熱弾性とは

熱弾性とは、固体オブジェクトの温度が変動するにつれて、そのサイズと形状が変化することです。 より弾性のある材料は、より非弾性の材料よりも大きく伸縮します。 科学者は、熱弾性の理解を活用して、破損することなく温度の変動に耐えることができる材料とオブジェクトを設計します。

科学者は、100年以上にわたって熱弾性を記述する方程式を理解してきましたが、材料がどのように熱弾性であるかを判断するために材料のストレステストを開始したのはごく最近です。 材料を温度の上昇と下降にさらすことにより、エンジニアはこれらの材料が異なる温度でどれだけ膨張または収縮するかを予測できます。 この知識は、機械または重量を支える構造物を、密接に適合させる必要のある部品で構築するときに重要です。 熱弾性の原理を理解することは、エンジニアがさまざまな温度で構造の完全性を維持するものを設計するのに役立ちます。

熱弾性の原理は、エンジニアがさまざまなオブジェクトを設計する方法に影響を与えています。 たとえば、コンクリートが加熱されると膨張することを知っていることが、スラブ間に小さなスペースを設けて歩道を設計する理由です。 これらのスペースがないと、コンクリートは膨張する余地がなく、材料に大きなストレスがかかり、ひび割れ、破損、穴が生じます。 同様に、ブリッジには伸縮継手が設計されており、コンポーネントが加熱されるとコンポーネントが拡張できるようになっています。

弾性のあるすべての材料は、加熱すると膨張し、冷却すると収縮します。 熱弾性公式によって記述される膨張は、材料内の原子の動きの増加によって引き起こされます。 これらの原子は、固体の熱として互いに結合したままですが、分子結合のサイズが大きくなり、原子が互いに離れるようになり、材料が成長します。 逆に、材料が冷却されると、原子の移動が少なくなり、結合が原子を互いに引き寄せます。

熱弾性の原理は、温度の上昇によって引き起こされる膨張により、物体がすべての方向に膨張することを示しています。 コンクリートのスラブは、互いに向かって膨張し、地面から離れ、加熱されると地面に向かって広がります。 カップまたは他の容器は、容器のサイズとともにそれらが含むことができる総体積が増加するように、すべての方向にも拡張します。 熱弾性の研究では、特定の公式を使用して、温度の変化に伴うオブジェクトの形状の変化を説明します。