Thermit-Zündung und -Ausbreitung

Die Nernst-Gleichung setzt das Reduktionspotenzial einer Halbzelle (oder die Gesamtspannung einer elektrochemischen Zelle) in Beziehung zum Standardelektrodenpotenzial, zur Temperatur und zu den Aktivitäten (oft angenähert durch Konzentrationen) der chemischen Spezies, die eine Redoxreaktion durchlaufen. Die Gleichung lautet [latex]E = E^{\circ} - \frac{RT}{nF} \ln Q[/latex], wobei Q der Reaktionsquotient ist.

Die Bewegungs-EMK wird erzeugt, wenn sich ein Leiter durch ein Magnetfeld bewegt. Die magnetische Komponente der Lorentz-Kraft, [latex]\mathbf{F} = q(\mathbf{v} \mal \mathbf{B})[/latex], wirkt auf die Ladungsträger im Leiter, wodurch sie sich bewegen und eine Ladungstrennung erzeugen. Diese Trennung führt zu einem elektrischen Feld und einer Potenzialdifferenz. Die resultierende EMK ist durch das Linienintegral [latex]\mathcal{E} = \oint (\mathbf{v} \times \mathbf{B}) \cdot d\mathbf{l}[/latex] gegeben.

In einem System, das sich im thermodynamischen Gleichgewicht befindet, muss das elektrochemische Potenzial [latex]\bar{\mu}_i[/latex] für eine bestimmte geladene Spezies "i" in allen Phasen gleich sein. Besteht ein Gradient ([latex]\nabla \bar{\mu}_i \neq 0[/latex]), bewegen sich die Ionen spontan von Regionen mit höherem Potential zu niedrigerem Potential und erzeugen einen Strom oder Fluss, bis dieser Gradient beseitigt und das Gleichgewicht wiederhergestellt ist.

Energie ist nicht kontinuierlich, sondern wird in diskreten Paketen, den sogenannten Quanten, geliefert. Die Energie [latex]E[/latex] eines einzelnen Quants der elektromagnetischen Strahlung (eines Photons) ist direkt proportional zu seiner Frequenz [latex]\nu[/latex]. Diese Beziehung wird durch die Planck-Einstein-Beziehung definiert: [latex]E = h\nu[/latex], wobei [latex]h[/latex] die Planck-Konstante ist. Dieses Konzept stellte die klassische Physik grundlegend in Frage.

Ein statistisches Ensemble ist ein konzeptionelles Werkzeug, das aus einer großen Anzahl virtueller Kopien eines Systems besteht, die jeweils einen möglichen Mikrozustand repräsentieren. Durch Mittelung der Eigenschaften aller Systeme im Ensemble lassen sich makroskopische Observablen berechnen. Die wichtigsten Typen sind der mikrokanonische (isoliertes System mit festen N, V, E), der kanonische (geschlossenes System, feste N, V, T) und der großkanonische (offenes System, feste µ, V, T).

Das Äquivalenzprinzip ist ein Eckpfeiler der Allgemeinen Relativitätstheorie. Es besagt, dass die Auswirkungen eines gleichmäßigen Gravitationsfeldes nicht von den Auswirkungen einer gleichmäßigen Beschleunigung zu unterscheiden sind. Das bedeutet, dass ein Beobachter in einem fensterlosen, frei fallenden Aufzug Schwerelosigkeit erfährt, genau wie ein Beobachter im Weltraum, weit entfernt von jeglicher Gravitationsquelle. Dies bildet die konzeptionelle Grundlage für die Schwerkraft als geometrisches Phänomen.

Die Mach-Zahl (M) ist eine dimensionslose Größe, die das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit an einer Grenze zur lokalen Schallgeschwindigkeit darstellt: [latex]M = v/a[/latex], wobei v die Strömungsgeschwindigkeit und a die Schallgeschwindigkeit ist. Sie ist der wichtigste Indikator für Kompressibilitätseffekte. Wenn sich die Mach-Zahl dem Wert 1 nähert und diesen überschreitet, ändert sich die Dichte der Luft erheblich, wodurch sich die aerodynamischen Kräfte verändern.

In elektrochemischen Zellen, wie Batterien und Brennstoffzellen, werden EMK durch chemische Reaktionen erzeugt. Die Ladungstrennung wird durch Oxidations- und Reduktionsreaktionen an zwei verschiedenen Elektroden bewirkt. Die maximale EMK einer Zelle hängt mit der Änderung der freien Gibbs-Energie ([latex]\Delta G[/latex]) der Reaktion durch [latex]\mathcal{E} = -\frac{\Delta G}{nF}[/latex] zusammen, wobei [latex]n[/latex] für Mole von Elektronen und [latex]F[/latex] für die Faraday-Konstante steht.

Die Reynolds-gemittelten Navier-Stokes-Gleichungen (RANS) sind zeitgemittelte Bewegungsgleichungen für turbulente Strömungen. Dieser Ansatz, die sogenannte Reynolds-Zerlegung, trennt Strömungsvariablen in eine mittlere und eine schwankende Komponente. Der Mittelungsprozess führt einen zusätzlichen Term ein, den Reynolds-Spannungstensor, der den Effekt der Turbulenz darstellt und modelliert werden muss, um einen Abschluss zu erreichen und Simulationen rechnerisch durchführbar zu machen.

Das absolute elektrochemische Potenzial einer einzelnen Elektrode kann nicht gemessen werden. Stattdessen werden die Potenziale relativ zu einer allgemein anerkannten Referenz gemessen. Die Standard-Wasserstoffelektrode (SHE) ist die primäre Referenz, der unter Standardbedingungen (1 M [latex]H^+[/latex]-Konzentration, 1 bar [latex]H_2[/latex]-Gas, 298 K) ein Potenzial von genau 0 Volt zugeordnet ist. Alle anderen Standard-Elektrodenpotentiale werden relativ zu diesem Nullpunkt angegeben.

Sublimation ist eine Labortechnik zur Reinigung von Verbindungen, insbesondere flüchtigen Feststoffen. Der unreine Feststoff wird leicht erhitzt, oft unter reduziertem Druck, wodurch er direkt zu einem Gas sublimiert. Dieses Gas lagert sich dann als reiner Feststoff auf einer gekühlten Oberfläche, einem sogenannten Kaltfinger, ab. Die nichtflüchtigen Verunreinigungen verbleiben im ursprünglichen Behälter.

Das Kutta-Joukowski-Theorem quantifiziert die von einem Tragflächenprofil erzeugte Auftriebskraft. Es besagt, dass der Auftrieb pro Spannweiteneinheit ([latex]L'[/latex]) direkt proportional zur Flüssigkeitsdichte ([latex]\rho[/latex]), der Freistromgeschwindigkeit ([latex]V[/latex]) und der Zirkulation ([latex]\Gamma[/latex]) um den Körper ist: [latex]L' = \rho V \Gamma[/latex]. Damit wird das abstrakte Konzept der Zirkulation mit der physikalischen Kraft des Auftriebs verknüpft.

Die Grenzschicht ist die dünne Flüssigkeitsschicht in unmittelbarer Nähe einer Begrenzungsfläche, wo die Auswirkungen der Viskosität signifikant sind. Dieses von Ludwig Prandtl eingeführte Konzept vereinfacht Probleme der Strömungsdynamik, indem es die Strömung in zwei Bereiche unterteilt: die dünne Grenzschicht, in der die Viskosität dominiert, und den äußeren Bereich, in dem die Theorie der reibungsfreien Strömung angewendet werden kann.

Das von-Mises-Fließkriterium besagt, dass das Fließen eines duktilen Materials beginnt, wenn die zweite deviatorische Spannungsinvariante, [latex]J_2[/latex], einen kritischen Wert erreicht. Es wird häufig in Form der von-Mises-Spannung, [latex]\sigma_v[/latex], ausgedrückt, einem skalaren Wert, der kleiner sein muss als die Streckgrenze des Materials, [latex]\sigma_y[/latex]. Streckung tritt auf, wenn [latex]\sigma_v = \sigma_y[/latex].