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 udvide og sammentrække mere end de materialer, der er mere uelastiske.Forskere bruger deres forståelse af termoelasticitet til at designe materialer og genstande, der kan modstå udsving i temperaturen uden at bryde.

Forskere har forstået ligningerne, der beskriver termoelasticitet i over 100 år, men er først for nylig begyndt stresstestmaterialer for at bestemme, hvor termoelastisk de er.Ved at udsætte materialer for stigende og faldende temperaturer er ingeniører i stand til at forudsige, hvor meget disse materialer vil udvide 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 for en række temperaturer.

Termoelasticitetsprincipperne har påvirket den måde, hvorpå ingeniører designer en række forskellige genstande.At vide, at beton udvides, når den for eksempel opvarmes, er grunden til, at fortove er designet med små rum mellem pladerne.Uden disse rum ville betonen ikke have plads til at udvide sig, forårsage stor stress på materialet og føre til revner, pauser eller huller.Ligeledes er broer designet med ekspansionsfuger for at give komponenterne mulighed for at udvide, når de opvarmes.

Alle materialer, der er elastisk, udvides, når de opvarmes og sammentrækkes, når de afkøles.Den udvidelse, der er beskrevet af termoelasticitetsformler, er forårsaget af en stigning i bevægelsen af atomerne i materialet.Disse atomer forbliver forbundet med hinanden som en fast opvarmning, men de molekylære bindinger vokser i størrelse, hvilket gør det muligt for atomerne at bevæge sig væk fra hinanden og få 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 vil få et objekt til at udvide i alle retninger.Betonplader udvides mod hinanden, op væk fra jorden og ned mod jorden, når de opvarmes.Kopper eller andre fartøjer vil også udvide sig i alle retninger på en sådan måde, at det samlede volumen, de kan indeholde stigninger sammen med størrelsen på fartøjet.Specifikke formler bruges i studiet af termoelasticitet for at beskrive, hvordan genstande ændres i form med ændringer i temperatur.