docLepkosprężystość
download 
Reklamacja Transkrypt
Lepkosprężystość
Lepkosprężystość Kiedy materiał po przyłożeniu naprężenia lub odkształcenia zachowuje się „trochę” jak ciało elastyczne a „trochę” jak ciecz lepka to mówimy o połączeniu tych dwóch wielkości i nazywamy lepkospreżystością. W związku z tym powstaje kilka pytań i problemów: 1.Co oznacza „trochę” ? 2.Jak wygląda połączenie lepkości i sprężystości? 3.Jak wygląda materiał lepkosprężysty ? 4.Jaka jest rola czasu w tym zjawisku ? Lepkosprężystość Każdy materiał rzeczywisty jest lepkosprężysty, tylko nasza percepcja nie pozwala nam tego dostrzec. Wiążę się to z szybkością naszego ostrzegania. Nasza skala postrzegania jest rzędu minut, godzin, dni, miesięcy …. Dlatego na początek dwa przykłady idealne: 1. Sprężyna spełniająca prawo Hooke’a – element doskonale sprężysty τ s = Gs ⋅ γ s 2. Tłumik spełniający prawo Newtona – element doskonale lepki dγ T 1 = τT dt ηT Lepkosprężystość Przykładem ciał spełniających w przybliżeniu (naszej skali postrzegania) prawo Hooke’a są: nanorurki węglowe (fulereny), stal i większość materiałów konstrukcyjnych. Prawie doskonałą lepkość cechują się gazy i np. woda Ale to przy założeniu że rozpatrujemy naszą skalę czasową postrzegania. Heraklit z Efezu wypowiedział kiedyś sentencje „Wszystko płynie” – zapomniał tylko dopowiedzieć że trzeba na to odpowiednio długo poczekać. W Biblii też napisano że góry popłyną tylko trzeba poczekać. Dlatego że czas jest najważniejszy w obserwacji zjawisk lekosprężystych. Zjawisko płynięcia występuje zawsze tylko jego intensywność zależna jest od kilku parametrów: przyłożonego naprężenia, temperatury i czasu. Najlepszym przykładem jest wagon kolejowy przed i po pożarze. Gdzie widoczne jest typowe załamanie związane z pełzaniem stali. Wniosek: Lepkosprężystość jest wytworem naszego umysłu !! Lepkosprężystość Układami lepkosprężystymi mogą być zarówno ciała stałe jak i ciecze. W przemyśle spożywczym typowymi układami lepkosprężystymi są kleiki skrobiowe i wszelkie żele. Głównymi składnikami żywności są biopolimery: polisacharydy i białka. Układy te w środowisku wodnym mają tendencję do tworzenia trójwymiarowych struktur, które w pewnych warunkach płyną, a w pewnych zachowują się elastycznie. Lepkosprężystość Budowa strukturalna takiej sieci zależy od rodzaju oddziaływań pomiędzy rozpuszczalnikiem a biopolimerami jak i samymi biopolimerami. Oddziaływania te mogą być typu: 1. Elektrostatycznego 2. Van der Walasa 3. Wiązań wodorowych (mostki wodorowe) 4. Wiązań kowalencyjnych (trwałe wiązanie chemiczne) W żywności mogą wystąpić wszystkie rodzaje powyższych oddziaływań na raz ! Lepkosprężystość Fragment sieci przestrzennej utworzonej przez makrocząsteczki Jako elementy sprężyste można interpretować te fragmenty makrocząsteczek które są zwinięte w kłębki lub helisy, natomiast te fragmenty które przenikają się pomiędzy sobą, i w rezultacie trą o siebie można traktować jako „elementy lepkie”. Lepkosprężystość Przykłady różnych struktur tworzonych przez układy spożywcze Mechanizm żelowania i retrogradacji skrobi Mostek wodorowy Helisy amylozowe Lepkosprężystość Przykłady różnych struktur tworzonych przez układy spożywcze Mechanizm żelowania w wyniku przemiany kłębek-helisa np. karageny, białka Lepkosprężystość Przykłady różnych struktur tworzonych przez układy spożywcze Mechanizm żelowania w wyniku przemiany kłębek-helisa w obecności jonów metali np. karageny, białka (tzw. jajko w klatce) Lepkosprężystość Modele obiektów lepkosprężystych Modele fenomenologiczne – opisują zachowanie układu, model Maxwella, model Kelvina - Voigta, model Zenera itp. Modele molekularne (polimery) – opisują zachowanie układu, wychodząc od budowy strukturalnej układu, model Zimma, model Rouse’o itp. Lepkosprężystość Modele obiektów lepkosprężystych Model Maxwella Model Kelvina - Voigta Lepkosprężystość Modele obiektów lepkosprężystych Dyskretny model Maxwella Dyskretny model Kelvina - Voigta Lepkosprężystość Modele obiektów lepkosprężystych Dyskretny model Burgera
