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빙햄 플라스틱

1922

Eugene C. Bingham

(설명을 위한 생성된 이미지입니다)

빙엄 플라스틱은 낮은 응력에서는 강체처럼 거동하지만 높은 응력에서는 점성 유체처럼 흐르는 점소성 재료입니다. 스트레스이는 최소 항복응력인 τ₀로 특징지어집니다. 전단 응력 흐름을 시작하는 데 필요한 농도입니다. 이 임계값 미만에서는 변형되지 않습니다. 일반적인 예로는 치약, 마요네즈, 점토 슬러리가 있습니다.

그만큼 구성 방정식 빙엄 플라스틱의 경우, 두 부분으로 구성된 모델로 설명됩니다. 항복 응력(τ₀) 이하에서는 재료가 흐르며, 응력과 전단율 사이의 관계는 선형이 됩니다. 즉, τ₀ = μp⋅γ입니다. 여기서 μp는 플라스틱의 전단 응력입니다. 점도이는 유체가 일단 움직이기 시작한 후 흐름에 대한 저항을 나타냅니다.

이러한 현상은 유동이 발생하기 전에 분해되어야 하는 입자 네트워크 또는 응집된 콜로이드와 같은 내부 구조의 존재 때문입니다. 항복 응력은 이러한 내부 네트워크의 강도에 해당합니다. 치약의 경우, 이 네트워크는 칫솔모에 형태를 유지합니다. 튜브를 짜는 압력은 항복 응력보다 큰 응력을 발생시켜 치약이 흐르게 합니다. 토목 공학에서 굳지 않은 콘크리트의 항복 응력은 구성 요소의 분리를 방지하고, 효율적인 펌핑을 보장하며, 거푸집에서 형태를 유지하고 처짐을 방지하는 데 매우 중요합니다.

적층 제조, 토목공학, 조작, 재료, 프로세스, 제품 개발, 유변학

UNESCO Nomenclature: 2210

역학

유형

재료 모델

분열

상당한

용법

널리 사용됨

전구체

점토 슬러리와 페인트에 대한 연구에서 유동성 임계값이 나타났습니다.
빙엄의 모델은 고체에 대한 훅의 법칙과 유체에 대한 뉴턴의 법칙을 연결합니다.
유변학적 측정 기술의 개발

응용 프로그램

칫솔에 묻어있지만 짜면 흐르는 치약
순환이 멈췄을 때 암석 절삭물을 현탁시키는 시추 진흙
펌프질은 가능하지만 타설 후에도 형태를 유지하는 콘크리트
음식에 그대로 남아 있는 마요네즈와 머스터드
바른 후에도 흘러내리지 않는 페인트

특허:

잠재적 혁신 아이디어

3d printing materials for construction that hold their shape immediately after extrusion
direct-write inks for electronics that create stable, fine-featured circuits
food products designed for specific textures and stability on the shelf
medical cements that are injectable but set rigidly in place
cosmetic foundations that stay in the jar but spread smoothly on the skin
fire-stop sealants that are easily applied but do not slump under gravity or heat
geotechnical grouts that can be pumped into soil but then resist further movement
sculpting materials for artists that are easily workable but hold fine details

관련 용어: 빙엄 소성, 항복 응력, 점소성, 유변학, 치약, 시추 진흙, 콘크리트 비뉴턴 유체.

역사적 맥락

Electrochemical cell experiment demonstrating electron transfer in redox reactions.

산화환원 반응에서의 전자 전달

산화환원 반응은 화학 물질 간에 전자가 이동하는 반응입니다. 한 물질은 산화(전자를 잃음)되고, 다른 물질은 환원(전자를 얻음)됩니다. 이 두 과정은 항상 동시에 일어납니다. 전자를 잃는 물질을 환원제라고 하고, 전자를 얻는 물질을 산화제라고 합니다. 이 기본 개념은 전기화학 및 많은 생물학적 과정의 기초가 됩니다.

Laboratory experiment demonstrating Debye Force between polar and nonpolar molecules.

데바이 힘(쌍극자-유도 쌍극자 상호작용)

극성 분자(영구 쌍극자를 가짐)와 비극성 분자 사이에는 인력이 작용합니다. 영구 쌍극자에서 발생하는 전기장은 비극성 분자의 전자 구름을 변형시켜 일시적인 쌍극자를 유도합니다. 이 두 쌍극자는 서로 끌어당깁니다. 상호작용 위치 에너지는 [latex]V propto -frac{alpha mu^2}{r^6}[/latex]이며, 여기서 [latex]alpha[/latex]는 극성률이고 [latex]mu[/latex]는 영구 쌍극자 모멘트입니다.

Laboratory experiment demonstrating Keesom force with polar liquids and molecular models.

키솜 포스

물이나 염화수소처럼 영구적인 전기 쌍극자 모멘트를 가진 분자들 사이의 정전기적 상호작용입니다. 이 힘은 쌍극자들이 머리-꼬리 방향으로 정렬하려는 경향에서 비롯되며, 결과적으로 순 인력이 발생합니다. 이 상호작용은 온도에 따라 달라지는데, 열 운동이 정렬을 방해하기 때문입니다. 방향 평균 위치 에너지는 [latex]V propto -frac{1}{r^6 k_B T}[/latex]에 따라 변합니다.

빙햄 플라스틱

Laboratory scene with scientist performing molecular dynamics simulations using Lennard-Jones potential.

레너드-존스 잠재력

두 중성 원자 또는 분자 사이의 상호작용 잠재 에너지를 근사적으로 나타내는 간단하고 널리 사용되는 수학적 모델입니다. 이 모델은 반 데르 발스 힘을 나타내는 장거리 인력항([latex]propto r^{-6}[/latex])과 파울리 반발력을 나타내는 급격한 단거리 척력항([latex]propto r^{-12}[/latex])을 결합합니다. 공식은 [latex]V_{LJ}(r) = 4epsilon [(frac{sigma}{r})^{12} - (frac{sigma}{r})^6][/latex]입니다.

Demonstration of shear-thinning behavior in a laboratory with ketchup.

전단 박화(의사소성)

전단박화 또는 유사소성(pseudoplasticity)은 유체의 점도가 전단 응력의 증가율에 따라 감소하는 비뉴턴 유체의 특성입니다. 케첩이나 페인트와 같은 많은 일반적인 물질이 이러한 특성을 나타냅니다. 정지 상태에서는 점도가 높지만, 흔들거나 휘젓거나 바르면 더 쉽게 흐릅니다. 이러한 현상은 종종 오스트발트-드 웨일(Ostwald-de Waele) 멱법칙 관계로 모델링됩니다.

Physicist's workspace with Schrödinger Equation and quantum mechanics materials.

슈뢰딩거 방정식

이는 양자 역학에서 물리 시스템의 양자 상태가 시간에 따라 어떻게 변하는지를 설명하는 기본 방정식입니다. 파동 함수 [latex]Psi(x, t)[/latex]에 대한 선형 편미분 방정식입니다. 시간에 따라 변하는 버전은 [latex]ihbarfrac{partial}{partial t}Psi = hat{H}Psi[/latex]이며, 여기서 [latex]hat{H}[/latex]는 시스템의 총 에너지를 나타내는 해밀턴 연산자입니다.

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Albert Einstein discussing gravitational lensing in a historical laboratory setting.

중력 렌즈 현상

일반 상대성 이론은 빛의 경로가 중력에 의해 휘어진다고 예측합니다. 멀리 떨어진 광원에서 나온 빛이 은하나 별과 같은 질량이 큰 천체를 지나갈 때, 그 경로는 휘어집니다. 중력 렌즈 현상으로 알려진 이 현상은 배경 광원을 확대하거나 왜곡하거나 여러 개의 상을 만들어낼 수 있으며, 마치 우주 망원경처럼 먼 우주를 관측하는 데 도움을 줍니다.

Chemist balancing redox reactions using the half-reaction method in analytical chemistry.

반쪽 반응법

복잡한 산화환원 반응은 반쪽 반응법을 이용하여 균형을 맞출 수 있습니다. 전체 반응을 산화 반응과 환원 반응, 이렇게 두 개의 반쪽 반응으로 나눕니다. 각 반쪽 반응은 원자 수와 전하를 독립적으로 균형 맞추는데, 이때 수용액 상태에서 H+, OH-, H2O 등을 첨가하는 경우가 많습니다. 마지막으로 전자 수를 같게 맞춘 후 두 반쪽 반응을 합칩니다.

Chemist studying autocatalysis in a laboratory setting with glassware and chemical reactions.

자가촉매

자기촉매반응은 화학 반응 생성물 중 하나가 동일하거나 연관된 반응의 촉매 역할을 하는 현상입니다. 이는 양의 피드백 루프를 형성하여 반응 속도를 가속화합니다. 반응 속도는 초기에는 느리지만 생성물(촉매)의 농도가 증가함에 따라 빨라지며, 흔히 시그모이드(S자형) 반응 속도 곡선을 나타냅니다.

Laboratory scene with scientist analyzing spectrometer for quantum mechanics research.

란데 g-팩터

란데 g-인자([latex]g_J[/latex])는 약한 자기장 영역에서 원자의 총 자기 모멘트와 총 각운동량을 연결하는 무차원 비례 상수입니다. 이는 이상 제만 효과를 정량적으로 설명하는 데 매우 중요합니다. 란데 g-인자의 값은 [latex]g_J = 1 + frac{J(J+1) + S(S+1) - L(L+1)}{2J(J+1)}[/latex]이며, 여기서 L, S, J는 양자수입니다.

Laboratory experiment demonstrating wave-particle duality in quantum physics.

파동-입자 이중성

광자나 전자와 같은 모든 양자 개체는 입자적 성질과 파동적 성질을 모두 나타냅니다. 실험 환경에 따라 국소화된 입자처럼 행동하거나 분산된 파동처럼 행동할 수 있습니다. 드 브로이 가설은 운동량 p를 가진 모든 입자는 파장 λ = h/p를 갖는다고 주장하며, 여기서 h는 플랑크 상수입니다.

Laboratory pH measurement with a digital meter in analytical chemistry.

pH는 수소 이온 활성도[latex]a_{H^+}[/latex]의 음의 십진 로그 값으로 정식 정의됩니다. 공식은 [latex]pH = -log_{10}(a_{H^+})[/latex]입니다. 활성도는 분자간 힘을 고려한 수소 이온의 유효 농도이며, 무차원량입니다. 묽은 용액의 경우, 활성도는 [latex]H^+[/latex] 이온의 몰 농도와 거의 같으므로 계산이 간단해집니다.

Laboratory experiment on lanthanide elements in inorganic chemistry.

란탄족 수축

란탄족 수축이란 란탄족 원소(란탄에서 루테튬까지)의 원자 반지름과 이온 반지름이 원자 번호가 증가함에 따라 꾸준히 감소하는 현상입니다. 이 현상은 4f 전자가 핵전하를 제대로 차폐하지 못하기 때문에 발생합니다. 그 결과, 란탄족 이후의 6주기 원소들은 예상외로 작은 크기를 가지며, 이는 5주기 원소들과 유사한 수준입니다.

Research laboratory focused on quantum statistics applications in semiconductor physics and lasers.

양자 통계

양자 통계는 동일한 입자의 구별 불가능성을 설명하기 위해 고전 통계 역학을 수정합니다. 양자 통계는 크게 두 가지 유형으로 나뉘는데, 파울리 배타 원리를 따르는 페르미온(전자와 같은 반정수 스핀 입자)에 대한 페르미-디락 통계와 동일한 양자 상태를 가질 수 있는 보손(광자와 같은 정수 스핀 입자)에 대한 보즈-아인슈타인 통계가 있습니다. 이러한 구분은 저온 및 고밀도 환경에서 매우 중요합니다.

(날짜를 알 수 없거나 관련이 없는 경우, 예를 들어 "유체역학"의 경우, 주목할 만한 등장 시기를 대략적으로 추정하여 제공합니다.)