Lineaarse laienemise rakendamine inseneritöös

Raudteed ja sillad võivad vajada paisumisvuuke. Metallist kuumaveeküttetorusid ei tohiks kasutada pikkade, lineaarsete pikkustega. Skaneerivad elektroonilised mikroskoobid peavad tuvastama temperatuuri väikesi muutusi, et muuta nende asukohta fookuspunkti suhtes. Vedelates termomeetrites kasutatakse elavhõbedat või alkoholi, mistõttu vedeliku paisumisel temperatuuri muutuste tõttu voolavad nad ainult ühes suunas. Kõik need näited näitavad, kuidas materjalid kuumuse mõjul pikenevad.

TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)

Tahke aine lineaarset laienemist temperatuuri muutuse korral saab mõõta, kasutades Δℓ / ℓ = αΔT ja seda on võimalik kasutada tahkete ainete paisumise ja kokkutõmbumise viisides igapäevaelus. Objekti üksteisele sobitamisel on objekti koormusel mõju inseneritööle.

Kui tahke materjal paisub vastusena temperatuuri tõusule (termiline paisumine), võib see lineaarse laienemise protsessis pikeneda.

Tahke aine pikkuse ℓ korral saate mõõta temperatuuri muutusest tingitud Δℓ pikkuse erinevust ΔT, et määrata tahke aine soojuspaisumiskoefitsient võrrandi järgi:

laienemise ja kokkutõmbumise näitlikuks rakendamiseks.

See võrrand eeldab siiski, et rõhu muutus on väikese murdosa pikkuse muutuse korral tühine. Seda suhet Δℓ / ℓ tuntakse ka kui materjali tüve, mida tähistatakse kui ϵ_soojus. Tüve, materjali reaktsioon stressile, võib põhjustada selle deformatsiooni.

Materjali paisumiskiiruse määramiseks proportsionaalselt materjali kogusega saate kasutada tööriistakasti Lineaarpaisutuse koefitsiente. See võib teile öelda, kui palju materjali laieneb, lähtudes sellest, kui palju teil sellest materjalist on, samuti kui palju temperatuuri muutusi rakendate laienduse rakendamiseks füüsikas.

Kui soovite tiheda purgi avada, võite selle kaane veidi laiendamiseks ja avamise hõlbustamiseks kuuma vee all lasta. Seda seetõttu, et kui aineid, nagu tahkeid aineid, vedelikke või gaase, kuumutatakse, on nende keskminemolekulaarne kineetiline energia tõuseb. Materjalis vibreerivate aatomite keskmine energia suureneb. See suurendab aatomite ja molekulide eraldumist, mis paneb materjali paisuma.

Kuigi see võib põhjustada faasimuutusi nagu jää sulamine veeks, on termiline paisumine temperatuuri tõusu otsesem tulemus. Selle kirjeldamiseks kasutate lineaarset soojuspaisumistegurit.

Materjalid võivad laieneda või kokkutõmbuda vastusena nendele keemilistele muutustele, mis toovad kaasa ulatusliku muutuse suuruses need väikesemahulised keemilised ja termodünaamilised protsessid võivad samamoodi laieneda sillad ja ehitised äärmuslikes tingimustes kuumus. Insenertehnikas saate mõõta tahke aine pikkuse muutumist soojuspaisumise tõttu.

​Anisotroopne materjals, need, mis erinevad oma sisult eri suundades, võivad sõltuvalt suunast olla erinevad lineaarse paisumisteguriga. Nendel juhtudel võite kasutada tenoreid termilise paisumise kirjeldamiseks tenorina - maatriksina, mis kirjeldab soojuspaisumistegurit igas suunas: x, y ja z.

​Polükristallilinematerjalid, mis moodustavad peaaegu nullmikroskoopiliste soojuspaisumisteguritega klaasi, on tulekindlate materjalide, näiteks ahjude ja põletusahjude jaoks väga kasulikud. Tensorid saavad neid koefitsiente kirjeldada, arvestades nende anisotroopsete materjalide lineaarse laienemise erinevaid suundi.

Kordieriit, silikaatmaterjal, millel on üks positiivne soojuspaisumistegur ja üks negatiivne, tähendab, et selle tensor kirjeldab ruumala muutust sisuliselt nulliga. See teeb sellest ideaalse aine tulekindlate materjalide jaoks.

Norra arheoloog esitas teooria, et viikingid kasutasidkordieriitet aidata neil sajandeid tagasi meredel liikuda. Islandil kasutasid nad suurte läbipaistvate kordieriidi üksikkristallidega kordieriidist valmistatud päikesekive, mis seda võimaldasid polariseerige valgus teatud suunas ainult kristalli teatud suundades, et lasta neil pilves liikuda, pilves päevad. Kuna kristallid paisuksid isegi madala soojuspaisumisteguriga, näitasid nad erksat värvi.

Insenerid peavad ehitiste, näiteks hoonete ja sildade projekteerimisel arvestama objektide laienemise ja kokkutõmbumisega. Maamõõduliste kauguste mõõtmisel või kuumade materjalide vormide ja mahutite kujundamisel peavad nad seda tegema Arvestage, kui palju võib maa või klaas paisuda vastusena nende temperatuurimuutustele kogemus.

​Termostaadidtugineda üksteisele asetatud kahe erineva õhukese metalliriba bimetallribadele, nii et üks laieneb temperatuuri muutuste tõttu palju olulisemalt kui teine. See põhjustab riba paindumist ja kui see sulgub, sulgeb see elektriahela silmuse.

See põhjustab konditsioneeri käivitamise ja termostaadi väärtuste muutmisega muutub riba vaheline kaugus vooluahela sulgemiseks. Kui välistemperatuur jõuab soovitud väärtuseni, tõmbub metall ahela avamiseks ja kliimaseadme peatamiseks. See on üks paljudest laienemise ja kokkutõmbumise näidisviisidest.

Metallkomponentide eelsoojendamisel temperatuuril 150 ° C kuni 300 ° C paisuvad need, nii et neid saab sisestada teise kambrisse, protsessi, mida nimetatakse induktsioon-kokkutõmbumisega. UltraFlex Power Technologies meetodid on hõlmanud teflon-isolatsiooni induktsioonist kokkutõmbumist traadile, kuumutades induktsioonpooli abil roostevabast terasest toru temperatuurini 350 ° C.

Termilise paisumise abil saab mõõta tahkete ainete küllastumist aja jooksul neelduvate gaaside ja vedelike vahel. Saate seadistada katse, et mõõta kuivatatud ploki pikkust enne ja pärast seda, kui lasete sellel aja jooksul vett imada. Pikkuse muutus võib anda soojuspaisumisteguri. Seda saab praktiliselt kasutada selleks, et teha kindlaks, kuidas hooned aja jooksul õhku paisudes laienevad.

Lineaarsed soojuspaisumistegurid varieeruvad selle aine sulamistemperatuuri pöördvõrdelisena. Kõrgemate sulamistemperatuuridega materjalidel on madalamad lineaarsed soojuspaisumistegurid. Numbrid jäävad vahemikku umbes 400 K väävli korral kuni umbes 3700 volframi puhul.

Soojuspaisumistegur varieerub ka materjali enda temperatuuri järgi (eriti kas klaasistumistemperatuur on olnud) risti), materjali struktuur ja kuju, kõik katses osalevad lisandid ja potentsiaalne ristsidumine toote polümeeride vahel aine.

​Amorfsed polümeeridSellistel, millel pole kristallilisi struktuure, on tavaliselt madalamad soojuspaisumistegurid kui poolkristallilistel. Klaasist on naatrium kaltsiumränioksiidklaasil või sooda-lubi silikaatklaasil üsna madal koefitsient 9, kus borosilikaatklaas on klaasobjektide valmistamiseks 4,5.

Termiline paisumine varieerub tahkete ainete, vedelike ja gaaside vahel. Tahked ained hoiavad tavaliselt oma kuju, kui neid ei piira konteiner. Nad laienevad, kui nende ala muutub nende algse ala suhtes protsessis, mida nimetatakse ala laiendamiseks või pealiskaudne laienemine, samuti nende mahu muutumine algse mahu suhtes läbi mahu laienemine. Need erinevad mõõtmed võimaldavad mõõta tahkete ainete paisumist mitmel kujul.

Vedeliku paisumine toimub palju tõenäolisemalt konteineri kujul, nii et saate selle selgitamiseks kasutada mahupaisumist. Tahkete ainete lineaarne soojuspaisumistegur onα, vedelike koefitsient onβja gaaside soojuspaisumine on ideaalne gaasiseadus

surve jaoksP, mahtV, muttide arvn, gaasikonstantRja temperatuurT​.