Co to jest termoelastyczność?

Termoelastyczność to zmiana wielkości i kształtu ciała stałego w miarę zmian temperatury tego obiektu. Materiały bardziej elastyczne będą się rozszerzać i kurczyć bardziej niż te, które są bardziej nieelastyczne. Naukowcy wykorzystują swoją wiedzę na temat termoelastyczności do projektowania materiałów i przedmiotów, które mogą wytrzymać wahania temperatury bez pękania.

Naukowcy rozumieli równania opisujące termoelastyczność od ponad 100 lat, ale dopiero niedawno rozpoczęli badania wytrzymałościowe w celu ustalenia ich termoelastyczności. Poddając materiały rosnącym i spadającym temperaturom, inżynierowie są w stanie przewidzieć, jak bardzo będą się one rozszerzać lub kurczyć w różnych temperaturach. Ta wiedza jest ważna przy budowie maszyn lub konstrukcji nośnych z elementami, które muszą ściśle do siebie pasować. Zrozumienie zasad termoelastyczności pomaga inżynierom projektować rzeczy, które zachowują swoją integralność strukturalną w różnych temperaturach.

Zasady termoelastyczności wpłynęły na sposób, w jaki inżynierowie projektują wiele różnych obiektów. Na przykład świadomość, że beton rozszerza się podczas ogrzewania, powoduje, że chodniki są zaprojektowane z niewielkimi odstępami między płytami. Bez tych przestrzeni beton nie miałby miejsca na rozszerzanie się, powodując duże obciążenie materiału i prowadząc do pęknięć, pęknięć lub dziur. Podobnie mosty są zaprojektowane z dylatacjami, aby umożliwić rozszerzanie się komponentów podczas ich podgrzewania.

Wszystkie elastyczne materiały rozszerzają się po podgrzaniu i kurczą po schłodzeniu. Ekspansja opisywana przez wzory termoelastyczne jest spowodowana wzrostem ruchu atomów w materiale. Atomy te pozostają ze sobą połączone jak ciało stałe, ale wiązania molekularne powiększają się, umożliwiając atomom odsuwanie się od siebie i powodując wzrost materiału. I odwrotnie, gdy materiał jest chłodzony, atomy poruszają się mniej, a wiązania przyciągają je bliżej siebie.

Zasady termoelastyczności dyktują, że ekspansja spowodowana wzrostem temperatury spowoduje ekspansję obiektu we wszystkich kierunkach. Płyty betonowe rozszerzają się ku sobie, z dala od ziemi i w dół w kierunku ziemi, gdy są ogrzewane. Kubki lub inne naczynia będą również rozszerzać się we wszystkich kierunkach w taki sposób, że całkowita objętość, jaką mogą one zawierać, rośnie wraz z wielkością naczynia. W badaniach termoelastyczności stosowane są określone wzory, aby opisać, jak kształty zmieniają się wraz ze zmianami temperatury.