home | login | register | DMCA | contacts | help | donate |      

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


my bookshelf | genres | recommend | rating of books | rating of authors | reviews | new | форум | collections | читалки | авторам | add

реклама - advertisement




Из записной книжки Дедала

Распространяясь в глубь твердого тела, трещина увеличивает его поверхность, но чтобы трещина распространялась дальше, необходимо поступление энергии. Если в твердом теле существуют механические напряжения, энергия поступает за счет ослабления структурных напряжений вблизи образующейся трещины. При небольших трещинах и умеренных напряжениях эта энергия, однако, недостаточна для распространения трещины; поэтому большинство конструкционных материалов в процессе нормальной эксплуатации не склонно к самопроизвольному растрескиванию. Предположим теперь, что мы привлекли дополнительный источник энергии, а именно энергию, выделяющуюся в процессе коррозии. Молекулярный слой (монослой), допустим слой окисла, образуется на поверхности почти мгновенно. Достаточна ли выделяющаяся при этом энергия для разрушения материала?

Величина поверхностной энергии Eпов для большинства металлов имеет порядок 1 Дж/м2, например, для железа Eпов = 1,7 Дж/м2. Плотность железа = 7900 кг/м3, молярная масса А = 0,056 кг/моль. Тогда 1 м3 железа содержит /A молей вещества, или N = L/A атомов, а в 1 м2 поверхности содержится N2/3 атомов, т. е.

Mпов = N2/3/L = (/A)2/3/L-1/3 = (7900/0,056)2/3 x (6,022 x 1023)1/3 = 3,2 x 10-5 моль/м2.

Теплота, выделяющаяся в процессе коррозии железа (т. е. превращения Fe в Fe2O3+nH2O, составляет H = -2,7 x 10-5 Дж/моль (знак «минус» указывает на выделение энергии). Тогда количество теплоты, выделившейся при образовании монослоя ржавчины на 1 м2 поверхности, равно Hпов = HМпов = 2,7 x 10-5 x 3,2 x 10-5 = 8,6 Дж/м2, что в пять раз больше, чем необходимо для образования 1 м2 свободной поверхности. Таким образом, если хотя бы пятую часть этой энергии удастся направить на образование трещины, то эта трещина будет самопроизвольно распространяться даже в ненагруженном металле. Если же быстрая коррозия захватывает металл глубже, чем на один атом (как это, скорее всего, и происходит), то с 1 м2 поверхности выделится еще больше энергии и на образование трещины придется отвести еще меньшую ее долю.

Плотность ржавчины Fe2O3+nН2О равна 3000 кг/м3, тогда как плотность железа составляет 7900 кг/м3; при n = 1 объем за счет коррозии увеличивается более чем в четыре раза. Увеличение объема можно сделать еще более значительным, если кристаллизационную воду (nН2О) заменить какой-то более крупной молекулой. Слои ржавчины на стенках трещины будут расти, пока не соприкоснутся; дальнейшая коррозия приведет к расклиниванию трещины. Если ржавчина образует k молекулярных слоев на поверхности, то для расширения трещины таким способом потребуется всего лишь 1/5k доли энергии, выделившейся при коррозии. Таким образом, «вдребезггазом» для железа и подобных ему материалов могут служить пары вещества, способного заменить кристаллизационную воду в ржавчине и значительно увеличить ее объем[13].


Изобретения Дедала


Ржавые доспехи | Изобретения Дедала | Комментарий Дедала