Меню
Головна
Основні властивості грошового матеріалуСтандартні зразки складу та властивостей речовин і матеріалівМатеріальний потік і його основні параметри. Характеристики...Основні характеристики, види та властивості відчуттівЗлочини, що порушують правила безпеки при веденні робіт, а...Основні характеристики та принципи прийняття і реалізації...Характеристика номенклатури споживчих властивостей і показників.Визначення кошторисних цін на матеріали, вироби і конструкції

Фізичні властивості матеріалів значною мірою обумовлені їх будовою. При їх дослідженні розглядають будову атомів і молекул речовини, розташування і зв'язки молекул (внутрішню структуру речовини), мікроструктуру та макроструктуру.

Мікроструктура матеріалу залежить від форми, розмірів і взаємного розташування комплексів атомів і молекул. Вона видно під мікроскопом. Характер мікроструктури (розміри, форма і взаємне розташування кристалів) надає великий вплив на властивості матеріалів.

Вивчення мікроструктури шкіри, волокнистих матеріалів дозволяє встановити механічні властивості, пористість, водопроникність, теплопровідність і ін.; дані про мікроструктурі металів складають найважливіший розділ вчення про фізико-механічні властивості металів і їх сплавів.

Макроструктура матеріалу характеризується розташуванням, формою і розмірами великих груп молекул або складових частин матеріалу, що можна спостерігати неозброєним оком або за допомогою лупи. Макроструктура визначається будовою твердих тіл, яке також видно неозброєним оком або під лупою.

Макроструктура матеріалів розрізняється. Так, макроструктуру металів характеризують видимим розташуванням кристалів речовини, їх розмірами, формою та іншими показниками, що визначають малюнок поверхні і характер зламу, а макроструктуру тканин - будовою складових нитки волокон, ниток, їх взаємного переплетення і деяких інших факторів, що визначають видиме будова матеріалу. Макроструктура визначає значну частину властивостей, і її особливості завжди розглядаються товарознавцями, крім того, макроструктура досліджується при ідентифікації матеріалів.

Мезоструктура характеризується структурою та розташуванням елементарних частинок - суб'ядерних частинок, тобто найдрібніших частинок матерії (наприклад, електрони), які не є молекулами, атомами, іонами та ін.

Одним з важливих властивостей досліджуваних товарознавцями при вивченні мікро - і макроструктури, є пористість структури матеріалів (деревини, шкіри, керамічних виробів тощо). Пористість - показник, що характеризує заповнення обсягу матеріалу порами. Пори дрібні осередки в матеріалі, заповнені повітрям або газами; великі осередки називають також порожнечами.

Пори поділяються:

- на наскрізні, проходять через всю товщу матеріалу;

- замкнуті, які не сполучаються з зовнішнім середовищем;

- напівзамкнені - йдуть углиб і закінчуються в товщі матеріалу;

- поверхневі, відкриті - зумовлюють нерівність поверхні матеріалу (напівзамкнені пори, не йдуть в глиб матеріалу).

Від ступеня і характеру пористості матеріалу залежать багато властивостей матеріалів - об'ємна маса, водопоглинання, теплопровідність, механічні властивості та ін.

Напівзамкнені і наскрізні пори можуть мати три форми: циліндричної, воронкоподібну і бутилкообразную (з перетяжками). Наявність тієї або іншої форми часу (особливо бутылкообразной) робить істотний вплив на характер адсорбції та десорбції рідин пористим матеріалом.

Розмірно-масові властивості матеріалів і виробів, такі як щільність, об'ємна маса, об'єм, маса впливають на якість. Розмірно-масові властивості використовуються для характеристики матеріалів. Наприклад, для тканин і будівельних рулонних матеріалів, паперу важливим показником є маса 1 м2.

Істотне значення має вагу для спортивних товарів, мисливської зброї, рибальських товарів, одягу, взуття. Зіставлення вагових показників до і після зволоження зразків дозволяє встановити вологість, пористість матеріалів.

Маса виробів обумовлює вибір упаковки, технології транспортування і зберігання товарів. Маса впливає на легкість і зручність використання споживчих товарів (взуття, одягу, товарів для активного спорту і відпочинку, інструментів та ін).

Розмірно-масові властивості і показники враховуються при оцінці гігієнічних властивостей матеріалів і виробів одягу (вага матеріалів для взуття та одягу, вага швейних, хутряних виробів та ін).

Основні показники вагових властивостей наступні.

Щільність (р) - маса абсолютно щільного речовини в одиниці об'єму (кг/м3, г/см3).

У товарознавстві щільність визначається пикнометрами (для рідин і твердих тіл) і ареометрами (для рідин). Щільність пористих матеріалів встановлюється після їх подрібнення.

Значення густини деяких матеріалів: вулканізований каучук - 1,1 г/см3; кератин вовни 1,3-1,33 г/см3; целулоїд - 1,4 г/см3; целюлоза 1,5-1,55 г/см3; скло - 2,5 г/см3; алюміній - 2,7 г/см3; хром - 7,1 г/см3; олово - 7,3 г/см3; сталь - 7,9 г/см3; мідь - 8,9 г/см3; свинець - 11,35 г/см3.

Механічні властивості проявляються при впливі на матеріали зовнішніх сил.

Ці властивості характеризуються деформаціями матеріалів і виробів при дії стискаючих, розтягуючих, згинаючих навантажень.

До механічних властивостей матеріалів належать твердість, ударна в'язкість, пружність, пластичність, крихкість.

Механічні властивості проявляються деформаційно-міцнісних характеристиках: межі міцності, подовження, звуженні, втомної міцності, твердості.

Механічні властивості обумовлюють міцність товарів.

Всі тіла складаються з атомів і молекул, між якими існують сили взаємодії, що знаходяться в рівновазі і не проявляють себе видимим чином. При дії на матеріал зовнішньої сили (навантаження), що переміщуються елементарні частинки речовини, в результаті чого форма матеріалу змінюється. Зміна форми матеріалу або відстаней між будь-якими точками речовини при дії на нього навантаження називається деформацією.

Якщо після зняття навантаження частинки речовини під дією внутрішніх (пружних) сил повертаються в початкове положення, і матеріал повністю відновлює свою форму, деформацію називають оборотною.

Якщо після зняття навантаження матеріал отримує постійна зміна форми, обумовлене новим розташуванням елементарних частинок (атомів, молекул або їх комплексів) і новим станом рівноваги, то така видозміна форми називають незворотною (пластичної) деформацією.

Деформація залежить від будови і властивостей матеріалу, величини і швидкості прикладання навантаження, часу її дії, стану матеріалу (температури, вологості ін).

Зворотна деформація, що протікає тривалий час, називається пружною (для металів), або еластичної деформацією (для високомолекулярних органічних сполук).

Повна деформація являє собою суму пружною, еластичною і пластичної деформацій:

(6)

Час визначення пружною, еластичною і пластичної деформацій може проходити тривалий час (наприклад, пружна деформація визначається через 3 хвилини після зняття навантаження, пластична - через добу). Ці деформації називають умовно пружними, умовно пластичними і умовно еластичними.

Матеріали, у яких при дії навантаження пружні деформації незначні або практично відсутні, називаються пластичними (глина, олово, свинець і ін).

Пружні властивості пружно-пластичних матеріалів характеризують показником еластичності (Е).

Еластичність виражається відношенням умовно пружної деформації до повної (D) і розраховується за формулою

(7)

При зовнішньому впливі навантаження на матеріал в ньому виникають сили пружності, які прагнуть повернути її до початкового положення, внаслідок чого в матеріалі виникають внутрішні напруги.

Навантаження, урівноважує дію пружних сил, віднесена до одиниці площі матеріалу, що характеризує напруження (σ, кгс/см2).

Внутрішнє напруження розраховується за формулою

σ = P/S, (8)

де Р - величина навантаження, кгс; S - площа поперечного перерізу матеріалу, см2 або мм2.

При великій величині зовнішніх сил, прикладених до матеріалу, частинки речовини переміщаються, втрачають взаємну зв'язок, і відбувається поділ - руйнування матеріалу. Навантаження, при якій це відбувається, називається руйнує (розривний) (Рразр). Напруга, при якій матеріал руйнується, називається межею міцності (витривалості) матеріалу і позначається σв.

Для товарів важливі навантаження (напруження) і деформації, при яких відбувається руйнування. Показниками деформацій є зміни форм, спостережувані при розтяганні, стиску, зсуву, крученні та згині.

Деформації при розтягуванні представлені на рис. 7.1.

При прикладанні до зразка довжиною l і поперечним перерізом F розтягуючого зусилля Р, спрямованого уздовж бруса, під дією зусилля Р відбувається деформація у вигляді збільшення довжини - подовження (Δl) при одночасному зменшенні поперечних розмірів.

При проведенні випробувань визначається абсолютна l) і відносне подовження зразка (ε):

(9)

Деформації при стисканні розраховуються як деформації розтягування з оберненим знаком, коли при дії стискаючого навантаження зразок коротшає при одночасному збільшенні поперечних розмірів. Деформації при зсуві виникають, коли равнодействующие сили лежать в двох близьких поперечних перерізах і діють протилежно. Деформації при крученні виникають при повороті стрижня, кінець якого закріплений.

Рис. 7.1. Деформація при розтягуванні зразка

При виробництві та експлуатації товарів прості деформації в більшості випадків зустрічаються в різних поєднаннях (розтягнення з одночасним крученням, стиск і вигин тощо), такі деформації називаються складними.

Навантаження в залежності від площі додатки до тіла поділяються на розподілені та зосереджені:, від часу дії - постійні і тимчасові. Наприклад, шнур з підвішеною на ньому люстрою знаходиться під постійним навантаженням, кнопка пульта управління - тимчасовий (в момент натискання). Повторювана тимчасова навантаження називається багаторазовою. Такий навантаженні схильні одяг, взуття, покриття для підлоги, меблі для відпочинку і сну, інструменти.

За характером дії зовнішніх сил, прикладених до тіла, розрізняють статичне та динамічне їх дію. При статичному дії зовнішні сили додаються статично дуже повільно, створювані ними прискорення частинок матеріалу настільки малі, що ними можна знехтувати. При динамічній дії навантаження прикладається до матеріалу швидко, динамічно, частинки матеріалу отримують помітні прискорення і матеріал виводиться з рівноваги. Після згасання пружних коливань дію навантаження стане статичним. Наприклад, при повільній ходьбі взуття відчуває статичне навантаження, при бігу і стрибках - динамічну; обробка металу пресуванням - це дія статичних навантажень, ковка - динамічна навантаження.

Динамічні навантаження руйнують матеріал сильніше, ніж статичні. Найбільшою силою руйнування мають багаторазові змінні динамічні навантаження.

Якщо навантаження при розтягуванні (стиску) не досягає певної межі (різного для кожного матеріалу), матеріал залишається пружним і повертається до первісної довжині після видалення прикладеного навантаження. Згідно із законом Гука отримується подовження (стиснення) пропорційно напрузі, тобто:

σ = Eε, (10)

де Е - коефіцієнт пропорційності, який називається модулем пружності (при розтягуванні або стисненні).

При відносному подовженні, рівному одиниці, σ = Е, модуль пружності показує розрахункове напруження, при якому пружне абсолютне подовження матеріалу дорівнює довжині початкового зразка.

Зворотна величина модуля пружності називається коефіцієнтом розтягування (стиснення), що визначає величину деформації, що відповідає напрузі.

Модуль пружності виражається у кг/см2 або кг/мм2.

Закон Гука у розгорнутій формі записується наступним чином:

(11)

Абсолютна деформація (подовження, стиснення), що отримується матеріалом при розтягуванні (стиску), пропорційна розтягує (стискаючої) силі і довжині, обернено пропорційна модулю пружності і площі поперечного перерізу вироби.

Не всі матеріали строго підкоряються закону Гука, в найбільшій мірі він докладемо для характеристики механічних властивостей металів в межах лінійної залежності між напругою і подовженням. Механічні властивості деревини, тканин, шкіри та деяких інших матеріалів не підкоряються цьому закону, причому наявність залишаються подовжень відзначається вже при дії малих навантажень.

Міцність при розтягуванні є важливою властивістю виробів з металів, шкіри, тканин і інших матеріалів. Криві розтягування але форми можуть бути різними - пологими або круто піднімаються, а їх опуклості - звернені вниз або вгору. Форма кривої дає можливість судити про співвідношення між величиною навантаження і подовження протягом усього циклу розтягування зразка аж до його руйнування.

В табл. 7.3 подано значення межі міцності деяких матеріалів при розтягуванні.

Для шкір, тканин, кручених виробів, пластичних мас, тобто матеріалів, які не підкоряються закону Гука навіть при малих навантаженнях, межа пропорційності не може бути встановлений. Результати випробувань обмежуються значеннями навантаження і подовження у відсотках, спостережуваних в момент руйнування зразка або побудовою діаграми розтягування за даними проміжних значень навантажень і відповідних їм подовжень.

Таблиця 7.3

Межа міцності деяких матеріалів при розтягуванні

Найменування матеріалу

Межа міцності, кг/мм2

Найменування матеріалу

Межа міцності, кг/мм2

Сталь

40-120

Шовк натуральний

45-50

Мідь

15-43

Бавовна (волокно)

30-50

Чавун

17-26

Вовна

10-20

Алюміній

10-18

Шкіра

1-7

Дерево в напрямку волокон

8-15

Тканини бавовняні

1,5-2,5

Скло

6-8

Резина

0,6-1

Фарфор

4-8

Тканини вовняні

0,2-1

Крім показника міцності опір матеріалу руйнуванню може додатково характеризуватися роботою розриву, яка визначається кількістю енергії, що поглинається матеріалом при механічних впливах. Останнє характеризується роботою, що витрачається на деформацію і розрив зразка.

Деформації пластичних матеріалів пов'язані з переміщенням частинок матеріалу. Частинки можуть повільно переміщатися при постійному навантаженні. Властивість матеріалу повільно і безперервно деформуватися під дією постійного навантаження називається повзучістю (плинністю). При переміщенні частинок матеріалу при пластичній деформації вони відчувають внутрішнє тертя, в результаті цього відбувається виділення теплової енергії. Зростання внутрішніх напружень при деформації залежить від швидкості зростання навантаження. При великій швидкості зростання навантаження переміщення частинок "відстає" від зростання навантажень і матеріал руйнується при більшій напрузі.

Якщо при розтягуванні пластичного матеріалу припинити подальше навантаження зразка, частинки речовини протягом деякого часу будуть прагнути перейти в стан рівноваги, внаслідок чого внутрішня напруга в матеріалі буде падати. Падіння напруги при наявності даної деформації називається релаксацією (розслабленням).

На пластичні властивості матеріалів впливає температура. Наприклад, для металів з підвищенням температури модулі пружності знижуються, зменшується опір пластичної деформації, вплив часу (швидкості) деформації сильно зростає, релаксаційні властивості проявляються в більш різкій формі.

Для гігроскопічних матеріалів (шкіра, тканини, дерево та ін) істотним фактором є також вологість матеріалу, при збільшенні якої відбувається повне подовження матеріалу.

Деформації високомолекулярних речовин (гуми, синтетичних смол, волокон з целюлози, білка) характеризуються наявністю, поряд із пружною, пластичною - еластичної деформації, яка зазвичай у багато разів перевищує пружну деформацію. Механізм пружної деформації полягає у збільшенні середніх відстаней між атомами при розтягуванні, у зв'язку з чим відбувається збільшення об'єму деформованого об'єкта. Еластична деформація розтягування обумовлюється розпрямленням довгих молекул, тобто величина розтягування визначається, з одного боку, довжиною молекул речовини, розташуванням у зразку (величиною їх вигину, розмірами в згорнутому вигляді) і величиною їх розпрямлення при розтягуванні.

Розпрямлення молекул при розтягуванні супроводжується виділенням тепла; після зняття зовнішнього напруги тепловий рух прагне знову порушити орієнтацію распрямленных ланцюгів молекул, вони знову беруть вигнуту форму, поглинаючи тепло. При нагріванні швидкість еластичної деформації значно зростає, і час релаксації в залежності від зовнішніх умов може змінюватися в широких межах (від часток секунди до декількох років). При досить великих удлинениях спостерігається також більш щільна "упаковка" орієнтованих молекул, що супроводжується деяким зменшенням об'єму зразка.

Розривна довжина - це мінімальна довжина зразка, при якій відбувається його руйнування під дією власної ваги, або довжина зразка, при якій напруга під дією власної ваги стає рівним межі міцності.

Розривна довжина (Lразр) обчислюється на основі значень міцності при розтягуванні зразка (Рразр), об'ємної маси матеріалу (d) і площі поперечного перерізу зразка (F):

(12)

Зразок зруйнується в момент, коли внаслідок збільшення довжини зразка загальна вага його стане дорівнює міцності при розтягуванні зразка, тобто коли g = Ррозр тоді L = Lрозр.

Втома матеріалів - властивість, що виявляється при впливі на матеріал багаторазового навантаження. При багаторазовому впливі навантаження матеріал втрачає свої механічні властивості, а потім може повністю зруйнуватися. Це властивість характеризується межею витривалості (втоми) матеріалу (σw).

Для матеріалів, крива втоми яких йде похило і не закінчується горизонтальним ділянкою, межа витривалості може бути обраний умовно у вигляді величини напруги (навантаження), не руйнує матеріал при встановленому числі циклів (n).

Високий межа витривалості - важлива властивість товарів, що піддаються багаторазовим навантажень (пружини, ресори, колінчасті вали та ін). Зокрема, при випробуванні металів застосовуються розтягуючі і згинальні навантаження, змінюють свої напрямки. Ці властивості важливі для пряжі, тканин, гуми, взуттєвих шкір, пластичних мас.

Твердість - це здатність матеріалу протидіяти проникненню в нього іншого (більш твердого матеріалу. Якщо стискаюча сила передасться на відносно невелику ділянку якого-небудь виробу, вона викликає місцеву деформацію стиснення, не поширюється на велику глибину, внаслідок чого виникає зминання. При натисканні одного об'єкта на поверхню іншого може залишитися відбиток, який представляє собою залишається деформації зминання. Твердість - важлива властивість, характерна для металів, пластичних мас і інших матеріалів, а також дуже важливе для ножових, інструментальних товарів, матеріалів, які використовуються для виготовлення каркасів, несучих конструкцій, корпусів товарів, будівельних матеріалів.

Зносостійкість матеріалів і виробів є важливою сукупністю властивостей, які враховуються при розробці товарів.

Знос - це зміна зовнішнього вигляду, конструкції або властивостей товару, при яких він вимагає ремонту (частковий знос) або стає непридатним для подальшого використання (повний знос). Знос виробу являє собою складне явище, що протікає при його експлуатації. Він обумовлений механічними і фізико-хімічними впливами на товар.

Залежно від умов використання, природи матеріалу і конструкції виробу в процесі зносу переважають ті або інші дії і в кожному окремому випадку можуть встановлюватися різні домінуючі причини зносу. Так, при використанні автомобільних шин знос визначається в основному механічними впливами - стиранням шин при русі про дорожні покриття; знос одягу залежить від інтенсивності фізико-хімічних впливів прямих сонячних променів, повітря, вологості, прання, а також тертя при носінні.

Зовнішній механічний знос, при якому стираються поверхні матеріалу, є найпростішим видом руйнування, він супроводжується втратою з поверхні частинок речовини і, отже, зменшенням товщини, ваги і міцності матеріалу на ділянках зносу, як у випадках стирання нижній частині взуття, монети при тривалому його використанні і т. д. Інтенсивність зовнішнього зносу залежить від природних властивостей матеріалу, структури поверхні, що піддається зовнішнім впливам, і інтенсивності цих впливів.

Внутрішній механічний знос викликається багаторазовими механічними впливами на матеріал в процесі експлуатації, супроводжується зміною внутрішньої структури і в зв'язку з цим - фізико-механічних властивостей матеріалу.

Ознаками такого зносу служать втрата пружно-еластичних і пластичних властивостей матеріалу, збільшення жорсткості, крихкості, падіння механічної міцності хоча зовнішній вигляд і конструкція виробу залишаються без зміни. При подальшому зносі виріб стає непридатним для використання внаслідок різкого погіршення споживчих властивостей, часткового або повного руйнування. Такий вид зносу спостерігається у виробах або їх деталі, що піддаються при використанні багаторазових механічних навантажень - розтяганню, стиску, вигину, ударним впливам, що викликають втому матеріалу. Цей вид зносу характерний, зокрема, для багатьох деталей механізмів (наприклад, осей машин, поршнів тощо).

Вагомим чинником зносу товарів є фізико-хімічні дії - світло, тепло, волога, окислювачі, лужні і кислі розчини, інші реагенти. Їх вплив, як правило, викликає більш сильний знос матеріалів і виробів, ніж механічні навантаження: зміна хімічного складу поверхні матеріалу (вицвітання кольорів, утворення окисних плівок та ін.), втрату маси, погіршення фізико-механічних властивостей, часткове або повне руйнування виробу. Фізико-хімічний вплив на матеріал служить причиною зовнішнього і внутрішнього механічного зносу, які в цьому випадку протікають більш інтенсивно.

Термічні властивості проявляються при дії на матеріали або готові вироби теплової енергії. Найважливішими з них є теплоємність, коефіцієнт термічного розширення, теплопровідність, тепловипромінювання і теплопоглинання, теплоізолюючі властивості, термічна стійкість, показники зміни агрегатного стану.

Вогнестійкість, морозостійкість і теплоізоляційні властивості найбільш важливі для будівельних матеріалів; термічна стійкість - для посуду; тепловипромінювання і теплопоглинання - для електропобутових приладів; зміни агрегатного стану речовин - для визначення умов зберігання паливно-мастильних матеріалів, товарів побутової хімії, продуктів харчування.

Теплоємність (З, кал/град) - це кількість тепла (Q), необхідне для підвищення температури (Т) тіла на 1°С:

(13)

Питома теплоємність (кал/г · град або ккал/кг · град) - це відношення теплоємності до маси речовини. Теплоємність при постійному тиску позначається як Cр а при постійному обсязі - Cv. Показники теплоємності значущі для металів, теплоізоляційних та інших матеріалів (табл. 7.4).

Таблиця 7.4

Теплоємність деяких речовин та матеріалів

Найменування

матеріалу

Питома теплоємність, кал/г·град

Найменування

матеріалу

Питома теплоємність, кал/г·град

Лід (0°)

0,49

Мідь

0,091

Повітря

0,24

Латунь

0,092

Азбест

0.195

Сталь вуглецева

0,12

Бетон

0,21

Алюміній

0,20

Цегла

0,2

Резина

0,5

Скло

0.16

Целюлоза

0,36

Фарфор

0,26

Вовна

0,41

Коефіцієнт термічного розширення - важливий показник для виробів, у яких він пов'язаний із судженням про міцності, правильності їх конструкції (для металів, скла, скляного посуду); для виробів, розміри деталей яких впливають на основну функцію речі (деталі особливо точних механізмів, вимірювальні інструменти).

Теплопровідність - здатність матеріалу проводити тепло при наявності температурної різниці між окремими ділянками вироби. Кількість тепла, що проходить через шар матеріалу, прямо пропорційно його площі, різниці температур в обох поверхонь шару, часу і обернено пропорційний товщині шару матеріалу. Крім того, теплопровідність залежить від властивостей матеріалу:

(14)

де F - площа матеріалу; T1-T2 - різниця температур; t - час; h - товщина матеріалу; λ - коефіцієнт, що залежить від властивостей матеріалу, називається коефіцієнтом теплопровідності. Теплопровідність речовини залежить від його стану, тобто температури і тиску.

В залежності від прийнятих розмірностей розрізняють фізичний коефіцієнт теплопровідності (λфиз) і технічний (λтехн):

; (15)

; (16)

(17)

Найбільш високою теплопровідністю мають метали, тому вони не застосовуються в якості теплоизолягоров. Матеріали з малою теплопровідністю (до 0,2 ккал/м·град·год) називають теплоізоляторами (азбест, повсть, дерево, шкіра та ін). Найменшою теплопровідністю володіє повітря, тому наявність його в пористих тілах різко знижує теплопровідність останніх. Теплопровідність гігроскопічних матеріалів різко зростає із збільшенням вологості матеріалу, причому коефіцієнт теплопровідності вологого матеріалу може бути вище коефіцієнта теплопровідності матеріалу, так і води. Теплопровідність є важливою властивістю тканин, одягу, взуття, хутряних виробів, металевій та скляній посуду, будівельних матеріалів та ін

Тепловипромінювання та теплопоглинання пов'язані з такими явищами. Теплове випромінювання - результат коливального руху атомів і молекул. При нагріванні матеріалу частина теплової енергії перетворюється у променисту, кількість якої зростає при підвищенні температури виробу. Найбільшою мірою властивості теплового випромінювання мають світлові та інфрачервоні промені з довжинами хвиль від 0,4 до 400 ц (табл. 7.5).

Таблиця 7.5

Порівняльна довжина хвиль

Випромінювання

Довжина хвиль

Випромінювання

Довжина хвиль

Радіохвилі

від 30 км до 0,4 мм = 400 m

Ультрафіолетові

промені

0,4-0,01 ц

Інфрачервоні теплові промені

400-0,76 ц

Рентгенівські промені

0,01-0,0001 ц

Світлові промені

0,76-0,4 ц

Гамма-промені

(у-промені)

Випромінювання властиве всім тілам, і кожна з них випромінює енергію безперервно. Потрапляючи на матеріал, промениста енергія Q0 частково відбивається (Q1), частиною поглинається (Q2) і частково проходить крізь тіло (Q3).

Таким чином:

(18)

(19)

Відносини , і характеризують ступеня (коефіцієнти) відбиття (R), поглинання (А) і пропускання (D) теплових променів. Найбільшою мірою промениста енергія поглинається абсолютно чорними тілами, для них А = 1, R = 0 і D = 0. Випромінювальна здатність матеріалу тим більше, чим більше їх поглинальна здатність. Відповідно, при будь-якій температурі випромінювання абсолютно чорного тіла є максимальним.

Теплоізолюючі властивості різних матеріалів (тканин, шкіри і ін) визначаються не тільки показником теплопровідності цього матеріалу, але і деякими іншими його властивостями, так як втрата тепла тілом, ізольованим від зовнішнього середовища теплоізолятором, відбувається трьома шляхами - теплопровідністю, випромінюванням (тепловим випромінюванням) і конвекцією.

Теплоізолюючі властивості матеріалів характеризуються коефіцієнтом тепловіддачі або сумарної тепловтрати через досліджуваний матеріал, який характеризує загальні тепловтрати (шляхом теплопровідності, випромінювання і конвекції).

Термічна стійкість характеризує здатність матеріалу або виробу витримувати в певних межах зміни температури без руйнування або помітного погіршення своїх властивостей. Вона є важливою властивістю для скляного та керамічного посуду, пластмас. Наприклад, деякі види штучного волокна (ацетатний шовк і ін) не витримують дії температури вище 80-100°С; деякі матеріали при дії низьких температур різко збільшують крихкість, знижують міцність. Термічна стійкість скляного посуду характеризується межею температури, до якої можливо різко нагріти і охолодити його, кількістю теплозмін, витримує виробами. Для скляних виробів термічна стійкість залежить від теплоємності, коефіцієнта термічного розширення, теплопровідності, межі міцності скла, фасону і особливостей форми виробу.

Важливою властивістю конструкційних, пально-мастильних і використовуваних в будівництві матеріалів є вогнестійкість, що характеризується їх здатністю займатися і згоряти з більшою або меншою інтенсивністю. Найменш вогнестійкі деревина, папір, тканини з рослинних волокон, багато пластмаси, лаки. Найбільшою вогнестійкістю відрізняються металеві і силікатні вироби. Вогнестійкість деяких матеріалів підвищується шляхом спеціальної просочення або шляхом нанесення вогнезахисних покриттів.

Для горючих речовин (бензину, гасу, мастил та ін) істотною характеристикою є температура спалаху (температура, при якій відбувається спалах парів горючої речовини з наступним згасанням) і температура займання (спалах з подальшим горінням).

При зміні температури можливо зміна агрегатного стану матеріалу. Це властивість враховується в технологічному процесі виробництва, зберіганні і використанні готових виробів і характеризується температурами розм'якшення і для плавлення твердих тіл (металів, силікатів, пластмас) і температурами кипіння і твердіння для рідин (горючі й мастильні речовини, розчинники для лакофарбових товарів і ін). Характеристики зміни агрегатного стану використовуються також при оцінці ступеня чистоти матеріалу, встановлення наявності в ньому домішок.

Сорбційні властивості (абсорбція, адсорбція, хемосорбція, капілярна конденсація) є фізико-хімічними процесами, при яких відбувається поглинання матеріалом газів, парів або речовин з навколишнього середовища. Вони впливають на збереженість, міцність, зміна ваги, обсягу, подовження, міцності, теплопровідності, пластичності, вологості матеріалу.

Сорбційні властивості мають велике значення для торговельних і виробничих підприємств, оскільки необхідно знати втрати вологи при усушці в певних умовах до моменту настання "постійної маси" (абсолютно сухого матеріалу), тобто маси, яка при подальшій сушці і зважуванні зразка не зміниться. Особливо важливо це для виробів з шкіри, текстильних матеріалів, деревини.

Адсорбція - це поглинання газів, парів та розчинених речовин на поверхні твердих тел. Тверде тіло, яке здатне поглинати гази, пари або розчинена речовина, називається адсорбентом, адсорбированное речовину називають адсорбатом. Явище, протилежне адсорбції, пов'язане з зменшенням кількості поглиненої речовини адсорбентом, називається десорбцією.

Абсорбція - це поглинання речовини за рахунок його дифузії в масу тіла і впровадження між атомами і молекулами сорбенту.

Капілярна конденсація виникає в результаті злиття рідких шарів, що утворилися на стінках капілярів (пір), внаслідок адсорбції пари.

Хемосорбція - поглинання в результаті хімічної взаємодії газу або пари з твердим тілом, що відбувається на поверхні твердої фази, або розповсюджується на всю масу твердого об'єкта.

При вивченні властивостей твердих матеріалів і виробничих процесів їх обробки найбільший практичний інтерес представляє адсорбція газів, парів або часток розчинених речовин. Гігроскопічні властивості матеріалів, окремі процеси фарбування, очищення масел та інші процеси повністю або частково пояснюються адсорбційними явищами.

Механізм адсорбції на поверхні твердих тіл дуже складний, і до цих пір про нього немає достатньо ясного уявлення. Це пояснюється, з одного боку, неоднорідною активністю окремих ділянок поверхні твердого тіла, а з іншого - тим, що адсорбція може супроводжуватися хемосорбцией та іншими явищами сорбції. Важливою властивістю є сорбційна здатність речовин, кількість адсорбованих речовин (газу, пари, розчинених речовин) в різних умовах зовнішнього середовища і вплив адсорбованих речовин на властивості адсорбенту. Основні фактори, що впливають на величину адсорбції, - природа компонентів (адсорбенту і адсорбується речовини), концентрація адсорбується речовини і температура. Адсорбція тим вище, чим більше питома поверхня адсорбенту. При адсорбції з розчинів її величина залежить не тільки від природи адсорбенту, але і від природи розчинника і адсорбується речовини.

Волога, що міститься в матеріалах, може перебувати в різному стані: у вигляді адсорбованої вологи, конденсованої вологи в капілярах (малих порах) речовини і в хімічно зв'язаному вигляді (кристалізаційна, конституційна вода). Крім того, в матеріалах може міститися капельножидкая вільна вода, механічно заповнює пори матеріалу.

Вологість матеріалу характеризується відношенням загальної втрати вологи при сушінні (дв - gc) до маси матеріалу після сушіння, (%):

(20)

де gв - маса вологого матеріалу; gc - маса матеріалу після сушіння у відповідних умовах.

Зміст вологи (W) визначається відношенням маси вологи до маси вологого матеріалу і розраховується але формулою

(21)

Здатність адсорбувати вологу мають багато матеріалів.

Як вже говорилося, вологість (за рахунок адсорбційної, конденсованої, хімічно зв'язаної вологи) деревини, шкір, текстильних волокон, пластичних мас супроводжується зміною об'єму, маси, міцності, подовження, м'якості, теплопровідності та інших властивостей, але, крім того, вона впливає на біологічну стійкість і противогнилостные властивості матеріалів.

Кількість адсорбційної вологи, що міститься в матеріалі, залежить в основному від виду матеріалу (властивостей адсорбенту), відносної вологості і температури повітря. При збільшенні відносної вологості повітря (при постійній температурі) кількість адсорбованої вологи зростає, адсорбційне рівновага настає при більш високих значеннях вологості матеріалу.

Максимальну гігроскопічність матеріалу характеризує вологість матеріалу, витриманого до адсорбційної рівноваги в умовах вологості повітря 100% при температурі 20 °С.

Властивість матеріалу вбирати і утримувати капельножидкую вологу називається водопоглинанням. Водопоглинання матеріалу залежить від гідрофільності, пористості матеріалу, виду і розміру його пір, адсорбційної здатності та ін. Про водопоглинанні судять зазвичай по приріст матеріалу після його повного насичення; при цьому слід мати на увазі, що деяка частина води може бути поглинута у вигляді хімічно зв'язаної або адсорбованої, частина води буде заповнювати наскрізні або напівзамкнені пори, частина води буде лише змочувати поверхню матеріалу і внутрішню поверхню великих пір.

Повне водопоглинання по вазі (%) розраховується за формулою

(22)

де gc - маса абсолютно сухого матеріалу; gн - маса матеріалу після сто насичення водою.

З допомогою цього показника враховують як адсорбированную (конденсовану, хімічно зв'язану), так і капельножидкую вологу.

Віднімаючи з величини показника повного водопоглинання величину максимальної гігроскопічності, ми отримаємо водопоглинання капельножидкой води матеріалом з максимальним адсорбційним зволоженням.

У товарознавчої практиці за "сухий" матеріал беруть зразок з нормальною адсорбційної вологістю, званий іноді "воздушносухим", і до ваги цього зразка відносять приріст зразка після його насичення водою.

Водопоглинання за обсягом характеризує ступінь заповнення водою загального обсягу матеріалу і виражається як кількість поглиненої води, віднесеної до обсягу матеріалу:

(23)

оскільки, де - об'ємна вага матеріалу.

Об'ємне водопоглинання можна представити як Gоб=Gвес·γ. Однак об'ємне водопоглинання може бути менше, оскільки частина пір повністю не заповнюється водою.

Водопоглинання різних матеріалів коливається в широких межах; так, вагове водопоглинання щільних кам'яних матеріалів 0,2-0,7%, звичайного цегли 8-20, дерева 20-200, тканини 60-150% і більше.

Проникність - це властивість матеріалу пропускати через себе частинки газу (газопроникність), повітря (повітропроникність), пара (паропроникність), пилу (пылепроницаемость), води (водопроникність).

Цими властивостями володіють текстильні, взуттєві, будівельні матеріали і вироби. Рівень цих властивостей впливає на якість та безпеку виробів. Наприклад, паропроникність одягу обумовлює нормальне гігієнічний стан пододежной середовища, нормальний теплообмін і теплорегулирование тіла людини. Низька вологопроникність натуральних шкір обумовлює їх застосування для верху повсякденного взуття, водонепроникність гуми і полімерних матеріалів (поліетилену, полиуретаиа) дозволяє використовувати їх при виробництві одягу і взуття, що захищають людину від дощу і вологи.

Розглянемо докладніше окремі види проникності.

Повітропроникність залежить від тиску, експериментально визначається, як правило, при тиску 5 або 10 мм водяного стовпа шляхом пропускання повітря з камери 1 в камеру 2 через досліджуваний повітропроникний матеріал.

Якщо тиск повітря в камерах по-різному (P1 > P2; Р1 - Р2 = h), то повітропроникність Вh (мл/см2 · с) розраховується за формулою

(24)

де F - площа перегородки, см2; V - об'єм повітря, що протікає через досліджуваний матеріал, см3; t - час проходження повітря через перегородку, с.

Вh називається повітропроникністю матеріалу при різниці (перепаді) тисків h.

Паропроникність - це здатність матеріалу проводити пари води. При статичному випаровування з водної або зволоженої поверхні пари води розсіюються в повітрі шляхом дифузії створюється внаслідок перепаду тиску водяних парів у атмосфері і у водній поверхні. Якщо на шляху дифузії є перешкода у вигляді зразка матеріалу, то дифузія сповільнюється в більшій чи меншій мірі залежно від пористості матеріалу; одночасно частина парів води адсорбується і шляхом десорбції передається в зовнішнє середовище.

Швидкість статичного випаровування в циліндричних посудинах (вага пари води, що випаровуються в 1 см2 площі в годину) залежить від тиску, температури і відносної вологості повітря, а також від глибини рівня води в посудині. Для умов t = 20°, φ = 60%, Р = 760 мм рт. ст. при відстані поверхні води від країв склянки 3 см і діаметрі склянки 8 см кількість випаровуваної води ~ 3 мг/см2 · ч.

При динамічному випаровуванні, коли у водній поверхні створюються потоки повітря, що проходять через зразок під деяким тиском h, пари води проходять через пори зразка разом з повітряним потоком.

У цьому випадку при сталому паралельному процесі сорбції кількість парів води, які проходять разом з повітряним потоком, буде пропорційно повітропроникності і відносної вологості повітря.

Якщо через зразок площею F см2 за час t ч проходить V мл повітря при тиску h мм водяного стовпа, то кількість парів води, що проходять через зразок разом з повітряним потоком, що має температуру т, буде дорівнює

(25)

де GS - кількість мг пари в 1 мл повітря при повному насиченні для температури τ; φ - відносна вологість повітря в частках одиниці.

Відносна паропроникність - відношення кількості парів води, які пройшли через зразок, до кількості води, що випарувалася з відкритого склянки того ж розміру за той же час.

Відносна паропроникність (Р0, %) розраховується за формулою

(26)

де g1 - вага водяних парів, які пройшли через зразок за час t, g2 - спад ваги у відкритому склянці з водою за той же час.

Для тканин відносна проникність коливається в межах 20-50%.

Водопроникність - це здатність матеріалу пропускати воду при певному тиску. Опір матеріалу проникненню води на протилежну сторону матеріалу називають водоупорностью.

Водопроникність (В) вимірюється кількістю води (мл), що пройшла в годину через 1 см2 матеріалу і розраховується за формулою

де v - кількість води в мл, що пройшла через зразок за час t; F - площа зразка, см2.

Водотривкість матеріалу характеризується висотою стовпа води, який витримує випробуваний зразок без того, щоб вода проходила на зворотну сторону у вигляді вільно падаючих крапель.

Пылепроницаемость - властивість, важливе для фільтруючих матеріалів, одежних тканин, взуттєвих матеріалів і т. д. В основному вона залежить від тих же факторів, що і повітропроникність, а також від особливостей пилу (складу, розміру частинок, запиленості повітря, г/м3). Пылепроницаемость визначається по збільшенню ваги зразка, через який пропускають запилене повітря протягом певного часу при встановленому перепаді тисків.

Оптичні властивості (светопреломление, світлопропускання, светоотражен ие) сприймаються людиною в зоровому відчутті. Вони зумовлюють насамперед естетичні властивості товарів. До оптичним властивостям товарів належать їх колір, яскравість, светлоту, насиченість.

Ці характеристики обумовлюють зовнішній вигляд, сприйняття кольору, блиску, текстури поверхні виробів. Оптичні властивості важливі для ювелірних товарів, посуду зі скла та кераміки, на них базується робота електронних товарів і відео - і фототехніки.

Колір поряд з формою - основний елемент зорового відчуття при дії променистої енергії на наш очей. Видима частина спектра знаходиться в межах довжини хвиль від 400 до 760 нм, причому хвилі різної довжини викликають різні колірні відчуття. У спектрі розрізняють до 130 кольорів, які можуть бути з'єднані в близькі по колірному тону групи.

Таблиця 7.6

Кольори і відповідні їм довжини хвиль

Кольори

Довжина хвиль, їм

Кольори

Довжина хвилі, нм

Червоні

760-620

Зелені

530-500

Помаранчеві

620-590

Блакитні

500-470

Жовті

590-560

Сині

470-430

Жовто-зелені

560-530

Фіолетові

430-380

Якщо матеріал відбиває промені всіх довжин хвиль спектра в однаковому співвідношенні, такі кольори називаються ахроматичними - від білого через сірий до чорного залежно від кількості відображених променів. Повне відображення дає ідеально білий колір, повне поглинання - ідеально чорний. Найбільш білий колір мають сірчанокислий барій, оксид магнію. Платівки, спресовані з цих речовин, відображають 94-98% падаючого на них світла; поверхня чорного оксамиту, яка дасть практично найбільш чорний колір, відбиває близько 0,2% падаючого на неї світла. Ахроматичні кольори відрізняються один від одного по ступеню відбиття світлових променів, або по светлоте. Ахроматична шкала від білого до чорного може бути розділена на максимально 300 ступенів светлот, що визначається межею чутливості нашого ока.

Хроматичні кольори відрізняються один від одного по светлоте і колірному тону (червоні, жовті, сині і т. д.). Колір непрозорих тіл визначається в результаті вибіркового поглинання певних променів спектра або поглинання одних довжин хвиль більшою мірою, інші - меншою. Колір матеріалу підсумовується з світлових хвиль, що залишилися непоглощенными і відбитими.

При проходженні світлових променів через прозорий матеріал (скло, кришталь та ін) частина їх відбивається від поверхні тіла, частина поглинається речовиною тіла і велика частина пропускається тілом.

Коефіцієнт відображення (р) - це відношення відбитого потоку світла SO до повного світлового потоку S, %:

(28)

Відношення поглиненої тілом світлового потоку Sα до повного S,що виражене у відсотках, позначає коефіцієнт поглинання (α).

(29)

де Sα - кількість поглиненого світла при проходженні через тіло товщиною до 1 мм.

Кількість пройшли через тіло світлових променів, віднесене до повного світлового потоку і виражене у відсотках, характеризує прозорість тіла (τ):

де Sτ - кількість світлових променів, що пройшли через тіло товщиною до 1 мм.

При проходженні світла через прозорі тіла, що володіють виборчим поглинанням (наприклад, через забарвлене скло), світлові промені різних довжин хвиль будуть характеризуватися неоднаковими коефіцієнтами поглинання і проходження.

Червоні, помаранчеві, жовті і жовто-зелені кольори називаються "теплими"; їх вважають більш яскравими, "помітними". Зелено-блакитні, блакитні, сині і синьо-фіолетові кольори називають "холодними", спокійнішими, менш яскравими. По мірі зменшення інтенсивності освітлення хроматичні кольори поступово перестають розрізнятися; причому раніше інших "зникають" червоні, жовті і довше інших утримуються блакитні і сині кольори. При досить малому освітленні жовті і червоні кольори темніють, блакитні і сині, навпаки, світлішають. При великій інтенсивності світла (в променях сонячного світла) всі кольори стають білуватими і жовтуватими, причому більше інших змінюється фіолетовий колір, менш інших - червоний.

На сприйняття кольору впливає фон, на якому сприймається колір об'єкта. Наприклад, на світлому фоні сірі та чорні кольори здаються темнішими; навпаки, сірі і білі на темному фоні, здаються світлішими, ніж, наприклад, на сірому фоні (светлотный контраст). Той же ефект виходить, якщо світлі кольори сприймаються після розглядання темних кольорів.

Яскравість кольорового тону зростає і в тому випадку, якщо він сприймається оком після розглядання темного тону; якщо ж перевести очей з білого фону чорний колір, чорний сприймається як більш глибокий. Хроматичні кольори, розташовані на кольоровому фоні, змінюють свій колірний топ залежно від кольору фону. Так, на синьому тлі червоний отримує жовто-оранжевий відтінок, на червоному тлі жовтий і синій здаються зеленішою, на зеленому тлі червоний змінюється в бік фіолетового, жовтий - в бік помаранчевого, помаранчевий - у бік червонуватого.

Під дією світлових подразнень зір "стомлюється", що виявляється у зниженні чутливості сітківки ока до даного подразника, внаслідок чого знижується здатність сприймати даний колір. Працюючи з кольоровими об'єктами, необхідно давати відпочинок очам, так як внаслідок стомлюваності може мати місце неправильне сприйняття кольору. Наприклад, після тривалої роботи з зеленим кольором в перший час предмети здаються рожевими.

Колір матеріалів, забарвлених одними тим же барвником, буде різним у залежності від будови пофарбованих поверхонь.

Видима структура поверхні матеріалу називається фактурою матеріалу. По фактурі поверхні можуть бути гладкі і шорсткі. Таке розмежування умовно, так як до гладким належать поверхні з малої ступенем шорсткості.

Відображення світла від гладкої поверхні відбувається цілеспрямовано, без розсіювання світлових променів, завдяки чому такі поверхні мають відблиски ("блищать") і називаються глянцевими, блискучими, дзеркальними. При відображенні від шорсткої поверхні світло розсіюється, така поверхня не дає світлових відблисків і здається матовою. Кольори на глянцевих, блискучих поверхнях характеризуються більшою яскравістю, більшою светлотой; матова поверхня, пофарбована в той самий колір, представляється більш темною, пофарбованої в більш темні тони.

Різні кольори різною мірою підкреслюють або затушовують будова поверхні. Наприклад, білий колір, а також "теплі" кольори більш інших виявляють поверхню матеріалу; "холодні", більш насичені кольори, приховують фактуру. Якщо вироблена тканина з грубої пряжі, має зовнішні дефекти, дефекти поверхні будуть менш помітні при фарбуванні тканини в темні кольори, які до деякої міри приховують фактуру тканини.

Сприйняття кольору залежить від джерела освітлення, тобто від складу світлового потоку, падаючого на пофарбовану поверхню. Наприклад, при світлі електричної лампи, у складі світла якої більше жовтих і менше синіх і блакитних променів, ніж у сонячному спектрі, відбувається зміна кольорів: жовті кольори стають більш насиченими, червоні - більш світлими, набувають помаранчевий відтінок, помаранчеві робляться жовтуватими, блакитні злегка темніють або набувають зелений відтінок, сині сильно темніють, темно-сині стають важко розрізнити до чорного, бузкові отримують рожевий відтінок, а фіолетові - червоний.

Змінення кольорів у залежності від освітлення слід враховувати при оцінці забарвлення матеріалів.

Ультрафіолетове випромінювання - різновид оптичного випромінювання, що характеризується довжиною хвиль в межах 10-400 нм. Короткохвильова область ультрафіолетового випромінювання (10-180 нм) сильно поглинається всіма відомими матеріалами і середовищами (твердими тілами, рідинами, повітрям). Дальня область ультрафіолетового випромінювання (180-275 нм) має бактерицидну дію, застосовується у спеціальних джерелах світла для стерилізації повітря і води, підвищення зберігання продуктів харчування. Крім того, це випромінювання здатне озонувати повітря. Ультрафіолетові лампи, що дають довжину хвилі 254 нм, володіють бактерицидною ефективністю, надають найбільший вплив на ДНК, викликають димеризації тиміну в молекулах ДНК. Накопичення таких змін в ДНК мікроорганізмів призводить до уповільнення темпів їх розмноження і вимирання.

Ультрафіолетова область спектра (290-400 нм) підвищує тонус симпатико-адреналінової системи, активує захисні механізми, підвищує рівень неспецифічного імунітету, а також збільшує секрецію гормонів. Під впливом ультрафіолетового випромінювання утворюються гістамін і подібні йому речовини, які мають судинорозширювальну дію, підвищують проникність шкірних судин. Змінюється вуглеводний і білковий обмін речовин в організмі.

Дія оптичного випромінювання змінює легеневу вентиляцію - частоту і ритм дихання; підвищується газообмін, споживання кисню, активізується діяльність ендокринної системи.

Середня область ультрафіолетового випромінювання (275-320 нм) характеризується ангирахитным дію на організми, здатністю до утворення вітаміну D в підшкірних клітинах, позитивною дією на зростання домашньої птиці і тварин, а також еритемним ефектом, тобто здатністю викликати почервоніння і засмага людської шкіри.

Ближня область ультрафіолетового випромінювання (320-400 нм) містить випромінювання, що широко застосовуються для люмінесцентного аналізу, а також для збудження світних речовин в сигнальних, декоративних і інших пристроях.

Розподіл спектру на ці області не є точним, так як властивості ультрафіолетової радіації, приписані одній області, притаманні часто і сусіднім областям, хоча і в меншій мірі.

У практичній діяльності ультрафіолетове випромінювання умовно ділиться на області, наведені в табл. 7.7.

Таблиця 7.7

Види ультрафіолетового випромінювання

Найменування

Довжина хвилі, нм

Ультрафіолет А (довгохвильовий діапазон UVA)

400-315

Ультрафіолет (середній діапазон UVB)

315-280

Ультрафіолет (короткохвильовий діапазон UVC)

280-100

Тривалий недолік ультрафіолетового випромінювання викликає світлове голодування. Найбільш частим проявом цього захворювання є порушення мінерального обміну речовин, зниження імунітету, швидка стомлюваність і т. п.

Ультрафіолетове випромінювання при перевищенні природної захисної здатності шкіри може надавати негативну дію на шкіру (засмага) і викликати опіки, тривала дія ультрафіолету сприяє розвитку меланоми, різних видів раку шкіри, викликає типово радіаційне ураження очей (опік сітківки).

Акустичні властивості являють собою здатність матеріалів і виробів видавати, поглинати і проводити звук. Ці якості - основа використання побутової аудіо - і відеотехніки, засобів дротового і бездротового зв'язку, музичних інструментів, будівельних звукоізоляційних матеріалів, електропобутової техніки та інших товарів.

При роботі музичних інструментів, аудіотехніки та інших товарів на слух людини впливає акустичне поле. Воно характеризується частотою пружних коливань, спектром і швидкістю звуку, амплітудою, хвильовим і питомим електричним опором середовища. Показниками акустичних властивостей є звуковий тиск, сила звуку, тон і інші характеристики.

В залежності від виду товару для характеристики його експлуатаційних властивостей товарознавцями використовуються різні акустичні показники - висота, сила, частота, тембр звуку, звукопоглинання, звукопроникність та ін.

Звук являє собою коливання, хвилеподібно поширюються в пружному середовищі і сприймаються вухом. Звукові коливання, що лежать за межею (порогом) чутності, називаються инфразвуковыми (в області низьких частот, менш 16 Гц) і ультразвуковими (в області високих частот, більш 16-20 000 Гц). В газах і рідинах звук поширюється у вигляді поздовжніх хвиль - чергування згущень і разрежений пружною середовища; у твердих тілах можуть виникати також поперечні хвилі зсуву, вигину і т. д.

Довжина звукової хвилі, тобто відстань між двома сусідніми точками простору, що знаходяться в даний момент в однаковому звуковому режимі (наприклад, між двома разрежениями або двома згущеннями), пов'язана з частотою і швидкістю звуку простою залежністю:

(31)

де λ - довжина хвилі, м; С - швидкість звуку, м/с; f - частота коливань, Гц (число коливань в секунду).

Швидкість поширення звукових коливань залежить від властивостей і стану середовища, в якому поширюється звук - від її щільності, пружності і температури (табл. 7.8).

Таблиця 7.8

Швидкості поширення звуку в різних середовищах

Середа

Швидкість поширення звуку, м/с

Середа

Швидкість аспространения звуку, м/с

Повітря, t =

331,7

Сталь

5000

Повітря, t = 22,5°

344,7

Свинець

1320

Вода дистильована, t = 13°

1441

Цегла

3650

Дерево (різних видів)

3360-5300

Пробка

430-530

Скло

5950

Каучук

54-69

Звукові відчуття зазвичай поділяють на дві групи - топи і шуми. Коли звуковий тиск змінюється в часі за синусоїдальним законом, має місце правильна періодичність коливань; відповідні звуки сприймаються слухом як елементарні прості звуки, вони відносяться до чистих тонів. Сукупність чистих тварин, що утворюють складний звук, називається звуковим спектром. Шум - термін, технічної акустики позначає складний звук з великою кількістю складових частот, не володіє періодичністю. Для шумових звуків характерно розподіл звукової енергії у широкій області частот і амплітуд коливань, наявність у ряді випадків звуків ударного характеру (шум машин, вуличний шум тощо).

Топ характеризується висотою, силою і тембром або відтінком (частота, амплітуда коливань та їх форма). Висота тону музичного звуку визначається частотою коливань - їх числом в одиницю часу. Область музичних тонів лежить приблизно в межах 16-16 000 коливань в секунду, доступних людському слуху.

Силою, або інтенсивністю, звуку називають середню звукову потужність, що проходить через одиницю поверхні, перпендикулярної до напрямку поширення звуку. Одиниця сили звуку - ерг за секунду на квадратний сантиметр (ерг/с · см2) або ват на квадратний сантиметр (Вт/см2), який дорівнює 107 ерг/с · см2. Рівень інтенсивності звуку, або шуму, (3 виражається в умовних одиницях - децибелах (дБ), які показують, наскільки сила звуку (шуму) I перевершує одиницю сили звуку I0, тобто сили звуку на порозі чутності (I0 приймають рівною 10-16 Вт/см2) (табл. 7.9).

Таблиця 7.9

Характеристика рівнів звуку

Рівень звуку, дБ

Сила звуку, Вт/см2

Примітка

0

10-16

Поріг чутності

10

10-13

Шелест листя при слабкому вітрі

30

10-13

Шепіт на відстані 1 м

50

10-11

Розмова упівголоса

70

10-9

Электропылесос

90

10-7

Трамвай у вузькій вулиці

130

10-3

Болюче відчуття

Рівень інтенсивності звуку розраховується як десятикратний логарифм відношення:

(дБ). (32)

Приріст рівня звуку на 1 дБ відповідає приросту сили звуку на 26%. Це приблизно найменша зміна сили звуку, який вловлюється вухом.

Від сили звуку, яка виражається певними фізичними величинами, слід розрізняти гучність звуку - суб'єктивне його якість, обумовлене слуховими відчуттями.

Зміна рівня звуку на 10 дБ суб'єктивно сприймається як приблизно дворазове зміна гучності звуку незалежно від вихідного рівня. Таким чином, гучність звуку при 70 дБ буде в 4 рази більшою, ніж при 50 дБ.

Тембр звуку характеризує забарвлення звуку при одній і тій же його висоті. Музичний звук має поряд з основною частотою ще ряд так званих обертонів з частотами, що відповідають різним гармонічними складовими даного звуку. Залежно від співвідношення у висоті амплітуд його гармонічних складових та обумовлюється тембр, або забарвлення, звука.

Відбиття звуку, звукоізоляція також представляють собою найважливіші властивості матеріалів. Звукові хвилі відбиваються, заломлюються по тим же основним законам, за якими відображаються і світлові промені заломлюються (хвилі).

Якщо на платівку А падає звукова хвиля I, то частина звукової енергії Iотр відбивається, частина енергії проходить в матеріал, причому деяке її кількість Iпогл поглинається, а частина Iпр проходить через пластинку.

Співвідношення відбитої, поглиненої відбулась енергії до падаючої називаються відповідними коефіцієнтами:

коефіцієнтом відбиття:

(33)

коефіцієнтом поглинання:

(34)

коефіцієнтом звукопрохождения, або звукопровідності:

(35)

Зазначені показники використовуються в товарознавстві при характеристиці матеріалів для музичних інструментів, звукоізоляційних матеріалів та ін

Високими показниками відображення характеризуються метали, дерево, силікатні матеріали; гарними поглиначами звуку є різні пористі та волокнисті матеріали (повсть, вата, тканини, зокрема ворсові). Поглинання матеріалом звукових хвиль відбувається в різній мірі для хвиль різних частот (табл. 7.10).

Таблиця 7.10

Коефіцієнти звукопоглинання для деяких матеріалів

Найменування матеріалу і його товщина, мм

Величина коефіцієнта звукопоглинання

Метал листовий h = 1

0,002

Звичайна цегляна стіна

0,032

Дерево

0,06-0,1

Килим гумовий h = 5

0,1

Повсть технічний h = 10

0,3

Повсть технічний h = 25

0,5

Вата пухка h = 50

0,7

Коефіцієнт поглинання визначається як відношення потужностей поглинутої до падаючої.

Здатність проникнення звуку з однієї частини простору в іншу характеризують коефіцієнтом звукопровідності t. Зазвичай користуються зворотного логарифмічною величиною, званої коефіцієнтом звукоізоляції (табл. 7.11), висловленими в децибелах, тобто

(36)

Таблиця 7.11

Коефіцієнти звукоізоляції деяких матеріалів

Найменування матеріалу і його товщина, мм

Коефіцієнт звукоізоляції, дб

Алюміній h = 0,6

16

Сталь h = 2

33

Фанера тришарова h = 3,2

19

Двері дубові h = 45

20-25

Дерев'яна перегородка кімнатна

30-50

Вікна, подвійна рама із зазором 24 см

46

Електричні властивості є основними для матеріалів, що використовуються в електротехніці, для електропобутових і електронних товарів. До основних відносяться електричний опір і електропровідність, электропроницаемость і діелектричні властивості (табл. 7.12). Залежно від цих властивостей матеріали ділять на провідники, напівпровідники та ізолятори.

Таблиця 7.12

Електричний опір і електропровідність металів і сплавів

Метал або сплав

р · 104

γ · 104

Алюміній

0,027

37

Бронза (Сі 88, Sn 12)

0,02

50

Залізо

0,1

10

Золото

0,022

45

Константан

0,5

2,0

Латунь (Сі 66, Zn 34)

0,064

15,6

Манганін

0,43

2,3

Мідь

0,017

59

Нікелін

0,4

2,5

Нікель

0,07

14

Ніхром

1,0

1,0

Платина

0,11

9,0

Свинець

0,21

4,8

Срібло

0,016

62,0

Фехраль

1,2

0,83

Чавун

0,5

2,0

Провідники мають малим питомим опором, порядку 10-6-10-4 Ом · см, і, відповідно, високою електропровідністю . До провідників належать метали і сплави (срібла, міді, алюмінію, олова, бронзи), які використовуються для виробництва мікросхем, електроустановочних виробів, проводів і шнурів.

Важливе значення мають провідники високого опору, що володіють малою окисляемостью (фехралі (сплав заліза, хрому та алюмінію), нихромы (сплав нікелю, хрому, заліза)). Їх застосовують в якості нагрівальних елементів електропобутових товарів.

Напівпровідники володіють високою провідністю - 101-1010 Ом · см, але і досить великим питомим електричним опором. Вільні електрони в напівпровіднику з'являються як результат теплового руху, що відрізняє напівпровідники від металів, у яких здатність змінювати свій рух під впливом електричних сил і, отже, проводити струм притаманна електронам незалежно від наявності теплової енергії атомів тіла.

Полупроводимостыо мають Si, С, S, Se, As, сплави AlSb, Mg2Sn, оксиди А12О3, ZnS, Cu2O, сульфіди ZnS і Cu2S та ін.

Напівпровідникові матеріали використовуються при виробництві радіоелектронної апаратури, приладів та електропобутових товарів. У побутових приладах напівпровідники застосовуються для перетворення змінного струму в постійний (в блоках живлення та зарядний пристрій), посилення високочастотних коливань і генерування радіохвиль (в телефонах, радіостанціях), регулювання сили струму і напруги (у електропобутових товари), захисту від перенапруг і грозових розрядів лінії високовольтних передач, створення з допомогою електричного струму тепла або холоду, концентрування електричної і магнітної енергії, перетворення звукової енергії в електричну, електричної - звукову та ін.

Ізолятори - це матеріали, які володіють великим питомим опором (1011-1018 Ом · см), тому використовуються як електроізоляційні матеріали. До них можна віднести фарфор, скло, гуму, пластичні маси, слюду та ін.

Електромагнітне випромінювання, створюване товарами (засобами бездротового зв'язку), умовно розділяється на дві зони - зону індукції (поруч з передавачем або випромінювачем) і хвильову (дальню) зону, яка лежить за межами антенного поля. Електромагнітне випромінювання поділяється за частотними діапазонами (табл. 7.13), між якими немає різких переходів, вони іноді перекриваються і мають тільки умовні межі.

Радіохвилі поділяються на наддовгі, довгі, середні, короткі та ультракороткі. У свою чергу, ультракороткі радіохвилі прийнято розділяти на метрові, дециметрові, сантиметрові, міліметрові і субміліметрових або микрометровые. Хвилі довжиною λ < 1 м(v > 300 МГц) прийнято також називати " мікрохвилями, або хвилями надвисоких частот (НВЧ).

Таблиця 7.13

Діапазони частот електромагнітного випромінювання

Назва діапазону

Довжини хвиль λ

Частоти, v

Джерела

Радіо

хвилі

Наддовгі

понад 10 км

менше 30 кГц

Атмосферні явища, змінні струми в провідниках і електронних потоках

Довгі

10-1 км

30-300 кГц

Середні

1 км - 100 м

300 кГц - 3 МГц

Короткі

100-10 м

3-30 МГц

Ультракороткі

10 м - 2 мм

30 150 МГц

Оптичне випромінювання

Інфрачервоне випромінювання

2 мм - 760 нм

150 МГц -

42,9 ТГц

Випромінювання молекул і атомів при теплових і електричних впливах

Видиме випромінювання

760-400 їм

42,9-75 ТГц

Ультрафіолетове

400-10 нм

7,5х1013Гц-

3х1016Гц

Випромінювання атомів під впливом прискорених електронів

Електромагнітне іонізуюче випромінювання

Рентгенівське

10-5 х 10:t нм

3х1016 -

6х1019Гц

Атомні процеси при впливі прискорених заряджених частинок

Гамма

менше 5 х 10-3 нм

більш

6х1019Гц

Ядерні та космічні процеси, радіоактивний розпад

Радіохвилі виникають при протіканні змінного струму по провідниках відповідної частоти. І навпаки, що проходить в просторі електромагнітна хвиля збуджує в провіднику відповідний їй змінний струм. Це властивість використовується в радіотехніці при конструюванні антен.

Іонізуюче випромінювання - різні види мікрочастинок і фізичних полів, здатні іонізувати речовину. Радіація (від лат. radius - промінь) - будь-яке випромінювання. У практичній діяльності радіацією називається іонізуюче випромінювання. Електромагнітне іонізуюче випромінювання включає в себе рентгенівське і гамма-випромінювання, але іонізувати атоми може і ультрафіолетове випромінювання і видиме світло.

Кордони областей рентгенівського і гамма-випромінювання можуть бути визначені умовно - енергія рентгенівських квантів лежить в межах 20 ев - 0,1 Мев, а енергія гамма-квантів - більше 0,1 Мев. Гамма-випромінювання випускається ядром, а рентгенівське - атомної електронною оболонкою при вибиванні електрона з низько лежачих орбіт, ці визначення не вписується жорстке випромінювання, що генерується без участі атомів і ядер (наприклад, синхротронне або гальмівне випромінювання). Радіаційна небезпека споживчих товарів буде розглянута нижче.

У Міжнародній системі одиниць (СІ) одиницею поглинутої дози є грей (Гр), чисельно рівний відношенню 1 Дж до 1 кг. Раніше широко застосовувалася також експозиційна доза випромінювання - величина, що показує, який заряд створює фотонна (гамма - або рентгенівське) випромінювання в одиниці об'єму повітря. Найбільш часто застосовується одиницею експозиційної дози був рентген (Р), чисельно рівний 1 СГСЕ-одиниці заряду до 1 см3 повітря.

Біологічні властивості продовольчих і непродовольчих товарів проявляються в стійкості до негативного впливу мікроорганізмів, грибів, водоростей, комах, гризунів.

Товари, що складаються з органічних речовин натурального походження (продукти харчування, косметичні товари, деревні матеріали, тканини, вироби зі шкіри та хутра та ін), схильні до істотного псування і руйнування мікроорганізмами, грибами, комахами і гризунами.

Товари з синтетичних і штучних органічних матеріалів - пластичні маси, волокнисті синтетичні матеріали - більш стійки до дії біологічних шкідників. Однак відомі матеріали, які можуть піддаватися істотним впливів, наприклад вироби з полівінілхлориду піддаються руйнуванню гризунами.

Товари, що складаються з неорганічних матеріалів, біологічними шкідниками практично не руйнуються, або руйнуються в незначній мірі.

Ступінь негативного впливу на товари залежить стану середовища, що впливає на життєдіяльність мікроорганізмів (температури, вологості повітря, pH). Дія мікроорганізмів і грибів на товари проявляється в погіршенні естетичних властивостей, зміну смаку, плесневении, гнитті і подальшому руйнуванні виробів. З підвищенням вологості активність життєдіяльності цвілевих грибків збільшується. Для більшості мікроорганізмів оптимальною температурою є 25-40 °С. Мікроорганізми, гриби, гризуни можуть чинити негативний вплив на товари на всіх стадіях життєвого циклу товару - в процесі виробництва, при транспортуванні, зберіганні і експлуатації або споживанні.

Стійкість товарів до дії живих організмів підвищується спеціальними способами обробки, наприклад просоченням антисептичними складами (тканини, деревина, папір, шкіра), консервантами (косметичні товари і продукти харчування), аппретированием (імпрегнірованієм) сріблом (тканини, косметичні товари, побутові прилади), приміщенням товару в непроникну упаковку з вакуумуванням (продукти харчування).

Наприклад, стійкість деревних матеріалів до грибів, цвілі і комах залежить від вмісту смолистих і дубильних речовин. Деревні породи в залежності від біологічної стійкості діляться на стійкі (тіс, каштан, дуб, карагач, модрина), среднестойкие (сосна, кедр) і малостойкие (береза, бук, осика, липа, клен та ін) породи.

Щоб підвищити гнилостійкість, деревину просочують, обмазують водорозчинними (фтористий натрій кремнефтористий натрій, хлористий цинк, кремнефтористий амоній та інші препарати) і водонерастворимыми антисептиками (продукти сухої перегонки кам'яного вугілля, торфу і деревини: креозотове, антраценове і сланцеве масла).

 
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Схожі тими

Основні властивості грошового матеріалу
Стандартні зразки складу та властивостей речовин і матеріалів
Матеріальний потік і його основні параметри. Характеристики матеріальних потоків
Основні характеристики, види та властивості відчуттів
Злочини, що порушують правила безпеки при веденні робіт, а також звернення вибухових, легкозаймистих речовин, піротехнічних виробів, ядерних матеріалів або радіоактивних речовин. Порушення правил пожежної безпеки: поняття, склад і види
Основні характеристики та принципи прийняття та реалізації управлінських рішень
Характеристика номенклатури споживчих властивостей і показників якості товарів
Визначення кошторисних цін на матеріали, вироби і конструкції