magnetisch erregte granulare materie (MEGraMa)

abstract

Die Untersuchung von verdünnten Systemen granularer Teilchen (granulare Gase) hat eine große wirtschaftliche Bedeutung in der Verfahrenstechnik und ist gleichzeitig ein Gebiet der statistischen Physik, bei dem bisher noch grundlegende Lücken im Verständnis bestehen. Einerseits erzeugen moderne Wirbelschichtverfahren ein Fluid-Feststoff-Gemisch für Trocknungs- und Verfeuerungsverfahren, was als gravitationsgetriebene komplexe Mehrphasenströmung beschrieben werden muß. Andererseits führt die Dissipation von Energie beim Stoß zweier Teilchen dazu, dass sich das Vielteilchensystem fern vom thermischen Gleichgewicht befindet, was neue physikalische Gleichungen erfordert.

Theoretische Modellierung und Computersimulation von granularen Gasen findet überwiegend ohne Einbeziehung von Gravitation statt. Neuartige Phänomene wie granulares Abkühlverhalten [1] und Strukturbildung [2] wurden so entdeckt bzw. vorhergesagt. Die Gravitation auf der Erde hat bei Experimenten mit granularen Gasen eine sofortige Sedimentation zur Folge, und so fehlt für viele Vorhersagen eine experimentelle Bestätigung. Einzelne Aspekte konnten untersucht werden durch Fluidisierung von Teilchen oder durch magnetische Levitation diamagnetischer Teilchen [3]. Dabei sind allerdings der Einfluß von unerwünschten Restbeschleunigungen und Fluideffekten bei der Wechselwirkung schon für sehr kurze Zeiten relevant. Im Experiment MEGraMa können unter reduzierter Schwerkraft viele störende Effekte durch die Verwendung paramagnetischer Teilchen vermieden werden.

• [1] P. Haff, Grain flow as a fluid-mechanical phenomenon, J. Fluid Mech. 134, 401 (1983).

• [2] I. Goldhirsch and G. Zanetti, Clustering Instability in Dissipative Gases, Phys. Rev. Lett. 70, 1619 (1993).

• [3] C.C. Maaß, N. Isert, G. Maret, and C.M. Aegerter, Experimental Investigation of the Freely Cooling Granular Gas, Phys. Rev. Lett. 100, 248001 (2008).

• [4] N. Brilliantov, and Th. Poschel, Kinetic Theory of Granular Gases, Oxford University Press (2004).

experiment year: 2019
number of catapult launches: 8

experiment year: 2015
number of catapult launches: 8

experiment year: 2013
number of catapult launches: 28

experiment year: 2011
number of catapult launches: 14
number of drops: 1