Co je termoelasticita?

Termoelasticita je změna velikosti a tvaru pevného objektu, protože teplota tohoto objektu kolísá. Pružnější materiály se roztahují a stahují více než ty materiály, které jsou nepružnější. Vědci využívají své chápání termoelasticity k navrhování materiálů a předmětů, které odolávají kolísání teploty bez přerušení.

Vědci pochopili rovnice, které popisují termoelasticitu více než 100 let, ale teprve nedávno začaly materiály pro testování stresu, aby určily, jak jsou termoelastické. Při vystavení materiálů rostoucím a klesajícím teplotám jsou inženýři schopni předpovídat, jak moc se tyto materiály budou při různých teplotách roztahovat nebo stahovat. Tato znalost je důležitá při stavbě strojů nebo nosných konstrukcí s kousky, které musí těsně přiléhat. Porozumění principům termoelasticity pomáhá konstruktérům navrhovat věci, které udržují jejich strukturální integritu pro různé teploty.

Zásady termoelasticity ovlivnily způsob, jakým inženýři navrhují řadu různých objektů. Například vědění, že se beton při zahřívání roztahuje, je příčinou toho, že chodníky jsou navrženy s malými mezerami mezi deskami. Bez těchto prostorů by beton neměl prostor pro expanzi, což by způsobovalo velké napětí na materiálu a vedlo by k prasklinám, prasklinám nebo otvorům. Podobně jsou mosty konstruovány s dilatačními spáry, které umožňují expanzi součástí při jejich zahřívání.

Všechny materiály, které jsou elastické, se při zahřívání roztahují a při ochlazování se stahují. Expanze, která je popsána vzorci termoelasticity, je způsobena zvýšeným pohybem atomů v materiálu. Tyto atomy zůstávají spolu navzájem spojeny jako pevné teplo, ale molekulární vazby rostou ve velikosti, což umožňuje atomům pohybovat se od sebe a způsobit růst materiálu. Naopak, když se materiál ochladí, atomy se pohybují méně a vazby je přitahují blíže k sobě.

Zásady termoelasticity diktují, že expanze způsobená zvýšením teploty způsobí expanzi objektu ve všech směrech. Betonové desky se rozpínají směrem k sobě, nahoru od země a dolů, když jsou zahřívány. Poháry nebo jiné nádoby se také rozšíří ve všech směrech tak, aby se celkový objem, který mohou obsahovat, zvětšil spolu s velikostí nádoby. Specifické vzorce se používají ve studii termoelasticity k popisu toho, jak se objekty mění ve tvaru se změnami teploty.