Weissenbergův efekt

9. květen 2010 | 06.00 |

Při míchání klasické newtonovy kapaliny jako je například voda vzniká kolem míchačky vodní povrchová prohlubeň. Zajímavější efekty však poskytují nenewtonovské kapaliny.Nenewtonská (anomální) kapalina je kapalina, která se z nějakého důvodu nechová tak, jak je u kapalin běžné. Nejběžnějším příkladem takové kapaliny je tekuté bahno nebo podmáčené písky. Doma si ji můžete vyrobit jako směs vody a práškového škrobu. Nenewtonské kapaliny mají různé zajímavé vlastnosti. Kromě na mém blogu již popisovanému chození po jejím povrchu: http://fyzmatik.pise.cz/84735-nenewtonovska-kapalina.html jsou tu další nenewtonské jevy - jako je třeba Weissenbergův efekt.

Obecně označujeme jako nenewtonské efekty v kapalinách takové vlastnosti, které nejsou pozorovatelné v kapalinách, jejichž viskozita je zcela nezávislá na stavu napjatosti a deformace kapaliny. S nenewtonskými efekty, které jsou vyvolány jak na úrovnimikroskopických struktur, tak i zvláště silně na makroskopické úrovni, se setkáváme ukapalin s velkými strukturními změnami nebo orientovanými relaxačními stavy (dvojitězalomené proudění – Maxwellův efekt). Podobné efekty se však také naopak vyskytují kapalin s malými vlastními relaxačními časy, které jsou vyvolané např. odpovídajícímvysokým zatížením kapaliny. Mezi nenewtonské efekty v kapalinách zvláště počítáme:Weissenbergův tlakový efekt, ředění nebo naopak houstnutí kapaliny při změně smykovérychlosti a také např. rozšíření proudu kapaliny při výstupu z trubky. Tyto nejznámějšícharakteristiky nenewtonských kapalin lze popsat, vysvětlit a matematicky modelovat buďpomocí teorie normálových tlaků (rozdíl tlaků) v jednoduchém smykovém proudunenewtonské kapaliny a nebo pomocí smykové (dynamické) viskozity, která závisí na deformačně napjatostním stavu kapaliny. U všech nenewtonských kapalin se obvykle oba tyto vlivy objevují současně. Zatímco u Newtonovy kapaliny vystupuje viskozita při hydrodynamickém popisu jako skalární materiálová konstanta při libovolném časově závislém zatížení kapaliny, tak pro popis a interpretaci vlastností a jevu v nenewtonských kapalinách je obecně třeba více viskózních koeficientů či viskózních funkcí. Tyto koeficienty závisí obecně jak na typu a síle aktuálních zatížení, tak i na dřívějších zatíženích kapaliny.

Zkoumání nenewtonských kapalin umožňuje popsat a využít celou řadu vlastností kapalinpro technické účely jako je např. technologie zpracování tavenin.

Na videu patrný Weissenbergův jev je projev elasticity kapalin vznikem napětí kolmého k povrchu rotačního tělesa, kdy dochází k vytlačování kapalin směrem vzhůru. Dlouhé řetězce molekul mohou být modelovány jako chování pryžových pásků nebo pružin. Při natahování jsou pružiny z molekul natahovány kolem rotující hřídele a vykazují sílu kontrakce směrem k ose rotace jako zaškrcení, což nutí kapalinu téci ve směru k ose. Výsledkem je překvapivé stoupání této kapaliny po tyči, tzv. Weissenbergův efekt. Stoupání po tyči může být použito pro měření rozdílu normálových napětí.

Na videu postupně pozorujeme chování různých nenewtonských kapalin při Weissenbergově jevu. Nejprve je to guarová guma v roztoku s tetraboritanem sodným, pak palačinkové těsto a na závěr sledujeme chování  žluté hmoty roztoku lepidla smíchaného s tetraboritanem sodným.

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 1.8 (5x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře