Volumenanteilen

Volumenanteil, auch Volumenfraktion genannt, bezeichnet den Anteil einer Komponente i am Gesamtvolumen eines Mehrkomponenten-Systems. Der Volume fraction φ_i wird definiert als φ_i = V_i / V_total, wobei V_i das Volumen der Komponente i und V_total das Gesamtsvolumen ist. Die Größenordnungen sind dimensionslos und oft als Prozentwert angegeben. In einem System mit N Komponenten gilt allgemein, dass die Summe der Volumenanteile 1 ergibt. Wird zusätzlich Porenraum berücksichtigt, bildet dieser einen eigenen Volumenanteil φ_pore = V_pore / V_total.

Berechnung und Messung: In vielen praktischen Fällen lässt sich der Volumenanteil aus Massenanteilen w_i und Dichten ρ_i ableiten, nämlich φ_i = (w_i/ρ_i) / Σ_j (w_j/ρ_j). Bildgebende Verfahren wie Mikroskopie oder Computertomographie dienen ebenfalls der Bestimmung der Volumenanteile. Gravimetrische Methoden in Kombination mit Archimedes’ Prinzip können genutzt werden, insbesondere bei homogenen Proben, um Volumenanteile aus gemessenen Dichten abzuleiten.

Bedeutung und Anwendungen: Volumenanteile spielen eine zentrale Rolle bei der Vorhersage der Eigenschaften von Lagern, Verbundwerkstoffen und Gemischen. Sie beeinflussen mechanische Eigenschaften wie Festigkeit und Steifigkeit, thermische und elektrische Leitfähigkeit sowie Diffusions- und Transportprozesse. In vielen einfachen Modellen erscheinen Volumenanteile als gewichtende Größen; komplexere Modelle berücksichtigen zusätzlich Interfacialeffekte, Orientierung und Geometrie der Phasen.

Zusammengefasst ist der Volumenanteil ein grundlegender Beschreiber der Zusammensetzung in Mehrphasen-Systemen und steht in enger Beziehung zu Massenanteil, Dichte und den daraus resultierenden Materialeigenschaften.