12.1. Основные понятия. Реология как метод исследования структуры дисперсных систем

Под структурой тел обычно понимают пространственное взаимное расположение составных частей тела: атомов, молекул мелких частиц. Образование структур в дисперсных системах с жидкой дисперсной средой связано с коагуляцией, т. е. слипанием, агрегированием мелких частиц в более крупные вплоть до образования осадка (коагулюма).

В результате структурообразования свободнодисперсная система переходит в связнодисперсную. Появление и характер структур как правило, определяются по изменению механических свойств, таких, как вязкости, упругости, прочности, пластичности. Так как эти свойства непосредственно связаны со структурой тел, их называют структурно-механическими. Структурно-механические свойства могут быть изучены методами реологии – науки о деформациях и течении материальных систем.

Реология изучает механические свойства систем через деформации под действием внешних напряжений. В коллоидной химии методы реологии используются для исследования структуры и вязкости дисперсных систем.

Термин деформация означает относительное смещение точек системы, при котором не нарушается ее сплошность. Упругие (обратимые) деформации делятся на объемные (растяжение, сжатие), сдвиговые и деформации кручения. Количественно они характеризуется относительными величинами.

Схематическое изображение деформации сдвига показано на рис. 12.1

Рис. 12.1. Схематическое изображение деформации сдвига.

На прямоугольный элемент высотой и площадью основания тангенциально действует сила . Элемент деформируется на величину . Касательное напряжение равно . Относительная деформация сдвига равна .

Для твердого тела зависимость деформации от напряжения устанавливается законом Гука: , где - модуль сдвига. Для жидкости деформация развивается во времени, она неопределенна, т. к. жидкость течет. Поэтому находят зависимость между касательным напряжением и скоростью деформации .