ควรระลึกไว้เสมอว่าแนวคิดทางไฟฟ้าเคมีของปฏิกิริยาของโลหะกับอิเล็กโทรไลต์ทำให้สามารถชี้แจงกลไกของกระบวนการเพื่อทำความเข้าใจในรายละเอียดเกี่ยวกับปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้น ในเวลาเดียวกัน สมการง่าย ๆ ของจลนพลศาสตร์ที่เป็นทางการยังคงความสมเหตุสมผลของมันไว้ได้อย่างเต็มที่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สำหรับการวิเคราะห์คร่าวๆ ของผลการทดลองที่ได้รับโดยมีข้อผิดพลาดที่สำคัญ สมการของอัตราการเกิดปฏิกิริยา 1-3 สามารถเขียนได้ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด:

ที่ไหน kฉและ k r - อัตราคงที่ของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับ อัตราส่วนนี้จะเป็นจริงหากสารละลายของกำมะถันในเหล็กและแคลเซียมซัลไฟด์และวูสไทต์ในตะกรันสามารถพิจารณาได้ว่าเจือจางอย่างไม่สิ้นสุดและลำดับปฏิกิริยาสำหรับรีเอเจนต์เหล่านี้ใกล้เคียงกับเอกภาพ เนื้อหาของรีเอเจนต์ที่เหลือของปฏิกิริยาที่พิจารณานั้นสูงมากจนเวลาการโต้ตอบทั้งหมดยังคงที่ในทางปฏิบัติและสามารถรวมความเข้มข้นของพวกมันไว้ในค่าคงที่ได้ kฉและ k r

ในทางกลับกัน หากกระบวนการกำจัดซัลเฟตอยู่ไกลจากสภาวะสมดุล อัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับก็สามารถละเลยได้ จากนั้นอัตราการเกิดซัลเฟตควรเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของกำมะถันในโลหะ รายละเอียดของข้อมูลการทดลองรุ่นนี้สามารถตรวจสอบได้โดยการตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างลอการิทึมของอัตราการขจัดซัลเฟตกับลอการิทึมของความเข้มข้นของกำมะถันในโลหะ หากความสัมพันธ์นี้เป็นเส้นตรง และความชันของการพึ่งพาอาศัยกันควรใกล้เคียงกับความสามัคคี นี่คือการโต้แย้งที่สนับสนุนโหมดการแพร่กระจายของกระบวนการ

2.3.2 แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการ

ความเป็นไปได้ของขั้นตอนขั้วบวกหลายขั้นตอนทำให้คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการกำจัดซัลเฟตของเหล็กที่มีสิ่งสกปรกจำนวนมากซับซ้อนขึ้นอย่างมาก ในเรื่องนี้ มีการแนะนำการทำให้เข้าใจง่ายขึ้นในแบบจำลอง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จลนศาสตร์

สำหรับครึ่งปฏิกิริยาของการเปลี่ยนแปลงของธาตุเหล็กและออกซิเจน ในการเชื่อมต่อกับข้อจำกัดที่นำมาใช้ในการควบคุมการแพร่กระจาย อัตราส่วนจะดูง่ายกว่ามาก:

(15.7)

ตามเงื่อนไขของอิเล็กโตรนิวตริลิตีในกรณีที่ไม่มีกระแสจากแหล่งภายนอก ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสสำหรับปฏิกิริยาครึ่งอิเล็กโทรดแต่ละอิเล็กโทรดจะแสดงโดยความสัมพันธ์ที่เรียบง่าย:

ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าเกินของอิเล็กโทรด () ถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของผลิตภัณฑ์ที่สอดคล้องกันของกิจกรรมและค่าคงที่สมดุลสำหรับปฏิกิริยา 1-2 และ 1-3:

อนุพันธ์เวลาของความเข้มข้นของกำมะถันในโลหะถูกกำหนดโดยกระแสของปฏิกิริยาครึ่งอิเล็กโทรดแรกตามสมการ:

(15.12)

ที่นี่ ผม 1 , ผม 2 - ความหนาแน่นกระแสของกระบวนการอิเล็กโทรด, η 1, η 2 - โพลาไรซ์, ผม n - จำกัดกระแสการแพร่กระจายของอนุภาค ј - พันธุ์นั้น ผม o คือกระแสแลกเปลี่ยนของสเตจจลนศาสตร์ ค[s] คือความเข้มข้นของกำมะถันในโลหะ α คือสัมประสิทธิ์การถ่ายเท, P, K p คือผลคูณของกิจกรรมและค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยากำจัดซัลเฟต ส- พื้นที่ของส่วนต่อประสานโลหะตะกรัน วีฉันคือปริมาตรของโลหะ ตู่- อุณหภูมิ, F- ค่าคงที่ฟาราเดย์ Rเป็นค่าคงที่แก๊สสากล

ตามกฎของจลนพลศาสตร์ไฟฟ้าเคมี นิพจน์ (15.6) คำนึงถึงการยับยั้งการแพร่กระจายของไอออนของเหล็กในตะกรัน เนื่องจากเมื่อพิจารณาจากข้อมูลการทดลองแล้ว ขั้นตอนการปลดปล่อยไอออนไนซ์ของอนุภาคเหล่านี้ไม่ได้จำกัดอยู่ การแสดงออก (15.5) เป็นการชะลอการแพร่กระจายของอนุภาคกำมะถันในตะกรันและโลหะ เช่นเดียวกับการหน่วงของการแตกตัวเป็นไอออนของกำมะถันที่ส่วนต่อประสาน

การรวมนิพจน์ (15.6 - 15.12) เป็นไปได้ด้วยวิธีการเชิงตัวเลขเพื่อให้ได้ความเข้มข้นของกำมะถันในโลหะตรงเวลาสำหรับเงื่อนไขที่เลือก

พารามิเตอร์ต่อไปนี้ถูกใช้ในโมเดล:

3)
กระแสแลกเปลี่ยนไอออนซัลเฟอร์:

4) ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยากำจัดซัลเฟต ( ถึงร):

5) อัตราส่วนของพื้นที่ส่วนต่อประสานกับปริมาตรของโลหะ

7) ค่าคงที่การพาความร้อน (β):

แบบจำลองนี้ทำให้สามารถวิเคราะห์อิทธิพลของปัจจัยที่ระบุไว้ต่ออัตราและความสมบูรณ์ของการแยกก๊าซซัลเฟอร์ไดเซชัน รวมทั้งการประเมินการมีส่วนร่วมของการแพร่กระจายและการยับยั้งจลนศาสตร์ต่อความต้านทานรวมของกระบวนการ

2.3.3 ขั้นตอนการทำงาน

รูปภาพที่สร้างโดยโปรแกรมจำลองจะแสดงในรูปที่ ... ในส่วนบนของแผงจะแสดงค่าตัวเลขที่เลือกของค่าที่วัดได้ กราฟจะแสดงค่าทั้งหมดที่ได้รับระหว่างการจำลองกระบวนการ ในการกำหนดส่วนประกอบของโลหะและตะกรันหลอม มีการใช้สัญญาณเพิ่มเติมในวรรณคดีเกี่ยวกับหัวข้อทางโลหะวิทยา วงเล็บเหลี่ยมหมายถึงส่วนประกอบของโลหะหลอมและวงเล็บกลม - ถึงตะกรัน สัญลักษณ์ส่วนประกอบใช้สำหรับการพล็อตเท่านั้นและไม่ควรนำมาพิจารณาเมื่อแปลค่า ในระหว่างการทำงานของโมเดล ในช่วงเวลาใดก็ตาม ระบบจะแสดงเฉพาะค่าของค่าที่วัดได้เพียงค่าใดค่าหนึ่งเท่านั้น หลังจาก 6 วินาที ค่านั้นจะหายไปและค่าถัดไปจะปรากฏขึ้น ในช่วงเวลานี้จำเป็นต้องมีเวลาเขียนค่าต่อไป เพื่อเป็นการประหยัดเวลา ขอแนะนำว่าอย่าเขียนตัวเลขคงที่ เช่น หน่วยนำหน้าในค่าอุณหภูมิ

ห้านาทีหลังจากเริ่มการวัดโดยนาฬิกาที่มุมบนขวาของแผงการตั้งค่า โดยการกดปุ่ม และ [No.] พร้อมกัน โดยที่ No. คือหมายเลขการตั้งค่า จะเพิ่มความเร็วในการกวนเฟส

2.3.4 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด

ตารางผลการวัดที่สร้างโดยโปรแกรมจำลองควรเสริมด้วยคอลัมน์จากการคำนวณต่อไปนี้:

ตารางที่ 1. ผลการประมวลผลทางสถิติของข้อมูลทดลอง

ในตารางในคอลัมน์แรก ให้คำนวณเวลาตั้งแต่เริ่มต้นกระบวนการเป็นนาที

การประมวลผลเพิ่มเติมจะดำเนินการหลังจากการสร้างกราฟิก - ในขั้นตอนแรกของการประมวลผล ควรสร้างกราฟของอุณหภูมิเทียบกับเวลา และควรประมาณช่วงของข้อมูลเมื่อการเปลี่ยนแปลงของกำมะถันมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของธาตุเหล็กเป็นหลัก ในช่วงนี้ พื้นที่สองแห่งที่มีความเร็วการผสมเท่ากันจะแยกความแตกต่าง และหาค่าสัมประสิทธิ์ของพหุนามที่ใกล้เคียงโดยใช้วิธีกำลังสองน้อยที่สุด:

ซึ่งตามมาจากสมการ (15.5) ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด การเปรียบเทียบค่าสัมประสิทธิ์ที่ได้รับจะสรุปเกี่ยวกับโหมดของกระบวนการและระดับของวิธีการของระบบกับสภาวะสมดุล โปรดทราบว่าไม่มีการสกัดกั้นในสมการ (15.13)

เพื่อแสดงผลลัพธ์ของการทดลอง กราฟแสดงการพึ่งพาความเข้มข้นของกำมะถันตรงเวลาและอัตราการขจัดซัลเฟตต่อความเข้มข้นของแคลเซียมซัลไฟด์ในตะกรัน

ลำดับของการประมวลผลผลลัพธ์

2. คำนวณอัตราของกระบวนการกำจัดซัลเฟตจากความเข้มข้นของกำมะถันในโลหะ ลอการิทึมของอัตรา และความเข้มข้นของกำมะถัน

3. สร้างกราฟอุณหภูมิในหน่วยเทียบกับเวลา มวลของตะกรันเทียบกับเวลา อัตราและเวลาในการกำจัดซัลเฟต และลอการิทึมของอัตราการขจัดซัลเฟตเทียบกับลอการิทึมของความเข้มข้นของกำมะถัน

4. ใช้วิธีกำลังสองน้อยที่สุด ให้ประมาณการแยกต่างหากสำหรับอัตราการผสมที่แตกต่างกันของลักษณะจลนศาสตร์ของกระบวนการกำจัดซัลเฟตตามสมการ () และลำดับของปฏิกิริยาในแง่ของความเข้มข้นของกำมะถัน

ผลการทดสอบ:

1. กราฟที่ออกแบบอย่างถูกต้องของการพึ่งพาความเร็วของกระบวนการกำจัดซัลเฟตและลอการิทึมของค่านี้ตรงเวลาบนสเปรดชีตแยกต่างหากพร้อมลายเซ็นที่จำเป็นทั้งหมด

2. ค่าของลักษณะจลนศาสตร์ของกระบวนการกำจัดซัลเฟตในทุกรูปแบบของกระบวนการ โดยระบุขนาด (และข้อผิดพลาด)

3. สรุปผลงาน

คำถามควบคุม

1. เงื่อนไขใดที่จำเป็นสำหรับการทำให้โลหะมีซัลเฟตที่สมบูรณ์ที่สุดด้วยตะกรัน?

2. กระบวนการขั้วบวกแบบใดที่สามารถควบคู่ไปกับการกำจัดกำมะถัน?

3. ขั้นตอนของกระบวนการเปลี่ยนกำมะถันผ่านอินเทอร์เฟซคืออะไร?

4. ในกรณีใดบ้างที่โหมดการแพร่กระจายหรือการกำจัดซัลเฟอร์ไดออกไซด์จลนศาสตร์ถูกนำมาใช้?

5. ลำดับงานเป็นอย่างไร?

2.4 การศึกษาอุณหพลศาสตร์ของกระบวนการแยกตัวของคาร์บอเนตธรรมชาติ (งานที่ 16)

2.4.1 กฎหมายทั่วไปของการแยกตัวของคาร์บอเนต

เทอร์โมแกรมเป็นการพึ่งพาเวลาของอุณหภูมิของตัวอย่าง วิธีเทอร์โมกราฟิกเพื่อศึกษากระบวนการสลายตัวด้วยความร้อนของสารแพร่หลายหลังจากค้นพบลักษณะเฉพาะของการพึ่งพาดังกล่าว: "การหยุดอุณหภูมิ" และ "พื้นที่อุณหภูมิเอียง"

1.4

รูปที่ 3 ภาพประกอบเทอร์โมแกรม:

เส้นประ - เทอร์โมแกรมของตัวอย่างอ้างอิงสมมุติฐานซึ่งไม่เกิดความแตกแยก เส้นทึบคือตัวอย่างจริงที่มีการแตกตัวแบบสองขั้นตอน

นี่คือลักษณะเฉพาะของการพึ่งพาอาศัยกัน ซึ่งในช่วงเวลาหนึ่ง () อุณหภูมิจะคงที่ (T = const) หรือเพิ่มขึ้นเล็กน้อย (T) ในอัตราคงที่ (T /) การใช้ความแตกต่างทางตัวเลขหรือกราฟิกทำให้สามารถระบุช่วงเวลาและอุณหภูมิของจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการหยุดอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำ

ในงานห้องปฏิบัติการที่เสนอ การพึ่งพาอาศัยกันดังกล่าวได้มาจากการให้ความร้อนอย่างต่อเนื่องของวัสดุแคลไซต์ตามธรรมชาติ ซึ่งส่วนประกอบหลักคือแคลเซียมคาร์บอเนต หินที่ประกอบด้วยแคลไซต์เป็นส่วนใหญ่เรียกว่าหินปูน หินปูนใช้ในปริมาณมากในโลหะวิทยา

อันเป็นผลมาจากการเผา (การอบชุบด้วยความร้อน) ของหินปูนโดยปฏิกิริยาดูดความร้อน

CaCO 3 = CaO + CO 2

รับปูนขาว (CaO) - ส่วนประกอบที่จำเป็นของตะกรันละลาย กระบวนการนี้ดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของทั้งหินปูนและปูนขาว เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าคาร์บอเนตและออกไซด์ที่เกิดขึ้นจากพวกมันนั้นแทบจะไม่ละลายซึ่งกันและกัน ดังนั้น ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาจึงเป็นเฟสของแข็งและก๊าซชนิดใหม่ นิพจน์สำหรับค่าคงที่สมดุล โดยทั่วไปมีรูปแบบดังนี้

ที่นี่ เอ- กิจกรรมของรีเอเจนต์ที่เป็นของแข็ง - ความดันบางส่วนของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาแก๊ส ในทางโลหะวิทยา หินอีกชนิดหนึ่งที่เรียกว่าโดโลไมต์ก็ใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นกัน ส่วนใหญ่ประกอบด้วยแร่ธาตุที่มีชื่อเดียวกัน ซึ่งเป็นเกลือคู่ของกรดคาร์บอนิก CaMg (CO 3) 2

แคลไซต์เช่นเดียวกับแร่ธรรมชาติใด ๆ พร้อมด้วยองค์ประกอบหลักประกอบด้วยสิ่งสกปรกหลากหลายปริมาณและองค์ประกอบซึ่งขึ้นอยู่กับการสะสมของแร่ธาตุธรรมชาติและแม้แต่ในพื้นที่ขุดเฉพาะ ความหลากหลายของสารประกอบเจือปนมีมากจนจำเป็นต้องจำแนกตามลักษณะสำคัญบางประการในกรณีนี้หรือกรณีนั้น สำหรับการวิเคราะห์ทางอุณหพลศาสตร์ คุณลักษณะที่สำคัญคือความสามารถของสิ่งเจือปนในการสร้างสารละลายด้วยรีเอเจนต์ เราจะถือว่าไม่มีสิ่งเจือปนในแร่ซึ่งในช่วงของสภาวะที่ศึกษา (ความดันและอุณหภูมิ) ทำปฏิกิริยาเคมีระหว่างกันหรือกับส่วนประกอบหลักหรือผลิตภัณฑ์จากการสลายของแร่ ในทางปฏิบัติเงื่อนไขนี้ไม่สมบูรณ์เนื่องจากตัวอย่างเช่นคาร์บอเนตของโลหะอื่น ๆ อาจมีอยู่ในแคลไซต์ แต่จากมุมมองของการวิเคราะห์เพิ่มเติมการพิจารณาปฏิกิริยาเหล่านี้จะไม่ให้ข้อมูลใหม่ แต่จะซับซ้อนโดยไม่จำเป็น การวิเคราะห์.

สิ่งเจือปนอื่น ๆ ทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม:

1. สิ่งเจือปนสร้างสารละลายด้วยแคลเซียมคาร์บอเนต แน่นอนว่าสิ่งเจือปนดังกล่าวจะต้องนำมาพิจารณาในการวิเคราะห์ทางอุณหพลศาสตร์และส่วนใหญ่แล้วในการวิเคราะห์จลนศาสตร์ของกระบวนการ

2. สิ่งเจือปนที่ละลายในผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา - ออกไซด์ วิธีแก้ปัญหาสำหรับการพิจารณาสิ่งเจือปนประเภทนี้ขึ้นอยู่กับความเร็วในการละลายในผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาของแข็งและปัญหาที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดของการกระจายตัวของการรวมตัวของสิ่งเจือปนประเภทนี้ หากสิ่งเจือปนมีขนาดค่อนข้างใหญ่ และการละลายเกิดขึ้นช้า ก็ไม่ควรนำมาพิจารณาในการวิเคราะห์ทางเทอร์โมไดนามิกส์

3. สิ่งเจือปนที่ไม่ละลายในคาร์บอเนตดั้งเดิมและผลิตภัณฑ์จากการสลายตัว ไม่ควรนำสิ่งเจือปนเหล่านี้มาพิจารณาในการวิเคราะห์ทางอุณหพลศาสตร์ ราวกับว่าไม่มีอยู่จริงเลย ในบางกรณีอาจส่งผลต่อจลนพลศาสตร์ของกระบวนการ

ในเวอร์ชันที่ง่ายที่สุด (คร่าวๆ) ของการวิเคราะห์ อนุญาตให้รวมสิ่งเจือปนทั้งหมดที่เป็นประเภทเดียวกันและพิจารณาว่าเป็นส่วนประกอบทั่วไปบางส่วน บนพื้นฐานนี้ เราแยกองค์ประกอบสามส่วน: B1, B2 และ B3 ระยะก๊าซของระบบอุณหพลศาสตร์ที่พิจารณาแล้วควรอภิปรายด้วย ในงานห้องปฏิบัติการ กระบวนการแยกตัวจะดำเนินการในการติดตั้งแบบเปิดที่สื่อสารกับบรรยากาศของห้อง ในกรณีนี้ความดันรวมในระบบอุณหพลศาสตร์จะคงที่และเท่ากับหนึ่งบรรยากาศและในเฟสก๊าซมีผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาก๊าซ - คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และส่วนประกอบของสภาพแวดล้อมในอากาศทำให้ง่ายขึ้น - ออกซิเจนและไนโตรเจน อย่างหลังไม่มีปฏิสัมพันธ์กับส่วนประกอบอื่นๆ ของระบบ ดังนั้น ในกรณีที่อยู่ระหว่างการพิจารณา ออกซิเจนและไนโตรเจนนั้นแยกไม่ออก และต่อไปนี้เราจะเรียกพวกมันว่าองค์ประกอบก๊าซที่เป็นกลาง B

จุดหยุดอุณหภูมิและไซต์มีคำอธิบายทางอุณหพลศาสตร์ ด้วยองค์ประกอบที่ทราบกันดีของเฟส สามารถทำนายอุณหภูมิการหยุดได้โดยวิธีทางอุณหพลศาสตร์ ปัญหาผกผันสามารถแก้ไขได้ด้วยอุณหภูมิที่ทราบองค์ประกอบของเฟสสามารถกำหนดได้ ไว้สำหรับในการศึกษานี้

ตัวหยุดอุณหภูมิและแพลตฟอร์มสามารถใช้งานได้ก็ต่อเมื่อตรงตามข้อกำหนดบางประการสำหรับจลนศาสตร์ของกระบวนการ เป็นเรื่องปกติที่จะคาดหวังว่าสิ่งเหล่านี้เป็นข้อกำหนดสำหรับองค์ประกอบเฟสที่สมดุลในทางปฏิบัติที่บริเวณที่เกิดปฏิกิริยาและการไล่ระดับเล็กน้อยในชั้นการแพร่กระจาย การปฏิบัติตามเงื่อนไขดังกล่าวเป็นไปได้หากอัตราของกระบวนการไม่ได้ควบคุมโดยปัจจัยภายใน (ความต้านทานการแพร่กระจายและความต้านทานของปฏิกิริยาเคมีเอง) แต่โดยปัจจัยภายนอก - โดยอัตราการจ่ายความร้อนไปยังบริเวณที่เกิดปฏิกิริยา นอกเหนือจากโหมดพื้นฐานของปฏิกิริยาต่างกันที่กำหนดไว้ในเคมีกายภาพ: จลนศาสตร์และการแพร่กระจาย กระบวนการนี้เรียกว่าความร้อน

โปรดทราบว่าระบบการระบายความร้อนของกระบวนการแยกตัวในเฟสของแข็งเป็นไปได้เนื่องจากลักษณะเฉพาะของปฏิกิริยาซึ่งต้องใช้ความร้อนจำนวนมากและในขณะเดียวกันก็ไม่มีขั้นตอนในการจัดหาสารเริ่มต้น ไปยังบริเวณที่เกิดปฏิกิริยา (ตั้งแต่เกิดการสลายตัวของสารหนึ่งตัว) และการกำจัดผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่เป็นของแข็งออกจากการแยกเฟสของขอบเขต (เนื่องจากขอบเขตนี้เคลื่อนที่) ยังคงมีเพียงสองขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับการแพร่กระจาย: การกำจัด CO2 ผ่านเฟสของก๊าซ (เห็นได้ชัดว่ามีความต้านทานต่ำมาก) และการแพร่กระจายของ CO2 ผ่านออกไซด์ซึ่งอำนวยความสะดวกอย่างมากโดยการแตกของออกไซด์ที่เติมปริมาตรที่คาร์บอนมอนอกไซด์ถูกครอบครองก่อนหน้านี้

พิจารณาระบบเทอร์โมไดนามิกที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหยุดอุณหภูมิ อันดับแรก ให้เราถือว่าไม่มีสิ่งเจือปนในคาร์บอเนตประเภทที่หนึ่งและสอง เราจะคำนึงถึงการมีอยู่ของสิ่งเจือปนประเภทที่สามที่เป็นไปได้ แต่เพื่อแสดงให้เห็นว่าไม่สามารถทำได้ สมมุติว่าตัวอย่างของแคลไซต์ที่เป็นผงที่ตรวจสอบแล้วประกอบด้วยอนุภาคทรงกลมเหมือนกันที่มีรัศมี r 0. เราวาดขอบเขตของระบบอุณหพลศาสตร์ที่ระยะห่างหนึ่งจากพื้นผิวของอนุภาคแคลไซต์ตัวหนึ่ง ซึ่งมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับรัศมีของมัน ดังนั้นเราจึงรวมปริมาตรของเฟสของแก๊สไว้ในระบบ

ระบบที่อยู่ระหว่างการพิจารณาประกอบด้วยสาร 5 ชนิด ได้แก่ CaO, CaCO3, B3, CO2, B และสารบางตัวมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเดียว สารเหล่านี้แบ่งออกเป็นสี่ขั้นตอน: CaO, CaCO3, B3, เฟสก๊าซซึ่งแต่ละเฟสมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าโดยธรรมชาติของคุณสมบัติต่าง ๆ และแยกออกจากเฟสอื่นด้วยอินเทอร์เฟซที่มองเห็นได้ (อย่างน้อยก็ภายใต้กล้องจุลทรรศน์) ความจริงที่ว่าเฟส B3 ถูกแสดงโดยส่วนใหญ่โดยอนุภาคที่กระจายตัวจำนวนมากจะไม่เปลี่ยนการวิเคราะห์ - อนุภาคทั้งหมดมีคุณสมบัติเหมือนกันจริงและสามารถถือเป็นเฟสเดียว แรงดันภายนอกมีค่าคงที่ ดังนั้นจึงมีตัวแปรภายนอกเพียงตัวเดียว - อุณหภูมิ ดังนั้นเงื่อนไขทั้งหมดสำหรับการคำนวณจำนวนองศาอิสระ ( กับ) ถูกกำหนด: กับ = (5 – 1) + 1 – 4 = 1.

ค่าที่ได้รับหมายความว่าเมื่ออุณหภูมิ (พารามิเตอร์หนึ่งตัว) เปลี่ยนแปลง ระบบจะย้ายจากสถานะสมดุลหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง และจำนวนและลักษณะของเฟสจะไม่เปลี่ยนแปลง พารามิเตอร์ของสถานะของระบบจะเปลี่ยนไป: อุณหภูมิและความดันสมดุลของคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซเป็นกลาง B ( ตู่ , พี CO2 , พี่บี).

พูดอย่างเคร่งครัดแล้ว สิ่งที่กล่าวไว้นั้นไม่เป็นความจริงสำหรับอุณหภูมิใดๆ ที่ต่ำกว่าอุณหภูมิหยุดนิ่ง แต่สำหรับช่วงเวลาที่ปฏิกิริยาซึ่งในขั้นต้นเกิดขึ้นในระบอบจลนศาสตร์ ได้ผ่านเข้าสู่ระบบการระบายความร้อน และเราสามารถพูดถึงความใกล้ชิดของ พารามิเตอร์ของระบบเพื่อความสมดุล ที่อุณหภูมิต่ำกว่า ระบบจะไม่สมดุลอย่างมีนัยสำคัญ แต่สิ่งนี้ไม่ได้สะท้อนให้เห็นในลักษณะของการพึ่งพาอุณหภูมิตัวอย่างตรงเวลา

จากช่วงเริ่มต้นของการทดลอง - ที่อุณหภูมิห้อง ระบบอยู่ในสภาวะสมดุล แต่เพียงเพราะไม่มีสารในนั้นที่สามารถโต้ตอบได้ หมายถึงแคลเซียมออกไซด์ซึ่งภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ (ความดันบางส่วนของคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศอยู่ที่ประมาณ 310 -4 atm ความดันสมดุลคือ 10 –23 atm) อาจเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ ตามสมการไอโซเทอร์มของปฏิกิริยา เขียนโดยคำนึงถึงการแสดงออกของค่าคงที่สมดุล (16.1) ที่กิจกรรมของสารควบแน่นเท่ากับเอกภาพ:

การเปลี่ยนแปลงของพลังงานกิ๊บส์เป็นบวก ซึ่งหมายความว่าปฏิกิริยาควรดำเนินไปในทิศทางตรงกันข้าม แต่เป็นไปไม่ได้ เนื่องจากระบบแรกขาดแคลเซียมออกไซด์

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความยืดหยุ่นของการแตกตัว (ความดันสมดุลของ CO2 เหนือคาร์บอเนต) จะเพิ่มขึ้น จากสมการไอโซบาร์ดังนี้:

เนื่องจากผลทางความร้อนของปฏิกิริยามีค่ามากกว่าศูนย์

ที่อุณหภูมิประมาณ 520 องศาเซลเซียสเท่านั้นที่ปฏิกิริยาการแยกตัวจะกลายเป็นทางเทอร์โมไดนามิกส์ได้ แต่จะเริ่มต้นด้วยการหน่วงเวลาที่สำคัญ (ระยะฟักตัว) ที่จำเป็นสำหรับนิวเคลียสของเฟสออกไซด์ ในขั้นต้น ปฏิกิริยาจะดำเนินการในโหมดจลนศาสตร์ แต่เนื่องจากการเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติ ความต้านทานของขั้นจลนศาสตร์จะลดลงอย่างรวดเร็วเพื่อให้ปฏิกิริยาเข้าสู่โหมดความร้อน จากช่วงเวลานี้เองที่การวิเคราะห์ทางเทอร์โมไดนามิกที่กล่าวไว้ข้างต้นจะมีผล และอุณหภูมิของตัวอย่างจะเริ่มล้าหลังอุณหภูมิของตัวอย่างอ้างอิงสมมุติฐาน ซึ่งจะไม่เกิดการแตกตัว (ดูรูปที่ 3)

การวิเคราะห์ทางอุณหพลศาสตร์ที่พิจารณาแล้วจะยังคงใช้ได้จนถึงช่วงเวลาที่ความยืดหยุ่นของการแตกตัวถึง 1 atm ในกรณีนี้ คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกปล่อยอย่างต่อเนื่องบนพื้นผิวของตัวอย่างภายใต้ความดัน 1 atm มันแทนที่อากาศ และส่วนใหม่มาแทนที่จากตัวอย่าง ความดันของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ไม่สามารถเพิ่มขึ้นเกินหนึ่งบรรยากาศ เนื่องจากก๊าซจะไหลออกสู่บรรยากาศโดยรอบอย่างอิสระ

ระบบกำลังเปลี่ยนแปลงโดยพื้นฐาน เนื่องจากไม่มีอากาศในเฟสของก๊าซรอบๆ ตัวอย่างและมีส่วนประกอบน้อยกว่าหนึ่งองค์ประกอบในระบบ จำนวนองศาอิสระในระบบดังกล่าวด้วย = (4 - 1) + 1 - 4 = 0

ปรากฎว่ามีค่าเท่ากับศูนย์ และในขณะที่รักษาสมดุลไว้ พารามิเตอร์สถานะต่างๆ รวมถึงอุณหภูมิไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้

ตอนนี้เราสังเกตว่าข้อสรุปทั้งหมด (การคำนวณจำนวนองศาอิสระ ฯลฯ ) ยังคงใช้ได้หากเราไม่คำนึงถึงองค์ประกอบ B3 ซึ่งเพิ่มขึ้นทั้งจำนวนสารและจำนวนเฟสซึ่งร่วมกัน ชดเชย.

อุณหภูมิจะหยุดเมื่อความร้อนที่เข้ามาทั้งหมดถูกใช้ไปในกระบวนการแยกตัวเท่านั้น ระบบทำงานเป็นตัวควบคุมอุณหภูมิที่ดีมาก เมื่อการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยโดยไม่ได้ตั้งใจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ตรงกันข้ามในอัตราการแยกตัว ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิกลับเป็นค่าก่อนหน้า กฎข้อบังคับคุณภาพสูงอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าระบบดังกล่าวมีความเฉื่อยในทางปฏิบัติ

ในขณะที่กระบวนการแยกตัวพัฒนาขึ้น หน้าปฏิกิริยาจะเลื่อนลึกเข้าไปในตัวอย่าง ในขณะที่พื้นผิวของปฏิกิริยาจะลดลงและความหนาของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาของแข็งเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้การแพร่กระจายของคาร์บอนไดออกไซด์จากบริเวณที่เกิดปฏิกิริยาไปยังพื้นผิวตัวอย่างมีความซับซ้อน เริ่มจากช่วงเวลาหนึ่ง ระบบการระบายความร้อนของกระบวนการจะเปลี่ยนเป็นแบบผสม แล้วจึงกลายเป็นแบบกระจาย เมื่ออยู่ในโหมดผสมแล้ว ระบบจะไม่สมดุลอย่างมีนัยสำคัญ และข้อสรุปที่ได้จากการวิเคราะห์ทางอุณหพลศาสตร์จะสูญเสียความหมายในทางปฏิบัติ

เนื่องจากอัตราการแยกตัวลดลง ปริมาณความร้อนที่ต้องการจะลดลงมากจนส่วนหนึ่งของฟลักซ์ความร้อนที่เข้ามาจะเริ่มถูกใช้เพื่อให้ความร้อนแก่ระบบอีกครั้ง จากนี้ไป อุณหภูมิจะหยุด แม้ว่ากระบวนการแยกตัวจะดำเนินต่อไปจนกว่าคาร์บอเนตจะสลายตัวอย่างสมบูรณ์

เป็นการง่ายที่จะเดาว่าในกรณีที่ง่ายที่สุดที่พิจารณาแล้ว ค่าของอุณหภูมิหยุดสามารถหาได้จากสมการ

การคำนวณทางอุณหพลศาสตร์ตามสมการนี้โดยใช้ฐานข้อมูล TDHT ให้อุณหภูมิ 883 ° C สำหรับแคลไซต์บริสุทธิ์ และ 834 ° C สำหรับอาราโกไนต์บริสุทธิ์

ตอนนี้ขอทำให้การวิเคราะห์ซับซ้อนขึ้น ในระหว่างการแยกตัวของแคลไซต์ที่มีสิ่งเจือปนประเภทที่ 1 และ 2 เมื่อกิจกรรมของคาร์บอเนตและออกไซด์ไม่สามารถพิจารณาได้ว่าเท่ากับความสามัคคี เงื่อนไขที่สอดคล้องกันจะซับซ้อนมากขึ้น:

หากเราคิดว่าเนื้อหาของสิ่งเจือปนมีขนาดเล็กและสารละลายที่ได้นั้นถือได้ว่าเจือจางอย่างไม่สิ้นสุด สมการสุดท้ายสามารถเขียนได้ดังนี้:

โดยที่เศษส่วนโมลาร์ของสิ่งเจือปนที่สอดคล้องกันอยู่ที่ไหน

หากได้รับแผ่นอุณหภูมิแบบเอียงและอุณหภูมิทั้งสอง ( ตู่ 2 > ตู่ 1) เหนืออุณหภูมิหยุดสำหรับแคลเซียมคาร์บอเนตบริสุทธิ์ - เค พี (ตู่ 1)> 1 และ เค พี (ตู่ 2)> 1 แล้วมีเหตุผลที่จะสันนิษฐานว่าสิ่งเจือปนประเภทที่สองขาดหายไปหรือไม่มีเวลาละลาย () และประมาณความเข้มข้นของสิ่งเจือปนประเภทที่ 1 ในตอนเริ่มต้น

และเมื่อสิ้นสุดอุณหภูมิหยุด

สิ่งเจือปนของประเภทแรกควรสะสมในระดับหนึ่งในสารละลาย CaCO3 - B1 เนื่องจากปฏิกิริยาเคลื่อนที่ด้านหน้า ในกรณีนี้ ความชันของแท่นแสดงโดยอัตราส่วน:

โดยที่ 1 คือสัดส่วนขององค์ประกอบ B1 ที่กลับสู่เฟสเดิมเมื่อแยกออกมาในรูปแบบบริสุทธิ์ วี ส- ปริมาตรของแคลไซต์ วี C- อัตราการแยกตัวของคาร์บอเนต - ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาการแยกตัวที่อุณหภูมิหยุด r 0 คือรัศมีเริ่มต้นของอนุภาคแคลไซต์

โดยใช้ข้อมูลอ้างอิง สูตรนี้สามารถคำนวณได้ วี C- ความเร็วของสารละลาย

รีเนียมองค์ประกอบ B1 ในแคลไซต์

2.4.2 ไดอะแกรมการติดตั้งและขั้นตอนการทำงาน

งานศึกษาการแยกตัวของแคลเซียมคาร์บอเนตและโดโลไมต์ของเศษส่วนต่างๆ

การตั้งค่าการทดลองแสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 4 - แผนภาพการติดตั้งสำหรับศึกษาเทอร์โมแกรมของการแยกตัวของคาร์บอเนต:

1 - ท่อคอรันดัม, 2 - คาร์บอเนต, 3 - เทอร์โมคัปเปิล, 4 - เตาหลอม,

5 - ตัวแปลงอัตโนมัติ 6 - คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลพร้อมบอร์ด ADC

ท่อคอรันดัม (1) ที่มีเทอร์โมคัปเปิล (3) และตัวอย่างทดสอบของแคลเซียมคาร์บอเนต (2) ได้รับการติดตั้งในเตาเผา (4) ที่อุ่นไว้ที่ 1200 K มีการสังเกตเทอร์โมแกรมของตัวอย่างบนหน้าจอมอนิเตอร์ของคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล หลังจากผ่านส่วนไอโซเทอร์มอลแล้ว ให้ทำซ้ำการทดลองด้วยเศษคาร์บอเนตอีกส่วน เมื่อตรวจสอบโดโลไมต์ การให้ความร้อนจะดำเนินการจนกว่าจะตรวจพบอุณหภูมิหยุดสองครั้ง

เทอร์โมแกรมที่ได้รับจะแสดงในกราฟ "อุณหภูมิ - เวลา" เพื่อความสะดวกในการเปรียบเทียบ ควรแสดงเทอร์โมแกรมทั้งหมดบนกราฟเดียว ตามนั้น อุณหภูมิของการพัฒนาอย่างเข้มข้นของกระบวนการจะถูกกำหนด และเปรียบเทียบกับที่พบในการวิเคราะห์ทางอุณหพลศาสตร์ มีข้อสรุปเกี่ยวกับอิทธิพลของอุณหภูมิ ธรรมชาติของคาร์บอเนต ระดับของการกระจายตัวต่อธรรมชาติของเทอร์โมแกรม

2.4.3 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด

จากผลงานควรกรอกตารางต่อไปนี้:

ตารางที่ 1. ผลการศึกษากระบวนการแยกตัวของแคลเซียมคาร์บอเนต (โดโลไมต์)

สองคอลัมน์แรกเต็มไปด้วยค่าเมื่อคุณเปิดไฟล์ข้อมูล ควรคำนวณค่าสุดท้าย การปรับให้เรียบจะดำเนินการที่ห้าจุด การแยกความแตกต่างเชิงตัวเลขของข้อมูลที่ปรับให้เรียบจะดำเนินการด้วยความราบรื่นเพิ่มเติม และที่ห้าจุดด้วย จากผลงาน ควรสร้างไดอะแกรมการพึ่งพาแยกกันสองไดอะแกรม: t- และ d t/ d - t .

ค่าหยุดอุณหภูมิที่ได้รับ ( ที ส) ควรเปรียบเทียบกับค่าคุณลักษณะของแคลไซต์บริสุทธิ์ หากค่าที่สังเกตได้สูงกว่า ก็เป็นไปได้ที่จะประมาณเนื้อหาขั้นต่ำของสิ่งเจือปนประเภทแรกโดยประมาณตามสมการ (16.7) โดยถือว่าไม่มีสิ่งเจือปนประเภทที่สอง หากสังเกตพบความสัมพันธ์ที่ตรงกันข้าม เราสามารถสรุปได้ว่าสิ่งเจือปนประเภทที่สองมีผลกระทบหลักและประเมินเนื้อหาขั้นต่ำโดยที่ไม่มีสิ่งเจือปนในประเภทแรก สมการ (16.6) หมายความว่าในกรณีหลัง

ขอแนะนำให้คำนวณค่าคงที่สมดุลโดยใช้ฐานข้อมูล TDHT ตามวิธีการที่อธิบายไว้ในคู่มือ ในกรณีร้ายแรง คุณสามารถใช้สมการที่ประมาณการพึ่งพาการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกิ๊บส์ในปฏิกิริยาการแยกตัวของแคลเซียมคาร์บอเนตกับอุณหภูมิ:

จี 0 = บี 0 + บีหนึ่ง · ตู่ + บี 2 ตู่ 2 ,

รับค่าสัมประสิทธิ์เท่ากับ: บี 0 = 177820, J / โมล; บี 1 = -162.61, J / (โมล K), บี 3 = 0.00765, J · โมล -1 · K -2

บันทึก ... หากในหลักสูตร "ฟิสิกส์เคมี" นักเรียนไม่คุ้นเคยกับฐานข้อมูล TDHT และไม่ได้ทำการคำนวณที่เหมาะสมในชั้นเรียนภาคปฏิบัติ คุณควรใช้สมการชวาร์ตมัน-เทมกินและข้อมูลจากหนังสืออ้างอิง

ลำดับของการประมวลผลผลลัพธ์

1. ป้อนผลลัพธ์ของการบันทึกข้อมูลด้วยตนเองลงในไฟล์สเปรดชีต

2. ทำการปรับอุณหภูมิให้เรียบ

3. สร้างกราฟอุณหภูมิเทียบกับเวลาบนแผ่นงานแยกต่างหาก

4. ดำเนินการสร้างความแตกต่างของเวลาของค่าอุณหภูมิด้วยการทำให้เรียบ 5 จุด

5. สร้างกราฟการพึ่งพาอนุพันธ์ของอุณหภูมิในช่วงเวลาหนึ่งจากอุณหภูมิบนแผ่นแยกต่างหากเพื่อกำหนดลักษณะของไซต์

ผลการทดสอบ:

1. ในหนังสือสเปรดชีตที่ส่งเพื่อตรวจสอบ ข้อมูลต่อไปนี้ควรระบุไว้ในหน้าแรกชื่อ "ผลลัพธ์":

ก. ในเซลล์ "A1" - ค่าของการหยุดอุณหภูมิ (ค่าเฉลี่ยสำหรับแท่นเอียง) ในเซลล์ "B1" - หน่วยวัด

ข. ในเซลล์ "A2" - ระยะเวลาของการหยุดอุณหภูมิ ในเซลล์ "B2" - หน่วยวัด

ค. ในเซลล์ "A3" - ความชันของแท่นในเซลล์ "B3" - หน่วยวัด

ง. ในเซลล์ "A4" - ประเภทของสิ่งเจือปนหรือ "0" หากตรวจไม่พบสิ่งสกปรก

อี ในเซลล์ "A5" - เศษโมลของสิ่งเจือปน

ฉ เริ่มต้นด้วยเซลล์ "A7" ควรมีการกำหนดข้อสรุปเกี่ยวกับงานอย่างชัดเจน

ในเซลล์ A1, A3 และ A5 ควรมีการอ้างอิงถึงเซลล์ในชีตอื่นของหนังสือสเปรดชีตที่ทำการคำนวณเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่นำเสนอ ไม่ใช่ค่าตัวเลขในตัวเอง! หากไม่เป็นไปตามข้อกำหนด โปรแกรมตรวจสอบจะแสดงข้อความ "ข้อผิดพลาดในการนำเสนอข้อมูล"

2. กราฟที่จัดรูปแบบอย่างถูกต้องของอุณหภูมิกับการขึ้นกับเวลา อนุพันธ์ของอุณหภูมิกับเวลากับอุณหภูมิและอุณหภูมิอนุพันธ์เทียบกับเวลาในแผ่นงานแยกกันที่มีลายเซ็นและการกำหนดที่จำเป็นทั้งหมด

3. ค่าประมาณการอุณหภูมิหยุดและระยะเวลา

4. สรุปผลงาน

คำถามควบคุม

1. อะไรเป็นตัวกำหนดอุณหภูมิของการแตกตัวของคาร์บอเนตในอากาศ?

2. เหตุใดความยืดหยุ่นของการแยกตัวของคาร์บอเนตจึงเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

3. จำนวนองศาอิสระของระบบที่สร้างสมดุลระหว่างสาร CaO, CO 2, CaCO 3 คืออะไร?

4. ธรรมชาติของเทอร์โมแกรมจะเปลี่ยนไปอย่างไรหากผลิตภัณฑ์จากการแตกตัวเป็นสารละลายที่เป็นของแข็งกับสารดั้งเดิม

5. ปฏิกิริยาใดของปฏิกิริยาการแยกตัวของคาร์บอเนตที่สอดคล้องกับส่วนอุณหภูมิความร้อนของเทอร์โมแกรม?

6. ลักษณะของเทอร์โมแกรมจะเปลี่ยนไปอย่างไรในระหว่างการแยกตัวของโพลิดิสเพอร์เซดคาร์บอเนต?

7. อะไรคือความแตกต่างระหว่างเทอร์โมแกรมที่ได้รับที่ความดันรวม 101.3 kPa และ 50 kPa?

2.5 การศึกษาการพึ่งพาอุณหภูมิของความหนืดของออกไซด์หลอมเหลว (งานที่ 17)

2.5.1 ธรรมชาติของความต้านทานหนืดของออกไซด์ที่หลอมเหลว

ความหนืดเป็นหนึ่งในคุณสมบัติทางเคมีกายภาพที่สำคัญที่สุดของการหลอมละลายของตะกรัน มันมีผลอย่างมากต่อการเคลื่อนที่ในการแพร่กระจายของไอออน และด้วยเหตุนี้ต่อจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับตะกรัน อัตราของความร้อนและกระบวนการถ่ายเทมวลในหน่วยโลหะวิทยา การศึกษาอุณหภูมิขึ้นอยู่กับความหนืดของความหนืดนั้นให้ข้อมูลทางอ้อมเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงเชิงโครงสร้างในการหลอมออกไซด์ การเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ของแอนไอออนเชิงซ้อน องค์ประกอบและค่าความหนืดจึงขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของตะกรัน ตัวอย่างเช่น เพื่อเพิ่มความเข้มข้นของขั้นตอนการแพร่กระจายของปฏิกิริยารีดอกซ์ของโลหะและตะกรัน (desulfurization, dephosphorization ฯลฯ ) องค์ประกอบของตะกรันจะถูกเลือกเพื่อให้ความหนืดต่ำ ในทางตรงกันข้าม เพื่อป้องกันการถ่ายโอนไฮโดรเจนหรือไนโตรเจนไปยังเหล็กผ่านตะกรัน ตะกรันที่มีความหนืดเพิ่มขึ้นจะถูกนำออกจากเฟสของแก๊ส

ลักษณะเชิงปริมาณของความหนืดอย่างหนึ่งคือสัมประสิทธิ์ความหนืดไดนามิก (η) ซึ่งกำหนดเป็นสัมประสิทธิ์ของสัดส่วนในกฎความเสียดทานภายในของนิวตัน

ที่ไหน Fคือแรงเสียดทานภายในระหว่างของเหลวสองชั้นที่อยู่ติดกัน grad υ – การไล่ระดับความเร็ว, ส- พื้นที่ผิวสัมผัสของชั้น หน่วยวัดความหนืดไดนามิกใน SI: [η] = N · s / m 2 = Pa · s

เป็นที่ทราบกันว่าการไหลของของเหลวเป็นชุดของการกระโดดของอนุภาคไปยังตำแหน่งที่มั่นคงที่อยู่ติดกัน กระบวนการนี้มีอักขระการเปิดใช้งาน เพื่อให้เกิดการกระโดด อนุภาคจะต้องมีพลังงานเพียงพอเมื่อเปรียบเทียบกับค่าเฉลี่ย ต้องใช้พลังงานส่วนเกินในการทำลายพันธะเคมีของอนุภาคที่กำลังเคลื่อนที่และเพื่อสร้างช่องว่าง (โพรง) ในปริมาตรของการหลอมเหลวที่ผ่านเข้าไป เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น พลังงานเฉลี่ยของอนุภาคจะเพิ่มขึ้น และอนุภาคจำนวนมากขึ้นสามารถมีส่วนร่วมในการไหล ซึ่งทำให้ความหนืดลดลง จำนวนของอนุภาค "แอคทีฟ" ดังกล่าวจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิตามกฎการแจกแจงแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลของโบลซ์มันน์ ดังนั้นการพึ่งพาค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดต่ออุณหภูมิจึงมีรูปแบบเลขชี้กำลัง

โดยที่ η 0 คือสัมประสิทธิ์ที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเพียงเล็กน้อย อีη คือพลังงานกระตุ้นของการไหลหนืด มันแสดงลักษณะการจ่ายพลังงานจลน์ขั้นต่ำของโมลของอนุภาคแอคทีฟที่สามารถมีส่วนร่วมในการไหล

โครงสร้างของออกไซด์หลอมมีผลอย่างมากต่อค่าสัมประสิทธิ์ความหนืด ตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของไอออนภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า ในการไหลแบบหนืด อนุภาคของของเหลวทั้งหมดจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางของการเคลื่อนที่ตามลำดับ ระยะที่ยับยั้งได้มากที่สุดคือการเคลื่อนที่ของอนุภาคขนาดใหญ่ ซึ่งมีส่วนสำคัญต่อค่าของ η ส่งผลให้พลังงานกระตุ้นของการไหลหนืดมีมากกว่าค่าการนำไฟฟ้า ( อี η > อี).

ในตะกรันที่เป็นกรดที่มีออกไซด์ Si, P, B, ความเข้มข้นของแอนไอออนเชิงซ้อนขนาดใหญ่ในรูปแบบของโซ่, วงแหวน, เตตระเฮดราและโครงสร้างเชิงพื้นที่อื่น ๆ (เช่น

เป็นต้น). การปรากฏตัวของอนุภาคขนาดใหญ่จะเพิ่มความหนืดของการหลอมเนื่องจาก การเคลื่อนย้ายต้องใช้พลังงานมากกว่าขนาดเล็ก

การเพิ่มออกไซด์พื้นฐาน (CaO, MgO, MnO) ทำให้ความเข้มข้นของไอออนบวกอย่างง่าย (Ca 2+, Mg 2+, Mn 2+) ในตัวหลอมเหลวเพิ่มขึ้น แนะนำ О 2– แอนไอออนส่งเสริมการดีพอลิเมอไรเซชันของการหลอมเหลว การสลายตัวของแอนไอออนเชิงซ้อน ตัวอย่างเช่น

ส่งผลให้ความหนืดของตะกรันลดลง

ความหนืดของตะกรันโลหะสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในช่วงที่ค่อนข้างกว้าง (0.01 - 1 Pa · s) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและองค์ประกอบ ค่าเหล่านี้เป็นลำดับความสำคัญที่สูงกว่าความหนืดของโลหะเหลวซึ่งเกิดจากการมีหน่วยการไหลที่ค่อนข้างใหญ่ในตะกรัน

การพึ่งพาเลขชี้กำลังที่ลดลงของ η on ตู่(17.2) อธิบายข้อมูลการทดลองสำหรับตะกรันพื้นฐานที่มีน้อยกว่า 35 โมลเป็นอย่างดี % SiO2 ในการหลอมเหลวดังกล่าว พลังงานกระตุ้นของการไหลหนืด อีη เป็นค่าคงที่และมีขนาดเล็ก (45 - 80 kJ / mol) เมื่ออุณหภูมิลดลง η จะเปลี่ยนไปอย่างไม่มีนัยสำคัญ และเริ่มเพิ่มขึ้นอย่างมากเฉพาะในระหว่างการแข็งตัวเท่านั้น

ในตะกรันที่เป็นกรดซึ่งมีส่วนประกอบเชิงซ้อนที่มีความเข้มข้นสูง พลังงานกระตุ้นจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น: อี η = อี 0 / ตู่ซึ่งเกิดจากการลดขนาดของแอนไอออนเชิงซ้อนเมื่อได้รับความร้อน ในกรณีนี้ ข้อมูลการทดลองจะถูกทำให้เป็นเส้นตรงในพิกัด « lnη - 1 / ตู่ 2 "

2.5.2 คำอธิบายการติดตั้งและวิธีการวัดความหนืด

เครื่องวัดความหนืดแบบหมุนใช้สำหรับวัดดัชนีความหนืด (รูปที่ 5) อุปกรณ์และหลักการทำงานของอุปกรณ์นี้มีดังต่อไปนี้ ของเหลวทดสอบ (2) ถูกวางในเบ้าหลอมทรงกระบอก (1) โดยที่แกน (4) แขวนอยู่บนเชือกยางยืด (5) จุ่มลงในน้ำ ในระหว่างการทดลอง แรงบิดจากมอเตอร์ไฟฟ้า (9) จะถูกถ่ายโอนไปยังดิสก์ (7) จากมันผ่านเชือกไปยังแกนหมุน

ความหนืดของออกไซด์หลอมจะพิจารณาจากมุมบิดของเชือก ซึ่งกำหนดโดยมาตราส่วน (8) เมื่อสปินเดิลหมุน แรงต้านหนืดของของไหลจะสร้างโมเมนต์แรงเบรกที่บิดเกลียวจนกระทั่งโมเมนต์ของการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นของเอ็นเท่ากับโมเมนต์ของแรงต้านหนืด ในกรณีนี้ ความเร็วในการหมุนของดิสก์และแกนหมุนจะเท่ากัน ตามสถานะนี้ มุมบิดของเชือก (∆φ) สามารถวัดได้โดยการเปรียบเทียบตำแหน่งของลูกศร (10) ที่สัมพันธ์กับมาตราส่วน: เริ่มต้น - ก่อนเปิดมอเตอร์ไฟฟ้าและคงที่ - หลังจากเปิดเครื่อง เห็นได้ชัดว่ามุมบิดของเชือก ∆φ ยิ่งมาก ความหนืดของของเหลว η ยิ่งมากขึ้น หากการเสียรูปของสตริงไม่เกินค่าที่จำกัด (ซึ่งสอดคล้องกับความเป็นไปได้ของกฎของฮุค) ค่าของ ∆φ จะเป็นสัดส่วนกับ η และเราสามารถเขียนได้ว่า:

ค่าสัมประสิทธิ์สมการ kเรียกว่าค่าคงที่ของ viscometer ขึ้นอยู่กับขนาดของเบ้าหลอมและสปินเดิล ตลอดจนคุณสมบัติการยืดหยุ่นของเชือก เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของเชือกลดลงความไวของเครื่องวัดความหนืดจะเพิ่มขึ้น

รูปที่ 5 - รูปแบบการติดตั้งสำหรับการวัดความหนืด:

1 - เบ้าหลอม 2 - หลอมที่ตรวจสอบแล้ว 3 - หัวแกนหมุน

4 - แกนหมุน, 5 - สตริง, 6 - ส่วนบนของการติดตั้ง, 7 - ดิสก์,

8 - มาตราส่วน 9 - มอเตอร์ไฟฟ้า 10 - ลูกศร 11 - เตาอบ 12 - หม้อแปลงไฟฟ้า

13 - อุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิ 14 - เทอร์โมคัปเปิล

เพื่อหาค่าคงที่ของเครื่องวัดความหนืด kของเหลวที่มีความหนืดที่รู้จักวางอยู่ในเบ้าหลอม - สารละลายขัดสนในน้ำมันหม้อแปลง ในกรณีนี้ ในการทดลองที่อุณหภูมิห้อง จะกำหนด ∆φ0 จากนั้น เมื่อทราบความหนืด (η0) ของของเหลวอ้างอิงที่อุณหภูมิที่กำหนด ให้คำนวณ kตามสูตร:

พบค่า kใช้ในการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดของออกไซด์หลอมเหลว

2.5.3 ขั้นตอนการทำงาน

เพื่อทำความคุ้นเคยกับคุณสมบัติความหนืดของตะกรันโลหะในห้องปฏิบัติการนี้ ได้ทำการศึกษาการหลอม Na 2 O 2B 2 O 3 การวัดจะดำเนินการในช่วงอุณหภูมิ 850–750 o C หลังจากไปถึงอุณหภูมิเริ่มต้น (850 o C) แล้ว เข็มเครื่องวัดความหนืดจะถูกตั้งไว้ที่ศูนย์ จากนั้นพวกเขาเปิดมอเตอร์ไฟฟ้าและแก้ไขมุมคงที่ของการบิดของสาย ∆φ t . โดยไม่ต้องปิดเครื่องวัดความหนืด ให้ทำซ้ำการวัดค่า ∆φ t ที่อุณหภูมิอื่น การทดสอบจะสิ้นสุดลงเมื่อมุมบิดของเชือกเริ่มเกิน 720 °

2.5.4 การประมวลผลและการนำเสนอผลการวัด

จากผลการวัด ให้กรอกตารางต่อไปนี้

ตารางที่ 1. การพึ่งพาอุณหภูมิของความหนืด

ในตาราง คอลัมน์สองคอลัมน์แรกจะถูกเติมตามผลการบันทึกการอ่านอุณหภูมิบนหน้าจอมอนิเตอร์ด้วยตนเองและมุมของการบิดเกลียวบนมาตราส่วน viscometer คอลัมน์ที่เหลือจะถูกคำนวณ

เพื่อตรวจสอบความเป็นไปได้ของกฎเลขชี้กำลังของการเปลี่ยนแปลงในสัมประสิทธิ์ความหนืดที่มีอุณหภูมิ (17.2) กราฟจะถูกพล็อตในพิกัด "Ln (η) - 10 3 / ตู่". พบพลังงานกระตุ้นโดยใช้ฟังก์ชัน LINEST () (OpenOffice.Calc) หรือ LINEST () (MicrosoftOffice.Exel) โดยนำไปใช้กับคอลัมน์ที่ 5 และ 6 ของตาราง

โดยสรุป ข้อมูลที่ได้ η และ E η จะถูกนำมาเปรียบเทียบกับข้อมูลที่ทราบกันดีอยู่แล้วจากตะกรันโลหะ และจะมีการกล่าวถึงลักษณะของอุณหภูมิที่ขึ้นอยู่กับความหนืดของความหนืดและความสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงเชิงโครงสร้างในการหลอมเหลว

ลำดับของการประมวลผลผลลัพธ์

1. ดำเนินการวัดในเซลล์สอบเทียบและคำนวณค่าคงที่การตั้งค่า

2. ป้อนผลลัพธ์ของการบันทึกข้อมูลด้วยตนเองลงในไฟล์สเปรดชีต

3. คำนวณค่าความหนืด

4. สร้างกราฟความหนืดกับอุณหภูมิบนแผ่นแยก

5. คำนวณความหนืดล็อกและอุณหภูมิสัมบูรณ์ส่วนกลับสำหรับชุดการวัดทั้งหมด

6. หาสัมประสิทธิ์ด้วยวิธีกำลังสองน้อยที่สุด ข 0 , ข 1 ของสมการที่ใกล้เคียงการพึ่งพาลอการิทึมของความหนืดกับอุณหภูมิส่วนกลับ และคำนวณพลังงานกระตุ้น

7. สร้างกราฟการขึ้นต่อกันของลอการิทึมความหนืดของอุณหภูมิซึ่งกันและกันบนแผ่นแยกและให้ค่าการพึ่งพาอาศัยกันโดยประมาณ ผลการทดสอบ:

1. ในหนังสือสเปรดชีตที่ส่งเพื่อตรวจสอบ ข้อมูลต่อไปนี้ควรระบุไว้ในหน้าแรกชื่อ "ผลลัพธ์":

ก. ในเซลล์ "A1" - อุณหภูมิเริ่มต้น ในเซลล์ "B1" - หน่วยวัด

ข. ในเซลล์ "A2" - อุณหภูมิสุดท้ายในเซลล์ "B2" - หน่วยวัด

ค. ในเซลล์ "A3" - พลังงานกระตุ้นของการไหลหนืดที่อุณหภูมิต่ำ ในเซลล์ "B3" - หน่วยวัด

ง. ในเซลล์ "A4" - ปัจจัยล่วงหน้าในสูตรสำหรับการพึ่งพาอุณหภูมิของการนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิต่ำในเซลล์ "B4" - หน่วยวัด

อี ในเซลล์ "A5" - พลังงานกระตุ้นของการไหลหนืดที่อุณหภูมิสูง ในเซลล์ "B5" - หน่วยวัด

ฉ ในเซลล์ "A6" - ปัจจัยล่วงหน้าในสูตรสำหรับการพึ่งพาอุณหภูมิของการนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูงในเซลล์ "B6" - หน่วยวัด

กรัม เริ่มต้นด้วยเซลล์ "A7" ควรมีการกำหนดข้อสรุปเกี่ยวกับงานอย่างชัดเจน

ในเซลล์ A1-A6 ควรมีการอ้างอิงถึงเซลล์ในชีตอื่นของหนังสือสเปรดชีตที่ทำการคำนวณเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่นำเสนอ ไม่ใช่ค่าตัวเลขในตัวเอง! หากไม่เป็นไปตามข้อกำหนด โปรแกรมตรวจสอบจะแสดงข้อความ "ข้อผิดพลาดในการนำเสนอข้อมูล"

2. กราฟค่าความหนืดเทียบกับอุณหภูมิและลอการิทึมของความหนืดที่ออกแบบอย่างถูกต้องเทียบกับอุณหภูมิส่วนกลับ ได้มาจากข้อมูลการทดลอง (จุด) และประมาณค่าด้วยพหุนาม (เส้น) ในแผ่นงานแยกกันที่มีการกำหนดที่จำเป็นทั้งหมด คำถามควบคุม

1. ส่วนประกอบของออกไซด์ละลายในรูปแบบใดประกอบด้วย CaO, Na 2 O, SiO 2, B 2 O 3, Al 2 O 3?

2. ค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดเรียกว่าอะไร?

3. อุณหภูมิขึ้นอยู่กับความหนืดของตะกรันจะเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อเติมออกไซด์พื้นฐานลงไป

4. ความหนืดวัดในหน่วยใด

5. ค่าคงที่ของ viscometer ถูกกำหนดอย่างไร?

6. อะไรเป็นตัวกำหนดพลังงานกระตุ้นของการไหลหนืด?

7. ความหนืดลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เกิดจากอะไร?

8. พลังงานกระตุ้นของการไหลหนืดคำนวณอย่างไร?

2.6 การลดแมงกานีสจากออกไซด์ที่หลอมเป็นเหล็กกล้า

(งานหมายเลข 18)

2.6.1 กฎทั่วไปของปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าของโลหะและตะกรัน

กระบวนการของปฏิกิริยาระหว่างโลหะเหลวกับตะกรันหลอมมีความสำคัญทางเทคนิคอย่างมาก และเกิดขึ้นในหน่วยโลหะวิทยาจำนวนมาก ผลผลิตของหน่วยเหล่านี้ เช่นเดียวกับคุณภาพของโลหะสำเร็จรูป ส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยความเร็วและความสมบูรณ์ของการเปลี่ยนองค์ประกอบบางอย่างข้ามขอบเขตเฟส

การเกิดขึ้นพร้อมกันของกระบวนการทางกายภาพและทางเคมีจำนวนมากในเฟสต่างๆ อุณหภูมิสูง การมีอยู่ของอุทกพลศาสตร์และการไหลของความร้อนทำให้ยากต่อการศึกษากระบวนการของปฏิกิริยาระหว่างเฟสในสภาพอุตสาหกรรมและในห้องปฏิบัติการ ระบบที่ซับซ้อนดังกล่าวได้รับการตรวจสอบโดยใช้แบบจำลองที่สะท้อนถึงบุคคล แต่เป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของวัตถุที่อยู่ระหว่างการพิจารณา ในงานนี้ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานโลหะ - ตะกรันช่วยให้สามารถวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นของปริมาตรของส่วนประกอบและอัตราของการเปลี่ยนแปลงผ่านอินเทอร์เฟซตามฟังก์ชันของเวลา

การลดลงของแมงกานีสจากการหลอมออกไซด์เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาครึ่งเคมีไฟฟ้า:

(Mn 2+) + 2e =

กระบวนการประกอบต้องเป็นกระบวนการออกซิเดชั่น เห็นได้ชัดว่านี่อาจเป็นกระบวนการของการเกิดออกซิเดชันของเหล็ก

= (Fe2 +) + 2e

หรือสิ่งเจือปนในองค์ประกอบของเหล็ก เช่น ซิลิกอน เนื่องจากซิลิกอนไอออนสี่ประจุไม่สามารถอยู่ในตะกรัน กระบวนการนี้จึงมาพร้อมกับการก่อตัวของจัตุรมุขซิลิกอนออกซิเจนตามปฏิกิริยาครึ่งเคมีไฟฟ้า:

4 (O 2-) = (SiO 4 4-) + 4e

การไหลอิสระของครึ่งปฏิกิริยาของอิเล็กโทรดที่กำหนดนั้นเป็นไปไม่ได้เพราะ สิ่งนี้นำไปสู่การสะสมของประจุในชั้นไฟฟ้าสองชั้นที่ส่วนต่อประสานซึ่งป้องกันการเปลี่ยนแปลงของสาร

สถานะสมดุลสำหรับแต่ละสถานะนั้นถูกกำหนดโดยศักย์ไฟฟ้าดุลยภาพ ()

โดยที่ศักย์มาตรฐานคือกิจกรรมของสารในรูปแบบออกซิไดซ์และรีดิวซ์ z- จำนวนอิเล็กตรอนที่เข้าร่วมในกระบวนการอิเล็กโทรด R- ค่าคงที่ของแก๊สสากล F- ค่าคงที่ฟาราเดย์ ตู่- อุณหภูมิ.

การลดลงของแมงกานีสจากตะกรันเป็นโลหะเกิดขึ้นจากการเกิดขึ้นร่วมของปฏิกิริยาครึ่งอิเล็กโทรดอย่างน้อยสองปฏิกิริยา ความเร็วของมันถูกตั้งค่าเพื่อไม่ให้มีการสะสมของประจุที่ส่วนต่อประสาน ในกรณีนี้ ศักยภาพของโลหะจะมีค่าคงที่ ซึ่งอัตราการสร้างและการดูดซึมของอิเล็กตรอนจะเท่ากัน ความแตกต่างระหว่างของจริงคือ คงที่ ศักย์ และค่าสมดุลเรียกว่าโพลาไรซ์ (แรงดันเกิน) ของอิเล็กโทรด โพลาไรเซชันเป็นตัวกำหนดระดับที่ระบบถูกลบออกจากสมดุลและกำหนดอัตราการเปลี่ยนแปลงของส่วนประกอบข้ามขอบเขตเฟสตามกฎของจลนพลศาสตร์ไฟฟ้าเคมี

จากมุมมองของอุณหพลศาสตร์แบบคลาสสิกในระบบในทิศทางเดียวหรืออีกทางหนึ่ง กระบวนการลดแมงกานีสจากตะกรันโดยซิลิกอนที่ละลายในเหล็กจะเกิดขึ้น:

2 (MnO) + = 2 + (SiO 2) H = -590 kJ / mol

และตัวทำละลายเอง (ออกซิเดชันของแมงกานีสกับเหล็กออกไซด์ในตะกรัน

(MnO) + = + (เฟ2O) = H = 128 kJ / โมล

จากจุดยืนของจลนศาสตร์ที่เป็นทางการ อัตราของปฏิกิริยาแรกซึ่งกำหนด ตัวอย่างเช่น โดยการเปลี่ยนแปลงของปริมาณซิลิกอนในโลหะที่ห่างไกลจากสมดุลในระบบการเคลื่อนไหวทางจลนศาสตร์ ควรขึ้นอยู่กับผลคูณของความเข้มข้นของแมงกานีสออกไซด์ใน ตะกรันและซิลิกอนในโลหะได้ในระดับหนึ่ง ในโหมดการแพร่กระจาย อัตราการเกิดปฏิกิริยาควรเป็นเส้นตรงขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของส่วนประกอบ ซึ่งการแพร่นั้นทำได้ยาก การให้เหตุผลที่คล้ายกันสามารถทำได้สำหรับปฏิกิริยาที่สอง

ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาแสดงในรูปของกิจกรรม

เป็นหน้าที่ของอุณหภูมิเท่านั้น

อัตราส่วนความเข้มข้นสมดุลของแมงกานีสในตะกรันและโลหะ

เรียกว่าสัมประสิทธิ์การกระจายของแมงกานีสซึ่งตรงกันข้ามขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของเฟสและทำหน้าที่เป็นลักษณะเชิงปริมาณของการกระจายขององค์ประกอบนี้ระหว่างตะกรันและโลหะ

2.6.2 รูปแบบกระบวนการ

ในแบบจำลองการจำลอง จะพิจารณาครึ่งปฏิกิริยาของอิเล็กโทรดสามแบบ ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างออกไซด์ที่หลอมเหลว CaO - MnO - FeO - SiO 2 - Al 2 O 3 และเหล็กเหลวที่มี Mn และ Si เป็นสารเจือปน มีการตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับระบอบการแพร่กระจายของกระแส โดยคำนึงถึงการยับยั้งการแพร่กระจายของอนุภาค Fe 2+ ในตะกรัน ซิลิกอนในโลหะ แมงกานีสในทั้งสองเฟส ระบบสมการทั่วไปที่อธิบายตัวแบบมีรูปแบบ

ที่ไหน υ ј - อัตราครึ่งปฏิกิริยาอิเล็กโทรด η เจ- โพลาไรซ์ ฉัน j- ความหนาแน่นของกระแสการแพร่กระจายที่ จำกัด Dj- ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่, β - ค่าคงที่การพาความร้อน, ซี เจ- ความเข้มข้น.

โปรแกรมแบบจำลองจำลองช่วยให้คุณสามารถแก้ระบบสมการ (18.4) - (18.8) ซึ่งทำให้สามารถกำหนดได้ว่าความเข้มข้นของปริมาตรของส่วนประกอบและอัตราการเปลี่ยนแปลงของส่วนประกอบนั้นเปลี่ยนแปลงอย่างไรตามเวลาที่โลหะทำปฏิกิริยากับตะกรัน ผลการคำนวณจะปรากฏขึ้น ข้อมูลที่ได้รับจากหน้าจอมอนิเตอร์ประกอบด้วยการแสดงกราฟิกของการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของส่วนประกอบหลัก ค่าปัจจุบันตลอดจนค่าของอุณหภูมิและค่าคงที่การพาความร้อน (รูปที่ 8)

บล็อกไดอะแกรมของโปรแกรมสำหรับแบบจำลองการจำลองปฏิกิริยาของโลหะและตะกรันแสดงในรูปที่ 7 โปรแกรมทำงานเป็นรอบที่หยุดหลังจากเวลาจำลองที่ระบุเท่านั้น (ประมาณ 10 นาที)

รูปที่ 7 - บล็อกไดอะแกรมของโปรแกรมจำลองแบบจำลอง

2.6.3 ขั้นตอนการทำงาน

รูปภาพที่สร้างโดยโปรแกรมจำลองจะแสดงในรูปที่ 8 (แผงด้านขวา) ในส่วนบนของแผงจะแสดงค่าตัวเลขที่เลือกของค่าที่วัดได้ กราฟจะแสดงค่าทั้งหมดที่ได้รับระหว่างการจำลองกระบวนการ ในการกำหนดส่วนประกอบของโลหะและตะกรันหลอม มีการใช้สัญญาณเพิ่มเติมในวรรณคดีเกี่ยวกับหัวข้อทางโลหะวิทยา วงเล็บเหลี่ยมหมายถึงส่วนประกอบของโลหะหลอมและวงเล็บกลม - ถึงตะกรัน สัญลักษณ์ส่วนประกอบใช้สำหรับการพล็อตเท่านั้นและไม่ควรนำมาพิจารณาเมื่อแปลค่า ในระหว่างการทำงานของโมเดล ในช่วงเวลาใดก็ตาม ระบบจะแสดงเฉพาะค่าของค่าที่วัดได้เพียงค่าใดค่าหนึ่งเท่านั้น หลังจาก 6 วินาที ค่านั้นจะหายไปและค่าถัดไปจะปรากฏขึ้น ในช่วงเวลานี้จำเป็นต้องมีเวลาเขียนค่าต่อไป เพื่อเป็นการประหยัดเวลา ขอแนะนำว่าอย่าเขียนตัวเลขคงที่ เช่น หน่วยนำหน้าในค่าอุณหภูมิ

รูปที่ 8 รูปภาพของหน้าจอมอนิเตอร์เมื่อทำงานหมายเลข 18 ในขั้นตอนต่าง ๆ ของกระบวนการ

สี่ถึงห้านาทีหลังจากเริ่มการติดตั้ง ให้เพิ่มแมงกานีสออกไซด์ที่อุ่นแล้วลงในตะกรัน ซึ่งรับรู้ได้โดยการกดปุ่ม Alt และปุ่มตัวเลขบนแป้นพิมพ์หลักพร้อมหมายเลขการติดตั้งของคุณ ลำดับของการประมวลผลผลลัพธ์:

1. ป้อนผลลัพธ์ของการบันทึกข้อมูลด้วยตนเองลงในไฟล์สเปรดชีต

2. คำนวณอัตราของกระบวนการเปลี่ยนองค์ประกอบผ่านอินเทอร์เฟซและลอการิทึมของค่าเหล่านี้ก่อนและหลังการเพิ่มแมงกานีสออกไซด์ลงในตะกรันด้วยมวลของโลหะหลอมละลาย 1,400 กิโลกรัม

3. สร้างกราฟอุณหภูมิเทียบกับเวลา อัตราการเปลี่ยนแปลงของแมงกานีสกับเวลา ลอการิทึมของอัตราการเปลี่ยนซิลิกอนเทียบกับลอการิทึมของความเข้มข้นของซิลิกอนในโลหะ

4. ใช้วิธีการกำลังสองน้อยที่สุด ประเมินลักษณะจลนศาสตร์ของกระบวนการเปลี่ยนซิลิกอน

ผลการทดสอบ:

1. แผนภูมิที่ออกแบบอย่างถูกต้อง ซึ่งระบุไว้ในส่วนก่อนหน้า ในแผ่นงานแยกต่างหากที่มีลายเซ็นและการกำหนดที่จำเป็นทั้งหมด

2. ค่าของลำดับของปฏิกิริยาซิลิกอนออกซิเดชันก่อนและหลังการแนะนำของแมงกานีสออกไซด์โดยมีข้อบ่งชี้ข้อผิดพลาด

3. สรุปผลงาน

คำถามควบคุม

1. เหตุใดจึงต้องมีแบบจำลองกระบวนการผลิตเหล็ก

2. ปฏิกิริยาของโลหะกับตะกรันมีลักษณะอย่างไรและแสดงออกอย่างไร?

3. ศักยภาพอะไรที่เรียกว่าอยู่กับที่?

4. ศักยภาพอะไรที่เรียกว่าสมดุล?

5. อะไรเรียกว่าขั้วไฟฟ้า (แรงดันเกิน)?

6. สัมประสิทธิ์การกระจายตัวของแมงกานีสระหว่างโลหะกับตะกรันเรียกว่าอะไร?

7. อะไรเป็นตัวกำหนดค่าคงที่การกระจายของแมงกานีสระหว่างโลหะกับตะกรัน?

8. ปัจจัยใดบ้างที่ส่งผลต่ออัตราการเปลี่ยนแปลงของแมงกานีสจากโลหะเป็นตะกรันในโหมดการแพร่กระจาย

บรรณานุกรม

1. Linchevsky, B.V. เทคนิคการทดลองทางโลหะวิทยา [ข้อความ] / B.V. ลินเชฟสกี้ - ม.: โลหะวิทยา, 1992 .-- 240 p.

2. Arsentiev, P.P. วิธีทางเคมีกายภาพในการวิจัยกระบวนการทางโลหะวิทยา [ข้อความ]: หนังสือเรียนสำหรับมหาวิทยาลัย / ภ.พ. Arsentiev, V.V. ยาโคเลฟ, เอ็ม.จี. Krasheninnikov, L.A. Pronin และอื่น ๆ - ม.: โลหะวิทยา, 1988 .-- 511 หน้า

3. Popel, S.I. ปฏิกิริยาของโลหะหลอมกับก๊าซและตะกรัน [ข้อความ]: คู่มือการศึกษา / S.I. ปอเปิล, ยู.พี. นิกิติน แอล.เอ. Barmin และอื่น ๆ - Sverdlovsk: ed. UPI พวกเขา ซม. Kirov, 1975, - 184 หน้า

4. Popel, S.I. ทฤษฎีกระบวนการทางโลหะวิทยา [ข้อความ]: ตำรา / S.I. โป๊ป, เอ.ไอ. Sotnikov, V.N. โบโรเนนคอฟ - ม.: โลหะวิทยา, 2529 .-- 463 น.

5. Lepinskikh, B.M. คุณสมบัติการขนส่งของโลหะและตะกรันหลอม [ข้อความ]: คู่มือ / B.М. Lepinskikh, เอเอ เบลูซอฟ / อันเดอร์ เอ็ด Vatolina N.A. - ม.: โลหะวิทยา, 2538 .-- 649 น.

6. Belay, G.E. องค์กรของการทดลองทางโลหะวิทยา [ข้อความ]: ตำราเรียน / G.E. บีเลย์, V.V. เดมบอฟสกี้, O.V. ซอตเซนโก - ม.: เคมี, 2525 .-- 228 น.

7. Panfilov, น. การคำนวณคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ที่อุณหภูมิสูง [ทรัพยากรอิเล็กทรอนิกส์]: เครื่องช่วยสอนสำหรับนักเรียนคณะโลหะวิทยาและกายภาพเทคนิคของการศึกษาทุกรูปแบบ / А.M. Panfilov, N.S. Semenova - Yekaterinburg: USTU-UPI, 2009 .-- 33 หน้า

8. Panfilov, A.M. การคำนวณทางอุณหพลศาสตร์ในสเปรดชีต Excel [ทรัพยากรอิเล็กทรอนิกส์]: แนวทางสำหรับนักศึกษาคณะโลหะวิทยาและกายภาพเทคนิคของการศึกษาทุกรูปแบบ / A.M. Panfilov, N.S. Semenova - Yekaterinburg: USTUUPI, 2009 .-- 31 น.

9. หนังสืออ้างอิงสั้น ๆ เกี่ยวกับปริมาณทางกายภาพและเคมี / ต่ำกว่า เอ็ด เอเอ Ravdel และ A.M. โปโนมาเรฟ L.: เคมี, 2526 .-- 232 น.

หากต้องการจำกัดผลการค้นหาให้แคบลง คุณสามารถปรับแต่งคำค้นหาได้โดยการระบุฟิลด์ที่จะค้นหา รายการของฟิลด์ถูกนำเสนอด้านบน ตัวอย่างเช่น:

คุณสามารถค้นหาได้หลายช่องพร้อมกัน:

ตัวดำเนินการลอจิก

ตัวดำเนินการเริ่มต้นคือ และ.
โอเปอเรเตอร์ และหมายความว่าเอกสารต้องตรงกับองค์ประกอบทั้งหมดในกลุ่ม:

การพัฒนางานวิจัย

โอเปอเรเตอร์ หรือหมายความว่าเอกสารต้องตรงกับค่าใดค่าหนึ่งในกลุ่ม:

ศึกษา หรือการพัฒนา

โอเปอเรเตอร์ ไม่ไม่รวมเอกสารที่มีองค์ประกอบนี้:

ศึกษา ไม่การพัฒนา

ประเภทการค้นหา

เมื่อเขียนคำขอ คุณสามารถระบุวิธีการค้นหาวลีได้ รองรับสี่วิธี: ค้นหาด้วยสัณฐานวิทยา ไม่มีสัณฐานวิทยา ค้นหาคำนำหน้า ค้นหาวลี
โดยค่าเริ่มต้น การค้นหาจะดำเนินการโดยคำนึงถึงลักษณะทางสัณฐานวิทยา
หากต้องการค้นหาโดยไม่ใช้สัณฐานวิทยา เพียงใส่เครื่องหมายดอลลาร์ไว้หน้าคำในวลี:

$ ศึกษา $ การพัฒนา

หากต้องการค้นหาคำนำหน้า คุณต้องใส่เครื่องหมายดอกจันหลังคำขอ:

ศึกษา *

ในการค้นหาวลี คุณต้องใส่ข้อความค้นหาในเครื่องหมายคำพูดคู่:

" วิจัยและพัฒนา "

ค้นหาตามคำพ้องความหมาย

หากต้องการใส่คำพ้องความหมายในผลการค้นหา ให้ใส่แฮช " # “นำหน้าคำหรือหน้านิพจน์ในวงเล็บ
เมื่อใช้กับหนึ่งคำ จะพบคำพ้องความหมายได้ถึงสามคำ
เมื่อนำไปใช้กับนิพจน์ในวงเล็บ คำพ้องความหมายจะถูกผนวกเข้ากับแต่ละคำหากพบ
ไม่สามารถใช้ร่วมกับการค้นหาที่ไม่ใช่สัณฐานวิทยา การค้นหาคำนำหน้า หรือการค้นหาวลี

# ศึกษา

การจัดกลุ่ม

คุณต้องใช้วงเล็บเพื่อจัดกลุ่มวลีค้นหา ซึ่งช่วยให้คุณควบคุมตรรกะบูลีนของคำขอได้
ตัวอย่างเช่น คุณต้องส่งคำขอ: ค้นหาเอกสารที่ผู้เขียนคือ Ivanov หรือ Petrov และชื่อมีคำว่า การวิจัยและพัฒนา:

ค้นหาคำโดยประมาณ

สำหรับ ค้นหาโดยประมาณคุณต้องใส่ตัวหนอน " ~ "ต่อท้ายคำจากวลี ตัวอย่างเช่น

โบรมีน ~

การค้นหาจะพบคำต่างๆ เช่น "โบรมีน" "รัม" "พรหม" เป็นต้น
คุณสามารถระบุเพิ่มเติม จำนวนเงินสูงสุดการแก้ไขที่เป็นไปได้: 0, 1 หรือ 2 ตัวอย่างเช่น:

โบรมีน ~1

โดยค่าเริ่มต้น อนุญาตให้แก้ไข 2 รายการ

เกณฑ์ความใกล้เคียง

หากต้องการค้นหาด้วยระยะใกล้ คุณต้องใส่เครื่องหมายตัวหนอน " ~ "ท้ายวลี เช่น หากต้องการค้นหาเอกสารที่มีคำว่า วิจัยและพัฒนา ภายใน 2 คำ ให้ใช้คำค้นหาต่อไปนี้

" การพัฒนางานวิจัย "~2

ความเกี่ยวข้องของนิพจน์

ใช้ " ^ "ที่ส่วนท้ายของนิพจน์ แล้วระบุระดับความเกี่ยวข้องของนิพจน์นี้ที่สัมพันธ์กับส่วนที่เหลือ
ยิ่งระดับสูงขึ้น นิพจน์ก็จะยิ่งมีความเกี่ยวข้องมากขึ้นเท่านั้น
ตัวอย่างเช่น ในนิพจน์นี้ คำว่า "research" มีความเกี่ยวข้องมากกว่าคำว่า "development" ถึงสี่เท่า:

ศึกษา ^4 การพัฒนา

โดยค่าเริ่มต้น ระดับคือ 1 ค่าที่อนุญาตคือจำนวนจริงบวก

ค้นหาช่วงเวลา

ในการระบุช่วงเวลาที่ควรมีค่าของเขตข้อมูล ให้ระบุค่าขอบเขตในวงเล็บโดยคั่นด้วยตัวดำเนินการ ถึง.
จะมีการเรียงลำดับ Lexicographic

ข้อความค้นหาดังกล่าวจะแสดงผลลัพธ์กับผู้เขียนตั้งแต่ Ivanov ถึง Petrov แต่ Ivanov และ Petrov จะไม่รวมอยู่ในผลลัพธ์
หากต้องการรวมค่าในช่วงเวลา ให้ใช้วงเล็บเหลี่ยม ใช้วงเล็บปีกกาเพื่อยกเว้นค่า