मैक्सवेल सामग्री: Difference between revisions

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== परिभाषा ==
== परिभाषा ==


मैक्सवेल प्रतिरूप को विशुद्ध रूप से [[ श्यानता ]] डैम्पर और विशुद्ध रूप से [[लोच (भौतिकी)]] स्प्रिंग द्वारा श्रृंखला में जोड़ा जाता है,<ref name=christensen>{{cite book|last=Christensen|first=R. M|title=Viscoelasticity का सिद्धांत|url=https://archive.org/details/theoryofviscoela0000chri|url-access=registration|year=1971|publisher=Academic Press|location=London, W1X6BA|pages=[https://archive.org/details/theoryofviscoela0000chri/page/16 16]–20|isbn=9780121742508 }}</ref> जैसा कि आरेख में दिखाया गया है। इस विन्यास में, लागू अक्षीय तनाव के तहत, कुल तनाव, <math>\sigma_\mathrm{Total}</math> और कुल तनाव, <math>\varepsilon_\mathrm{Total}</math> निम्नानुसार परिभाषित किया जा सकता है:<ref name=roylance_EV />
मैक्सवेल प्रतिरूप को विशुद्ध रूप से [[ श्यानता ]] अवमंदक और विशुद्ध रूप से [[लोच (भौतिकी)]] स्प्रिंग द्वारा श्रृंखला में जोड़ा जाता है,<ref name=christensen>{{cite book|last=Christensen|first=R. M|title=Viscoelasticity का सिद्धांत|url=https://archive.org/details/theoryofviscoela0000chri|url-access=registration|year=1971|publisher=Academic Press|location=London, W1X6BA|pages=[https://archive.org/details/theoryofviscoela0000chri/page/16 16]–20|isbn=9780121742508 }}</ref> जैसा कि आरेख में दिखाया गया है। इस विन्यास में, लागू अक्षीय प्रतिबल के नीचे, कुल प्रतिबल, <math>\sigma_\mathrm{Total}</math> और कुल विकृति, <math>\varepsilon_\mathrm{Total}</math> निम्नानुसार परिभाषित किया जा सकता है:<ref name=roylance_EV />


:<math>\sigma_\mathrm{Total}=\sigma_D = \sigma_S</math>
:<math>\sigma_\mathrm{Total}=\sigma_D = \sigma_S</math>
:<math>\varepsilon_\mathrm{Total}=\varepsilon_D+\varepsilon_S</math>
:<math>\varepsilon_\mathrm{Total}=\varepsilon_D+\varepsilon_S</math>
जहां सबस्क्रिप्ट डी डम्पर में तनाव-तनाव को इंगित करता है और सबस्क्रिप्ट एस वसंत में तनाव-तनाव को इंगित करता है। समय के संबंध में तनाव का व्युत्पन्न लेते हुए, हम प्राप्त करते हैं:
जहां सबस्क्रिप्ट D डम्पर में प्रतिबल-विकृति को इंगित करता है और सबस्क्रिप्ट S स्प्रिंग में प्रतिबल-विकृति को इंगित करता है। समय के संबंध में विकृति का व्युत्पन्न लेते हुए, हम प्राप्त करते हैं:


:<math>\frac {d\varepsilon_\mathrm{Total}} {dt} = \frac {d\varepsilon_D} {dt} + \frac {d\varepsilon_S} {dt} = \frac {\sigma} {\eta} + \frac {1} {E} \frac {d\sigma} {dt}</math>
:<math>\frac {d\varepsilon_\mathrm{Total}} {dt} = \frac {d\varepsilon_D} {dt} + \frac {d\varepsilon_S} {dt} = \frac {\sigma} {\eta} + \frac {1} {E} \frac {d\sigma} {dt}</math>
जहां लोचदार मॉड्यूलस है और η चिपचिपाहट का भौतिक गुणांक है। यह प्रतिरूप डैम्पर को [[न्यूटोनियन द्रव]] पदार्थ के रूप में वर्णित करता है और वसंत को हुक के नियम के साथ प्रतिरूप करता है।
जहां E लोचदार मापांक है और η चिपचिपाहट का भौतिक गुणांक है। यह प्रतिरूप अवमंदक को [[न्यूटोनियन द्रव|न्यूटोनियन तरल]] पदार्थ के रूप में वर्णित करता है और स्प्रिंग को [[हुक के नियम]] के साथ प्रतिरूप करता है।


[[Image:Maxwell diagram.svg|right]]अगर, इसके बजाय, हम इन दो तत्वों को समानांतर में जोड़ते हैं,<ref name=christensen />हमें एक ठोस केल्विन-वोइग सामग्री का सामान्यीकृत प्रतिरूप मिलता है।
[[Image:Maxwell diagram.svg|right]]अगर, इसके विपरीत, हम इन दो तत्वों को समानांतर में जोड़ते हैं,<ref name=christensen />हमें एक ठोस केल्विन-वोइग सामग्री का सामान्यीकृत प्रतिरूप मिलता है।


मैक्सवेल सामग्री में, [[तनाव (भौतिकी)]] σ, [[तनाव (सामग्री विज्ञान)]] ε और समय टी के संबंध में परिवर्तन की उनकी दरें फॉर्म के समीकरणों द्वारा नियंत्रित होती हैं:<ref name=roylance_EV />
मैक्सवेल सामग्री में, [[तनाव (भौतिकी)|प्रतिबल (भौतिकी)]] σ, [[तनाव (सामग्री विज्ञान)|विकृति (सामग्री विज्ञान)]] ε और समय T के संबंध में परिवर्तन की उनकी दरें फॉर्म के समीकरणों द्वारा नियंत्रित होती हैं:<ref name=roylance_EV />


:<math>\frac {1} {E} \frac {d\sigma} {dt} + \frac {\sigma} {\eta} = \frac {d\varepsilon} {dt}</math>
:<math>\frac {1} {E} \frac {d\sigma} {dt} + \frac {\sigma} {\eta} = \frac {d\varepsilon} {dt}</math>
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:<math>\frac {\dot {\sigma}} {E} + \frac {\sigma} {\eta}= \dot {\varepsilon}</math>
:<math>\frac {\dot {\sigma}} {E} + \frac {\sigma} {\eta}= \dot {\varepsilon}</math>
समीकरण या तो कतरनी तनाव या किसी सामग्री में समान तनाव के लिए लागू किया जा सकता है। पूर्व मामले में, चिपचिपापन न्यूटोनियन द्रव के लिए संगत है। बाद के मामले में, तनाव और तनाव की दर से संबंधित इसका थोड़ा अलग अर्थ है।
समीकरण या तो [[अपरूपण प्रतिबल]] या किसी सामग्री में समान दबाव के लिए लागू किया जा सकता है। पूर्व स्थिति में, चिपचिपापन न्यूटोनियन द्रव के लिए संगत है। बाद की स्थिति में, प्रतिबल और विकृति की दर से संबंधित इसका थोड़ा अलग अर्थ है।


प्रतिरूप समान्यतः छोटे विकृतियों के मामले में लागू होता है। बड़े विकृतियों के लिए हमें कुछ ज्यामितीय गैर-रैखिकता समिलित करनी चाहिए। मैक्सवेल प्रतिरूप के सामान्यीकरण के सरलतम तरीके के लिए, [[ऊपरी संवहन मैक्सवेल मॉडल|ऊपरी संवहन मैक्सवेल प्रतिरूप]] देखें।
प्रतिरूप समान्यतः छोटे विरूपण की स्थिति में लागू होता है। बड़े विरूपण के लिए हमें कुछ ज्यामितीय गैर-रैखिकता समिलित करनी चाहिए। मैक्सवेल प्रतिरूप के सामान्यीकरण के सरलतम प्रकार के लिए, [[ऊपरी संवहन मैक्सवेल मॉडल|ऊपरी संवहन मैक्सवेल प्रतिरूप]] देखें।


== अचानक विकृति का प्रभाव ==
== अचानक विकृति का प्रभाव ==


यदि मैक्सवेल सामग्री अचानक विकृत हो जाती है और एक तनाव (सामग्री विज्ञान) में रखी जाती है <math>\varepsilon_0</math>, तब तनाव की एक विशिष्ट समय-सीमा पर क्षय होता है <math>\frac{\eta}{E}</math>, विश्राम के समय के रूप में जाना जाता है। घटना को [[तनाव विश्राम]] के रूप में जाना जाता है।
यदि मैक्सवेल सामग्री अचानक विकृति हो जाती है और <math>\varepsilon_0</math> के प्रतिबल (सामग्री विज्ञान) में रखी जाती है तब प्रतिबल  <math>\frac{\eta}{E}</math> की एक विशिष्ट समय-सीमा पर क्षय होता है, जिसे [[शिथिलन अवधि]] के रूप में जाना जाता है। घटना को [[प्रतिबल विश्रांति]] के रूप में जाना जाता है।


चित्र आयाम रहित तनाव की निर्भरता को दर्शाता है <math>\frac {\sigma(t)} {E\varepsilon_0} </math> आयामहीन समय पर <math>\frac{E}{\eta} t</math>:
चित्र आयाम रहित प्रतिबल की निर्भरता को दर्शाता है <math>\frac {\sigma(t)} {E\varepsilon_0} </math> आयामहीन समय पर <math>\frac{E}{\eta} t</math>:
[[Image:Maxwell deformation.PNG|right|thumb|400px|निरंतर तनाव के तहत आयाम रहित समय पर आयाम रहित तनाव की निर्भरता]]यदि हम सामग्री को समय पर मुक्त करते हैं <math>t_1</math>, तो लोचदार तत्व के मान से वापस आ जाएगा
[[Image:Maxwell deformation.PNG|right|thumb|400px|निरंतर दबाव के तहत आयाम रहित समय पर आयाम रहित प्रतिबल की निर्भरता]]यदि हम सामग्री को समय <math>t_1</math> पर मुक्त करते हैं, तो लोचदार तत्व के मान से वापस आ जाएगा


:<math>\varepsilon_\mathrm{back} = -\frac {\sigma(t_1)} E = \varepsilon_0 \exp \left(-\frac{E}{\eta} t_1\right). </math>
:<math>\varepsilon_\mathrm{back} = -\frac {\sigma(t_1)} E = \varepsilon_0 \exp \left(-\frac{E}{\eta} t_1\right). </math>
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== अचानक तनाव का प्रभाव ==
== अचानक प्रतिबल का प्रभाव ==


यदि मैक्सवेल सामग्री अचानक तनाव के अधीन है <math>\sigma_0</math>, तब लोचदार तत्व अचानक ख़राब हो जाएगा और चिपचिपा तत्व एक स्थिर दर से ख़राब हो जाएगा:
यदि मैक्सवेल सामग्री अचानक प्रतिबल के अधीन है <math>\sigma_0</math>, तब लोचदार तत्व अचानक ख़राब हो जाएगा और चिपचिपा तत्व एक स्थिर दर से ख़राब हो जाएगा:


:<math>\varepsilon(t) = \frac {\sigma_0} E + t \frac{\sigma_0} \eta </math>
:<math>\varepsilon(t) = \frac {\sigma_0} E + t \frac{\sigma_0} \eta </math>
अगर किसी समय <math>t_1</math> हम सामग्री जारी करेंगे, फिर लोचदार तत्व का विरूपण स्प्रिंग-बैक विरूपण होगा और चिपचिपा तत्व का विरूपण नहीं बदलेगा:
अगर किसी समय <math>t_1</math> हम सामग्री जारी करेंगे, तो फिर लोचदार तत्व का विरूपण स्प्रिंग-बैक विरूपण होगा और चिपचिपा तत्व का विरूपण नहीं बदलेगा:


:<math>\varepsilon_\mathrm{reversible} = \frac {\sigma_0} E,  </math>
:<math>\varepsilon_\mathrm{reversible} = \frac {\sigma_0} E,  </math>
:<math>\varepsilon_\mathrm{irreversible} =  t_1 \frac{\sigma_0} \eta. </math>
:<math>\varepsilon_\mathrm{irreversible} =  t_1 \frac{\sigma_0} \eta. </math>
मैक्सवेल प्रतिरूप रेंगना (विकृति) प्रदर्शित नहीं करता है क्योंकि यह तनाव को समय के रैखिक कार्य के रूप में दर्शाता है।
मैक्सवेल प्रतिरूप रेंगना (विकृति) प्रदर्शित नहीं करता है क्योंकि यह प्रतिबल को समय के रैखिक कार्य के रूप में दर्शाता है।


यदि पर्याप्त लंबे समय के लिए एक छोटा सा तनाव लागू किया जाता है, तो अपरिवर्तनीय तनाव बड़े हो जाते हैं। इस प्रकार, मैक्सवेल सामग्री एक प्रकार का तरल है।
यदि पर्याप्त लंबे समय के लिए एक छोटा सा प्रतिबल लागू किया जाता है, तो अपरिवर्तनीय प्रतिबल बड़े हो जाते हैं। इस प्रकार, मैक्सवेल सामग्री एक प्रकार का तरल है।


== निरंतर तनाव दर का प्रभाव ==
== निरंतर दबाव दर का प्रभाव ==
यदि मैक्सवेल सामग्री निरंतर तनाव दर के अधीन है <math>\dot{\epsilon}</math>फिर तनाव बढ़ जाता है, के निरंतर मूल्य तक पहुँच जाता है
यदि मैक्सवेल सामग्री निरंतर प्रतिबल दर <math>\dot{\epsilon}</math> के अधीन है फिर प्रतिबल बढ़ जाता है, यह एक निम्न निरंतर मूल्य तक पहुँच जाता है


  <math>\sigma=\eta \dot{\varepsilon}
  <math>\sigma=\eta \dot{\varepsilon}
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== [[गतिशील मापांक]] ==
== [[गतिशील मापांक|गतिक मापांक]] ==
मैक्सवेल सामग्री का जटिल गतिशील मापांक होगा:
मैक्सवेल सामग्री का जटिल गतिक मापांक होगा:


:<math>E^*(\omega) = \frac 1 {1/E - i/(\omega \eta) } = \frac {E\eta^2 \omega^2 +i \omega E^2\eta} {\eta^2 \omega^2 + E^2} </math>
:<math>E^*(\omega) = \frac 1 {1/E - i/(\omega \eta) } = \frac {E\eta^2 \omega^2 +i \omega E^2\eta} {\eta^2 \omega^2 + E^2} </math>
इस प्रकार, गतिशील मापांक के घटक हैं:
इस प्रकार, गतिक मापांक के घटक हैं:


:<math>E_1(\omega) = \frac {E\eta^2 \omega^2 } {\eta^2 \omega^2 + E^2} = \frac {(\eta/E)^2\omega^2} {(\eta/E)^2 \omega^2 + 1} E = \frac {\tau^2\omega^2} {\tau^2 \omega^2 + 1} E </math>
:<math>E_1(\omega) = \frac {E\eta^2 \omega^2 } {\eta^2 \omega^2 + E^2} = \frac {(\eta/E)^2\omega^2} {(\eta/E)^2 \omega^2 + 1} E = \frac {\tau^2\omega^2} {\tau^2 \omega^2 + 1} E </math>
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:<math>E_2(\omega) = \frac {\omega E^2\eta} {\eta^2 \omega^2 + E^2} = \frac {(\eta/E)\omega} {(\eta/E)^2 \omega^2 + 1} E = \frac {\tau\omega} {\tau^2 \omega^2 + 1} E </math>
:<math>E_2(\omega) = \frac {\omega E^2\eta} {\eta^2 \omega^2 + E^2} = \frac {(\eta/E)\omega} {(\eta/E)^2 \omega^2 + 1} E = \frac {\tau\omega} {\tau^2 \omega^2 + 1} E </math>


[[Image:Maxwell relax spectra.PNG|thumb|right|400px|मैक्सवेल सामग्री के लिए विश्राम स्पेक्ट्रम]]चित्र मैक्सवेल सामग्री के लिए विश्राम स्पेक्ट्रम दिखाता है। विश्राम का समय स्थिर है <math> \tau \equiv \eta / E </math>.
[[Image:Maxwell relax spectra.PNG|thumb|right|400px|मैक्सवेल सामग्री के लिए विश्राम स्पेक्ट्रम]]चित्र मैक्सवेल सामग्री के लिए विश्रांति वर्णक्रम दिखाता है। विश्रांति का समय स्थिर <math> \tau \equiv \eta / E </math>. है।
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| Blue curve || dimensionless elastic modulus <math>\frac {E_1} {E}</math>
| Blue curve || dimensionless elastic modulus <math>\frac {E_1} {E}</math>

Revision as of 11:12, 29 March 2023

एक मैक्सवेल सामग्री एक विशिष्ट तरल के गुण दिखाने वाला सबसे सरल प्रतिरूप श्यानप्रत्यास्थ सामग्री है। यह लंबे समय के स्तर पर चिपचिपा प्रवाह दिखाता है, लेकिन तेजी से विकृतियों के लिए अतिरिक्त लोचदार प्रतिरोध भी देता है [1] इसका नाम जेम्स क्लर्क मैक्सवेल के नाम पर रखा गया है जिन्होंने 1867 में प्रतिरूप का प्रस्ताव रखा था। इसे मैक्सवेल द्रव के रूप में भी जाना जाता है।

परिभाषा

मैक्सवेल प्रतिरूप को विशुद्ध रूप से श्यानता अवमंदक और विशुद्ध रूप से लोच (भौतिकी) स्प्रिंग द्वारा श्रृंखला में जोड़ा जाता है,[2] जैसा कि आरेख में दिखाया गया है। इस विन्यास में, लागू अक्षीय प्रतिबल के नीचे, कुल प्रतिबल, और कुल विकृति, निम्नानुसार परिभाषित किया जा सकता है:[1]

जहां सबस्क्रिप्ट D डम्पर में प्रतिबल-विकृति को इंगित करता है और सबस्क्रिप्ट S स्प्रिंग में प्रतिबल-विकृति को इंगित करता है। समय के संबंध में विकृति का व्युत्पन्न लेते हुए, हम प्राप्त करते हैं:

जहां E लोचदार मापांक है और η चिपचिपाहट का भौतिक गुणांक है। यह प्रतिरूप अवमंदक को न्यूटोनियन तरल पदार्थ के रूप में वर्णित करता है और स्प्रिंग को हुक के नियम के साथ प्रतिरूप करता है।

Maxwell diagram.svg

अगर, इसके विपरीत, हम इन दो तत्वों को समानांतर में जोड़ते हैं,[2]हमें एक ठोस केल्विन-वोइग सामग्री का सामान्यीकृत प्रतिरूप मिलता है।

मैक्सवेल सामग्री में, प्रतिबल (भौतिकी) σ, विकृति (सामग्री विज्ञान) ε और समय T के संबंध में परिवर्तन की उनकी दरें फॉर्म के समीकरणों द्वारा नियंत्रित होती हैं:[1]

या, डॉट नोटेशन में:

समीकरण या तो अपरूपण प्रतिबल या किसी सामग्री में समान दबाव के लिए लागू किया जा सकता है। पूर्व स्थिति में, चिपचिपापन न्यूटोनियन द्रव के लिए संगत है। बाद की स्थिति में, प्रतिबल और विकृति की दर से संबंधित इसका थोड़ा अलग अर्थ है।

प्रतिरूप समान्यतः छोटे विरूपण की स्थिति में लागू होता है। बड़े विरूपण के लिए हमें कुछ ज्यामितीय गैर-रैखिकता समिलित करनी चाहिए। मैक्सवेल प्रतिरूप के सामान्यीकरण के सरलतम प्रकार के लिए, ऊपरी संवहन मैक्सवेल प्रतिरूप देखें।

अचानक विकृति का प्रभाव

यदि मैक्सवेल सामग्री अचानक विकृति हो जाती है और के प्रतिबल (सामग्री विज्ञान) में रखी जाती है तब प्रतिबल की एक विशिष्ट समय-सीमा पर क्षय होता है, जिसे शिथिलन अवधि के रूप में जाना जाता है। घटना को प्रतिबल विश्रांति के रूप में जाना जाता है।

चित्र आयाम रहित प्रतिबल की निर्भरता को दर्शाता है आयामहीन समय पर :

File:Maxwell deformation.PNG
निरंतर दबाव के तहत आयाम रहित समय पर आयाम रहित प्रतिबल की निर्भरता

यदि हम सामग्री को समय पर मुक्त करते हैं, तो लोचदार तत्व के मान से वापस आ जाएगा

चूंकि चिपचिपा तत्व अपनी मूल लंबाई पर वापस नहीं आएगा, इसलिए विरूपण के अपरिवर्तनीय घटक को नीचे दी गई अभिव्यक्ति में सरल बनाया जा सकता है:


अचानक प्रतिबल का प्रभाव

यदि मैक्सवेल सामग्री अचानक प्रतिबल के अधीन है , तब लोचदार तत्व अचानक ख़राब हो जाएगा और चिपचिपा तत्व एक स्थिर दर से ख़राब हो जाएगा:

अगर किसी समय हम सामग्री जारी करेंगे, तो फिर लोचदार तत्व का विरूपण स्प्रिंग-बैक विरूपण होगा और चिपचिपा तत्व का विरूपण नहीं बदलेगा:

मैक्सवेल प्रतिरूप रेंगना (विकृति) प्रदर्शित नहीं करता है क्योंकि यह प्रतिबल को समय के रैखिक कार्य के रूप में दर्शाता है।

यदि पर्याप्त लंबे समय के लिए एक छोटा सा प्रतिबल लागू किया जाता है, तो अपरिवर्तनीय प्रतिबल बड़े हो जाते हैं। इस प्रकार, मैक्सवेल सामग्री एक प्रकार का तरल है।

निरंतर दबाव दर का प्रभाव

यदि मैक्सवेल सामग्री निरंतर प्रतिबल दर के अधीन है फिर प्रतिबल बढ़ जाता है, यह एक निम्न निरंतर मूल्य तक पहुँच जाता है


सामान्य रूप में



गतिक मापांक

मैक्सवेल सामग्री का जटिल गतिक मापांक होगा:

इस प्रकार, गतिक मापांक के घटक हैं:

और

File:Maxwell relax spectra.PNG
मैक्सवेल सामग्री के लिए विश्राम स्पेक्ट्रम

चित्र मैक्सवेल सामग्री के लिए विश्रांति वर्णक्रम दिखाता है। विश्रांति का समय स्थिर . है।

Blue curve dimensionless elastic modulus
Pink curve dimensionless modulus of losses
Yellow curve dimensionless apparent viscosity
X-axis dimensionless frequency .


यह भी देखें

संदर्भ

  1. 1.0 1.1 1.2 {{cite book|last=Roylance|first=David|title=इंजीनियरिंग विस्कोलेस्टिसिटी|year=2001|publisher=Massachusetts Institute of Technology|location=Cambridge, MA 02139|pages=8–11|url=http://web.mit.edu/course/3/3.11/www/modules/visco.pdf}
  2. 2.0 2.1 Christensen, R. M (1971). Viscoelasticity का सिद्धांत. London, W1X6BA: Academic Press. pp. 16–20. ISBN 9780121742508.{{cite book}}: CS1 maint: location (link)