Qu'est-ce que la thermoélasticité?
La thermoélasticité est le changement de taille et de forme d'un objet solide en fonction de la température de cet objet. Les matériaux plus élastiques se dilatent et se contractent plus que ceux qui sont plus inélastiques. Les scientifiques utilisent leur compréhension de la thermoélasticité pour concevoir des matériaux et des objets capables de résister aux fluctuations de température sans se rompre.
Les scientifiques ont compris les équations qui décrivent la thermoélasticité pendant plus de 100 ans mais n’ont commencé que récemment à tester les matériaux sous contrainte afin de déterminer leur thermoélasticité. En soumettant les matériaux à des températures en hausse et en baisse, les ingénieurs sont en mesure de prédire l'ampleur de leur expansion ou de leur contraction à différentes températures. Cette connaissance est importante lors de la construction de machines ou de structures porteuses avec des pièces devant s'assembler étroitement. Comprendre les principes de la thermoélasticité aide les ingénieurs à concevoir des objets qui conservent leur intégrité structurelle pour une plage de températures étendue.
Les principes de la thermoélasticité ont affecté la manière dont les ingénieurs ont conçu plusieurs objets. Par exemple, savoir que le béton se dilate lorsqu'il est chauffé est la raison pour laquelle les trottoirs sont conçus avec de petits espaces entre les dalles. Sans ces espaces, le béton ne pourrait pas se dilater, ce qui causerait beaucoup de contraintes sur le matériau et provoquerait des fissures, des bris ou des trous. De même, les ponts sont conçus avec des joints de dilatation pour permettre aux composants de se dilater lorsqu'ils sont chauffés.
Tous les matériaux élastiques se dilatent au chauffage et se contractent au refroidissement. La dilatation décrite par les formules de thermoélasticité est provoquée par une augmentation du mouvement des atomes dans le matériau. Ces atomes restent liés les uns aux autres lorsqu'un solide chauffe, mais les liaisons moléculaires grossissent, ce qui permet aux atomes de s'éloigner les uns des autres et de faire croître le matériau. Inversement, lorsqu'un matériau est refroidi, les atomes bougent moins et les liaisons les rapprochent les uns des autres.
Les principes de la thermoélasticité dictent que la dilatation provoquée par une augmentation de la température provoquera la dilatation d'un objet dans toutes les directions. Les dalles de béton s'étendent l'une vers l'autre, en s'éloignant du sol et en descendant vers le sol lorsqu'elles sont chauffées. Les coupes ou autres vaisseaux s’agrandissent également dans toutes les directions, de sorte que le volume total qu’ils peuvent contenir augmente avec la taille du vaisseau. Des formules spécifiques sont utilisées dans l’étude de la thermoélasticité pour décrire comment les objets changent de forme avec les changements de température.