Hva er termoelastisitet?

Termoelastisitet er endringen i størrelse og form på en fast gjenstand når temperaturen til det objektet svinger. Materialer som er mer elastiske, vil utvide seg og trekke seg sammen mer enn de materialene som er mer uelastiske. Forskere bruker sin forståelse av termoelastisitet til å designe materialer og gjenstander som tåler temperatursvingninger uten å bryte.

Forskere har forstått likningene som beskriver termoelastisitet i over 100 år, men har nylig begynt på stresstesting av materialer for å finne ut hvor termoelastiske de er. Ved å utsette materialer for stigende og synkende temperaturer, er ingeniører i stand til å forutsi hvor mye disse materialene vil ekspandere eller trekke seg sammen ved forskjellige temperaturer. Denne kunnskapen er viktig når du bygger maskiner eller vektbærende strukturer med brikker som må passe tett sammen. Å forstå prinsippene for termoelastisitet hjelper ingeniører med å designe ting som opprettholder deres strukturelle integritet for en rekke temperaturer.

Prinsippene for termoelastisitet har påvirket måten ingeniører designer et antall forskjellige objekter. Å vite at betong utvides når den for eksempel blir oppvarmet, er grunnen til at fortauet er designet med små mellomrom mellom platene. Uten disse mellomrommene ville betongen ikke ha rom for å ekspandere, forårsake mye belastning på materialet og føre til sprekker, brudd eller hull. På samme måte er broer designet med ekspansjonsfuger slik at komponentene kan utvides når de blir oppvarmet.

Alle materialer som er elastiske, utvides når de blir oppvarmet og trekker seg sammen når de er avkjølt. Utvidelsen som er beskrevet av termoelastisitetsformler, er forårsaket av en økning i atomenes bevegelse i materialet. Disse atomene forblir knyttet til hverandre når et fast stoff varmer, men de molekylære bindningene vokser i størrelse, slik at atomene kan bevege seg fra hverandre og får materialet til å vokse. Motsatt, når et materiale er avkjølt, beveger atomene seg mindre, og bindingene trekker dem nærmere hverandre.

Prinsippene for termoelastisitet tilsier at utvidelsen forårsaket av en økning i temperatur vil føre til at et objekt utvides i alle retninger. Betongplater utvides ut mot hverandre, opp vekk fra bakken og ned mot bakken når de varmes opp. Kopper eller andre fartøy vil utvide seg i alle retninger også på en slik måte at det totale volumet de kan inneholde øker sammen med størrelsen på fartøyet. Spesifikke formler brukes i studiet av termoelastisitet for å beskrive hvordan gjenstander endrer seg i form med endringer i temperatur.