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Deformation

1) Elastizitätstheorie: Verformung, Formänderung, englisch: strain, die Änderung der Form von Festkörpern unter Zug-, Scher- oder Druckbelastung. Diese kann entweder reversibel (elastische Deformation) oder permanent (plastische Deformation) geschehen, im zweiten Fall nimmt der Körper auch nach Wegfall der Belastung seine ursprüngliche Gestalt nicht wieder an. Mikroskopisch gesehen ist eine Deformation eine unstetige Störung des Gitters in einer Umgebung von bis zu mehreren Gitterkonstanten. Durch Überlagerung von drei Normalspannungen (Druck oder Zugspannungen) längs der drei Koordinatenachsen und drei Tangential- oder Scherspannungen um die Koordinatenachsen lässt sich jede beliebige Deformation erzeugen (Cauchyscher Spannungssatz). Bei Deformation im weiteren Sinne schliesst man auch Volumenänderungen ein, die im Gegensatz zu Formänderungen auch bei Flüssigkeiten und Gasen möglich sind. Wirken die Kräfte allseitig, so spricht man von homogener, sonst von inhomogener Deformation.

Elastische Verformungen sind in kristallinen Werkstoffen infolge der dichten Packung der Gitterbausteine nur im Bereich von weniger als 1% möglich. Bei Hochpolymeren, die eine teilweise (teilkristalline) oder völlig (amorphe) ungeordnete Struktur aufweisen, treten wegen der wesentlich geringeren Energien der zwischenmolekularen Wechselwirkungen erheblich grössere reversible Formänderungen auf. Anelastische Deformationen (Anelastizität) treten häufig bei Metallen auf, dabei klingt nach der Entlastung die Deformation erst allmählich wieder ab. Man spricht auch von einer elastischen Nachwirkung.

2) In der Kernphysik bezeichnet man als kritische Deformation diejenige Kerndeformation, bei der Kernspaltung eintritt. Spaltbare Atomkerne werden durch den Einfang eines Neutrons in Oszillationen versetzt, was zu Kerndeformationen führt. Genügt die zugeführte Energie, um eine bestimmte kritische Deformation zu erreichen, spaltet der Kern in zwei Bruchstücke. Das Auftreten der kritischen Deformation resultiert aus dem Wechselspiel zwischen anziehenden Kernkräften mit kurzer Reichweite und den abstossenden Coulomb-Kräften mit grosser Reichweite. Bei der kritischen Deformation des Kerns gewinnen die Coulomb-Kräfte die Oberhand.

Bei Spaltkernen wie z.B. 233U, 235U oder 239Pu genügt bereits die freiwerdende Bindungsenergie eines eingefangenen Neutrons, um die kritische Deformation zu erreichen, so dass selbst Neutronen mit geringer Bewegungsenergie, sog. thermische Neutronen, einen Kern spalten können. Andere Kerne, z.B. 232Th oder 239U, erfordern eine höhere Energiezufuhr und spalten erst ab einer Schwellenenergie von etwa 1 MeV, also beim Einfang schneller Neutronen.

 

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