Fluid

Definition und Bedeutung

Ein Fluid ist eine Substanz, die sich unter dem Einfluss von Scherkräften kontinuierlich verformt, also fließt. Scherkräfte wirken parallel zu einer Fläche und verschieben benachbarte Stoffschichten gegeneinander. Der Schubmodul idealer Fluide ist null; sie besitzen damit keinen elastischen Widerstand gegen Scherung.

In Chemie und Physik fasst der Begriff fließfähige Materialien zusammen, darunter Gase, Flüssigkeiten und überkritische Fluide. Viele physikalische Gesetze gelten für Gase und Flüssigkeiten gleichermaßen, weil sich manche ihrer Eigenschaften nur quantitativ, also in der Größenordnung eines Effekts, unterscheiden und nicht grundsätzlich qualitativ.

Fluide in der Strömungslehre

In der Strömungslehre gilt jede Substanz als Fluid, die einer genügend langsamen Scherung keinen Widerstand entgegensetzt und eine endliche Viskosität besitzt. Die Viskosität beschreibt die Zähflüssigkeit beziehungsweise den inneren Widerstand eines strömenden Stoffes.

Nach dieser Definition gehören nicht nur Flüssigkeiten und Gase zu den Fluiden, sondern auch Plasma, Suspensionen und Aerosole. Eine Suspension ist ein Gemisch aus einer Flüssigkeit und darin verteilten festen Teilchen; bei einem Aerosol sind feste oder flüssige Teilchen in einem Gas verteilt.

Arten realer Fluide

Reale Fluide werden in zwei Hauptgruppen eingeteilt:

• Newtonsche Fluide lassen sich durch die Navier-Stokes-Gleichungen beschreiben.
• Nichtnewtonsche Fluide zeigen ein komplexeres Fließverhalten. Dieses wird in der Rheologie untersucht, der Lehre vom Verformen und Fließen von Stoffen.

Viskoelastische Stoffe bilden einen Sonderfall: Diese Flüssigkeiten können sich unter bestimmten Umständen wie elastische Feststoffe verhalten.

Unterschied zwischen Flüssigkeiten und Gasen

Flüssigkeiten besitzen aufgrund ihrer Oberflächenspannung eine freie Oberfläche und sind tropfbar. Gase bilden dagegen keine freie Oberfläche. Dieser Unterschied trennt Flüssigkeiten und Gase innerhalb der gemeinsamen Stoffgruppe der Fluide.