Product Design, Manufacturing & Innovation Resources

Lar » O Efeito Weissenberg (fluidos)

O Efeito Weissenberg (fluidos)

1947

Karl Weissenberg

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

O efeito Weissenberg é um fenômeno que ocorre em fluidos viscoelásticos, no qual o fluido sobe por uma haste rotativa inserida nele. Isso é contrário ao comportamento dos fluidos newtonianos, que são empurrados para fora por uma força externa. força centrífuga, formando um vórtice. O efeito é causado pela normal stress diferenças que se desenvolvem no fluido sob cisalhamento.

The Weissenberg effect is a direct consequence of the elastic nature of certain non-Newtonian fluids. When a simple fluid like water is sheared between a rotating rod and a stationary container, the fluid elements are stretched in the direction of flow (the tangential direction). In a purely viscous Newtonian fluid, this results in shear stress but no stress perpendicular (normal) to the shear plane. However, in a viscoelastic fluid, such as a polymer solution, the long polymer chains resist this stretching, creating an elastic tension along the curved streamlines, much like stretched rubber bands.

Essa tensão cria uma “tensão circunferencial” que atua para dentro, em direção ao centro de rotação. Essa força direcionada para dentro gera um gradiente de pressão, empurrando o fluido para cima na haste rotativa, que é o caminho de menor resistência. A magnitude desse efeito está relacionada à primeira diferença de tensão normal, [latex]N_1 = tau_{ hetatheta} – tau_{rr}[/latex], um parâmetro chave em reologia que quantifica a elasticidade do fluido. O efeito Weissenberg é uma poderosa demonstração visual da elasticidade de fluidos e um conceito fundamental no estudo de polímeros fundidos e em solução.

Design para Manufatura Aditiva (DfAM), Mecânica dos Fluidos, Propriedades Mecânicas, Ensaios não destrutivos (END), Polímeros, Otimização de Processos, Gestão da Qualidade, Reologia

UNESCO Nomenclature: 2210

Mecânica

Tipo

Fenômeno físico

Interrupção

Substancial

Uso

Nicho/Especializado

Precursores

Desenvolvimento da teoria da viscoelasticidade
Estudos sobre soluções de polímeros e seus comportamentos de fluxo incomuns
Invenção do reômetro de cone e placa por Weissenberg, que possibilitou a medição de tensões normais.

Aplicações

Caracterização das propriedades viscoelásticas de polímeros em reômetros.
Projeto de misturadores para materiais viscoelásticos, como massa de pão ou polímeros fundidos.
Compreendendo as instabilidades de fluxo no processamento de polímeros
auxiliando no projeto de bombas para fluidos não newtonianos

Patentes:

Ideias de Inovação Potencial

Devido ao tráfego de bots de coleta de dados, atualmente superior a 40 mil por dia, este conteúdo é reservado aos membros da comunidade.
> Login < ou > Registrar < (100% gratuito) para acessar isso, assim como todo o restante do conteúdo e das ferramentas restritas.

Relacionado a: efeito Weissenberg, escalada de haste, viscoelasticidade, tensão normal, reologia, polímeros fundidos, não-newtoniano, tensão circunferencial.

Contexto histórico

Efeito Meissner

Descoberto em 1933 por Walther Meissner e Robert Ochsenfeld, o efeito Meissner é a expulsão de um campo magnético de um supercondutor durante sua transição para o estado supercondutor. Quando um material é resfriado abaixo de sua temperatura crítica (T_c) na presença de um campo magnético externo fraco, ele cancela ativamente todo o fluxo magnético em seu interior, tornando-se um diamagneto perfeito.

Experimento de laboratório que demonstra a Teoria de Hamaker na físico-química de superfícies.

Teoria de Hamaker (física)

Uma teoria que estende as forças microscópicas de Van der Waals entre átomos individuais para a escala macroscópica, calculando a força de interação total entre objetos volumosos (por exemplo, duas esferas, uma esfera e uma placa). Ela assume aditividade aos pares, integrando o potencial microscópico [latex]r^{-6}[/latex] sobre os volumes dos corpos interagentes. O resultado é quantificado pela constante de Hamaker, [latex]A[/latex].

Junção P-N em uma célula solar demonstrando a física de semicondutores.

O princípio fotovoltaico da junção PN

O núcleo de uma célula solar é uma junção pn, uma interface entre materiais semicondutores do tipo p e do tipo n. Essa junção cria um campo elétrico interno em uma região de depleção. Quando fótons com energia suficiente atingem o semicondutor, eles criam pares elétron-lacuna. O campo elétrico separa esses portadores de carga, impulsionando os elétrons para o lado n e as lacunas para o lado p, gerando uma voltagem.

O Efeito Weissenberg (fluidos)

Circuitos Lógicos Combinacionais e Sequenciais

Os circuitos digitais são categorizados em dois tipos principais: lógica combinacional e lógica sequencial. Na lógica combinacional, a saída é uma função pura dos valores de entrada atuais (por exemplo, um somador). Na lógica sequencial, a saída depende não apenas das entradas atuais, mas também da sequência de entradas anteriores, visto que esses circuitos possuem elementos de memória (por exemplo, um flip-flop).

Diagrama de Pourbaix detalhando a estabilidade eletroquímica de metais em sistemas aquosos.

Diagrama Potencial-pH (Diagrama de Pourbaix)

Um diagrama de Pourbaix, também conhecido como diagrama potencial/pH, é um gráfico termodinâmico que mapeia as fases de equilíbrio estáveis de um sistema eletroquímico aquoso. Ele mostra graficamente as condições de potencial (ΔH) e pH sob as quais um metal é imune (termodinamicamente estável), passivado (forma uma película protetora estável) ou suscetível à corrosão (forma íons solúveis).

Lança térmica cortando aço em uma aplicação de termodinâmica industrial.

Mecanismo de corte em alta temperatura

Uma lança térmica atinge temperaturas de 3.500 °C a 4.500 °C, muito superiores às dos maçaricos convencionais. Esse calor intenso não apenas derrete o material alvo, como também provoca a rápida oxidação do próprio material, tornando-o parte da fonte de combustível. Essa ação combinada de fusão e combustão permite cortar aço espesso, concreto e rocha.

1933

1937

1940

1947

1950

1932

1936-01-01

1938

1940

1950

Químico medindo soluções superácidas em um laboratório de química orgânica.

Superácidos e a função de acidez de Hammett

Um superácido é um ácido com acidez maior que a do ácido sulfúrico 100% puro. A escala de pH convencional é inadequada para esses meios. Em vez disso, sua acidez é medida usando a função de acidez de Hammett, [latex]H_0[/latex]. Essa função é baseada na protonação de bases indicadoras fracas e é definida como [latex]H_0 = pK_{BH^+} - logleft(frac{[BH^+]}{[B]}}right)[/latex].

Instalação industrial para produção de peróxido de hidrogênio usando o processo de antraquinona.

O processo de antraquinona para a produção de H₂O₂

O processo da antraquinona, desenvolvido na década de 1930, é o método industrial dominante para a produção de peróxido de hidrogênio. Envolve a hidrogenação de um derivado da antraquinona a uma antrahidroquinona, seguida de sua oxidação com ar para regenerar a antraquinona original e produzir peróxido de hidrogênio. O H₂O₂ é então extraído com água e concentrado, criando um ciclo contínuo e eficiente.

Químico equilibrando equações redox em um laboratório, mostrando o estado de oxidação em química inorgânica.

O conceito de estado de oxidação (número de oxidação)

O estado de oxidação, ou número de oxidação, é uma carga hipotética que um átomo teria se todas as suas ligações com outros átomos fossem 100% iônicas. Ele permite acompanhar a transferência de elétrons em reações de oxirredução. Um aumento no estado de oxidação indica oxidação, enquanto uma diminuição indica redução. Esse formalismo simplifica a análise de reações químicas complexas.

Composição do Thermate

A termita é uma composição incendiária que potencializa a termita padrão. Geralmente é uma mistura de termita, nitrato de bário (Ba(NO₃)₂) e enxofre. O nitrato de bário atua como oxidante, aumentando a produção térmica e tornando a reação menos dependente do oxigênio atmosférico. O enxofre é adicionado principalmente para diminuir a temperatura de ignição, facilitando e tornando mais confiável a ignição da mistura.

Teoria da Plasticidade

A plasticidade é a teoria que descreve a deformação de um material sólido, que sofre alterações irreversíveis de forma em resposta a forças aplicadas. Ao contrário da elasticidade, em que a deformação é recuperada após a remoção da carga, a deformação plástica é permanente. A teoria envolve um critério de escoamento para definir o início da plasticidade, uma lei de fluxo para descrever a evolução da deformação plástica e uma lei de endurecimento.

A Curva da Banheira

A curva da banheira é um modelo gráfico que ilustra três fases da vida útil de um produto em termos de taxa de falhas. Começa com uma taxa de "mortalidade infantil" alta, mas decrescente, seguida por uma taxa de "vida útil" baixa e constante, e termina com uma taxa de "desgaste" crescente. Os cálculos de MTBF (Tempo Médio Entre Falhas) usando uma taxa de falhas constante (λ) são normalmente válidos apenas durante a fase central de "vida útil".

Modelo de circuito equivalente de célula solar

Uma célula solar pode ser modelada por um circuito elétrico equivalente. O modelo mais simples inclui uma fonte de corrente representando a corrente fotogerada ([latex]I_L[/latex]), em paralelo com um diodo representando a junção pn. Um modelo mais preciso adiciona uma resistência de derivação em paralelo ([latex]R_{sh}[/latex]) para correntes de fuga e uma resistência em série ([latex]R_s[/latex]) para a resistência de contato e do material.