Der elektroviskose Effekt als Folge elektrostatischer Kraft

Zusammenfassung Die Viskosität vieler Flüssigkeiten ändert sich als Folge elektrischer Felder. Die größten elektroviskosen Effekte findet man unter äußerem Feld bei Suspensionen aus dielektrischen Flüssigkeiten und feinen Festkörperteilchen.Die Flüssigkeiten zeigen ausgeprägtes Bingham-Verhalten. Solange die auf die Wand ausgeübte Scherspannung kleiner als die von der Feldstärke abhängige Haftspannung ist, verhalten sich die Materialien wie Festkörper. Man beobachtet, daß Elektroviskosität proportional zur Feldstärke im Quadrat und umgekehrt proportional zur Schergeschwindigkeit ist, und daß sich die Teilchen der Flüssigkeiten in Richtung der Feldstärke orientieren und faserige Strukturen bilden. In dieser Arbeit erklären wir diese Eigenschaften durch ein einfaches Modell. In diesem Modell resultiert die Scherkraftzunahme aus der elektrostatischen Kraft, die sich als Gradient der im Feld abgespeicherten Energie ergibt.The electroviscosity effect following electrostatic force

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Apparent viscosity of many fluids changes under an electric field. The largest effects are found with dispersions of fine particles in dielectric liquids subjected to an externally applied field. The large effect is apparently due to induced fibration when the particles align themselves as fibers in field direction. The dispersions exhibit Bingham-behavior, i.e., as long as the shear stress is smaller than the field-dependent yield stress, the material behaves as a solid, a behavior which can be made plausible as the electrodes are mechanically linked together by the fibers (Winslow 1949). In this paper arguments are put forward that the induced fibration is the consequence of electrostatic forces acting on the particles and pulling them into regions of higher field strength. The resulting configuration is an equilibrium configuration and it is postulated that even under shear load, the electric field tends to maintain this configuration such that only the particles close to the electrodes are sheared off, which then form a suspension near the electrode surfaces. A phenomenological theory based on the assumption that the fibers are columns of rectangular particles gives quantitative results for the electroviscosity and the yield stress which agree with experimental observations.