Определение влажности как физической величины

Кафедра электроники и электроэнергетики

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛАЖНОСТИ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания

к лабораторным работам

Составители: Бородин В. И.

Петрозаводск

От составителей

Методические указания предназначены для студентов начальных курсов физико-технического факультета, изучающих вводные курсы по различным методам экспериментальных исследований и их приложений. В настоящих указаниях излагаются основы исследования влажности различных материалов, а также приборы и оборудование, реализующего различные методы.

ВВЕДЕНИЕ

В промышленности, в науке и технике при использовании различных материалов, а также при их переработки большую роль играет такой параметр как влажность материала. Как правило, влажность применяемого материала в тех или иных условиях должна иметь вполне определенную величину. А для этого необходимо уметь определять данную величину. Для определения влажности различных материалов используются различные методы и оборудование, их реализующие.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с основами методов измерения влажности различных материалов и более подробно с методами определения влажности сыпучих материалов а также техники, реализующий данный методы. Измерение влажности опилок разными методами.

Определение влажности как физической величины

Для характеристики содержания влаги в материалах применяются две величины: влагосодержание и влажность.Под влагосодержанием и понимается отношение массы влаги М, содержащейся в теле, к массе абсолютно сухого тела M₀:U=M/M₀ (1)Под влажностью W -понимается отношение массы влаги M, содержащейся в теле, к массе влажного материала М₁. W=M/(M+M₀) (2) Иногда эти величины выражают через веса и в процентах. В таком случае выражения (1) и (2) принимают вид: U%=((P-P₀)/P₀)*100% W%=((P-P₀)/P)*100%где Р—вес влажного тела;Р₀—вес абсолютно сухого тела.Для указания содержания влаги в материале может быть применена любая из этих величин. Переход от одной величины к другой может быть осуществлен по соотношениям: W=U/(1+U) (3) U=W/(1-W) (4)В определенных отраслях промышленности для указания содержания влаги в материале применяются влагосодержание U или влажность W в зависимости от установившихся традиций Большей частью в теоретических исследованиях и расчетах содержание влаги задается влагосодержанием и; в производственных условиях в экспериментах для той же цели чаще применяют влажность W.[5]При измерениях влажности необходимо учитывать формы ее связи с материалом, а также особенности гигротермического равновесия материала с окружающей воздушной средой.Естественные и промышленные влагосодержащие твердые материалы относятся к коллоидным, капиллярнопористым или капиллярнопористым коллоидным телам; наиболее многочисленной является последняя категория материалов. К коллоидным телам принадлежат эластичные гели, студни, желатины, мучное тесто и т. д. Примером капиллярно-пористых тел являются кварцевый песок, слабообожженные керамические материалы и т. д. Большинство влажных материалов являются коллоидными, капиллярно-пористыми телами. Коллоидные тела характеризуются малыми размерами капилляров, близкими к радиусу действия молекулярных сил, и могут рассматриваться в общем случае также как капиллярно-пористые тела. Сорбционная способность и водоудерживающие свойства капиллярнопористого материала зависят от его пористой структуры - площади поверхности капилляров и их размеров, а также от формы связи с влагой. Различают три группы капиллярно-пористых тел: микрокапиллярные, макрокапиллярные и гетеропорозные.

Границей между микро- и макрокапиллярами условно считают радиус капилляра, равный 0,1 мкм., гетеропорозные имеют капилляры разного размера. Капиллярнопористые тела имеют поры разных размеров. Если дисперсия функции распределения пор по размерам равна нулю, структура тела монокапиллярна; это условие редко выполняется у реальных материалов, структура которых является поликапиллярной.

Для измерений влажности, важное значение имеют виды и формы связи влаги с веществом, влияющие на свойства влагосодержащего материала.[5]

Из известных классификаций видов и форм связи влаги чаще всего используется предложенная П. А. Ребиндером, исходя из интенсивности форм связи. В зависимости от энергии, необходимой для удаления влаги из тела, связи делятся на химические, физико-химические и физико-механические. К первой группе относятся наиболее сильные связи: ионная и молекулярная. При этих формах связи вода как таковая исчезает и ее молекулы входят в состав нового вещества (гидратная вода).Химически связанная влага резко отличается по своим свойствам от свободной; ее нельзя удалить сушкой или отжатием.К физико-химическим связям относятся адсорбционная и осмотическая связи. Первая характерна для гидрофильных и гидрофобных тел; удаление влаги происходит испарением, десорбцией у гидрофильных тел или дезадсорбцией у гидрофобных. Осмотическая связь имеет место у растительных клеток с концентрированным раствором, в которые вода проникает из окружающей среды, с менее концентрированным раствором.При наиболее слабой связи - физико-механической - вода удерживается в неопределенных соотношениях. Связь может иметь структурный характер, например, в студне образующих веществах. В микрокапиллярах связь образуется поглощением воды из влажного воздуха или непосредственным соприкосновением материала с водой, в макрокапиллярах - поглощением воды прямым соприкосновением. В обоих случаях вода механически удерживается адсорбционными силами у стенок. Основная масса воды, кроме связанной адсорбционно, сохраняет свои свойства. Условием нарушения связи является действие давления, превосходящего капиллярное. Наконец, связь смешиванием образуется в непористых смачиваемых телах прилипанием воды при ее соприкосновении с поверхностью тела. Удаление влаги, как и при структурной связи, производится испарением.Разграничение влаги по форме ее связи с сухим материалом представляет сложную задачу, хотя для этого был предложен ряд методов, основанных на использовании изменения физических (в том числе и электрических) характеристик.[3]