Selbstorganisation, Entmischung & Musterbildung - Die Physik der Granularen Materie
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- Ina Langenberg
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1 Frank Oriold, Ferienakademie 2011 zottarella.de Selbstorganisation, Entmischung & Musterbildung - Die Physik der Granularen Materie kern-energie.com
2 Bedeutung Granularer Materie Industrie Fertigung Lagerung Transport Katastrophenforscher Bärbel Fromme, Feuerräder, Zebra streifen und Lawinen, 2005 top-wetter.de
3 Gliederung Was ist Granulare Materie? Reynoldsche Dilatanz Energiedissipation Ruhende Granulare Materie: Schüttwinkel Scherverdünnung Kontaknetzwerke und Kraftbrücken Entmischungseffekt und Musterbildung Zusammenfassung
4 Was ist ein Granulat? Konglomerat vieler makroskopischer Teilchen sciblogs.co.nz Reibung bedeutsamste Wechselwirkung Interessanter Aggregatszustand mi9.com
5 Vielfältigkeit des physik. Verhalten Granularer Materie carstyling.ru festähnlich quarzwerke.com flüssigähnlich wetter-foto.de gasähnlich
6 Reynoldsche Dilatanz Sand-Wasser-Gemisch Volumenvergrößerung bei Deformation Neue Hohlräume von Wasser gefüllt -> Sinken des Wasserstands Bärbel Fromme, Feuerräder, Zebra streifen und Lawinen, 2005 kein Druck leichter Druck
7 Reynoldsche Dilatanz 2 Weihnachtsvorlesung Erlangen, Theorie 1, 2008
8 Energiedissipation: Reibungseffekte Bei Vibration: Sammlung des Granulats in der rechten Kammer Bilder: Bärbel Fromme, Feuerräder, Zebrastreifen und Lawinen, 2005
9 Energiedissipation: Reibungseffekte 2
10 Schüttwinkel tan(θ) μ Abhängig von: Material Feuchtigkeit Körnung Rauheit Schüttwinkel zweier Materialien Bilder: Bärbel Fromme, Feuerräder, Zebrastreifen und Lawinen, 2005
11 Schüttwinkel nasser und trockener Granulate Schüttkegel aus Sand Feuchter Sand, beliebiger Schüttwinkel
12 Überschreitung des Schüttwinkels Lawinenartiger Fluss Quelle: Feuerräder, Fromme, 2005 an der Oberfläche -> Schüttwinkel stellt sich wieder ein Farblich animierter Granulatfluss Bild: Bärbel Fromme, Feuerräder, Zebrastreifen und Lawinen, 2005
13 Untergang der Pamir Lagerung: knapp Tonnen lose Gerste Überschrittener Schüttwinkel -> Verrutschte Gerste Verlagerter Schwerpunkt Schiff in Schieflage Weihnachtsvorlesung Erlangen, Theorie 1, 2008
14 Staublawinen Hangneigung > 40 Grad Überschreitung des Schüttwinkels von großen Schneemassen Geschwindigkeit bis 350 km/h Abgang einer Staublawine Quelle:
15 Scherverdünnung Sand- Wasser- Suspension Nichtnewtonsches Fluid Viskositätsänderung bei Scherkraftänderung Quelle: Entstehung von Treibsand
16 Scherverdünnung Video, J7Y Quelle: youtube.de, ArgentumNZ
17 Kraftbrücken Weihnachtsvorlesung, Theorie 1, 2008 Silobersten Kraftbrücken Bild Mitte: Bärbel Fromme, Feuerräder, Zebrastreifen und Lawinen, 2005
18 Druckabhängigkeit bzgl. der Füllhöhe Druck bei Flüssigkeit Druck bei Granulat Bilder: Bärbel Fromme, Feuerräder, Zebrastreifen und Lawinen, 2005
19 Vermeidung von Kraftbrücken Granulatbefülltes Silo Ungewollte Kraftbrückenbildungen Verstopfen des Granulats Lösung: Umbau der Öffnung Quelle: Geroldinger Entleeren des Silos
20 Entmischung eines bidispärsen Granulats Entmischung des Granulatgemischs Zebrastreifen Bilder: Bärbel Fromme, Feuerräder, Zebrastreifen und Lawinen, 2005 gelb: glatte, kleine Teilchen rot: raue, größere Teilchen
21 Entmischung eines bidispärsen Granulats 2 h Bilder: Bärbel Fromme, Feuerräder, Zebrastreifen und Lawinen, 2005
22 Entmischung eines bidispärsen Granulats 3 Zebramuster Bilder: Bärbel Fromme, Feuerräder, Zebrastreifen und Lawinen, 2005
23 Feuerrad Homogene Mischung zweier Granulate Langsame Rotation Überschreiten des Schüttwinkels Lawinenartige Entmischung Feuerrad Bild: Bärbel Fromme, Feuerräder, Zebrastreifen und Lawinen, 2005
24 Paranusseffekt Große Teilchen oben Konvektionswalzen Begründung: Reibung an Wand bei Aufwärtsbewegung größer als bei Abwärtsbewegung -> Nettoabwärtsbewegung an Wänden Bild rechts oben: Bärbel Fromme, Feuerräder, Zebrastreifen und Lawinen, 2005
25 Zusammenfassung Granulate Granulare Materie: Vielteilchensystem mit kollektiven Eigenschaften Kein Aggregatszustand an sich Reibung dominanteste Wechselwirkung Schüttwinkel material- und situationsabhängig Scherverdünnung von Suspensionen Entstehen von Kraftbrücken Entmischungsvorgänge
26 Fazit Gebiet aktueller Forschung Katastrophenprävention Bedeutung für Industrie Sandburgbauen
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