Способ моделирования молекулярных процессов Советский патент 1986 года по МПК G09B23/12 

Изобретение относится к учебно-демонстрационной технике и может быть использовано для моделирования молекулярных процессов в газах, жидкостях.

Цель изобретения - расширение демонстрационных возможностей путем имитации агрегатного состояния и фазового перехода вещества.

На фиг. 1 представлено моделирование молекулярных процессов в газах; на фиг. 2 - то же, Б жидкостях; на фиг. 3 - график распределения модулей но скоростям; на фиг. 4 и 5 - графики зависимости фазового состояния модулей от их концентрации и величины индукции электромагнитного поля; на фиг. 6 - структура модулей (кристаллическая); на фиг. 7 -- то же, с точечными и линейными дефектами.

Способ моделирования молекулярных процессов заключается в следующем.

Заполняют емкость имитирующими молекулы вещества модулями, приводят их в хаотическое движение и регистрируют траектории и скорости их перемещения. Модули выполняют в виде магнитожестких диполей и приводят их в хаотическое состояние посредством электромагнитного поля, индукцию которого изменяют от 0,005 до 0,1 Т л, а емкость заполняют модулями в количестве от 1-40% ее объема.

При имитации газовой фазы вещества емкость заполняют модулями в количестве 1 - 30% ее объема.

При имитации жидкой фазы вещества емкость заполняют модулями в количестве 30-40% ее объема.

Способ осуществляют следующим образом.

Емкость, выполненную из немагнитного прозрачного материала, частично заполняют (с заданной объемной концентрацией), модулями, например щарообразной формы, выцолненными в виде магнитожестких диполей, и помещают в электромагнитное поле, например поле соленоида, через который пропускают регулируемый переменный ток с частотой 5-200 Гц. При определенном значении индукции поля в объеме емкости дисперсная фаза взвешивается и модули соверщают вращательное и поступательное движения. Модули, изготовленные из гексаферрита бария, марганец-алюминиевого сплава, гексаферрита стронция или других материалов, обладают постоянством магнитных свойств в переменных полях с индукцией до 10 Гс при ударных нагрузках. Индукцию поля и концентрацию модулей в емкости изменяют в зависимости от характера демонстрируемого фазового состояния модели вещества.

Пример 1. Имитацию молекулярных процессов в газах осуществляют следующим образом (фиг. 1 и 4). Модули в виде магнитожестких диполей, выполненные, например, из гексаферрита бария, диаметром 1 - 16 мм помещают в емкость в количест

5

ве 1-30% ее объема. Индукцию поля устанавливают в пределах 0,005-0,1 Тл. При помощи скоростной кинокамеры, например СКС-М, осуществляют в отраженном свете съемку процесса хаотического движения модулей при нескольких значениях индукции поля, при этом на кинограмме меченные по цвету модули отличаются от остальных модулей. В результате обработки кинограмм определяют траектории движения модулей (фиг. 1) и по ним строят график распределения модулей по скоростям (фиг. 3). Траектории движения модулей при различных значениях индукции элеектромагнитного поля имитируют броуновское движение (хаотическое пульсационное перемещение).

При увеличении индукции (имитация роста температуры) интенсивность движения модулей возрастает, что увеличивает и число столкновений в слое, кривая распределения модулей по скоростям моделирует распреде- 0 ленке частиц вещества в соответствии с законом Максвелла-Больцмана, что аналогично повышению скоростей движения молекул газов с ростом температуры (фиг. 3).

При этом концентрацию модулей в слое задают не более 10% объема емкости для демонстрации молекулярных процессов в разреженных газах, а в плотных газах - в пределах 10-30% объема емкости. При такой концентрации модулей их нахождение в любой точке емкости равновероятно.

Пример 2. Имитацию молекулярных процессов в жидкостях осуществляют следующим образом (фиг. 2 и 5).

Концентрацию модулей в емкости задают более 30% ее емкости. Аналогично примеру

Iпроводят скоростную киносъемку системы магнитожестких диполей с неколькими меченными по цвету модулями. При такой концентрации модули совершают нерегулярные колебания в пределах свободных объемов еемкости с более редкими скачками из одних квазиравновесных положений в другие

0 (фиг. 2).

Экспериментально определяют значения индукции В электромагнитного поля и концентрации р модулей в емкости, соответствующие различны.м фазовым состояниям вещества (фиг. 4). Например, кривая I на фиг. 4 соответствует образованию кристаллической структуры из модулей, а кривая

II- ее «плавлению.

При концентрации модулей более 16% (кривая III на фиг. 5) наб.пюдают нестабильное состояние, когда структура то «плавится, то образуется вновь. Если , происходит фазовый переход, при котором модули выпадают в осадок на образовавшуюся кристаллическую структуру, т. е. проявляется механизм обратной связи за счет 5 магнитного упорядочения. При одновременно супдествуют две фазы - кристаллическая и жидкая.

В зависимости от соотношения величин индукции и концентрации модулей в ем0

5

5

0

кости можно получить как совершенную двух- и трехмерную шестигранную структуру с гексагональной упаковкой (фиг. 6), так и решетки с точечными и линейными дефектами.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет моделировать молекулярные процессы в различных агрегатных состояниях веш,ества и фазовые переходы.

Формула изобретения

I. Способ моделирования молекулярных процессов, заключающийся в том, что заполняют емкость имитирующими молекулы вещества модулями, приводят их в хаотическое движение и регистрируют траектории и скорости их перемещения, отличающийся тем, что, с целью расширения демонстрационных возможностей путем имитации агрегатного состояния и фазового перехода вещества, модули выполняют в виде магнитожестких диполей,

а приведение их в хаотическое движение осуществляют посредством электромагнитного поля, индукцию которого изменяют от 0,005 до 0,1 Тл, при этом емкость заполняют модулями в количестве 1-40% ее

объема.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью имитации газовой фазы вещест.- ва, емкость заполняют модулями в количестве 1-30% ее объема.

3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью имитации жидкой фазы вещества, емкость заполняют модулями в количестве 30-40% ее объема.

3 ff OSlT

в o,

рие. 1

Изобретение относится к учебно-демонстрационной технике и позволяет расширить демонстрационные возможности путем имитации агрегатного состояния и фазового перехода вещества при моделировании молекулярных процессов. Емкость из немагнитного прозрачного материала частично заполняют модулями с заданной объемной концентрацией и помещают в электромагнитное поле. Модули выполнены в виде магнито- жестких диполей и имеют шарообразную форму. Пропускают регулируемый переменный ток с частотой 5-200 Гц. При определенном значении индукции поля в объеме емкости дисперсная фаза взвешивается и модули совершают вращательное и поступательное движения. Индукцию поля и концентрацию модулей в емкости изменяют в зависимости от характера демонстируемого фазового состояния модели вещества. 2 з.п. ф-лы, 7 ил. ю сл Ю 01 ел

0.024

0,00 1.0

в.Тл

и

0,038 0,035

0,029

Д7.

AfaeMUfrraa KU f et Hae сос/поянае

1П

cfffpt/fffrrupHoe a5pa3o8cfMt/e

А А

4 6 8 10 12 1 фие.

20 2 28 -52 36 Риг. 5