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Laminare Strömung

Laminare Strömung

Die laminare Strömung (von lat. lamina - die Platte) ist die Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen, bei der keine Turbulenzen (Verwirbelungen) auftreten. Das Fluid strömt in Schichten, die sich nicht vermischen. Laminare Strömungen haben aufgrund der wesentlich geringeren Querdiffusion deutlich kleinere Strömungsverluste als turbulente. Zur Darstellung des Unterschiedes zwischen laminarer Strömung und turbulenter Strömung hat der Physiker Osborne Reynolds im Jahr 1883 einen Färbeversuch einer Wasserströmung in einer Rohrleitung vorgenommen und festgestellt, dass sich die Verwirbelung in der Rohrleitung erst ab einer Grenzgeschwindigkeit einstellt. Als Beurteilungskriterium wird hierzu die Reynolds-Zahl Re angewandt. Diese ist wie folgt definiert :

=

, wobei

v

der Betrag einer charakteristischen Strömungsgeschwindigkeit,

l

eine charakteristische Länge sowie

\nu

die kinematische Viskosität des strömenden Mediums ist. Ab einem kritischen Wert Re_krit wird die laminare Strömung instabil gegenüber kleinen Störungen (Strömungsinstabilität). Dieser Wert liegt beispielsweise bei der Rohrströmung bei 2320 (

v

= mittlere Strömungsgeschwindigkeit,

l

= Rohrleitungsdurchmesser). Sind in der Umgebung Störungen vorhanden, was praktisch immer der Fall ist, so werden diese angefacht. Die geordnete Bewegung geht somit schließlich in die ungeordnete turbulente Strömung über. Laminare Strömungen treten zum Beispiel im Grundwasser und im Blutkreislauf des Menschen auf, sind bei technischen Anwendungen aber eher die Ausnahme, wobei man sich bereits auch bei der Mikroverfahrenstechnik dieses Phänomen zu Nutze macht.

Laminar Flow

Unter Laminar Flow wird eine (meist vertikal) gerichtete, keim- und wirbelfreie Luftströmung verstanden. Laminar Flow wird mittels spezieller Anlagen erzeugt, die über Ventilatoren, Filter und Luftverteiler verfügen. Der Raum, der von Laminar Flow durchströmt wird, besitzt eine definierte Reinraumqualität (abhängig von den eingesetzten Filtern), da nur sterile Luft im Raum verbleibt bzw. mögliche Partikel gerichtet weggeblasen werden. Laminar Flow findet überall dort Anwendung, wo das Risiko von Partikelbildungen (z.B. durch Reibung sich bewegender Teile) kompensiert werden muss, also z.B. bei der Abfüllung von Pharmazeutika.

Weblinks

- [http://www.bhrc.ac.ir/Bhrc/profile/heidarinejad/Bump.gif Abbildung laminare und turbulente Strömungen] Kategorie:Strömungslehre ja:層流 ms:Lamina

Turbulente Strömung

Die turbulente Strömung (von lat. turbulentus - unruhig; zu lat. turba - lärmende Unordnung, Gewühl, Gedränge) ist die Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen, bei der Verwirbelungen auf allen Größenskalen auftreten. Diese Strömungsform ist gekennzeichnet durch meist dreidimensionale, scheinbar zufällige, instationäre Bewegungen der Fluidteilchen. Die verstärkte Diffusion aufgrund der Fluktuationsbewegung ist eine der wichtigsten Eigenschaften turbulenter Strömungen. Sie liegt um mehrere Zehnerpotenzen über der molekularen Diffusion. Diese turbulente Querdiffusion führt dazu, dass z.B. die Verluste in einer Rohrströmung anwachsen. Während der Druckverlust bei einer laminaren Rohrströmung proportional zur mittleren Geschwindigkeit ist, ist er in einer turbulenten Strömung proportional zum Quadrat der mittleren Strömungsgeschwindigkeit. Zur Darstellung des Unterschiedes zwischen laminarer Strömung und turbulenter Strömung hat der Physiker Osborne Reynolds im Jahr 1883 einen Färbeversuch einer Wasserströmung in einer Rohrleitung vorgenommen und festgestellt, dass sich die Verwirbelung in der Rohrleitung erst ab einer Grenzgeschwindigkeit einstellen kann. Als Beurteilungskriterium wird hierzu die Reynolds-Zahl Re angewandt. Diese ist wie folgt definiert :

=

, wobei

v

der Betrag einer charakteristischen Strömungsgeschwindigkeit, l eine charakteristische Länge sowie

\nu

die kinematische Viskosität des strömenden Mediums ist. Ab einem kritischen Wert Re_krit von ca. 2300 (

v

= mittlere Strömungsgeschwindigkeit,

l

= Rohrleitungsdurchmesser) wird die laminare Rohrströmung instabil und geht bei vorhandenen äußeren Störungen in eine turbulente Strömungsform über. Bei Außenströmungen, z.B. über einen Tragflügel geht die laminare Grenzschicht ab Re_krit = 10⁵ - 10⁶ in eine turbulente Grenzschicht über. Für andere Strömungskonfigurationen gelten jeweils andere kritische Reynoldszahlen. Lewis Fry Richardson legte 1922 die Grundlage für die weitere Turbulenzforschung, indem er die heutige Vorstellung dieses Phänomens begründete. Nach seiner wegweisenden Interpretation wird bei einer turbulenten Strömung die Energie auf großer Skala zugeführt, durch den Zerfall von Wirbeln durch alle Skalen hindurch transportiert und bei kleinsten Skalen in Form von Wärme dissipiert (Energiekaskade). Die Theorie der Turbulenz wurde von Andrei Nikolajewitsch Kolmogorow in seinen Arbeiten von 1941 und 1962 wesentlich vorangetrieben, als er das Skalenargument von Richardson durch eine Ähnlichkeitshypothese statistisch auswerten und damit das sog. Kolmogorov-5/3-Gesetz herleiten konnte.

Beispiele für turbulente Strömung

- Fast alle in der Natur und technischen Anwendung vorkommenden Strömungen sind turbulent. Die laminare Strömung ist eher die Ausnahme.
- Wirbel und Strudel in Flüssen
- der Rauch einer Zigarette in einer ruhenden Umgebung zeigt anfänglich eine laminare (Schicht-)Strömung, die nach einer bestimmten Steighöhe dann deutlich sichtbar turbulent wird
- die Milch im Kaffee mischt sich ebenfalls mit einer turbulenten Strömung, wohingegen die Mischung zweier Farben meist einer laminaren Mischung entspricht

Weblinks

- [http://www.bhrc.ac.ir/Bhrc/profile/heidarinejad/Bump.gif Abbildung laminare und turbulente Strömungen]

Siehe auch

Chaostheorie, Muster Kategorie:Strömungslehre

Osborne Reynolds

Osborne Reynolds (
- 23. August 1842 in Belfast, Nordirland; † 21. Februar 1912 in Watchet in Somerset, England) war ein englischer Physiker, nach dem die Kennzahl zur Beurteilung reibungsbehafteter Strömungsvorgänge - die so genannte Reynolds-Zahl - benannt wurde. Reynolds machte seinen Hochschulabschluss im Jahre 1867 an der Universität Cambridge, nachdem er Mathematik studiert hatte. Im Jahre 1868 wurde er Professor für 'Engineering' in Manchester. 1877 wurde er Mitglied der Royal Society und 1888 wurde ihm die 'Royal Medal' veliehen. Im Jahre 1905 trat er in den Ruhestand. Ein Krater auf dem Mars ist nach ihm benannt, ebenso die veraltete Maßeinheit Reyn. Siehe auch: Reynolds-Gleichungen Reynolds, Osborne Reynolds, Osborne Reynolds, Osborne Reynolds, Osborne Reynolds, Osborne

Rohrleitung

Eine Rohrleitung ist die Zusammenstellung von Rohren, Formstücken, Armaturen, Dichtungen, Verbindungselementen wie Flansche, Fittinge, Verschraubungen, Muffen, Schweiß-, Lötnähten und Preßverbindungen zu einer für den Transport von Fluiden nutzbaren Einheit. Im weiteren Sinne gehören auch noch Pumpen und Rohrunterstützungen zu dieser Zusammenstellung. Diese Einzelteile unterliegen häufig der Normung. So ist es möglich, eine Rohrleitung wie aus einem Baukasten zusammenstellen zu können. Rohrleitungen werden in der Nennweite von wenigen Millimetern bis zu einigen Metern ausgeführt und können im Falle einer Pipeline die Länge von Tausenden von Kilometern erreichen. Die Nenndruckstufen können bis zu einigen hundert bar erreichen. Die Wahl der Werkstoffe einer Rohrleitung richtet sich nach statischen und dynamischen Belastungen (z.B.: Nenndruckstufe, Verkehrslasten, Erddrücke, Drücke von innen oder außen, Druckstoß), mechanischen Beanspruchungen (beispielsweise Fließgeschwindigkeiten, Geschiebestoffe), korrosiver Beanspruchung sowie Art und Temperatur des zu transportierenden Fluids. Je nach Temperatur des zu transportierenden Fluides oder Umgebungstemperatur kann eine Wärmeisolierung, Kälteisolierung oder eine Rohrbegleitheizung oder -kühlung der Rohrleitung erforderlich sein. Sinnvolle Kombinationen aus diesen Parametern werden Rohrleitungsklasse genannt und unterliegen ebenfalls der Normung. Bei der Konstruktion, Planung und dem Bau von Rohrleitungen in Großanlagen wie Kraftwerken, Raffinerien und Produktionsstätten der chemischen Industrie laufen die einzelnen Planungsschritte mit der Erstellung der folgenden Planungsmittel ab: chemischen Industrie
- Das Grundfließbild
- Das Verfahrensfließbild
- Das Rohrleitungs- und Instrumentierungsfließbild
- Der Aufstellungs- und der Rohrleitungsplan
- Die Rohrleitungsisometrie mit den zugehörigen Stücklisten
- Weitere Prüfpläne und Qualitätssicherungspläne Mit Hilfe dieser Planungsunterlagen ist es möglich, ein von Rohrleitungen bestimmtes Gebilde wie beispielsweise ein Großkraftwerk zu planen und zu bauen.

Rohrleitungen aus Kunststoffen

In den vergangen Jahren haben Rohrleitungen aus Kunststoffen zunehmend an Bedeutung gewonnen. Sie sind mittlerweile mit 54 % Marktanteil und einem Volumen von 2.500.000 Tonnen/Jahr die wichtigsten Werkstoffe für Rohrsysteme in Europa. Am häufigsten werden Systeme aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und Polyvinylchlorid (PVC) in den Bereichen Wasserversorung, Gasversorgung, Abwasserentsorgung und Industrierohrleitungen eingesetzt. Auch für die kommenden Jahre wird für Rohrsysteme aus Kunststoff ein kontinuierliches Wachstum erwartet, dass sich vor allem für PE auf die Sanierung von bestehenden Wasserversorgungsleitugen und für PVC und PP auf den Abwasserbereich stützt. siehe z.B. auch Polyethylenrohr

Feststoffe

Rohrleitungen für Feststoffe (z.B. Granulate, Mehl, Stäube) werden oftmals als Schurre bezeichnet. Man findet sie zum Beispiel in der Zementindustrie oder in Mühlen für Getreide. Sie zeichnen sich durch große Radien bei Richtungsänderungen aus, die zugehörigen Rohrbögen sind oftmals aus einem besonders verschleißfesten Material bis hin zu künstlichem Basalt ausgeführt.

Siehe auch

- Strömungen in Rohrleitungen
- Schlauchleitung
- Schlauch
- Dichtung
- Molchtechnik Kategorie:Fluidelement Kategorie:Kanalisation Kategorie:Rohr

Geschwindigkeit

Unter der Geschwindigkeit (Formelzeichen: v) eines Objekts versteht man die von ihm zurückgelegte Wegstrecke s pro Zeit t. Mathematisch entspricht die Geschwindigkeit der Ableitung des Ortes nach der Zeit.

Definition

Die Definition der Geschwindigkeit als Zeitableitung des Ortes lässt sich in drei Schritten nachvollziehen. 1. Gesamtdurchschnittsgeschwindigkeit: :

\bar v=

2. Durchschnittsgeschwindigkeit in einem bestimmten Abschnitt: :

\bar v==

3. Momentangeschwindigkeit (= differentielle Abschnittsgeschwindigkeit): :

v= = \lim_

Eine Strecke ist immer richtungsbehaftet und daher ein Vektor. Aus diesem Grunde ist auch die Geschwindigkeit eine vektorielle Größe. Im Englischen wird daher (besonders unter Mathematikern) gelegentlich zwischen velocity (vektorielle Geschwindigkeit) und speed (Betrag der Geschwindigkeit) unterschieden. Ist die Positionsveränderung s als Funktion der Zeit t in der Form s = s(t) gegeben, ergibt sich die Geschwindigkeit als Funktion der Zeit durch Differenzieren dieser Funktion: :

v(t)=

Die zeitliche Änderung der Geschwindigkeit ist dann die Beschleunigung, die ebenfalls ein Vektor ist: :

a(t)==

Die Geschwindigkeiten in einem strömenden Medium können als Vektorfeld aufgefasst werden. Die SI-Einheit der Geschwindigkeit ist Meter pro Sekunde (m/s). Eine weitere gebräuchliche Einheit der Geschwindigkeit ist Kilometer pro Stunde (km/h), umgangssprachlich auch als "Stundenkilometer" bezeichnet. Oft wird "km/h" irreführend als "kmh" ausgesprochen oder gar geschrieben. Im populären Sprachgebrauch liest man km/h meist als „Stundenkilometer“, was sprachlich und physikalisch falsch ist, da das Wort eine nicht existente und nutzlose Einheit „km×h“ bezeichnen würde. Keinesfalls sollte daher in der Abkürzung km/h der Divisionsstrich weggelassen werden. Als nicht metrische Einheit wird vor allem in den USA und einigen anderen englischsprachigen Ländern Meilen pro Stunde (mph) benutzt. In der See- und Luftfahrt ist außerdem die Einheit Knoten (kn) gebräuchlich; ein Knoten ist eine Seemeile pro Stunde. Fast nur in der Luftfahrt wird Mach verwendet, das keine feste Einheit ist, sondern die Geschwindigkeit im Vergleich zur lokalen Schallgeschwindigkeit angibt. Die Schallgeschwindigkeit ist stark temperaturabhängig aber nicht luftdruckabhängig. Grund für die Nutzung einer solchen Einheit ist, dass etwa Propellermaschinen nicht schneller als der Schall fliegen können, sondern beispielsweise 70% der Schallgeschwindigkeit erreichen, gleichgültig, wie groß diese aktuell ist. Umrechnung gebräuchlicher Geschwindigkeitseinheiten:
- 1 kn = 0,5144 m/s = 1,852 km/h (exakt);
- 1 m/s = 1,944 kn = 3,6 km/h (exakt) = 2,237 mph;
- 1 km/h = 0,540 kn = 0,2778 m/s = 0,6214 mph;
- 1 mph = 0,8690 kn = 0,44704 m/s (exakt) = 1,609344 km/h (exakt);
- c = 299.792.458 m/s (exakt) = 582.749.918 kn = 670.616.629 mph = 1.079.252.848,8 km/h. (exakt) Die Lichtgeschwindigkeit c ist eine wichtige Naturkonstante der Physik. Die Definition der Geschwindigkeit ist nicht eindeutig, sondern nur gegenüber einem Bezugssystem sinnvoll. Wegen des Relativitätsprinzips kann auch keine absolute Ruhe definiert werden, sondern nur die Ruhe gegenüber einem Bezugssystem.

Andere Bedeutungen des Begriffs

Der Begriff Geschwindigkeit wird umgangssprachlich auch auf zeitliche Veränderungen anderer Größen bezogen. So spricht man beispielsweise von der Geschwindigkeit einer Temperaturänderung oder der Geschwindigkeit, mit der eine Population wächst, sich eine Kultur entwickelt oder ein Mensch seine Meinung ändert.

Siehe auch

- Feld
- kosmische Geschwindigkeit

Weblinks

- [http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph08/m04_geschwindigkeit.htm Versuche und Aufgaben zur Geschwindigkeit] Kategorie:Mechanik Kategorie:Kinematik ja:速度 ko:속도 simple:Velocity

Kinematische Viskosität

Unter der Viskosität versteht man die „Zähigkeit“ einer Flüssigkeit oder eines Gases. Sie resultiert aus den zwischenmolekularen Kräften in einem Fluid, ist also abhängig von der Kohäsion zwischen den Molekülen oder Teilchen. Man spricht daher auch von der inneren Reibung. Bei Feststoffen verwendet man stattdessen die Begriffe der Duktilität, Sprödigkeit und Plastizität. Der Begriff Viskosität leitet sich von dem lateinischen Wort für Mistel "viscum" her, aus deren Beeren ein zäher Vogelleim hergestellt wurde.

Viskosität von Flüssigkeiten

Spricht man von Viskosität, soll in der Regel das Fließverhalten einer Flüssigkeit charakterisiert werden. Je höher die Viskosität dabei ist, desto dickflüssiger ist die Substanz. Diesen Effekt kann man sich vereinfacht durch die Bewegung zweier übereinander liegender, verzahnter Molekülschichten vorstellen (siehe Abb. Punkt 1). Beim Fließen gleiten die Moleküle aneinander vorbei, und um die Verzahnung zu überwinden benötigt man eine gewisse Kraft. Den Zusammenhang zwischen dieser Kraft und den Eigenschaften des vorliegenden Fluids definiert die Viskosität. Erkennbar wird dieser Zusammenhang besonders gut an der homologen Reihe der Alkane (kettenförmige Kohlenwasserstoffen), hier steigt die Viskosität mit der Kettenlänge und damit den zunehmenden intermolekular wirkenden van-der-Waals-Kräften kontinuierlich an. Bei den mittleren Alkanen (ab Nonan, neun C-Atome) hat sie bereits einen Wert ähnlich dem von Wasser. Nonan Sehr gut veranschaulichen kann man sich die Viskosität auch an folgendem Beispiel: gleitet Wind über das Wasser eines Ozeans, erzeugt dies eine Bewegung der Wasserschicht an der Oberfläche. Je tiefer man nun taucht, desto ruhiger wird das Wasser, bis man einen Punkt erreicht, wo keine Strömung herrscht. Die einzelnen Flüssigkeitsschichten bewegen sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit (Korkenzieherströmung), es entsteht ein Geschwindigkeitsgradient (siehe Abb. Punkt 2): :

\frac

Weht kein Wind mehr, bricht die Strömung zusammen, das Wasser ruht auch wieder an der Oberfläche. Dass die Flüssigkeit auch in tieferen Schichten trotz Wind an der Oberfläche praktisch ruht, ist Folge der inneren Reibung in der Flüssigkeit. Die Viskosität der meisten Flüssigkeiten nimmt mit steigender Temperatur ab, oft ist sie proportional zu

e^

(

A

= flüssigkeitsspezifische Konstante,

T

= Temperatur).

Definition der Viskosität

Korkenzieherströmung Man stelle sich zwei im Abstand x angeordnete Platten der Fläche A vor. Zwischen diesen Platten befindet sich eine Flüssigkeit, die an beiden Platten haftet. In unserer Vorstellung soll der Raum mit der Flüssigkeit in Schichten unterteilt sein. Wird nun Platte 2 mit der Geschwindigkeit v bewegt, so bewegt sich die Schicht, in unmittelbarer Nachbarschaft zu Platte 2 auf Grund der Haftung ebenfallfs mit der Geschwindigkeit v. Da Platte 1 ruht, ruht auch ihre Nachbarschicht. Die innenliegenden Flüssigkeitsschichten gleiten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aneinander vorbei. Die Geschwindigkeit nimmt von der ruhenden Platte zur bewegten zu. Im einfachsten Fall besteht eine lineare Abhängigkeit (siehe Abbildung). Von der obersten, an der Platte haftenden Schicht, geht eine Tangentialkraft auf die darunterliegende Schicht aus. Diese bewegt sich folglich mit der Geschwindigkeit v₁. Diese Schicht wirkt wiederum auf die darunterliegende Schicht und bewegt sie mit der Geschwindigkeit v₂. Im Experiment lässt sich zeigen, dass die Kraft F, die nötig ist, um Platte 2 zu bewegen direkt proportional zu ihrer Fläche A, ihrer Geschwindigkeit v und antiproportional zu dem Abstand der Platten x ist: :

F \sim A

und

F \sim v

und

F \sim \frac.

Hieraus ergibt sich :

F\sim\frac

und als Gleichung :

F= \eta\frac.

Die Proportionalitätskonstante

\eta

ist die dynamische Viskosität. Häufig wird sie auch nur als Viskosität bezeichnet. Ein Stoff hat also die Viskosität 1 Ns/m², wenn bei einer Größe der Platten von 1 m² und einem Plattenabstand von 1 m eine Kraft von 1 N benötigt wird, um die Platten mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s gegeneinander zu verschieben. Für die physikalische Einheit gilt:

1=[\eta] \cdot\left(\frac\right) \Rightarrow [\eta] = \frac.

Ist

\eta

unabhängig von der Geschwindigkeit v, so wird die Flüssigkeit als Newtonsche Flüssigkeit bezeichnet. Für diese Flüssigkeiten stellte sich das in Abbildung 2 gezeigte, lineare Geschwindigkeitsprofil ein. Ist

\eta

nicht von v unabhängig, so bezeichnet man die Flüssigkeit als nicht-Newtonsch.

Newtonsche Flüssigkeiten

Im folgenden wird der vereinfachte Zusammenhang gemäß dem Newtonschen Viskositätsgesetz dargestellt, es wird dabei stets laminare Strömung sowie Temperatur- und Druckunabhängigkeit der Flüssigkeitseigenschaften angenommen. Außerdem unterstellte Newton eine lineare Abhängigkeit des oben erläuterten Geschwindigkeitsgradienten, der auch Schergefälle

\dot\gamma

(manchmal auch mit

D

bezeichnet) genannt wird: :

\dot\gamma = \frac

Schergefälle Verknüpft man dies mit der Schubspannung, erhält man folgenden Zusammenhang für die dynamische Viskosität: :

\tau=\eta \frac \Rightarrow \eta = \frac

Die Schubspannung

\tau

ergibt sich aus der die Strömung bewirkenden Kraft bezogen auf die betroffene Angriffsfläche, die sich mit maximaler Geschwindigkeit bewegt.

\eta

wird bei Newtonschen Flüssigkeiten als Konstante angesehen. Viele Substanzen folgen diesem Gesetz jedoch nicht. Dabei unterscheidet man verschiedene Arten der Abweichung:
- Strukturviskosität / Dilatanz, dabei ist die Viskosität

\eta

keine Konstante, sondern ändert sich mit dem Schergefälle

\dot\gamma

- Thixotropie / Rheopexie, hierbei zeigen sich zeitabhängige Strukturveränderungen, so dass je nach Zeitdauer seit der letzten Fließbewegung andere Viskositätswerte zu finden sind
- Fließgrenze, es muss erst eine gewisse Mindestschubspannung vorhanden sein, um ein Fließen zu erreichen (plastisches Fließen). Diese Art Fluid wird auch als Bingham-Fluid bezeichnet. Derartige Fluide bezeichnet man als Nichtnewtonsche Fluide. Im allgemeinen Fall muss das Schergefälle

\dot\gamma

aus dem Schwerwinkel in der Flüssigkeit berechnet werden und nicht über den Geschwindigkeitsgradienten. Darüber hinaus wird das Verhältnis zwischen der dynamischen Viskosität

\eta

und der Dichte

\rho

definiert als kinematische Viskosität: :

\nu = \frac

SI-Einheit

Die SI-Einheit der : dynamischen Viskosität:

[\eta] = \frac =  \cdot  = \frac

: kinematischen Viskosität:

[\nu] = \frac

Im CGS-System wird für die dynamische Viskosität Poise (P) verwendet, 10 P = 1 Pa s, für die kinematische Viskosität das Stokes (St), 1 m²/s = 10⁴ St.

Typische Viskositätswerte

(η in [mPa s] bei 20 °C) Petroleum 0,65 Pentan 0,232 Olivenöl ~ 10² Wasser (hier) 1,0 Hexan 0,320 Honig ~ 10⁴ Quecksilber 1,5 Heptan 0,410 Sirup ~ 10⁵ Traubensaft 2-5 Oktan 0,538 Polymerschmelzen ~ 10³ bis 10⁶ Blut (37 °C) 4-25 Nonan 0,710 Bitumen ~ 10¹¹ Kaffeesahne ~10 Dekan 0,920 Glas (fest) ~ 10²³ Asphalt 100000 Ethanol 1,19 Glas (Verarbeitungstemp.) ~ 10² bis 10⁴ Paraffinöl 110–230

Viskosität von Gasen

Auch für Gase lässt sich eine Viskosität definieren:
:

\eta = \frac\,n\,m\,v\,l

, mit der freien Weglänge

l

für die Gasteilchen, der Masse der Gasteilchen

m

, der mittleren Teilchengeschwindigkeit

v

und der Teilchenzahldichte

n

. Die Viskosität von Gasen ist unabhängig vom Druck. Dies gilt solange, wie die freie Weglänge klein gegenüber den Gefäßabmessungen und groß gegenüber den Molekülabmessungen ist. Mit anderen Worten: für ein sehr dünnes oder ein sehr dichtes Gas wird die Viskosität doch wieder vom Druck beziehungsweise der Dichte des Gases abhängig. Grundsätzlich abhängig ist die Viskosität aber von der Temperatur, da hier

v

mit der Temperatur zunimmt. Dieses Verhalten ist bei den meisten Flüssigkeiten genau entgegengesetzt. Für Luft liegen die Grenzen in der Größenordnung von einigen mm bis zu cm (zum Beispiel Lungenautomat beim Tauchen) und 0,4 nm (Moleküldurchmesser). Die folgende Tabelle listet zu einigen Gasen die Viskositäten und freien Weglängen auf. Tauchen Die Abnahme der Viskosität mit der Temperatur nutzt man bei Experimenten in Windkanälen. Die Verkleinerung der Messmodelle reduziert die Reynolds-Zahl, die sich durch Kühlung kompensieren lässt.

Kinetische Gastheorie

Nach Hirschfelder kann die Viskosität reiner Gase mit Hilfe der kinetischen Gastheorie in einem großen Temperaturbereich (etwa von 200 bis 3000 Kelvin) berechnet werden. :

\eta = \frac

Hierbei ist

m

die Molekülmasse,

k_

die Boltzmann-Konstante,

T

die Temperatur,

\sigma

der Lennard-Jones-Stoßdurchmesser und

\Omega^

das reduzierte Stoßintegral, dass von reduzierten Temperatur

T^ = k_ T / \epsilon

abhängt.

\epsilon

ist die Energie des Lennard-Jones-Potenzials. Werte für die Lennard-Jones-Parameter und das reduzierte Stoßintegral sind in Lienhards Lehrbuch zur Wärmeübertragung in Kapitel 11 aufgeführt.

Fluidität

Der Kehrwert der Viskosität ist die Fluidität

\eta^

mit der Einheit

[\eta^]=\frac

Siehe auch

- Gesetz von Stokes
- Gesetz von Hagen-Poiseuille
- Engler-Grad
- Visco-Kupplung
- Rheologie

Literatur

- Joseph O. Hirschfelder, Charles F. Curtiss, und Robert Byron Bird: Molecular Theory of Gases and Liquids, Wiley, 1964, ISBN 0-471-40065-3
- John H. Lienhard IV und John H. Lienhard V, [http://web.mit.edu/lienhard/www/ahtt.html A Heat Transfer Textbook], Phlogiston Cambridge, 3. Auflage, 2005

Weblinks

- [http://www.heise.de/tp/deutsch/inhalt/lis/18310/1.html Pechtropfenexperiment]
- [http://getkrafted.de/upload/viskosit%E4t.pdf Facharbeit zum Thema Viskosität] Kategorie:Physikalische Größe Kategorie:Weiche Materie Kategorie:Strömungslehre ja:粘度 ms:Kelikatan

Instabil

Instabile Strömungen und andere instabile Vorgänge (von lat. instabilis) sind Bewegungen, deren Verlauf nicht oder nur unsicher vorauszusehen ist. Sie werden durch äußere und innere Störungen entscheidend beeinflusst - was sie mit dem Überbegriff " instabile Systeme" gemeinsam haben. Instabile Strömungen sind Bewegungen in Fluiden (Flüssigkeiten und Gase), die nicht "glatt" oder geordnet (techn. Fachausdruck "laminar"), sondern ungeordnet ablaufen. Im Gegensatz zur laminaren Strömung (wie etwa in Ölleitungen oder an Tragflächen von Flugzeugen) herrscht nicht ein- oder zweidimensionale Bewegung vor, sondern die Teilchen haben auch "zufällige" und 3D-Bewegungen.
Deren Verlauf zeigt räumlich oder zeitlich starke Änderungen und sie sind mit Durchmischungsvorgängen verbunden - vor allem mit Turbulenzen bzw. stationären und instationären Wirbeln. Ein Maß für die Instabilität einer Strömung ist die sog. Reynolds-Zahl (Re), die auf Osborne Reynolds zurückgeht. Er stellte 1883 bei Versuchen mit gefärbtem Wasser fest, dass sich im Glasrohr erst ab einer gewissen Geschwindigkeit Verwirbelungen bilden. Re hängt von der Strömungsgeschwindigkeit, vom Rohrdurchmesser und der Viskosität der Flüssigkeit ab. Wird die Geschwindigkeit oder der Rohr-Querschnitt zu groß oder die Viskosität zu klein, dann wird die Strömung instabil gegenüber kleinen Störungen wie Unebenheiten oder seitlichen Zuflüssen. In der Technik, Medizin und vielen Naturwissenschaften ist die Untersuchung solcher Instabilitäten ein wichtiges Thema der Forschung - etwa für
- Blutkreislauf und andere Kreisläufe
- Hydrologie, Wasserver- und Entsorgung
- Kulturtechnik, Wildwasser- und Lawinenverbauung
- Maschinenbau und Motorenbau
- Meteorologie und Ozeanografie
- Physikalische Prozesse
- Schifffahrt und Beseitigung ihrer Hindernisse Kategorie:Dynamik Kategorie:Strömungslehre Siehe auch:
- Störung, Unordnung, Stau, Strudel, Wirbel, Schaum
- Aerodynamik, Abriss der Strömung, Wirbelschleppe
- Wind, Aufwind, Föhn, Windhose, Wirbelwind
- Wolken, Fetzenwolke, Gewitterwolke, Rauchfahne
- Strömungslehre
- Schiffbau, Widerstand, Bewuchs, Leck
- Ähnlichkeitssatz, Strömungsmodelle, Überschwemmung
- Flüsse, Grundwasser, Meeresströmung
- Neben-, Zufluss, Hydrogeologie, Porosität
- El-Nino-Phänomen, Gezeiten, Klimawandel
- Turbulenz, Chaos, Kolmogorow, Monin-Obuchow-Modell
- Sieden, Durchmischen, Kneten, Mixer
- turbulente Strömung, Reynolds-Zahl, kinematische Viskosität
- Sonnenphysik, Sonnenflecken, Magnetfeld
- Energie, Kinematische Gastheorie, Wärmeleitung
- Verkehr, Gewühl, Gedränge, Verkehrsstau, Transport, Pipeline

Grundwasser

Definition

Grundwasser wird nach DIN 4049 definiert als "unterirdisches Wasser, das die Hohlräume der Erdrinde zusammenhängend ausfüllt und dessen Bewegung ausschließlich oder nahezu ausschließlich von der Schwerkraft und den durch die Bewegung selbst ausgelösten Reibungskräften bestimmt wird". Grundwasser unterliegt nur der Gravitationskraft und dem hydrostatischen Druck. Es bewegt sich (fließt) vorwiegend horizontal durch die Hohlräume des Untergrunds. Nicht zum Grundwasser zählt das hygroskopisch, durch die Oberflächenspannung sowie durch Kapillareffekte gebundene unterirdische Wasser der ungesättigten Bodenzone (Bodenfeuchte, Haftwasser). Auch das sich vorwiegend vertikal bewegende Sickerwasser in der ungesättigten Bodenzone gehört nicht zum Grundwasser. Die in der Definition genannten "Hohlräume der Erdrinde" sind je nach geologischer Beschaffenheit des Untergrunds Poren (Klastische Sedimente und Sedimentgesteine: z.B. Sand, Kies, Sandsteine), Klüfte (Festgesteine: z.B. Granit, Quarzit, Gneiss) oder durch Lösung entstandene große Hohlräume (z.B. Kalkstein). Dem entsprechend unterscheidet man Porengrundwasser, Kluftgrundwasser und Karstgrundwasser.

Grundwasserneubildung

Grundwasser entsteht dadurch, dass Niederschläge versickern oder Wasser im Uferbereich von Oberflächengewässern (Fluss, See, siehe auch Uferfiltrat) in den Untergrund infiltriert. Bei der lang andauernden Bodenpassage wird das Grundwasser durch physikalische, chemische und mikrobiologische Prozesse verändert; es stellt sich ein chemisches und physikalisches Gleichgewicht zwischen der festen und flüssigen Phase ein. Diese Prozesse sind aus wasserwirtschaftlicher Sicht überwiegend positiv für die Qualität des Grundwassers und werden daher summarisch auch als Selbstreinigung bezeichnet. Bei genügend langer Verweilzeit können pathogene Mikroorganismen (Bakterien, Viren) so weit eliminiert werden, dass sie keine Gefährdung mehr darstellen.

Hydrogeologische Begriffe

Der Gesteinskörper, in dem sich das Grundwasser aufhält und fließt, ist der Grundwasserleiter (aus dem englischen auch: Aquifer). Er wird nach unten durch einen Gesteinskörper begrenzt, der wasserundurchlässig ist oder als wasserundurchlässig angesehen werden kann, einen Grundwassernichtleiter. Bei vertikaler Abfolge von mehreren Grundwasserleitern und Grundwassernichtleitern können mehrere übereinander liegende Grundwasserstockwerke vorliegen. Die obere Begrenzung des Grundwassers in einem Grundwasserleiter ist die Grundwasseroberfläche. Liegt die Grundwasseroberfläche frei, beispielsweise in einem Brunnen oder einer Grundwassermessstelle, bezeichnet man sie als Grundwasserspiegel. Der Abstand zwischen Geländeoberkante und Grundwasseroberfläche ist der Flurabstand oder Grundwasserflurabstand. Sofern die obere Begrenzung eines Grundwasserleiters, die Grundwasserüberdeckung, keine wasserundurchlässigen Schichten sind, herrschen ungespannte Verhältnisse vor. Ist die Grundwasserüberdeckung ein Grundwassernichtleiter, können gespannte Verhältnisse vorliegen, was bedeutet, dass das sog. hydraulische Potential höher liegt als die tatsächliche Grundwasseroberfläche (artesich gespanntes Grundwasser). Wie Oberflächengewässer folgt auch Grundwasser der Schwerkraft und fließt in Richtung des größten Gefälles (Grundwassergefälle). Dieses lässt sich aus Karten ermitteln, auf denen Standrohrspiegelhöhen als Isohypsen dargestellt sind (= Grundwassergleichen bzw. Grundwassergleichenplan). Das größte Gefälle und damit die Grundwasserstromrichtung bzw. die Grundwasserstromlinien liegen immer im rechten Winkel zu den Grundwassergleichen. Im Gegensatz zu Oberflächengewässern fließt Grundwasser zumeist mit sehr viel niedrigeren Fließgeschwindigkeiten (Unterschied Filtergeschwindigkeit - Abstandsgeschwindigkeit). In Kies (Korngrößen 2 - 63 mm) beträgt die Durchgangszeit zwischen 5 - 20 m/Tag, in feinporigeren Sedimenten wie Sand (Korngrößen 0,063 - 2 mm) nur etwa 1 m/Tag, da Kapillar- und Porensaugkräfte das nutzbare Porenvolumen verringern.

Grundwasserbewirtschaftung

Wegen seiner geschützten Lage im Untergrund und wegen der bereits angesprochenen Selbstreinigungskräfte des Untergrundes hat natürliches Grundwasser eine hervorragende Qualität und wird vielfältig genutzt, insbesondere zur Trinkwassergewinnung. In Deutschland stammen rund zwei Drittel des Trinkwassers aus Grundwasser. Besonders große Grundwasservorräte enthalten Porengrundwasserleiter, z.B. Lockersedimente wie Schotter, Kies oder Sand (insbesondere alluviale und diluviale Kiese und Sande). Dem entsprechend befinden sich die größten Grundwasservorräte in Deutschland im Oberrheingraben, dem Alpenvorland und den norddeutschen Urstromtälern. Im Alpenvorland erreichen die grundwasserführenden Schichten Mächtigkeiten von bis zu 100 m. Örtlich begrenzt tritt Grundwasser in Quellen an die Erdoberfläche, die, wenn sie gefasst werden, auch zur Trinkwassergewinnung genutzt werden können. An anderen Stellen müssen zur Nutzung des Grundwassers Brunnen angelegt werden, Pumpschächte, die bis unter die Grundwasseroberfläche reichen.

Gefahren für das Grundwasser und Grundwasserschutz

Menschliche Aktivitäten gefährden Qualität und Quantität des Grundwassers. Nur lokal von Bedeutung sind mengenmäßige Engpässe durch übermäßige Grundwasserentnahme. Gefahren für die Grundwasserqualität sind beispielsweise die Deposition und Bodenpassage von Luftschadstoffen, die übermäßige Ausbringung von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln durch die Landwirtschaft oder hochkonzentrierte Schadstofffahnen aus Altlasten. Der vorbeugende (kurative) und wiederherstellende (sanierende) Grundwasserschutz hat daher eine wichtige Bedeutung im Umweltschutz. Zum vorbeugenden Grundwasserschutz zählt die Ausweisung von Wasserschutzzonen im Einzugsgebiet von Wasserwerken. Die Sanierung von Grundwasserschäden ist meist teuer und zeitaufwändig.

Literatur

- G. Mattheß & K. Ubell: Lehrbuch der Hydrogeologie, Band 1: Allgemeine Hydrogeologie, Grundwasserhaushalt. 1983, Gebr. Borntraeger, Berlin/Stuttgart, ISBN 3-443-01005-9.
- B. Hölting: Hydrogeologie. seit 1980 mehrere Auflagen, Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart, ISBN 3-432-90793-1.
- Gudrun Preuß, Horst Kurt Schminke: Grundwasser lebt! Chemie in unserer Zeit 38(5), S. 340 - 347 (2004), .
- R. Schleyer & H. Kerndorff: Die Grundwasserqualität westdeutscher Trinkwasserressourcen. 1992, VCH, Weinheim, ISBN 3-527-28527-X.
- Werner Aeschbach-Hertig: Klimaarchiv im Grundwasser. Physik in unserer Zeit 33(4), 160 - 166 (2002), .

Weblinks

- [http://www3.stzh.ch/internet/wvz/home/wasserwerke/grund.html Grundwasserwerk Hardhof in Zürich] ([http://www.martinsteiger.ch/files/mensa_ch/wvz_2005/ Bilder]) Kategorie:Wasser Kategorie:Hydrologie ja:地下水 ko:지하수

Mikroverfahrenstechnik

Mikroverfahrenstechnik (engl. micro process engineering) ist die Wissenschaft von chemischen und/oder physikalischen Prozessen, die sich innerhalb von kleinen Volumina, typischerweise in Kanälen mit Durchmessern von unter 1 mm (Mikrokanälen) abspielen. Die Prozesse laufen dabei typischerweise im Durchflussbetrieb (im Gegensatz zum Batchbetrieb) und in einem Durchsatzbereich (Stoffmenge pro Zeiteinheit) ab, der die Mikroverfahrenstechnik für die industrielle Produktion relevant werden lässt. Mikroverfahrenstechnik grenzt sich somit von der Mikrochemie ab, bei der Reaktionen von insgesamt nur kleinen Stoffmengen betrachtet werden. Die besonderen Vorzüge von mikrostrukturierten gegenüber konventionellen Reaktoren sind verbesserter Wärmeübergang durch das größere Verhältnis von Oberfläche zu Volumen sowie verbesserter Stoffübergang. Kategorie:Verfahrenstechnik Kategorie:Mikrotechnik

Нобелівська премія з медицини та фізіології

Список лауреатів

1900-ті

1910-ті

1920-ті

1930-ті

1940-ті

1950-ті

1960-ті

1970-ті

1980-ті

1990-ті

2000-ті

Category:Нобелівські премії Category:Медицина Category:Біологія Category:Списки осіб ja:ノーベル生理学・医学賞 ko:노벨 생리학·의학상 zh-min-nan:Nobel Seng-lí-ha̍k I-ha̍k Chióng

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Liste bekannter Schweizer Fußballvereine
Diese Liste führt alle Vereine, die seit 1897 in der obersten Liga des Schweizerischen Fussballverbandes gespielt haben. In Klammern ist deren Ligazugehörigkeit der Saison 2004/2005 angegeben. Die Klubs, welche heute in der Super League spielen, erscheinen fett. Fussball

Kategorie:Fußballverein
Sportvereine, die sich mit Fußball befassen. siehe auch: :Kategorie:Fußballwettbewerb für Vereinsmannschaften Kategorie:Fußball Kategorie:Sportverein

Loops
Der Begriff Loop (engl. für Schleife, Kringel) beschreibt allgemein etwas, das sich an sich selbst anschließt. Er findet verschiedene Anwendungen:
- Ein schleifenartiger Rohrleitungsstrang der Hauptkühlmittelleitung von Kernkraftwerken mit Druckwasserreaktor zur Verbindung von Reaktordruckbehälter mit den Dampf

Kategorie:Denkmal
Kategorie Denkmal = Objekte, die an etwas erinnern sollen oder können. Auch Monument genannt. Abgrenzung zu verwandten Kategorien:
- Kategorie :Symbol: vgl. Begriff Symbole = Zeichen, das über sich selbst hinausweist.
- Kategorie :Wahrzeichen = Architektonische Wahrzeichen bekannter Städte´ Kategorie:Bauwerk nach Funktion