Rheologie Flashcards
Was ist Rheologie
Wissenschaft der Deformation von Materialien einschließlich des Fließens (als zeitliche Veränderung).
Was ist dilatantes Fließverhalten
Fließverhalten einer nicht-newtonschen Flüssigkeit
-> Viskosität (“Zähigkeit”) steigt mit zunehmender Scherbeanspruchung
=> Je stärker die Scherbeanspruchung / Verformung, desto dicker wird sie
Scherbeanspruchung: Kraft, die auf eine Flüssigkeit oder ein Material ausgeübt wird , wenn es in Schichten verschoben oder deformiert wird
Aufgaben der Rheologie (6)
◼ Bewertung der Qualität und Verarbeitungseigenschaften von Rohstoffen
◼ Kennzeichnung der Struktur und strukturelle Änderungen im Verlaufe technologischer Prozesse
◼ Prozesskontrolle
◼ Prozessgestaltung und Anlagenplanung
◼ Erzeugung der gewünschten Struktur von Lebensmitteln
◼ Qualitätskontrolle der Fertigprodukte
Welche 4 Klassifizierungen gibt es nach Texturmerkmalen
- Flüssige Lebensmittel (Milch, Kaffee)
- Halbfeste (pastöse) Lebensmittel (Marmelade, Kartoffelbrei)
- Feste Lebensmittel (Obst, Brot)
- Harte Lebensmittel (Zwieback)
Was ist die Fließgrenze
Als Kraft definiert, die aufgebracht werden muss, um einen Stoff zum Fließen (bleibende Verformung) zu bringen
5 Makrorheologische Klassifizierung
- Viskose Körper:
Lebensmittel ohne Fließgrenze, nicht formstabil, Deformation ist irreversibel - Plastische Körper:
Lebensmittel mit Fließgrenze, fließen nicht durch eigene Schwerkraft, relativ formstabil, Deformation ist irreversibel - Elastische Körper:
Formstabile Lebensmittel - Viskoelastische Lebensmittel:
Lebensmittel ist nicht formstabil, Deformation geht teilweise nach Aufhebung der Spannung und zeitverzögert zurück - Plastoelastische Körper:
Lebensmittel besitzt eine Fließgrenze und ist relativ formstabil, sonst wie viskoselastische Lebensmittel
Welche 3 Grundlegende Deformationsbeanspruchungen gibt es
Zug: auseinander ziehen <–>
Druck: zusammen drücken –> <–
Schub: auseinanderziehen auf unterschiedlichen Ebenen (z.B. oben rechts, unten links)
Welche 6 Deformationsarten gibt es
- Elastisches Deformationsverhalten (Verzerrung)
- Plastische Deformation (bleibende Verformung)
- Viskose Deformation (Fließen)
- Allseitige Kompression
- Volumendehnung (Dilatation)
- Gestaltänderung (Distorsion)
Welche 3 rheologische Grundmodelle zu rheologischen Verhalten gibt es
Dämpfermodell (Newton Element) = Ideal viskoser Körper
Federmodell (Hooke- Element) = Ideal elastischer Körper
Klotzmodell ( St.-Vernant-Element) = Ideal plastischer Körper
Was bedeutet viskoelastisches Verhalten
Substanzen, die zugleich elastische als auch viskoses Verhalten aufweisen: viskoelastische und plastoelasische Körper
Was bedeutet Viskosität
- “Zähigkeit” –> wichtigste physikalische Größe in der Rheologie
=> Maß für die Verschiebbarkeit der Fluidteilchen gegeneinander
Was sind Adhäsionskräfte, was bedeutet das für die Fließgeschwindigkeit
Kräfte, die zwischen zwei verschiedenen Materialien wirken und dazu neigen, sie aneinander zu haften
–> hohe Adhäsionskräfte => niedrigere Fließgeschwindigkeit
Was ist die Schubspannung
Schubspannung ist die auf eine Fläche bezogene Kraft, die parallel zur Angriffsfläche einwirkt
Was ist die Schergeschwindigkeit(sgefälle)
Maß für die Bewegung der Fluidschichten, die sich unter Einwirkung der Schubspannung bewegen und einander nachziehen
Wie berechnet man die Viskosität
= Schubspannung / Schergeschwindigkeitsgefälle
Was ist die kinematische Viskosität (v) und wie wird sie berechnet
-> bezieht die dynamische Viskosität (n) auf die Dichte (p) des fluiden Stoffes
v = n / p
Wie wirkt sich Druck auf die Viskosität aus
höherer Druck –> höhere Teilchendichte –> mehr Reibung der Teilchen –> höhere Viskosität
Wie wirkt sich Temperatur auf Viskosität von Öl, Wasser, Gas aus
höhere Temperatur –> niedrigere Viskosität bei Wasser und Öl
=> Teilchen bewegen sich schneller und reiben weniger aneinander
höhere Temperatur –> höhere Viskosität bei Gasen => Teilchen, welche sonst nicht um Platz konkurrieren, stoßen bei höherer Temperatur eher zusammen
Charakteristika vom newtonschen Fließverhalten + Beispiele
- newtonsche Fluide sind reinviskos (gleichbleibende Viskosität)
- Schubspannung und Schergefälle sind miteinander direkt proportional -> dynamische Viskosität ist eine Materialkonstante
Beispiele:
alle Gase
Wasser, Zuckerlösungen
Milch, Wein, Glycerin
pflanzliche Öle
Ab wann überwiegen in dispersen Systemen die Fließeigenschaften der äußeren Phase
< 5% innere Phase (weniger als 5%)
Charakteristika vom nicht-newtonschen Fließverhalten
- nicht-newtonsche Fluide haben keine konstante Viskosität –> wird als scheinbare Viskosität bezeichnet
Charakteristika für Strukturviskoses (pseudoplastisches) Fließverhalten
- effektive Viskosität nimmt mit dem Schergradienten ab (Strukturzerstörung)
- zeitunabhängig (rheostabil)
- tritt bei dispersen Systemen auf (z.B. Emulsionen)
- Anfangs- und Endviskosität stellen rheologische Stoffkonstanten dar
Charakteristika für dilatantes Fließverhalten + Beispiele
- effektive Viskosität nimmt mit den Schergradient zu (Strukturfestigung)
- zeitunabhängig (rheostabil)
Beispiele: - Stärke in Wasser
- nasser Sand
Charakteristika von nicht-newtonschem Fließverhalten mit Fließgrenze
- Bingham Fluide
- Cassonsche Fluide
Bingham Fluide:
- plastische Substanz
- Schubspannung ist direkt proportional zur Schergeschwindigkeit
- lineares Fließverhalten nach Überwinden des Fließpunktes
Beispiele: Mayonnaise (generell selten)
Cassonsche Fluide:
- plastische Substanz, bei der nach Überwinden des Fließpunktes ein nicht-lineares Fließverhalten auftritt
Beispiele:
- Zahnpasta
- Creme
- Schmierfett
- Kuvertüre
Welche nicht-newtonsche Fließverhalten gibt es, die zeitabhängig sind
thixotropes Fließverhalten:
- zeitabhängig (rheodynamisch)
- Abnahme der Viskosität unter zeitlicher Einwirkung einer Schubspannung
- Viskosität als Funktion der Variablen Zeit und Schubspannung
- nach Beendigung der Scherung beginnt Regenerierung –> Fluid kehrt zur ursprünglichen Viskosität zurück, wobei der Verlauf der Regeneration nicht dem Verlauf der Scherung entspricht (Hysteresisschleife)
-> bei unechter Thixotropie ist Scherbeanspruchung irreversibel => Ausgangsviskosität wird nicht erreicht
rheopexes Fließverhalten:
- zeitabhängig (rheodynamisch)
- Viskosität nimmt unter zeitlicher Einwirkung der Schubspannung zu
- Aufbau von Strukturen
(ebenfalls Hysteresisschleife)
Zweck der Beschreibung und Messung des rheologischen Verhaltens
◼ Molekülstrukturen ableiten können
◼ Vernetzungsvorgang beurteilen (z.B. Gelierungsvorgänge)
◼ Stabilitäten von dispersen Systemen kontrollieren
◼ Qualitätsparameter von Lebensmitteln beurteilen
◼ Sensorische Eigenschaften vorhersagen, kontrollieren und einstellen
◼ Strömungsarten während des Förderns bestimmen
Womit kann die Viskosität bestimmt werden
Rotationsrheometer, Kugelfallviskosimeter, Kapillarviskosimeter für Newtonsche Flüssigkeiten
