3752
.pdfМинистерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»
Поляризационные эффекты в кристаллизующихся полимерах
Методические указания к практическим занятиям для студентов
по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия направленность – Физика конденсированного состояния
ВОРОНЕЖ 2020
2
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»
Н.Н. Матвеев, Н.С. Камалова, Н.Ю. Евсикова
Поляризационные эффекты в кристаллизующихся полимерах
Методические указания к практическим занятиям для студентов
по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия направленность – Физика конденсированного состояния
ВОРОНЕЖ 2020
3
УДК 519.876 Ф50
Матвеев Н.Н. Поляризационные эффекты в кристаллизующихся полимерах [Электронный ресурс]: методические указания к практическим занятиям для студентов по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия, направленность – Физика конденсированного состояния / Н.Н. Матвеев, Н.С. Камалова, Н.Ю. Евсикова; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2020. – 22 с. – ЭБС ВГЛТУ.
В методических указаниях приводятся темы, вопросы для обсуждения в свободной дискуссии на практических занятиях, расчетные задания для закрепления пройденного материала, примерные темы докладов (рефератов) по результатам применения изученного материала в научных исследованиях аспирантов, а также тест для проверки остаточных знаний.
Методические указания предназначены для аспирантов по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия, направленность – Физика конденсированного состояния. Они могут быть использованы при самоподготовке студентами всех форм обучения, а также при дистанционном обучении.
Табл. 2. Ил. 5. Библиогр.: 7 наим.
Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ».
Рецензент: заведующий кафедрой общей физики ВГУ, доктор физ.-мат. наук, профессор Клинских А.Ф.
Ответственный редактор: Камалова Н.С.
Коллектив авторов, 2020
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», 2020
4
Оглавление |
|
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................................... |
5 |
ОБЩИЕ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ................................................................. |
6 |
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТНЫХ ЗАДАНИЙ...................................................................................... |
11 |
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ДОКЛАДОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗУЧЕННОГО |
|
МАТЕРИАЛА В ИССЛЕДОВАНИЯХ...................................................................................... |
12 |
ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ К ЗАЧЕТУ С ОЦЕНКОЙ ................................................................ |
14 |
ТЕСТ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ОСТАТОЧНЫХ ЗНАНИЙ................................................................ |
16 |
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ........................................................................................ |
20 |
ВВЕДЕНИЕ
Поляризационные эффекты в кристаллизующихся полимерах – дисциплина, формирующая у слушателей базу фундаментальных знаний и умений в области современных способов экспериментального исследования поляризационных эффектов в полимерах и полимерных композитах искусственного и природного происхождения. Освоение дисциплины существенно расширяет представления аспирантов об объекте и методах исследований при решении научно-исследовательских задач. Для достижения поставленной перед аспирантом цели при изучении дисциплины «Поляризационные эффекты в кристаллизующихся полимерах» чрезвычайно высокую значимость имеет организация практических занятий, т.к. информацию необходимо применять на практике.
Основная цель данных методических указаний – помочь аспирантам выработать свою индивидуальную методику исследований, которая позволит получить уникальные результаты на основе стандартных методик, адаптированных к современному оборудованию. Кроме того, данные методические указания помогут закрепить информацию об объекте исследований, моделях процессов кинетики полимеров при фазовых переходах.
Методические указания предназначены для аспирантов по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия, направленность – Физика конденсированного состояния. Они могут быть использованы при самоподготовке студентами всех форм обучения, а также при дистанционном обучении.
6
ОБЩИЕ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Методика проведения занятий нацелена на формирование индивидуального подхода к формированию представления об объекте и стандартных методах исследований кристаллизующихся полимеров, совокупности явлений протекающих под влиянием внешних воздействий. Таким образом, формируются навыки разработки уникальных методик экспериментов, принципов моделирования состояния исследуемого объекта и влияния на него внешних факторов, а также процессов кинетики его структуры. Ценностью занятий является общение аспиранта с преподавателем, поэтому они построены в виде дискуссии по вопросам, выбираемым аспирантом.
№ п/п |
Наименование темы практического занятия |
|
темы |
||
|
||
|
|
|
1 |
Стеклообразное и кристаллическое состояния полимеров. |
|
|
|
|
2 |
Феноменология фазовых переходов. |
|
|
|
|
3 |
Кристаллизация низкомолекулярных органосилоксанов. |
|
|
|
|
4 |
Термополяризационный эффект в полимерах. |
|
|
|
|
5 |
Поляризационные эффекты в полимерах в области переходов кри- |
|
сталл-расплав во внешнем электрическом поле. |
||
|
||
|
|
|
|
Фазовые превращения в полидиэтилсилоксане. Поляризационные |
|
6 |
свойства кремнийорганических жидкостей ПМС при фазовых пе- |
|
|
реходах. |
|
7 |
Поляризационные свойства и фазовые переходы целлюлозы при |
|
Т=140-360К. |
||
|
||
|
|
|
8 |
Свойства объектов исследования. Измерительная ячейка. Метод |
|
поляризационных токов. |
||
|
||
|
|
|
9 |
Тепловое расширение полимерных структур. Влияние флуктуаций |
|
на точность измерений. |
||
|
||
|
|
7
Вопросы на дискуссию по теме «Стеклообразное и кристаллическое
состояния полимеров»
1. Назовите основные особенности кристаллизации полимеров и как это свя-
зано с особенностями строения их молекул.
2. В каком модельном приближении рассматривается процесс кристаллиза-
ции?
3.Как особенности макромолекул полимеров и внешние условия влияют на кристаллическую фазу?
4.Опишите конформацию цепи ПДМС с центром поворота у атома О.
5.Перечислите характерные особенности строения молекулярной цепи, при-
сущие всем органосилоксанам.
6.Каковы особенности кристаллического состояния веществ, построенных из любых стереорегулярных молекул?
7.Как соотносятся размеры структурных единиц и упорядочных систем в по-
лимерах?
Вопросы на дискуссию по теме «Феноменология фазовых переходов»
1. Назовите основные особенности термодинамики фазовых переходов пер-
вого и второго рода.
2.В каком модельном приближении рассматриваются процессы?
3.Какие изменения классических характеристик наблюдаются в реальных процессах?
4.Как Вы оцените пироэлектрические свойства полиэтиленоксида, и чем это можно объяснить?
5.Возможная систематизация представлений о надмолекулярной структуре целлюлозы
6.Возможная систематизация результатов экспериментальных исследований фазовых переходов целлюлозы
7.Обоснуйте Ваше мнение о предложенном представлении о феноменологии фазовых переходов в полимерах.
8
Вопросы на дискуссию по теме «Кристаллизация низкомолекулярных
органосилоксанов»
1.Какое влияние оказывает нарушение симметрии молекулы на температуру плавления и кристаллизации?
2.Как и на какие физические величины, характеризующие процессы кри-
сталлизации и плавления влияет степень поляризации?
3.Опишите механизмы кристаллизации низкомолекулярных ОДМС.
4.Опишите конформацию цепи ПЭО.
5.Перечислите характерные особенности строения молекулярной цепи, обу-
словливающие кристаллическую структуру полиэтиленоксида.
6. Охарактеризуйте процессы плавления и кристаллизации и обоснуйте вы-
бранные физические величины.
7. Опишите механизмы кристаллизации ПДМС с различными молярными массами.
Вопросы на дискуссию по теме «Термополяризационный эффект
вполимерах»
1.При каких условиях и где наблюдается термополяризационный эффект?
2.Кратко опишите физику процесса появления термополяризационного эф-
фекта.
3. В рамках какой физической модели получено соотношение для термополя-
ризационного коэффициента?
4. Обоснуйте основную проблему экспериментального обнаружения термо-
поляризационного процесса.
5.Как осуществляется подавление третичного пироэлектрического эффекта?
6.В рамках какой физической модели получено соотношение для пироэлек-
трического коэффициента?
9
Вопросы на дискуссию по теме «Поляризационные эффекты в полимерах в области переходов кристалл-расплав во внешнем электрическом поле»
1.Какими механизмами моделируется процесс пироэлектрического эффекта в полимерах?
2.Перечислите области практического применения пироэлектрических свойств полимеров.
3.В рамках какой физической модели рассмотрены механизмы возникнове-
ния пироэлектричества в полимерах?
4. Обоснуйте адекватность базовой модели предложенной феноменологиче-
ской теории.
5. Составьте конспект вывода основного уравнения поляризационного эф-
фекта.
6. В рамках какой физической модели получено соотношение для пироэлек-
трического коэффициента при фазовых переходах?
Вопросы на дискуссию по теме «Фазовые превращения в
полидиэтилсилоксане. Поляризационные свойства
кремнийорганических жидкостей ПМС при фазовых переходах»
1. Составьте таблицу в которой отразите особенности кристализации поли-
меров в некоторых температурных интервалах при нагревании.
2. Составьте таблицу в которой отразите особенности кристализации поли-
меров в некоторых температурных интервалах при охлаждении.
3.В рамках какой физической модели объясняются обнаруженные явления?
4.Выявите особенности кристаллизации полимеров и объясните как это от-
ражается на поляризации.
5. Проанализируйте результаты экспериментов в рамках предложенного под-
хода.
6. В рамках какой физической модели объясняются обнаруженные явления?
10
Вопросы на дискуссию по теме «Поляризационные свойства и фазовые
переходы целлюлозы при Т=140-360К»
1.Выявите особенности зависимости поляризованности рассматриваемых полимеров от температуры.
2.Проанализируйте результаты экспериментов по исследованию поляризо-
ванности полимеров в области фазовых переходов.
3. В рамках какой физической модели систематизируются результаты экспе-
риментов?
4.Какова, по-вашему, феноменология предложенного подхода?
5.Проанализируйте полученные в обсуждаемых экспериментах зависимости.
6.В рамках какой физической модели были получены представленные теоре-
тические результаты?
7. Предложите модель в рамках которой можно объяснить различие рентге-
нограмм срезов древесины.
Вопросы на дискуссию по теме «Свойства объектов исследования.
Измерительная ячейка. Метод поляризационных токов»
1. Кратко приведите основные этапы подготовки исследуемых образцов ор-
ганосилаксанов перед экспериментом.
2. Кратко приведите основные этапы подготовки исследуемых образцов дре-
весины перед экспериментом.
3. Как Вы обоснуете целесообразность исследования поляризационных эф-
фектов в кристаллизующихся полимерах в древесине?
4. Кратко изложите, как методом исследования адсорбционных свойств мож-
но определить наличие пор и их размера в полимерах.
5.Изложите основы метода исследования адсорбции воды.
6.Кратко сформулируйте особенности адсорбции воды на древесине.
7.В чем особенности применения диэлектрического метода в области иссле-
дования древесины в сравнении с классической методикой?