EPFL - Ecole Polytechnique Fédérale
EPFL: Erstmals Temperaturmessung von Sand bei der EPFL
Lausanne (ots)
Lausanne, 20. August 2003 (28-sable)
EMBARGO: 20h00
EPFL-Forscher auf den Titelblatt von Nature
Erstmals gelang es Physikern der Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), die Temperatur eines Sandhügels zu messen. Für diese Messungen genügt das Thermometer nicht. Hierzu wurde eigens ein neues Gerät entwickelt, das die Temperatur von Sand misst, indem es selbst winzigste Agitationen der Sandkörner aufzeichnet. Diese Entdeckung stellt einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis granularer, also aus kleinen Körnchen zusammen, gesetzter Systeme dar.
Der Doktorand Patrick Mayor erläutert bereitwillig das Prinzip des Gerätes: Es handelt sich um eine konisch zulaufende Stange, die mit einer Art Feder verbunden ist. Die Spitze wird in einen mit Sandkörnern gefüllten Behälter gesteckt und dieser in leichte Vibrationen versetzt. Der Fühler dreht sich um sich selbst und erfasst so die Agitation der Körner. Die geringen Schwingungen werden anschliessend ausgewertet und in Temperatur umgerechnet. Je stärker die Körner in Bewegung versetzt werden, desto höher ist natürlich die Temperatur.
Bedarf für ein solches Gerät bestand insofern, als sich zwar die Temperatur von Flüssigkeiten und Gasen anhand der molekularen Agitation ermitteln lässt, Sandkörner jedoch so gross sind, dass die Umgebungstemperatur das System nicht beeinflusst. Die thermische Agitation muss deshalb durch die Vibrationen des Behälters simuliert werden. Die Studie wurde von der Forschungsgruppe Groupes des Systèmes Complexes unter Leitung von Dr. Gianfranco DAnna durchgeführt.
Die Dynamik von Sandkörnern Die Eigenschaften von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen sind Physikern bekannt. Die Merkmale granularer Systeme wie Pulver oder Sand sind dagegen noch kaum erforscht. Die neuen Erkenntnisse bilden einen wichtigen Schritt zur Erklärung der Dynamik dieses besonderen Materiezustands, denn den Forschern ist es gelungen, den Begriff Temperatur für die so genannten dissipativen Systeme zu definieren (Systeme, in denen kontinuierlich Wärmeenergie zerstreut wird).
Verkehrsmanagement Die Entdeckung trägt wesentlich zur Kenntnis granularer Materie bei, die seit einigen Jahren Gegenstand zahlreicher Forschungsprojekte ist. Die Kenntnis des Verhaltens solcher Systeme ist Voraussetzung dafür, den Abgang von Lawinen, die Verteilung von Getreide in einem Silo oder den Fluss des Strassenverkehrs nachzuvollziehen zu können. Die Ergebnisse ebnen zudem den Weg zu einer allgemeinen Theorie der dissipativen Systeme. Diese in der Natur allgegenwärtigen Systeme bereiten Wissenschaftlern bei dem Versuch, Modelle zu erstellen, einiges Kopfzerbrechen.
Weiterführende Informationen Patrick Mayor, Assistent, Institut de Physique de la Matière Complexe: 021-693 33 93, 078-823 99 13 Dr. Gianfranco DAnna, Institut de Physique de la Matière Complexe: 021-693 44 98, 079-253 35 52 Artikel in der Zeitschrift : Nature: "Observing brownian motion in vibration-fluidized granular matter", G. DAnna, A. Barrat, V. Lorento, F. Nori, Nature 424, 909.