к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Внутреннее трение в твёрдых телах

Внутреннее трение в твёрдых телах - свойство твёрдых тел необратимо превращать в теплоту механич. энергию, сообщённую телу в процессах его деформирования, сопровождающихся нарушением в нём термодинамич. равновесия.

Внутреннее трение в твёрдых телах относится к числу неупругих, или релаксационных, свойств (см. Релаксация ),к-рые не описываются теорией упругости. Последняя основывается на скрытом допущении о квазистатич. характере (бесконечно малой скорости) упругого деформирования, когда в деформируемом теле не нарушается термодинамич. равновесие. При этом напряжение 1119915-178.jpg в к--л. момент времени определяется значением деформации 1119915-179.jpg в тот же момент. Для линейного напряжённого состояния 1119915-180.jpg1119915-181.jpg . Тело, подчиняющееся этому закону, наз. идеально упругим, M0 - статич. модуль упругости идеально упругого тела, соответствующий рассматриваемому типу деформации (растяжение, кручение). При периодич. деформировании идеально упругого тела 1119915-182.jpg находятся в одной фазе.

При деформировании с конечной скоростью в теле возникает отклонение от термодинамич. равновесия, вызывающее соответствующий релаксац. процесс (возвращение к равновесному состоянию), сопровождаемый диссипацией (рассеянием) упругой энергии, т. е. необратимым ее переходом в теплоту. Напр., при изгибе равномерно нагретой пластинки, материал к-рой расширяется при нагревании, растягиваемые волокна охлаждаются, сжимаемые - нагреваются, вследствие чего возникнет поперечный градиент температуры, т.е. упругое деформирование вызовет нарушение теплового равновесия. Выравнивание температуры путём теплопроводности представляет релаксац. процесс, сопровождаемый необратимым переходом части упругой энергии в тепловую, чем объясняется наблюдаемое на опыте затухание свободных изгибных колебаний пластинки. При упругом деформировании сплава с равномерным распределением атомов компонент может произойти перераспределение последних, связанное с различием их размеров. Восстановление равновесного распределения путём диффузии также представляет собой релаксац. процесс. Проявлениями неупругих, или релаксац., свойств, кроме упомянутых, являются упругое последействие в чистых металлах и сплавах, гистерезис упругий и др.

Деформация, возникающая в упругом теле, определяется не только приложенными к нему внешними механич. силами, но и изменениями температуры тела, его хим. состава, внешними магн. и электрич. полями (магнито- и электрострикция), размерами зёрен и т. д.

1119915-183.jpg

Рис. 1. Типичный релаксационный спектр твёрдого тела при комнатной температуре, связанный с процессами: I - анизотропного распределения растворённых атомов под действием внешних напряжений; II - в граничных слоях зёрен поликристаллов; III - на границах раздела двойников; IV - растворения атомов в сплавах; V - поперечных тепловых потоков; VI - межкристаллитных тепловых потоков.

Это приводит к многообразию релаксац. явлений, каждое из к-рых вносит свой вклад во внутреннее трение в твёрдых телах. Если в теле одновременно происходит несколько релаксац. процессов, каждый из к-рых можно характеризовать своим временем релаксации 1119915-184.jpg, то совокупность всех времён релаксации отд. релаксац. процессов образует т. н. релаксац. спектр данного материала (рис. 1), к-рый характеризует данный материал при данных условиях; каждое структурное изменение в образце отражается характерным изменением релаксац. спектра.

Существует неск. феноменологич. теорий неупругих, или релаксац, свойств, к к-рым относятся: а) теория упругого последействия Больцмана - Вольтерры, отыскивающая такую связь между напряжением и деформацией, к-рая отображает предшествующую историю деформируемого тела: 1119915-185.jpg , где вид "функции памяти" 1119915-186.jpg остаётся неизвестной; б) метод реология, моделей, к-рый приводит к соотношениям типа:

1119915-187.jpg

Это линейное дифференц ур-ние деформации характеризует зависимость от времени и является основой для описания линейного вязкоупругого поведения твёрдого тела.

1119915-188.jpg

Рис. 2. Механическая модель Фохта, состоящая из параллельно соединенных пружины 1 и поршня в цилиндре 2, заполненном вязкой жидкостью.

1119915-189.jpg

Рис. 3. Модель Максвелла с последовательным соединением пружины 1 к поршня в цилиндре 2.

Явления, описываемые ур-ниями тина (1), моделируются механич. и электрич. схемами, представляющими последовательное и параллельное соединение упругих (пружины) и вязких (поршень в цилиндре с вязкой жидкостью) элементов или ёмкостей и активных сопротивлений. Наиб. простые модели: параллельное соединение элементов, приводящее к зависимости1119915-190.jpg1119915-191.jpg (т. н. твёрдое тело Фохта - рис. 2), и последоват. соединение элементов 1119915-192.jpg (т. н. твёрдое тело Максвелла - рис. 3). Путём последоват. и параллельного соединения неск. моделей Фохта и Максвелла с разными значениями жёсткости пружины и коэф. вязкого сопротивления удаётся достаточно точно описать соотношения между напряжениями и деформациями в вязкоупругом теле; в) теория, основанная на термодинамике неравновесных состояний, к-рая для случая одного релаксац. процесса приводит к обобщению закона Гука:

1119915-193.jpg

где 1119915-194.jpg , а 1119915-195.jpg- материальная постоянная, имеющая размерность вязкости, 1119915-196.jpg - время релаксации. Для периодич. деформирования с циклич. частотой 1119915-197.jpg получается: 1119915-198.jpg, где

1119915-199.jpg

т. е. 1119915-200.jpg сдвинуты по фазе на угол 1119915-201.jpg:

1119915-202.jpg

где 1119915-203.jpg - т. н. дефект модуля, или полная степень релаксации; г) дислокационная теория внутреннего трения в твёрдых телах, согласно к-рой источником внутреннего трения в твёрдых телах является движение дислокаций, объясняет, напр., уменьшение внутреннего трения в твёрдых телах при введении примесей тем, что последние препятствуют движению дислокаций. Такое сопротивление движению дислокаций часто (по аналогии с вязкостью жидкостей) наз. вязким. внутреннее трение в сильно деформированных материалах объясняется взаимным торможением дислокаций и т д. В качестве методов измерения внутреннего трения в твёрдых телах применяются: а) изучение затухания свободных колебаний (продольных, поперечных, крутильных, изгибных); б) изучение резонансной кривой для вынужденных колебаний; в) изучение затухания УЗ-импульса с длиной волны 1119915-204.jpg . Мерами внутреннего трения в твёрдых телах служат: а) декремент колебаний 1119915-205.jpg 1119915-206.jpg , где 1119915-207.jpg - сдвиг фазы между напряжением1119915-208.jpg и деформацией 1119915-209.jpg при упругих колебаниях, величина Q аналогична добротности электрич. колебательного контура; в) относительное рассеяние упругой энергии 1119915-210.jpg за один период колебаний; г) ширина резонансной кривой 1119915-211.jpg , где 1119915-212.jpg - отклонение от резонансной частоты 1119915-213.jpg, при к-рой квадрат амплитуды вынужденных колебаний уменьшается в 2 раза. Разл. меры внутреннего трения в твёрдых телах при малых значениях затухания (1119915-214.jpg) связаны между собой:

1119915-215.jpg

Для исключения пластич. деформации амплитуда колебаний при измерениях должна быть настолько мала, чтобы Q-1 от неё не зависело.

Спектр релаксации можно получить, изменяя не частоту циклич. колебаний, а температуру. При отсутствии релаксационных процессов в исследуемом интервале температур внутреннее трение в твёрдых телах монотонно растёт, а если такой процесс имеет место, то на кривой температурной зависимости появляется максимум (пик) внутреннего трения в твёрдых телах при температуре 1119915-216.jpg , где H-энергия активации релаксац. процесса, 1119915-217.jpg - материальная постоянная, 1119915-218.jpg - циклич. частота колебаний.

Методом свободных крутильных колебаний малой амплитуды и низкой частоты можно изучать растворимость и параметры диффузии атомов, образующих твёрдые растворы внедрения, фазовые превращения, кинетику и энергетич. характеристики распада пересыщенных твёрдых растворов и др. Колебания от 5 кГц до 300 кГц пригодны для изучения движения границ ферромагнитных доменов, колебания около 30 МГц применены к исследованию в металле рассеяния колебаний кристаллич. решётки (фононов) электронами проводимости. Изучение внутреннего трения в твёрдых телах - источник сведений о состояниях и процессах, возникающих в твёрдых телах, в частности в чистых металлах и сплавах, подвергнутых разд. механич. и тепловым обработкам.

Литература по внутреннему трению в твёрдых телах

  1. Постников В. С., Внутреннее трение в металлах, 2 изд., M., 1974;
  2. Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., т. 3, ч. А - Влияние дефектов на свойства твердых тел, M., 1969;
  3. Новик А. С., Берри Б., Релаксационные явления в кристаллах, пер. с англ., M., 1975.

Б. H. Финкельштейн

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что "гравитационное линзирование" якобы наблюдаемое вблизи далеких галактик (но не в масштабе звезд, где оно должно быть по формулам ОТО!), на самом деле является термическим линзированием, связанным с изменениями плотности эфира от нагрева мириадами звезд. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 20.09.2019 - 04:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
18.09.2019 - 12:08: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> ПРОБЛЕМА ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА - Карим_Хайдаров.
18.09.2019 - 06:01: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Л.Г. Ивашова - Карим_Хайдаров.
17.09.2019 - 05:51: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ФАЛЬСИФИКАЦИЯ ИСТОРИИ - Карим_Хайдаров.
17.09.2019 - 05:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Тиртхи - Карим_Хайдаров.
16.09.2019 - 18:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
16.09.2019 - 03:11: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
14.09.2019 - 18:23: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
13.09.2019 - 09:08: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 17:47: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
08.09.2019 - 03:42: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
07.09.2019 - 07:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution