| dbo:abstract
|
- Mit den Begriffen Entropieelastizität oder Gummielastizität bezeichnet man einen Widerstand Kautschuk-ähnlicher Materialien (Elastomere) gegen Dehnung. Er beruht auf einer reversiblen Entropieänderung in den Makromolekülen der Materialmatrix, die aus langen Ketten gleicher Bausteine bestehen:
* Bei einer Verstreckung des Moleküls wird der Winkel zwischen zwei Bausteinen reibungsfrei, d.h. ohne Energieaufwand geändert; zugleich wird die Entropie vermindert (Verminderung der Unordnung). Allerdings kann dadurch auch Energie gespeichert werden.
* Wird die zur Verstreckung führende äußere Kraft entfernt, so führt eine Energieaufnahme aus der Umwelt (Wärmezufuhr) dazu, dass die Moleküle sich wieder verdrehen; die Entropie wird erhöht, und das Molekül zieht sich zusammen Die bei einer relativen Längenzunahme ε auftretende Spannung (d. h. Rückstellkraft pro Querschnittsfläche) definiert wie üblich einen – vergleichsweise kleinen – Elastizitätsmodul E (bzw. nichtlineare Verallgemeinerungen): Die betroffene Materialgruppe (Elastomere, Gummis, Kautschuk, Silikonkautschuk) zeichnet sich durch eine nichtlineare Spannungs-Dehnungskennlinie, Dämpfungs- und verformungshistorische Effekte sowie eine ausgeprägte Inkompressibilität aus. Zur Beschreibung dieser Materialien sollte ein greensches Materialmodell verwendet werden. In ihm werden die Spannungen berechnet über die Dichte der Formänderungsenergie als Funktion der Dehnungen. Bekannte Ansätze für die Energiedichte sind die Mooney-Rivlin-, Neo-Hookeschen, Yeoh- oder Ogden-Modelle. Für gummielastische Materialien wurde diese Vorgehensweise durch die Thermodynamik der Entropieelastizität hergeleitet. Thermodynamisch gesehen beruht die Gummielastizität im Wesentlichen auf einer Abnahme der Entropie S in der allgemeinen Formel für die Änderung der Freien Energie bei gegebener Dehnung. Dagegen beruht die Elastizität der Hartstoffe (z. B. Metalle) auf der Zunahme der Inneren Energie U. (de)
- Mit den Begriffen Entropieelastizität oder Gummielastizität bezeichnet man einen Widerstand Kautschuk-ähnlicher Materialien (Elastomere) gegen Dehnung. Er beruht auf einer reversiblen Entropieänderung in den Makromolekülen der Materialmatrix, die aus langen Ketten gleicher Bausteine bestehen:
* Bei einer Verstreckung des Moleküls wird der Winkel zwischen zwei Bausteinen reibungsfrei, d.h. ohne Energieaufwand geändert; zugleich wird die Entropie vermindert (Verminderung der Unordnung). Allerdings kann dadurch auch Energie gespeichert werden.
* Wird die zur Verstreckung führende äußere Kraft entfernt, so führt eine Energieaufnahme aus der Umwelt (Wärmezufuhr) dazu, dass die Moleküle sich wieder verdrehen; die Entropie wird erhöht, und das Molekül zieht sich zusammen Die bei einer relativen Längenzunahme ε auftretende Spannung (d. h. Rückstellkraft pro Querschnittsfläche) definiert wie üblich einen – vergleichsweise kleinen – Elastizitätsmodul E (bzw. nichtlineare Verallgemeinerungen): Die betroffene Materialgruppe (Elastomere, Gummis, Kautschuk, Silikonkautschuk) zeichnet sich durch eine nichtlineare Spannungs-Dehnungskennlinie, Dämpfungs- und verformungshistorische Effekte sowie eine ausgeprägte Inkompressibilität aus. Zur Beschreibung dieser Materialien sollte ein greensches Materialmodell verwendet werden. In ihm werden die Spannungen berechnet über die Dichte der Formänderungsenergie als Funktion der Dehnungen. Bekannte Ansätze für die Energiedichte sind die Mooney-Rivlin-, Neo-Hookeschen, Yeoh- oder Ogden-Modelle. Für gummielastische Materialien wurde diese Vorgehensweise durch die Thermodynamik der Entropieelastizität hergeleitet. Thermodynamisch gesehen beruht die Gummielastizität im Wesentlichen auf einer Abnahme der Entropie S in der allgemeinen Formel für die Änderung der Freien Energie bei gegebener Dehnung. Dagegen beruht die Elastizität der Hartstoffe (z. B. Metalle) auf der Zunahme der Inneren Energie U. (de)
|
