Was ist die Definition von Flüssigkeit – Definition

Definition von Flüssigkeit

In der Physik ist eine Flüssigkeit eine Substanz, die sich unter einer angelegten Scherbeanspruchung kontinuierlich verformt (fließt). Die Eigenschaft, die ein Fluid von einem Feststoff unterscheidet, ist seine Unfähigkeit, einer Verformung unter einer angelegten Scherbeanspruchung (eine Tangentialkraft pro Flächeneinheit) zu widerstehen. Flüssigkeiten sind eine Teilmenge der Phasen der Materie und umfassen Flüssigkeiten, Gase, Plasmen und in gewissem Maße plastische Feststoffe.

Per Definition ist ein festes Material starr. Wenn beispielsweise ein massiver Stahlblock einer Scherbeanspruchung ausgesetzt würde, würde sich die Form des Blocks erst ändern, wenn eine extreme Beanspruchung ausgeübt worden wäre. Genauer gesagt, wenn eine Scherbeanspruchung zuerst auf ein starres Material ausgeübt wird, verformt es sich geringfügig, springt dann jedoch in seine ursprüngliche Form zurück, wenn die Beanspruchung abgebaut wird.

Ein Kunststoffmaterial wie Ton besitzt ebenfalls einen gewissen Grad an Steifheit. Die kritische Scherspannung, oberhalb derer es nachgibt, ist jedoch relativ gering, und sobald diese Spannung überschritten wird, verformt sich das Material kontinuierlich und irreversibel und nimmt
seine ursprüngliche Form nicht wieder an , wenn die Spannung abgebaut wird.

Per Definition besitzt ein flüssiges Material überhaupt keine Steifheit. Wenn beispielsweise ein Fluidelement einer Scherbeanspruchung ausgesetzt wird, verformt sich das Fluidelement, da es keiner Tendenz einer ausgeübten Scherbeanspruchung zum Ändern seiner Form widerstehen kann. Außerdem verformt sich das Fluidelement umso mehr, je mehr Spannung aufgebracht wird. Dies liefert uns ein charakteristisches Merkmal von Flüssigkeiten (und Gasen – Flüssigkeiten im Allgemeinen), das sie von anderen Formen von Materie unterscheidet, und wir können so eine formale Definition geben.

Es gibt zwei Arten von Flüssigkeiten: Flüssigkeiten und Gase. Der wichtigste Unterschied zwischen diesen beiden Arten von Flüssigkeiten besteht in ihrer relativen Kompressibilität. Gase können viel leichter komprimiert werden als Flüssigkeiten. Infolgedessen geht jede Bewegung, die erhebliche Druckschwankungen mit sich bringt, im Falle eines Gases im allgemeinen mit viel größeren Änderungen der Massendichte einher als im Falle einer Flüssigkeit.

Wasser als Reaktorkühlmittel

Wasser und Dampf sind eine übliche Flüssigkeit, die für den Wärmeaustausch im Primärkreis (von der Oberfläche der Brennstäbe zum Kühlmittelstrom) und im Sekundärkreis verwendet wird. Es wird aufgrund seiner Verfügbarkeit und hohen Wärmekapazität sowohl zum Kühlen als auch zum Heizen verwendet. Aufgrund seiner sehr großen latenten Verdampfungswärme ist es besonders effektiv, Wärme durch Verdampfung und Kondensation von Wasser zu transportieren .

Ein Nachteil ist, dass wassermoderierte Reaktoren einen Hochdruck-Primärkreislauf verwenden müssen, um Wasser in flüssigem Zustand zu halten und um einen ausreichenden thermodynamischen Wirkungsgrad zu erreichen. Wasser und Dampf reagieren auch mit Metallen, die üblicherweise in Industrien wie Stahl und Kupfer vorkommen und durch unbehandeltes Wasser und Dampf schneller oxidiert werden. In fast allen Wärmekraftwerken (Kohle, Gas, Kernkraftwerke) wird Wasser als Arbeitsmedium (in einem geschlossenen Kreislauf zwischen Kessel, Dampfturbine und Kondensator) und als Kühlmittel (zum Austausch der Abwärme an einen Wasserkörper) verwendet oder durch Verdunstung in einem Kühlturm wegtragen).

Wasser als Moderator

Der Neutronenmoderator , der in thermischen Reaktoren von Bedeutung ist, wird zum Moderieren verwendet, dh zum Verlangsamen der Neutronen von der Spaltung zu thermischen Energien . Kerne mit geringen Massenzahlen sind für diesen Zweck am effektivsten, daher ist der Moderator immer ein Material mit geringer Massenzahl . Zu den häufig verwendeten Moderatoren gehören normales (leichtes) Wasser (ungefähr 75% der Reaktoren der Welt), fester Graphit (20% der Reaktoren) und schweres Wasser (5% der Reaktoren).

In den meisten Kernreaktoren ist Wasser sowohl Kühlmittel als auch Moderator . Die Moderation tritt insbesondere bei Wasserstoffkernen auf. Im Falle des Wasserstoffs (A = 1) als Zielkern kann das einfallende Neutron vollständig gestoppt werden – es weist die höchste durchschnittliche logarithmische Energieverringerung aller Kerne auf. Andererseits haben Wasserstoffkerne einen relativ höheren Absorptionsquerschnitt , weshalb Wasser gemäß dem Moderationsverhältnis nicht der beste Moderator ist .

Wasser als Neutronenabschirmung

Wasser ist aufgrund des hohen Wasserstoffgehalts und der Verfügbarkeit eine wirksame und übliche Neutronenabschirmung . Aufgrund der geringen Atomzahl von Wasserstoff und Sauerstoff ist Wasser jedoch kein akzeptabler Schutz gegen die Gammastrahlen. Andererseits kann dieser Nachteil (geringe Dichte) in einigen Fällen durch eine hohe Dicke des Wasserschildes ausgeglichen werden. Im Falle von Neutronen moderiert Wasser Neutronen perfekt, aber bei Absorption von Neutronen durch Wasserstoffkern entstehen sekundäre Gammastrahlen mit der hohen Energie. Diese Gammastrahlen dringen stark in die Materie ein und können daher die Anforderungen an die Dicke des Wasserschildes erhöhen. Zugabe einer  Borsäure kann bei diesem Problem helfen (Neutronenabsorption an Borkernen ohne starke Gamma-Emission), führt jedoch zu weiteren Problemen bei der Korrosion von Baumaterialien.

Siehe auch: Abschirmung von Neutronen