Reometr akustyczny

Ten artykuł dotyczy przyrządu do badania reologii ekstensjonalnej. W przypadku innych zastosowań patrz Reologia .

Reometr akustyczny wykorzystuje kryształ piezoelektryczny , który może z łatwością wprowadzać do płynu kolejną falę rozciągania i kurczenia . Stosuje oscylujące naprężenie rozciągające do systemu. Odpowiedź systemu można interpretować w kategoriach reologii ekstensjonalnej .

Ta interpretacja opiera się na powiązaniu między reologią ścinania , reologią ekstensjonalną i akustyką . Związek między tymi dyscyplinami naukowymi szczegółowo opisali Litovitz i Davis w 1964 roku.

Powszechnie wiadomo, że właściwości płynu lepkosprężystego są charakteryzowane w reologii ścinania modułem ścinania G , który łączy naprężenie ścinające T _ij i odkształcenie ścinające S _ij

${\ Displaystyle {T_ {ij} = G \ cdot S_ {ij}}}$

Istnieje podobna liniowa zależność w reologii ekstensjonalnej między naprężeniem ekstensyjnym P , odkształceniem ekstensyjnym S i modułem ekstensjonalnym K :

${\ Displaystyle {P = - K \ cdot S}}$

Szczegółowa analiza teoretyczna wskazuje, że rozchodzenie się dźwięku lub ultradźwięków przez płyn lepkosprężysty zależy zarówno od modułu ścinania G , jak i modułu rozciągliwości K ,. Wygodne jest wprowadzenie połączonego modułu podłużnego M :

${\ Displaystyle M = M '+ M'' = K + {\ Frac {4} {3}} G}$

Istnieją proste równania, które wyrażają moduł podłużny pod względem właściwości akustycznych, prędkości dźwięku V i tłumienia α

${\ Displaystyle M '= \ rho \ cdot V ^ {2}}$

${\ Displaystyle M'' = {\ Frac {2 \ rho \ alfa V ^ {3}}{\omega}}}$

Reometr akustyczny mierzy prędkość dźwięku i tłumienie ultradźwięków dla zestawu częstotliwości w zakresie megaherców . Te mierzalne parametry można przeliczyć na rzeczywiste i urojone składowe modułu podłużnego .

Prędkość dźwięku określa M', która jest miarą elastyczności systemu . Można to przekształcić w ściśliwość płynu .

Tłumienie określa M”, które jest miarą właściwości lepkich, rozpraszania energii . Parametr ten można uznać za lepkość ekstensyjną .

W przypadku cieczy newtonowskiej tłumienie daje informację o lepkości objętościowej . Prawo Stokesa (tłumienie dźwięku) podaje zależność między tłumieniem , lepkość dynamiczna i lepkość objętościowa płynu newtonowskiego.

Ten typ reometru działa przy znacznie wyższych częstotliwościach niż inne. Nadaje się do badania efektów o znacznie krótszych czasach relaksacji niż jakikolwiek inny reometr.

Zobacz też

• Reologia