Расширенное руководство по полимерам. Производство пластиков. Фундаментальные основы. Часть 3

Теперь поговорим о такой важной части производственного процесса, как термодинамика. В основном, термодинамика — это научный принцип, который касается взаимного преобразования тепла и других форм энергии. Термодинамика (тепло + динамические изменения) — это изучение этих энергетических теплообменов. Закон сохранения энергии называется первым законом термодинамики. Первый закон — энергия, которая может быть преобразована из одной формы в другую, но она не может быть создана или разрушена. Второй закон — энтропия вселенной возрастает в спонтанном процессе и остается неизменной в обратимом процессе. Это никогда не может уменьшиться. В свою очередь, энтропия является мерой недоступной энергии в термодинамической системе, обычно выражаемой через ее обмены в произвольном масштабе с энтропией воды при 0 °С (+32 °F), равной нулю. Увеличение энтропии тела равно количеству поглощенного тепла, деленному на абсолютную температуру тела.

С теплообменом, который происходит во время обработки, термодинамика становится исключительно важной. Именно высокое теплосодержание расплавов (около 100 кал / г) в сочетании с низкой скоростью термодиффузии (10 -3 см2 / с) ограничивает время цикла многих процессов. Также важны изменения плотности, которые для кристаллических пластиков могут превышать 25% при остывании расплава. Расплавы очень сжимаемы; изменение силы на 10% для силы 700 кг / см 2 (10 тысяч фунтов на квадратный дюйм) является типичным. Поверхностное натяжение около 20 г / см может быть типичным для обработки пленки и волокна, когда существует большое отношение поверхности к объему.

Термодинамические свойства обеспечивают способ отработки потока энергии от одной системы к другой. Любое вещество определенного химического состава, постоянно находящееся в электрическом, магнитном и гравитационном полях, обладает шестью основными термодинамическими свойствами, а именно давлением, температурой, объемом, внутренней энергией, энтропией и энтальпией. Все изменения этих свойств должны соответствовать требованиям первого и второго закона термодинамики. Третий закон обеспечивает контрольную точку, абсолютную нулевую температуру для всех этих свойств, хотя такое контрольное состояние недостижимо. Надлежащие способы применения этих законов к перечисленным выше фундаментальным свойствам изолированной системы составляют устоявшийся предмет термодинамики. В термодинамическом равновесии система может состоять из одной или нескольких физически различных макроскопических однородных частей, называемых фазами, которые отделены друг от друга четко определенными границами. Эти фазы определяются несколькими параметрами, такими как температура, давление, электрические и магнитные поля. Постоянно изменяя параметры, можно вызвать преобразование из одной фазы в другую.

Статистическая термодинамика пытается выделить макроскопические свойства материалов из более основных структур материи. Эти свойства не обязательно являются статическими свойствами, как в обычной механике. Проблемы статистической термодинамики делятся на две категории. Во-первых, это изучение структуры феноменологических структур и взаимосвязей между наблюдаемыми макроскопическими величинами. А также статистическая термодинамика включает в себя расчеты фактических значений параметров феноменологии, таких как вязкость или температуры фазовых переходов, из микроскопических параметров. С помощью этой техники для понимания общих отношений требуется только модель, заданная довольно широкими и абстрактными условиями. Реально подробные модели не нужны для понимания общих свойств класса материалов. Понимание же более специфических отношений требует микроскопически детализированных моделей.