Lepkosprężystość Zdefiniowanie pojęcia lepkosprężystości

Lepkosprężystość
Zdefiniowanie pojęcia lepkosprężystości wymaga rozpatrzenia tzw. przypadków granicznych
dla ciał doskonale spre˛z˙ystych i doskonale lepkich. Ciała doskonale sprężyste podlegają
prawu Hooke’a. Prawo to mówi, że naprężenie (τ) jest zawsze wprost proporcjonalne do
odkształcenia (γ) i nie zależy od szybkości zmian odkształceń ( γ& ). Drugim granicznym
przypadkiem są ciała doskonale lepkie, podlegające prawu Newtona, które wyraża się
następującym stwierdzeniem: naprężenie jest zawsze wprost proporcjonalne do szybkości
odkształceń, ale nie zależy od samych odkształceń. Pojęcia te są jednak wyidealizowane. W
rzeczywistości każde ciało stałe w odpowiednio dobranych warunkach wykazuje odchylenia
od prawa Hooke’a i równie dostatecznie dokładne pomiary wykazałyby dla każdej
rzeczywistej cieczy odchylenia od przepływu zgodnego z prawem Newtona.
W nauce o lepkospreżystości fundamentalnym pojęciem jest moduł sprężystości. Jest to
stosunek naprężenia stycznego do odkształcenia G =
τ
.
γ
Dla pogłębienia wiedzy o lepkosprężystości w zakresie krótkich czasów badany materiał
poddaje się wymuszeniu sinusoidalnie zmiennemu w czasie. Wymuszenie to może dotyczyć
zarówno naprężeń jak i odkształceń. Eksperyment z wymuszeniem sinusoidalnym o częstości
kołowej ω jest równoważny eksperymentowi chwilowemu dla czasu t = 1/ ω.
Ideę takiego doświadczenia prezentuje rysunek 1. Jeśli zachowanie materiału odpowiada
liniowemu obszarowi lepkosprężystości, to w tak przeprowadzonym eksperymencie jako
odpowiedź obserwuje się też sinusoidę, o tej samej częstotliwości ale o zmienionej
amplitudzie i przesuniętą w fazie, niezależnie od rodzaju wymuszenia. Jeśli postulat o
liniowości nie jest spełniony, czyli układ znajduje się w obszarze nieliniowym, wówczas
odpowiedzią układu jest odpowiednia funkcja okresowa. Funkcja ta zależy od rodzaju
wymuszenia, historii odkształceń, a także od samej struktury badanego materiału
Rysunek 1.
Poszukiwanie liniowego obszaru lepkosprężystości liniowej dla wymuszenia sinusoidalnego:
Dla ustalonej temperatury i częstotliwości dokonać pomiaru wartości bezwzględnej
zespolonego modułu sprężystości w funkcji amplitudy odkształcenia (rys. 2). Stała wartość
|G*(γο)| oznacza, że układ znajduje się w obszarze lepkosprężystości liniowej.
Rysunek 2.
Na rysunku 3 przedstawiono typowe przemiatanie częstotliwością w obszarze
lepkosprężystości liniowej. W wyniku tak przeprowadzonego uzyskuje się zależność
zespolonego modułu sprężystości od częstotliwośći.
Rysunek 3.
Cel
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie obszaru lepkosprężystości liniowej, oraz analiza zmian
modułu sprężystości w dziedzinie częstotliwościowej dla 5% kleiku skrobi natywnej
kukurydzianej.
Metodyka pomiaru
Pomiary zależności lepkości od temperatury wykonane zostaną za pomoc reometru RS150
Haake przy użyciu procedury programu RheoWin (Haake). Badania przeprowadzone będą w
temperaturze 25oC, w zakresie częstotliwości od 0.1Hz do 100Hz.
Wyposażenie
reometr RS150 Haake
waga techniczna
waga analityczna
dwie łaźnie wodne
dwa mieszadła mechaniczne