Hvad er termoelasticitet?

Termoelasticitet er ændringen i størrelsen og formen på et fast objekt, når temperaturen på dette objekt svinger. Materialer, der er mere elastiske, vil ekspandere og sammentrykke mere end de materialer, der er mere uelastiske. Forskere bruger deres forståelse af termoelasticitet til at designe materialer og genstande, der kan modstå svingninger i temperaturen uden at bryde.

Forskere har forstået ligningerne, der beskriver termoelastisitet i over 100 år, men har kun for nylig begyndt stresstestmaterialer for at bestemme, hvor termoelastiske de er. Ved at udsætte materialer for stigende og faldende temperaturer er ingeniører i stand til at forudsige, hvor meget disse materialer vil ekspandere eller sammentrække ved forskellige temperaturer. Denne viden er vigtig, når man bygger maskiner eller vægtbærende strukturer med stykker, der skal passe tæt sammen. At forstå principperne for termoelasticitet hjælper ingeniører med at designe ting, der opretholder deres strukturelle integritet i en række temperaturer.

Principperne for termoelasticitet har påvirket den måde, ingeniører designer et antal forskellige objekter. At vide, at beton ekspanderer, når den for eksempel opvarmes, er grunden til, at fortovene er designet med små mellemrum mellem pladerne. Uden disse mellemrum ville betonen ikke have plads til at udvide sig, hvilket forårsager en stor belastning på materialet og fører til revner, brud eller huller. På samme måde er broer designet med ekspansionsfuger, så komponenterne kan ekspanderes, når de opvarmes.

Alle materialer, der er elastiske, udvides, når de opvarmes og trækkes sammen, når de afkøles. Den udvidelse, der er beskrevet af formler til termoelasticitet, er forårsaget af en stigning i bevægelsen af ​​atomer i materialet. Disse atomer forbliver knyttet til hinanden som et fast opvarmning, men de molekylære bindinger vokser i størrelse, hvilket tillader atomer at bevæge sig væk fra hinanden og får materialet til at vokse. Omvendt, når et materiale afkøles, bevæger atomerne sig mindre, og bindingerne trækker dem tættere på hinanden.

Principperne for termoelasticitet dikterer, at udvidelsen forårsaget af en stigning i temperaturen får en genstand til at ekspandere i alle retninger. Betonplader ekspanderer ud mod hinanden, op væk fra jorden og ned mod jorden, når de opvarmes. Kopper eller andre fartøjer udvides også i alle retninger på en sådan måde, at det samlede volumen, de kan indeholde, stiger sammen med størrelsen på fartøjet. Specifikke formler bruges i studiet af termoelasticitet til at beskrive, hvordan objekter ændrer sig i form med ændringer i temperatur.