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점탄성

1850

(설명을 위한 생성된 이미지입니다)

점탄성은 변형될 때 점성 및 탄성 특성을 모두 나타내는 물질의 속성입니다. 꿀과 같은 점성 물질은 전단 흐름에 저항하고 strain 시간에 따라 선형적으로 변할 때 스트레스 탄성 재료는 고무줄처럼 늘어나면 변형되고, 응력이 제거되면 원래 상태로 빠르게 되돌아갑니다. 점탄성 재료는 탄성과 점탄성의 두 가지 특성을 모두 가지고 있습니다.

점탄성 거동은 재료의 미세구조가 시간에 따라 재배열되는 결과입니다. 응력이 가해지면 에너지의 일부는 분자 결합의 늘어남이나 굽힘에 탄성적으로 저장되고, 일부는 분자들이 서로 미끄러지면서 발생하는 점성 마찰을 통해 열로 소산됩니다. 이러한 이중적인 거동은 몇 가지 특징적인 현상을 유발합니다. 하나는 크리프 현상으로, 일정한 하중 하에서 재료가 시간이 지남에 따라 천천히 변형되는 현상입니다. 또 다른 하나는 응력 완화 현상으로, 일정한 변형률을 유지하는 데 필요한 응력이 재료의 내부 구조가 재배열됨에 따라 시간이 지남에 따라 감소하는 현상입니다.

시간에 따라 변하는 이러한 응답은 종종 이상적인 스프링(훅의 법칙을 따르는 탄성 성분을 나타냄)과 댐퍼(뉴턴의 법칙을 따르는 점성 성분을 나타냄)의 조합을 사용하여 모델링됩니다. 점도). Simple models like the Maxwell model (spring and dashpot in series) and the Kelvin-Voigt model (spring and dashpot in parallel) capture the basic features of stress relaxation and creep, respectively. More complex models, such as the Standard Linear 솔리드 모델이러한 요소들을 결합하여 실제 물질에 대한 보다 정확한 설명을 제공합니다.

점탄성 재료의 거동은 온도와 변형률 속도에 매우 의존적입니다. 저온 또는 높은 변형률 속도에서는 탄성 고체처럼 거동하는 경향이 있고, 고온 또는 낮은 변형률 속도에서는 점성 유체처럼 거동하는 경향이 있습니다. 이를 시간-온도 중첩 원리라고 합니다.

크리프 테스트, 엘라스토머, 기계적 특성, 고분자, 품질 보증, 품질 관리, 유변학, 응력 부식, 진동 분석

UNESCO Nomenclature: 2203

연속체 역학

유형

추상 시스템

분열

기초적인

용법

널리 사용됨

전구체

후크의 탄성 법칙(1660)
뉴턴의 점성 법칙(1687)
빌헬름 베버의 탄성 후유증에 대한 초기 연구(1835)
고분자 과학의 발전

응용 프로그램

메모리폼 매트리스
차량용 충격 흡수 장치
synthetic polymers and plastics
인체 조직 및 생체역학
진동 감쇠 재료
감압 접착제

특허:

잠재적 혁신 아이디어

self-healing polymer composites for aerospace
biocompatible hydrogels for tissue engineering with tunable stiffness
4d printed materials that change shape over time
energy-harvesting materials that convert mechanical vibrations into electricity
adaptive camouflage that changes texture
smart packaging that indicates freshness by changing its rheological properties
음향학 metamaterials for advanced soundproofing
injectable gels for minimally invasive surgery

Related to: viscoelasticity, rheology, creep, stress relaxation, polymers, biomechanics, 맥스웰 model, kelvin-voigt model.

역사적 맥락

연료 전지

연료전지는 연료(일반적으로 수소)와 산화제(주로 산소)의 화학 에너지를 전기로 직접 변환하는 전기화학 장치입니다. 배터리와 달리 작동하려면 연료와 산화제를 지속적으로 외부에서 공급받아야 합니다. 핵심 구성 요소는 양극, 음극, 그리고 이들을 분리하고 이온 이동을 촉진하는 전해질입니다.

줄 발열과 전력

줄 발열 또는 옴 발열은 도체를 통해 전류가 흐를 때 열이 발생하는 현상입니다. 열 발생률, 즉 소모되는 전력([latex]P[/latex])은 줄의 제1법칙 [latex]P = VI[/latex]로 나타낼 수 있습니다. 이를 옴의 법칙과 결합하면 전력은 [latex]P = I^2 R[/latex] 또는 [latex]P = frac{V^2}{R}[/latex]로 표현할 수 있습니다.

Laboratory apparatus for measuring internal energy and enthalpy of a perfect gas in thermodynamics.

이상 기체의 내부 에너지와 엔탈피

이상 기체의 경우 내부 에너지([latex]U[/latex])와 엔탈피([latex]H[/latex])는 온도에만 의존하는 함수입니다. 이들의 변화량은 [latex]Delta U = m c_v Delta T[/latex] 및 [latex]Delta H = m c_p Delta T[/latex]로 주어지며, 여기서 [latex]c_v[/latex]와 [latex]c_p[/latex]는 각각 정적 부피 비열과 정적 압력 비열이며, 일정하다고 가정합니다.

점탄성

Scientist measuring sublimation in a vintage laboratory, thermodynamics study.

승화 엔탈피

승화 엔탈피(ΔH_sub)는 주어진 온도와 압력에서 물질 1몰이 고체에서 기체로 변하는 데 필요한 열량입니다. 헤스의 법칙에 따르면, 엔탈피는 상태 함수이므로 이 에너지 변화는 융해 엔탈피(ΔH_fus)와 기화 엔탈피(ΔH_vap)의 합입니다.

Engineers designing an efficient heat engine in a laboratory, illustrating thermodynamics applications.

열역학 제2법칙

The Second Law introduces the concept of entropy and defines the direction of spontaneous processes. It can be stated in several ways, but a key consequence is that the total entropy of an isolated system can never decrease over time. This law explains the 'arrow of time' and why processes are irreversible, such as heat spontaneously flowing from a hot body to a cold one.

The Perfect Gas Model

A perfect gas is a theoretical model of a gas where intermolecular forces are neglected and specific heat capacities ([latex]C_P[/latex] and [latex]C_V[/latex]) are assumed to be constant with respect to temperature. This simplifies thermodynamic calculations significantly. It is a specific case of the ideal gas, where specific heats can vary with temperature, making it a more constrained model.

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다니엘 세포 작전

볼타 전지를 개량한 다니엘 전지는 다공성 막으로 분리된 황산구리(II) 용액에 담긴 구리 전극과 황산아연 용액에 담긴 아연 전극으로 구성됩니다. 이러한 이중 유체 구조는 구리 전극에 수소 가스가 축적되는 현상(분극)을 방지하여 훨씬 더 안정적이고 신뢰할 수 있는 전압원을 더 오랫동안 제공합니다.

광전 효과

광전 효과란 물질이 빛에 노출될 때 전압과 전류가 발생하는 현상입니다. 이는 물리적, 화학적 현상이며, 태양 전지는 이 효과를 이용하여 햇빛을 직접 전기로 변환합니다. 광전 효과는 빛의 광자가 전자를 더 높은 에너지 상태로 여기시키는 데 기반합니다.

마이어의 관계식(열역학)

마이어의 관계식은 이상 기체의 비열과 기체 상수([latex]R_s[/latex])를 연결합니다. 이 관계식은 [latex]c_p - c_v = R_s[/latex]입니다. 몰 비열([latex]C_p[/latex]와 [latex]C_v[/latex])의 경우, 관계식은 [latex]C_p - C_v = R[/latex]이며, 여기서 [latex]R[/latex]은 기체 상수입니다. 이는 [latex]c_p[/latex]가 항상 [latex]c_v[/latex]보다 크다는 것을 보여줍니다.

19th-century laboratory with physicists studying energy conservation principles.

에너지 보존 법칙

고립계의 총 에너지는 시간에 따라 일정하게 유지된다는 기본 원리입니다. 에너지는 생성되거나 소멸될 수 없으며, 단지 한 형태에서 다른 형태로 변환될 뿐입니다. 예를 들어 위치 에너지가 운동 에너지로 변환될 수 있습니다. 고전 역학에서 보존력만 작용하는 시스템의 경우, 총 역학적 에너지 [latex]E = T + V[/latex]는 보존됩니다.

Laboratory setup for measuring viscosity of fluids at varying temperatures in thermodynamics.

점도의 온도 의존성

뉴턴 유체의 경우, 점도는 온도와 압력의 함수이지만 전단율의 함수는 아닙니다. 액체에서는 온도가 증가함에 따라 점도가 크게 감소하는데, 이는 높은 열에너지로 인해 분자들이 분자간 응집력을 더 쉽게 극복할 수 있기 때문입니다. 반대로 기체에서는 온도가 증가함에 따라 점도가 증가하는데, 이는 더 빠른 속도로 분자 간 충돌이 빈번하게 발생하여 운동량 전달이 커지기 때문입니다.