Сұйықтың ламинарлық және турбуленттік ағысы

Тұтқыр сұйықтың ағысын ламинарлық және турбуленттік деп екіге бөледі. Ламинарлық латынның Lamіna – сызықша, тақтайдай, ал турбуленттік латынның - turbulentus – тынышсыз, ретсіз деген сөздерден алынған.

Сұйықтың жеке қабаттары бір-бірімен араласпай, бірінің бетімен екіншісі сырғып параллель қозғалса мұны ламинарлық ағыс деп атайды.

Тұтқыр сұйықтың қабаттарының аралығында пайда болатын ішкі үйкеліс күші сұйықтың қозғалысына әсер етеді. Бұл күштің және түтік қимасының әр жеріндегі сұйықтың жылдамдығының шамасы аз болса ғана сұйықтың ағысы ламинарлы болады. Онда сұйық қабаттарының жылдамдығы түтікше осінен оның қабырғасына қарай параболалық түрде өзгереді. Өсімдіктің, ағаштың сабағының бойымен қоректік шырындардың қозғалуы, судың, мұнайдың топырақ ішінде қозғалуы, потшибниктер бойымен жұқа май қабатының қозғалысы ламинарлық ағысқа мысал болады.

Сұйық бөлшектерінің жылдамдығы артып, белгілі шекті мәнге жеткенде әр қабаттардың бір-бірімен араласуын сұйықтың турбулентті ағысы деп атайды. Бұл кезде ағыстың әрнүктесіндегі жылдамдық уақытқа байланысты өзгереді. Сұйық бөлшектерінің бір қабаттан екінші қабатқа өту себебі, олардың ағысқа перпендикуляр бағытталған құраушысы пайда болады. Жылдамдықтар градиенті өте үлкен болғандықтан, түтікшенің сумен жанасар жерінде су құйыны пайда болады.

Пуазейль формуласы арқылы сұйықтың, газдың тұтқырлығын анықтауға болады. Ол ламинарлық ағысқа қолданылады да, турбуленттікте пайдаланылмайды.

Турбуленттік ағыста ішкі үйкеліс күшінің артуын жылдамдықтың ағысқа перпендикуляр құраушысының пайда болуымен және тұтқырлық коэффициентінің () өсуімен түсіндіруге болады.

Табиғатта көбіне сұйықтар мен газдардың турбуленттік ағысы кездеседі. Оған түтікше құбыр бойымен судың ағысы, газда немесе суда қозғалған қатты денемен жанасқан қабаттағы газдың, судың ағысы, жер атмосферасындағы ауаның қозғалысы, т.б. жатады.

Ламинарлық ағысты толықтай тұтқырлық арқылы түсіндірсек, турбуленттік ағыста инерция күшінің ролі зор. Сондықтан ламинарлық ағыстан турбуленттік ағысқа өту инерциялық күштің тұтқырлық күшке қатынасымен анықталады. Бұл қатынасты Рейнольдс саны деп аталатын (Осборн-Рейнольдс (1842-1912) ағылшын физигі) өлшемсіз шамамен сипаттайды. , (6.29.6)

мұнда - кинематикалық тұтқырлық,  -судың (газдаң) тығыздығы -түтік қимасындағы сұйықтың (газдың) орташа жылдамдығы, D –түтіктің диаметрі.

Тәжірибе нәтижесінде Re –санының шамасы аз болса, (Re<1000) сұйықтың немесе (газдың) ағысы ламинарлық, ал бұл санның мәні үлкен шамамен Re=2300болса, ағыс турбулентті болады. Рейнольдс саны тұрақты болса, онда әр түрлі сұйықтар мен газдар - қима ауданы түрлі (түтіктермен) құбырларда біркелкі ағады.

 

16. Рейнольдс саны.

Рейнольдс саны ^[1] (ағылшын ғалымы О.Рейнольдстың атымен) — инерциялық күш пен тұтқырлық күш арасындағы қатынасты анықтайтын, тұтқыр сұйықтық пен газ ағысының ұқсастықкритерилерінің бірі: m/lurRe= ағынның жылдамдығы мен сызықтық өлшемі. Сұйықтық ағысының режимі кризистік Рейнольдс саны (Reкр) арқылы сипатталады. Егер Рейнольдс саны өзінің кризистік мәнінен төмен болса (l және u — газ немесе сұйықтық тұтқырлығының динамик. коэфф., m — тығыздық, r, мұндағы Reк<Re), онда сұйықтық ағысы ламинарлық ағысқа, жоғары болса (Reк>Re) турбуленттік ағысқа жатады. Мыс., дөңгелек цилиндр құбырдағы тұтқыр сұйықтықтың ағысы үшін Reкр=2300.

Ағылшын оқымыстысы Рейнолдс ағын сипатының мөлшерсіз шаманың

мәніне тәуелді екендігін анықтаған:

мұнда  – сұйықтың (немесе газдың) тығыздығы,

v – тасқынның орташа жылдамдығы,

 – сұйықтың тұтқырлық коэффициенті,

l – тән мөлшер.

Бұл шама Рейнольдс саны деп аталады. Рейнольдс санының аз мәндері

тұсында ламинарлық ағын байқалады. Re-ң қайсібір белгілі мәнінен бастап,

ол жиеленіс деп аталады, ағын турбуленттік сипатқа көшеді.

17. Жарықтың заттармен әсері.

Молекулалардың - кез келген түрленуi — химиялык - процесс. Көбiнесе жарықтың әсерiнен молекула ыдырағанда, тiзбектелген химиялық түрленулер басталады. Күн сәулелерiнiң әсерiнен матаның оңуы және күнге тотығу — бұлар жарыктың химиялық әсерінің мысалдары.

 

Ағаштар мен шөптiң жасыл жапырақтарында, қылқан жапырақтылардың қылқандарында, тағы басқа көптеген микроорганизмдерде жарықтың әсерiнен аса маңызды химиялық реакциялар жүредi. Күннің әсерiнен жасыл жапырақтарда Жердегi барлык тiршiлiк үшін қажеттi процестер журедi. Олар бiзге қорек бередi, сондай-ақ бiзге дем алу үшін оттегiн бередi.

Жапырақтар ауадан көмiрқышқыл газды жұтады да, оның молекулала- рын құрама бөлiктерiне: көміртегi мен оттегiне ыдыратады. Орыс биологы Климент Аркадьевич Тимирязев анықтағандай, бұл хлорофилл молекулаларында күн спектрiнiң қызыл сәулелерiнiң әсерiнен орындалады. Көмiртегi тiзбегiне жерден тамыр арқылы алынатын басқа элементтер атомын бiрiктiре отырып, өсiмдiктер адам мен жануарлар үшін қореқ — белоктардың, майдың және коміртегінің молекулаларын құрастырады.

Молекулалардың - кез келген түрленуi — химиялык - процесс. Көбiнесе жарықтың әсерiнен молекула ыдырағанда, тiзбектелген химиялық түрленулер басталады. Күн сәулелерiнiң әсерiнен матаның оңуы және күнге тотығу — бұлар жарыктың химиялық әсерінің мысалдары.

 

Ағаштар мен шөптiң жасыл жапырақтарында, қылқан жапырақтылардың қылқандарында, тағы басқа көптеген микроорганизмдерде жарықтың әсерiнен аса маңызды химиялық реакциялар жүредi. Күннің әсерiнен жасыл жапырақтарда Жердегi барлык тiршiлiк үшін қажеттi процестер журедi. Олар бiзге қорек бередi, сондай-ақ бiзге дем алу үшін оттегiн бередi.

Жапырақтар ауадан көмiрқышқыл газды жұтады да, оның молекулала- рын құрама бөлiктерiне: көміртегi мен оттегiне ыдыратады. Орыс биологы Климент Аркадьевич Тимирязев анықтағандай, бұл хлорофилл молекулаларында күн спектрiнiң қызыл сәулелерiнiң әсерiнен орындалады. Көмiртегi тiзбегiне жерден тамыр арқылы алынатын басқа элементтер атомын бiрiктiре отырып, өсiмдiктер адам мен жануарлар үшін қореқ — белоктардың, майдың және коміртегінің молекулаларын құрастырады.

.

18. Интерференция мен дифрация құбылыстары.

Толқындар интерференциясы [өңдеу]

Осы кезге дейін біз толқындардың қозғалысын оқып-үйренгенде бір ғана толқынды қарастырдық. Алайда суға бір мезгілде бірнеше тас лақтырылса, оның бетінде бірнеше толқындар таралады. Немеcе бір бөлмеде бірнеше адам сөйлегенде дыбыс толқындары бір-бірімен қабаттасады. Толқындар бір-бірімен кездескенде олар әрқайсысының әрі қарай таралуына кедергі келтірмейді. Бұл қасиет тек толқындық қозғалысқа ғана тән және қандай толқын екеніне де (су бетіндегі толқын ба, дыбыс толқыны ма, электромагниттік толқындар ма, жарык толқыны ма) байланысты емес. Бірақ толқындар кездескен жерлерде олардың қабаттасуы байқалады. Осы толқындардың жолында кездесетін ортаның әрбір бөлшегі екі толқынның тербелмелі қозғалысына ілеседі. Ал енді әр бөлшектің қозғалысы осы тербелістердің қосындысын береді.

Демек, толқындардың қабаттасуы дегеніміз — олардың тербелістері өтетін ортаның әрбір нүктесінде осы толқындардың қосылуы. Ортаның кез келген бөлігінің қорытынды ығысуы жеке-жеке бөлшектердің ығысуларының қосындысына тең. Бұл ығысулар басқа толқындар жоқ кезде, таралып келе жатқан толқындардың әрбіреуі жүріп өткенде де пайда болады. Демек, толқын таралатын ортаның әрбір бөлшегіне бірнеше күштер әрекет етеді. Ал олардың қорытқы әрекеті жеке күштердің векторлық қосындысына тең (4.3-сурет).

Екі немесе бірнеше толқындардыц қабаттасуы кезінде кеңістіктің әр түрлі нүктелеріндегі қорытқы тербелістер амплитудаларының таралуы (максимум мен минимумдары кезекпен орналасқан) уақыт өтуінің өзгермей тұрақты қалатын құбылысты интерференция деп атайды.

Кеңістікте интерференциялық сурет алу үшін қабаттасатын толқындардыц жиіліктері мен тербеліс фазалары бірдей болуы қажет. Мұндай толқындар когеренттік толқындар деп аталады.Когерентті толқындар бірдей жиілікпен тербелетін, ығысу фазалары тұрақты қалатын когерентті толқын көздерінен алынады.

Толқындар интерференциясының қалай пайда болатынын анықтайық. Ол үшін М₁ және М₂ екі толқын көзінен бір бағытта шығатын екі толқынның таралуын қарастырайық (4.4-еурет). Кеңістіктің қайсыбір N нүктесінде М₁ N және ₂ N тербелістері бір-біріне қабаттасқанда не болатынын анықтайық. Бірінші толқынның тербеліс тендеуі

болады, мұндағы бірінші толқын тербелісінің фазасы. Екінші толқынның теңдеуі:

мұндағы — екінші толқын тербелісінің фазасы. Олардың қабаттасуы нәтижесінде басқа амплитудадағы гармоникалық тербеліс аламыз. Сонымен қатар егер тербелістердің фазаларының айырымы болса, онда N нүктесінде қорытқы тербелістің күшеюі байқалады, яғни ол максимум нүктесі болады. Ал фазалар айырымы болса, онда қорытқы тербеліс әлсірейді, яғни минимум нүктесін аламыз. (4.5) және (4.1) формулаларын пайдаланып, фазалар айырымын есептейік:

шамасы толқындардың жол айырымы деп аталады. Сөйтіп, (4.7) және (4.9) формулаларын ескере отырып, интерференция кезіндегі максимум және минимум шарттарын аламыз:
немесе бұл максимум шарты. бұл минимум шарты.

Бұдан шығатын қорытынды: егер толқындардың жол айырымы жарлпы толқындардың жұп санына тең болса, онда бұл нүктеде тербелістер кішірейеді, ал егер жол айырымы жарты толқындардың тақ санына тең болса, онда бұл нүктеде тербелістер бәсеңдейді. Толқындар интерференциясының нәтижесінде толқындық қозғалыс энергиясы кеңістікте қайта бөлінеді. Максимум нүктелерінде энергияның концентрациясы (үлкен жиыны) пайда болады. Минимум нүктелері энергияның азаюына сәйкес келеді.

Максимум және минимум шарттары бір түзудің бойында жатпайтын толқындар қабаттасқанда да орындалатынын осыған ұқсас дәлелдеуге болады (4.5-сурет). Егер қарқындылығы бірдей екі когерентті толқын бір-біріне қарама-қарсы таралса, ерекше интерференциялық көрініс байқалады. Мысалы, жіп бойымен таралатын түскен толқын мен шағылған толқындардың қабаттасуы пайда болады. Мұндай интерференция тұрғын толқынның пайда болуына әкеледі.

Толқындар дифракциясы [өңдеу]

Егер жарық шоғының жолына күңгірт тосқауыл қойсақ, онда оның артында көлеңке пайда болады. Ал дыбыс толқындарынан тасалану оңай емес. Дыбыс бұрыш-бұрыштан немесе бетон дуалдың ар жағынан да естіледі. Сонда бұл тосқауылдар не себептен тосқауылдың ар жағында "дыбыс көлеңкесін" тудырмайды деген сұрақ туады. Судың бетінде таралған толқынға қатысты, егер оның жолында судан шығып тұрған онша үлкен емес тас жатса, осындай сұрақ туады. Мұнда, егер тас үлкен болса, онда "көлеңке", яғни толқынның энергиясы жетпейтін кеңістік аумағы пайда болады. Осы бақылаулардан төмендегідей қорытындыға келеміз: толқынның жолындағы тосқауылдың өлшемі толқын ұзындығымен сәйкес келсе, толқын тосқауылды орағытып өтеді.

Толқынның түзусызық бойымен таралудан ауытқуын немесе толқындардың тосқауылды орғытып өту құбылысын дифракция (латынша "diffractus" — сынық) деп атайды. Су бетінде толқынның дифракция күбылысын судың қасиеттерін көрсететін физикалық аспап арқылы бақылайды. Егер толкынның жолына жіңішке саңылауы бар тосқауыл қойсақ, ол саңылаудың өлшемі толқын ұзындығынан кіші болса, онда тосқауылдың сырт жағынан дөңгелек толқындардың таралғанын көреміз (4.7-сурет). Гюйгенс принципіне сүйеніп мұны оңай түсіндіре аламыз. Толқын жеткен ортаның әрбір нүктесінің өзі екінші ретті толқынның көзі болып табылады. Ал тар саңылаудағы екінші ретті толқындар бір-біріне өте жақын орналасады. Сондықтан оларды бір нүктелік көз деп есептеуге болады. Егер саңылаудың өлшемі толқын ұзындығынан үлкен болса, одан өткен толқындар өз пішінін өзгертпейді.

19. Ферромагнетиктер.

Ферромагнетиктер — ферромагниттік қасиеттері бар заттар тобы. Ферромагнетиктерге, негізінен, темір тобының таза металдарының бір тобы (Fe, Со, Ni) және сирекжер металдар (Gd, Tb, Dy, Но, Ег), сондай-ақ олардың балқымалары мен қосылыстары; ферромагниттік емес элементтері бар Сr және Мn бал-қымалары мен қосылыстары жатады. Жұмсақ магнитті ферромагнетиктер магнитоөткізгіштерді, ЭЕМ жады элементтерін,магниттік линзаларды жасауда қолданылад

Магнетиктердің ішінде сыртқы магнит өрісі жоқ кездің өзінде де магниттелуге бейім заттар болады. Сондықтан олар үлкен магнит өтімділігімен сипатталады. Бұлардың негізгі өкілі темір болғандықтан олар ферромагниттер деп аталады.Олардың қатарына темір, никель, кобальт, гадолиний, олардың қорытпалары мен қоспалары және ферромагнитті емес металлдардың қорытпалары жатады. Осы заттардың бәріне тән қасиет олардың ферромагнетизмі тек кристалды күйде ғана байқалады.

Ферромагниттер күшті магниттелетін заттар болып саналады. Олардың магниттелуі нашар магниттелетін заттардың түріне жататын диа-және парамагнетиктердің магниттелуінен көптеген есе артық.

Парамагнетиктер сияқты ферромагнетиктердің өздерінің меншікті магнит өрісі магниттелу процессі кезінде сыртқы магнит өрісін күшейтеді. Осы айтылғанға сәйкесферромагнитті заттардың мынадай ерекше қасиеттері болады:

1. Олардың магнит өтімділігі өте жоғары , кейбір жағдайларда - не дейін жетеді, демек сыртқы магнит өрісінің кернеулігіне тәуелді.

2. Ферромагниттердің магниттелуі сыртқы магнит өрісін жойса да сақталады (яғни, олардың қалдық магниттелуі болады).

Ферромагниттердің осындай қасиеттерін олардың домендер деп аталатын құрылымдық ерекшеліктерімен түсіндіруге болады. Яғни, ферромагниттерде кішігірім ерекше аймақтар болады, оларды домендер дейді. Домендер өлшемдері см-ге жуық ұсақ магнетиктер (магнит стрелкасына ұқсас) болып келеді. Домендер өздігінен (спонтанды) магниттелу аймағын түзе алады. Әрбір доменнің шегінде ферромагниттік қанығуға дейін өздігінен магниттеледі де, белгілі бір магнит моментіне () ие болады.Бұл моменттердің әр домендер үшін бағыттары түрліше болады, яғни сыртқы өріс жоқ кезде барлық моменттердің қосындысы ()нөлге тең. Сыртқы магнит өрісінің әсерінен әр түрлі бағыттағы домендердің магнит моменттері () бір жаққа бағытталған. Сөйтіп ферромагниттердің өтімділіктерінің тез өсуіне мүмкіндік туады.

Ферромагнитті денелер магниттелгенде олардың сызықтық өлшемдері мен көлемдері де өзгереді, яғни деформацияланады. Сондықтан бұл құбылыс магнитострикция деп аталады. Бұл құбылысты 1842 ж. Джоуль ашқан. Мұны әсіресе никельден айқын көруге болады, яғни сыртқы магнит индукциясының шамасы 0,025 Тл жеткенде никель стерженінің ұзындығы 0,003 процент қысқарады, сондықтан да осындай әдісті магнитострикциялық ультрадыбыстық сәулеленгіштерде қолданылады. Осы эффектің шамасы мен таңбасы магнит өрісінің кернеулігіне және өріс бағытының кристалл осімен

Жасайтын бұрышына тәуелді.

Ферромагнетизм теориясын алғаш француз физигі П.Вейс (1865-1940) жасаған.

Кейінірек 1928ж. бұл теорияны кванттық механика тұрғысынан дамытқан совет физигі

Я.И.Френкель мен В.Гейзенберг (1901-1976) болды.

Магниттік гистерезис.

Ферромагниттің магниттелуінің және кері процес магнитсізденуінің сырткы магниттеуші оріс кернеулігіне тәуелділігін сипаттайды.