Reologia

Reologia (od starożytnego greckiego ῥεῖν Renu , Niemiecki , płynąć „ i λόγος logos , niemiecki , nauczanie” ) lub pływające klient jest nauką, która zajmuje się deformacji - zajęty i płynąć zachowanie materii. Reologia obejmuje zatem podobszary teorię sprężystości , teorii plastyczności i mechaniki płynów . Zajmuje się zagadnieniami mechaniki kontinuum oraz wyprowadzaniem niezbędnych praw materiałowych z mikro lub nanostruktury różnych klas materii skondensowanej (np. układy makrocząsteczkowe , zawiesiny ).

Jako typowy przedmiot interdyscyplinarny reologia styka się z fizyką , chemią fizyczną , inżynierią i materiałoznawstwem, a od kilkudziesięciu lat z naukami przyrodniczymi i naukami o Ziemi .

Klasyfikacja

Reologię można podzielić na cztery obszary:

Reologia fenomenologiczna (makroreologia)
Ta gałąź opisuje odkształcenie i zachowanie płynięcia substancji bez uwzględniania struktury substancji.
Reologia strukturalna (mikroreologia)
Zjawiska są tutaj wyjaśnione na podstawie mikroskopowej struktury substancji.
Reometria
Zajmuje się metodami pomiarowymi do określania właściwości reologicznych.
Reologia stosowana
Wiedza o zachowaniu reologicznym wpływa na projektowanie i rozwój produktów, procesów i systemów technicznych.

Specjalnością jest reologia wysokotemperaturowa. Górna granica temperatury dla pomiarów została podniesiona w ostatnich latach z 1600 °C, osiągalnej w tyglach platynowo-rodowych, do 1800 °C w tyglach ceramicznych.

Historia pochodzenia

Egipska Amenemheta wziął pod uwagę zależność temperaturową lepkości wody przy projektowaniu swój zegar wodny w 16 wieku pne . Naukowe badania zagadnień reologicznych miały miejsce dopiero we wczesnym okresie nowożytnym , w szczególności przez Isaaca Newtona , który zdefiniował lepkość cieczy newtonowskich , oraz przez Roberta Hooke'a , który ustanowił prawo sprężystości nazwane jego imieniem ( prawo Hooke'a ).

W XIX wieku dalsze prace nad mechaniką płynów prowadzili George Gabriel Stokes , Claude Louis Marie Henri Navier , Gotthilf Hagen i Jean Léonard Marie Poiseuille . Pod koniec wieku James Clerk Maxwell , William Thomson, I baron Kelvin , John Henry Poynting i inni studiowali lepkosprężystość . Praca z. B. Barré de Saint-Venant i Ludwig Prandtl przyczynili się do głębszego zrozumienia plastyczności .

Termin reologia dla nauki, która zajmuje się zachowaniem przepływu i deformacji materii, został ukuty dopiero pod koniec lat 20. XX wieku przez Eugene'a Cooka Binghama , który sam pracował w dziedzinie teorii plastyczności wraz z Markusem Reinerem . Nazewnictwo była inspirowana przez Heraklita aforyzm panta rhei (dt. Wszystko płynie ). Chemik Bingham był przekonany o konieczności gałęzi fizyki, która zajmuje się takimi pytaniami, a zatem ma pewne skrzyżowań z chemii i inżynierii. Powiedział Reinerowi:

„Tutaj ty, inżynier budownictwa, i ja, chemik, pracujemy razem nad wspólnymi problemami. Wraz z rozwojem chemii koloidów taka sytuacja będzie pojawiać się coraz częściej. Musimy zatem ustanowić gałąź fizyki, która zajmuje się takimi problemami ”.

- Bingham

W dniu 29 sierpnia 1929 roku, on i inni założyli Towarzystwo Reologia w Columbus , Ohio .

Podstawy

Właściwości cieczy nienewtonowskich

Wiele substancji łączy w sobie właściwości ciała stałego ( sprężystość ) i cieczy ( lepkość ), co opisują modele reologiczne . W zależności od warunków doświadczalnych mogą elastycznie amortyzować wpływy zewnętrzne w krótkich skalach czasowych, ale odpływać w długich skalach czasowych. Takie zachowanie nazywa się lepkosprężystym ; można ją opisać za pomocą zależnego od częstotliwości, ale wciąż liniowego podsumowania teorii sprężystości i hydrodynamiki newtonowskiej .

Z drugiej strony inne typowe efekty reologiczne opierają się na nieliniowych zależnościach, takich jak efekt normalnego naprężenia i efekt Weissenberga .

Przykłady aplikacji

Zdolność kleju do zwilżania powierzchni elementu zależy od jego właściwości reologicznych. Lepkość , tiksotropia , strukturalną lepkość , rheopexy i dylatacja są ważne .

W laboratoriach młynarskich i piekarniczych Teigprüfgeräte podobnie jak Aleurometer , numer sprawy IPMENT, Farinograph , ekstensograf lub Amylograph używały zbóż i mąki do rozważenia jakości. Wytrzymałość ciasta na stałe obciążenie mechaniczne jest mierzona i zapisywana na krzywej reometru . Mogą to być testy ugniatania, rozciągania lub żelatynizacji (ze wzrostem temperatury).

W branży mleczarskiej typowe właściwości produktów m.in. B. śmietana , budynie lub desery mogą zostać zniszczone, jeśli nie znasz ich przepływu.

Skały we wnętrzu ziemi są lepkie na większych głębokościach (patrz astenosfera ).

Przetwórstwo tworzyw sztucznych

Ważną częścią reologii jest tak zwana reologia stopu, w której lepkość ścinania, a czasem także lepkość rozciągania mierzy się różnymi metodami w funkcji szybkości ścinania lub wydłużenia. Do pomiaru lepkości ścinającej najczęściej stosuje się reometry kapilarne i reometry rotacyjne , natomiast do pomiaru lepkości rozciąganej stosuje się tylko specjalne urządzenia, tzw. reometry rozciągliwe . Celem jest lepsze zrozumienie przetwarzalności różnych tworzyw sztucznych . Przepływy z dominacją ścinania występują w wytłaczarce , podczas gdy w wielu procesach ( przędzenie włókien , rozdmuchiwanie folii/pustych korpusów , głębokie tłoczenie lub spienianie ) po wytłaczaniu zachodzą procesy o wysokim stopniu dominacji rozciągania, które są najbardziej wymagające technicznie dlatego większość wymaga zrozumienia materiału.

lekarstwo

W medycynie właściwości przepływu krwi ( hemoreologia ) odgrywają bardzo ważną rolę w mikrokrążeniu, a tym samym w zaopatrywaniu wszystkich narządów w składniki odżywcze i tlen. W szczególności na przepływ krwi w najmniejszych naczyniach, naczyniach włosowatych o średnicy od 4 do 10 µm, decydujący wpływ mają właściwości reologiczne krwi. Te są określane głównie przez odkształcalności i skłonność do łącznej ( formowania rolkowego ) z erytrocytów (średnia średnica 7,6 urn), przy czym agregacji płytek , temperatura, tym hematokrytu i Lepkość w osoczu krwi .

W ramach terapii różnych zaburzeń krążenia (i rzekomych zaburzeń krążenia) często poszukuje się poprawy hemoreologii w celu poprawy mikrokrążenia. Obejmują one Hemodylucja i podawania leków przeciwpłytkowych w udarze , przy czym AVK kiedy nagła głuchota . Jednak tylko pozytywny wpływ inhibitorów agregacji płytek krwi na udar i AVK został dobrze udokumentowany, co może być całkowicie niezależne od efektów reologicznych. Jednak nie ma wystarczających dowodów naukowych na wpływ na ostrą utratę słuchu i inne dysfunkcje ucha wewnętrznego. Dość rzadka nazwa leku pobudzającego krążenie krwi to reologiczna (liczba pojedyncza: reologiczna ).

Technologia druku

Reologia farb drukarskich odgrywa ważną rolę w technologii druku. Parametry fizyczne lepkość i granica płynięcia oraz wielkość urządzenia (tzw. kleistość) w istotny sposób determinują zachowanie się farby drukarskiej w maszynie drukującej ( rozszczepianie się farby ), przenoszenie na podłoże oraz jakość drukowanego produktu.

Farby drukarskie są tiksotropowe, ponieważ są układami koloidalnymi , czyli dyspersjami . Tiksotropia jest generalnie niepożądana w farbach drukarskich.

Zobacz też

literatura

  • Thomas Mezger: Podręcznik reologii. dla użytkowników reometrów rotacyjnych i oscylacyjnych . 2., poprawione. Wydanie. Sieć Vincentza, Hanower 2006, ISBN 978-3-87870-175-0 . Lothar Gehm: REOLOGIA - Podstawy i słowniczek zorientowane na praktykę. VINCENZ 1998, ISBN 3-87870-449-6 .
  • Aleksander Ja. Malkin, Awraam I. Isajew: Reologia - pojęcia, metody i zastosowania. Publ. ChemTech, Toronto 2005, ISBN 1-895198-33-X .
  • Robert G. Owens, TN Phillips: Reologia obliczeniowa. Imperial College Press, Londyn 2002, ISBN 1-86094-186-9 .
  • Roger I. Tanner: Inżynieria reologii. Uniwersytet Oksfordzki Prasa, Oxford 2000, ISBN 0-19-856473-2 .

linki internetowe

Czasopisma naukowe:

Indywidualne dowody

  1. a b c Hanswalter Giesekus: Reologia fenomenologiczna. Wprowadzenie . Springer, Berlin / Heidelberg / Nowy Jork 1994, ISBN 3-642-57953-1 , rozdz. 1, s. 1–4 , doi : 10.1007 / 978-3-642-57953-0 ( ograniczony podgląd w wyszukiwarce książek Google).
  2. a b c d Deepak Doraiswamy: Początki reologii: krótka wycieczka historyczna . W: Towarzystwo Reologiczne (red.): Biuletyn Reologii . taśma 71 , nie. 2 stycznia 2002 (angielski, reology.org [PDF]).