Akustisk reometer

Den här artikeln handlar om instrument för att studera extensionell reologi. För annan användning, se Reologi .

En akustisk reometer använder sig av en piezoelektrisk kristall som enkelt kan starta en på varandra följande våg av förlängningar och sammandragningar i vätskan . Den applicerar en oscillerande extensionsspänning på systemet. Systemrespons kan tolkas i termer av extensionell reologi .

Denna tolkning bygger på en koppling mellan skjuvreologi , extensionell reologi och akustik . Förhållandet mellan dessa vetenskapliga discipliner beskrevs i detalj av Litovitz och Davis 1964.

Det är välkänt att egenskaper hos viskoelastisk vätska kännetecknas av Tij _{skjuvningsreologi} med en skjuvmodul G Sij _, som kopplar samman skjuvspänning och skjuvtöjning

${T_{ij}=G\cdot S_{ij}}$

Det finns ett liknande linjärt samband i extensionsreologi mellan extensionsspänning P , extensionell töjning S och extensionsmodul K :

${P=-K\cdot S}$

Detaljteoretiska analys indikerar att utbredning av ljud eller ultraljud genom en viskoelastisk vätska beror på både skjuvmodul G och extensionsmodul K ,. Det är bekvämt att införa en kombinerad longitudinell modul M :

$M=M'+M''=K+{\frac {4}{3}}G$

Det finns enkla ekvationer som uttrycker longitudinell modul i termer av akustiska egenskaper, ljudhastighet V och dämpning α

$M'=\rho \cdot V^{2}$

$M''={\frac {2\rho \alpha V^ {3}}{\omega }}$

Akustisk reometer mäter ljudhastighet och dämpning av ultraljud för en uppsättning frekvenser i megahertzområdet . Dessa mätbara parametrar kan omvandlas till verkliga och imaginära komponenter av longitudinell modul .

Ljudhastigheten bestämmer M', vilket är ett mått på systemets elasticitet . Den kan omvandlas till vätskekompressibilitet .

Dämpning bestämmer M", vilket är ett mått på viskösa egenskaper, energiförlust. Denna parameter kan betraktas som extensionsviskositet.

I fallet med Newtonsk vätskedämpning ger dämpning information om volymviskositeten. Stokes lag (ljuddämpning) ger samband mellan dämpning , dynamisk viskositet och volymviskositet för den newtonska vätskan.

Denna typ av reometer fungerar vid mycket högre frekvenser än andra. Den är lämplig för att studera effekter med mycket kortare avslappningstider än någon annan reometer.

Se även

• Reologi