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Stokes-Einstein Gleichung für dichte Flüssigkeiten widerlegt



Stokes-Einstein Gleichung für dichte Flüssigkeiten widerlegt

 

In der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Physical Review Letters werden von Mitarbeitern des Instituts für Materialphysik im Weltraum neue Messungen der Viskosität von Metallschmelzen vorgestellt und mit Ergebnissen aus Selbstdiffusionsexperimenten mit quasielastischer Neutronenstreuung (ToFToF FRM-II in Garching) verglichen. Bei beiden Experimentreihen konnte ein Durchbruch in der Messgenauigkeit durch behälterfreies Prozessieren der Proben mittels elektrostatischer Levitation erreicht werden.  

Durch die hohe Genauigkeit der so erzielten Ergebnisse konnte beobachtet werden, daß die  Viskosität und das Inverse des Selbstdiffusionkoeffizienten die gleiche Aktivierungsenergie besitzen. In der untersuchten Zr-Ni Schmelze gilt dieser Zusammenhang über 700 K um die Schmelztemperatur der Legierung. Damit konnte gezeigt werden, dass sich die Stokes-Einstein Gleichung in diesem Temperaturbereich nicht auf dichte atomare oder molekulare Flüssigkeiten anwenden lässt. Ein Levitationsexperiment zur Viskosität in diesen Legierungssystem auf der nächsten TEXUS-EML Mission in 2013 soll erlauben eventuell auftretende, systematische Fehler in der behälterfreien Messung der Viskosität im Erdlabor aufzuspüren und gegebenenfalls zu parametrisieren.

Zu dem Artikel von Jürgen Brillo, Ines Pommrich und Andreas Meyer zu "Relation between self-diffusion and viscosity in dense liquids: New experimental results from electrostatic levitation" in Physical Review Letters (Vol.107, No.16): http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.107.165902 ist ein Viewpoint in Physics von Herbert Schober erschienen, in dem die neuen experimentellen Ergebnisse im Rahmen von Molekulardynamik Simulationen an ähnlichen Systemen diskutiert werden (Physics 4, 80 2011) http://physics.aps.org/viewpoint-for/10.1103/PhysRevLett.107.165902

Produkt aus Viskosität und Selbstdiffusionskoeffizient gegen die Temperatur (Symbole). Die durchgezogene Linie entspricht einer linearen Anpassung um die Konstanz der Daten als Funktion der Temperatur deutlich zu machen. Die unterbrochenen Linien zeigen die Stokes-Einstein Relation mit verschieden gewählten hydrodynamischen Radien.

 


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