أحدث المنشورات وبراءات الاختراع في اللدائن الحرارية

اللزوجة المرنة هي خاصية للمواد التي تُظهر خصائص اللزوجة والمرونة معًا عند تعرضها للتشوه. المواد اللزجة، مثل العسل، تقاوم تدفق القص والانفعال خطيًا مع مرور الوقت عند تطبيق إجهاد. أما المواد المرنة، مثل الشريط المطاطي، فتنفعل عند شدها وتعود بسرعة إلى حالتها الأصلية بمجرد زوال الإجهاد. تحتوي المواد اللزجة المرنة على عناصر من كليهما.

أول بطارية قابلة لإعادة الشحن ناجحة تجاريًا. تستخدم أنودًا من الرصاص (Pb)، وكاثودًا من ثاني أكسيد الرصاص (PbO₂)، وإلكتروليتًا من حمض الكبريتيك (H₂SO₄). أثناء التفريغ، يتحول كلا القطبين إلى كبريتات الرصاص (PbSO₄)، ويُستهلك حمض الكبريتيك. هذه العملية عكسية كيميائيًا بتطبيق تيار خارجي، مما يجعلها نظامًا عمليًا ومتينًا لتخزين الطاقة.

يصف توزيع بولتزمان احتمالية وجود نظام في حالة توازن حراري عند درجة حرارة T في حالة دقيقة محددة بطاقة E. يتناسب هذا الاحتمال طرديًا مع عامل بولتزمان، \(e^{-E / k_B T}\). وهذا يعني أن الحالات ذات الطاقة المنخفضة أكثر احتماليةً للشغل بشكل كبير من الحالات ذات الطاقة الأعلى، حيث تُعدّل درجة الحرارة هذا التفضيل.

تربط هذه المعادلة التأسيسية بين الكمية الديناميكية الحرارية العيانية للانتروبي (S) وعدد الترتيبات الميكروسكوبية الممكنة أو الحالات الميكروية (W)، المناظرة للحالة العيانية للنظام. تكشف المعادلة، \(S = k_B \n W\)، أن الإنتروبيا هي مقياس للاضطراب الإحصائي أو العشوائية. والثابت \(k_B\) هو ثابت بولتزمان الذي يربط الطاقة على مستوى الجسيمات بدرجة الحرارة.

التكثيف القصي، أو التمدد، هو سلوك غير نيوتوني، حيث تزداد اللزوجة مع معدل إجهاد القص. ومن الأمثلة الكلاسيكية على ذلك معلق نشا الذرة في الماء (أوبليك)، الذي يبدو سائلاً عند تحريكه ببطء، ولكنه يكاد يكون صلباً عند صدمه أو تحريكه بسرعة. تحدث هذه الظاهرة بسبب انحشار الجسيمات العالقة تحت تأثير قص عالٍ.

تربط معادلة نيرنست جهد الاختزال لنصف خلية (أو الجهد الكلي للخلية الكهروكيميائية) بجهد القطب القياسي، ودرجة الحرارة، ونشاط المواد الكيميائية الخاضعة للأكسدة والاختزال (المُقَرَّبة غالبًا بالتركيزات). المعادلة هي \(E = E^{\circ} - \frac{RT}{nF} \ln Q\)، حيث Q هو حاصل التفاعل.

تتولد القوة الدافعة الكهربائية الحركية عند تحرك موصل عبر مجال مغناطيسي. تؤثر المركبة المغناطيسية لقوة لورنتز، \(\mathbf{F} = q(\mathbf{v} \times \mathbf{B})\)، على حاملات الشحنة داخل الموصل، مما يتسبب في حركتها وتكوين فاصل شحنة. يُنشئ هذا التباعد مجالًا كهربائيًا وفرق جهد. تُعطى القوة الدافعة الكهربائية الناتجة بالتكامل الخطي \(\mathcal{E} = \oint (\mathbf{v} \times \mathbf{B}) \cdot d\mathbf{l}\).

مبدأ أساسي ينص على أن الطاقة الكلية لنظام معزول تبقى ثابتة بمرور الوقت. الطاقة لا تُستحدث ولا تُفنى، بل تتحول فقط من شكل إلى آخر، مثل الطاقة الكامنة إلى الطاقة الحركية. في الميكانيكا الكلاسيكية، في الأنظمة ذات القوى المحافظة فقط، تكون الطاقة الميكانيكية الكلية محفوظة (E = T + V).

في السوائل النيوتونية، اللزوجة دالة لدرجة الحرارة والضغط، وليست معدل القص. في السوائل، تنخفض اللزوجة بشكل ملحوظ مع ارتفاع درجة الحرارة، لأن الطاقة الحرارية العالية تُمكّن الجزيئات من التغلب على قوى التماسك بين الجزيئات بسهولة أكبر. على العكس، في الغازات، تزداد اللزوجة مع ارتفاع درجة الحرارة، حيث تؤدي زيادة تصادمات الجزيئات بسرعات أعلى إلى زيادة انتقال الزخم.

هذا هو الشكل التفاضلي لقانون فاراداي للحث، إحدى معادلات ماكسويل الأربع. ينص القانون على أن المجال المغناطيسي المتغير مع الزمن (\(\mathbf{B}\)) يصاحب دائمًا مجالًا كهربائيًا متغيرًا مكانيًا وغير محافظ (\(\mathbf{E}\)). تُعبَّر عن العلاقة بالصيغة \(\nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t}\). تحكم هذه المعادلة كيفية توليد المجالات المغناطيسية المتغيرة للمجالات الكهربائية عند نقطة محددة في الفضاء.

القوة الدافعة الكهربائية (EMF) وفرق الجهد الكهربائي (الجهد) مفهومان مختلفان، على الرغم من أن كليهما يُقاس بالفولت. القوة الدافعة الكهربائية هي الشغل المبذول لكل وحدة شحنة بواسطة قوة غير محافظة (مثل التفاعل الكيميائي أو المجال المغناطيسي المتغير) لتحريك الشحنة داخل مصدر. أما فرق الجهد فهو الشغل المبذول لكل وحدة شحنة بواسطة المجال الكهروستاتيكي المحافظ بين نقطتين.

عدد رينولدز (Re) هو كمية بلا أبعاد في ميكانيكا الموائع، تُستخدم للتنبؤ بأنماط التدفق من خلال تمثيل نسبة قوى القصور الذاتي إلى قوى اللزوجة. تُميز أعداد رينولدز المنخفضة التدفق الصفحي السلس والمنظم، بينما تُشير أعداد رينولدز المرتفعة إلى التدفق المضطرب الفوضوي المليء بالدوامات. يُعد هذا العدد أساسيًا لتحديد السلوك الديناميكي للسائل ولإجراء التجارب على نطاق واسع.

عدد ماخ (M) هو كمية بلا أبعاد تُمثل نسبة سرعة التدفق بعد حدٍّ ما إلى سرعة الصوت المحلية: (M = v/a)، حيث v هي سرعة التدفق وa هي سرعة الصوت. وهو المؤشر الرئيسي لتأثيرات الانضغاط. مع اقتراب عدد ماخ من 1 وتجاوزه، تتغير كثافة الهواء بشكل ملحوظ، مما يُغير القوى الديناميكية الهوائية.

في الخلايا الكهروكيميائية، مثل البطاريات وخلايا الوقود، تتولد القوة الدافعة الكهربائية (EMF) من خلال التفاعلات الكيميائية. ويحدث فصل الشحنات نتيجة تفاعلات الأكسدة والاختزال عند قطبين كهربائيين مختلفين. وترتبط أقصى قوة دافعة كهربائية للخلية بتغير طاقة جيبس ​​الحرة (دلتا جي) للتفاعل بواسطة المعادلة: E = -frac دلتا جي nF، حيث n هو عدد مولات الإلكترونات وF هو ثابت فاراداي.

معادلات رينولدز-نافييه-ستوكس المتوسطة (RANS) هي معادلات حركة بمتوسط ​​زمني لتدفق السوائل المضطربة. يُسمى هذا النهج تحليل رينولدز، ويفصل متغيرات التدفق إلى متوسط ​​ومكون متقلب. تُدخل عملية المتوسط ​​مصطلحًا إضافيًا، وهو موتر رينولدز للإجهاد، الذي يُمثل تأثير الاضطراب، ويجب نمذجته لتحقيق التكامل، مما يجعل عمليات المحاكاة سهلة الحساب.