Ce este disiparea?

După ce se vorbește despre instrumentația bazată pe QCM, se întâlnesc adesea conceptele de „disipare” sau „amortizare”. Ce înseamnă aceste concepte și de ce sunt relevante?

Disipație, amortizare și pierdere de energie

„Disiparea” sau „disiparea de energie”, pentru a fi mai precis, se referă la energia care se pierde din sistemul studiat. QCM este un oscilator armonic și, ca toate oscilatoarele din lumea reală, este amortizat.

Un oscilator care nu este forțat să oscileze de o forță externă, va oscila treptat cu o amplitudine din ce în ce mai mică și, în cele din urmă, oscilația se va stinge. Această amortizare a amplitudinii de oscilație pe care o avem în vedere aici provine din pierderile prin frecare, care pot fi frecări interne în oscilatorul însuși sau în mediul înconjurător (aer, apă etc.). Frecarea face ca energia oscilatorie să fie disipată sub formă de căldură, de unde și numele de disipare.

Disiparea conține informații despre materialul studiat

În cazul QCM, pierderile de energie induse vor proveni în principal de la materialele în contact cu suprafața oscilantă a senzorului. Toate materialele în contact cu suprafața vor induce pierderi de energie. Fenomenul este deosebit de pronunțat în prezența lichidelor în vrac sau la depunerea de pelicule moi. În timpul oscilației, lichidele și peliculele moi în contact cu suprafața se vor deforma, ceea ce duce la pierderi de energie din sistem. Atunci când suprafața senzorului este în contact cu aerul sau cu vidul, pierderile de energie induse sunt relativ mici. Același lucru este valabil și pentru pierderile induse de depunerea de straturi subțiri și rigide. Straturile subțiri și rigide nu se deformează în timpul oscilației și, prin urmare, pierderile sunt mai mici decât cele induse de straturile moi și/sau groase. În consecință, o disipare mare indică faptul că avem un material moale sau vâscos în contact cu suprafața, în timp ce o disipare mică indică faptul că materialul de la suprafață este rigid și urmărește oscilația.

Definirea și relația dintre disipare și factorul Q

Un parametru important care descrie caracteristicile unui oscilator este factorul de calitate, sau factorul Q. Acesta este un parametru adimensional care descrie amortizarea oscilației la rezonanță, prin raportarea cantității de energie stocată la cantitatea de energie pierdută. Disiparea, D, care este inversul factorului Q, reprezintă suma tuturor pierderilor de energie din sistem pe ciclu de oscilație. Ea poate fi definită, de asemenea, ca fiind energia disipată pe oscilație, împărțită la energia totală stocată în sistem.

Q = 2π ⋅ (energie stocată)/(energie pierdută pe ciclu) = 1/D (1)

După cum se poate concluziona din ecuația 1, un factor Q ridicat indică faptul că pierderea de energie este mică și că oscilația va persista mult timp, și invers, Figura 1. Cu cât Q este mai mare, cu atât mai mică este amortizarea și cu atât mai mult timp va persista oscilația.

Figura 1. În cazul unui diapazon (stânga), disiparea este redusă, iar oscilația va persista mult timp. În cazul jeleului, disiparea de energie este mai mare, iar oscilația se va stinge mai repede.

Descărcați prezentarea generală pentru a afla mai multe despre disipare

.