Примена линеарног ширења у инжењерству

Железницама и мостовима могу бити потребни дилатациони зглобови. Металне цеви за загревање воде не смеју се користити у дугим, линеарним дужинама. Скенирајући електронски микроскопи морају да открију ситне промене температуре како би променили свој положај у односу на тачку фокуса. Течни термометри користе живу или алкохол, па теку у само једном смеру како се течност шири услед промена температуре. Сваки од ових примера показује како се материјали шире топлотом у дужини.

ТЛ; ДР (предуго; Нисам прочитао)

Линеарно ширење чврсте супстанце под променом температуре може се мерити помоћу Δℓ / ℓ = αΔТ и има примене на начине на које се чврсте материје шире и скупљају у свакодневном животу. Сој који предмет претрпи има импликације на инжењерство када се објекти међусобно уклапају.

Када се чврсти материјал прошири као одговор на повећање температуре (термичко ширење), може се повећати у дужини у процесу познатом као линеарно ширење.

За чврсту супстанцу дужине ℓ можете да измерите разлику у дужини Δℓ због промене температуре ΔТ да бисте одредили α, коефицијент топлотног ширења за чврсту супстанцу према једначини:

за пример примене проширења и стезања.

Ова једначина, међутим, претпоставља да је промена притиска занемарљива за малу делимичну промену дужине. Овај однос Δℓ / ℓ познат је и као деформација материјала, означена као ϵ_{термичка}. Сој, одговор материјала на стрес, може довести до његове деформације.

Можете користити Коефицијенте линеарног ширења Енгинееринг Тоолбок-а да бисте одредили брзину ширења материјала пропорционално количини тог материјала. Може вам рећи колико се материјал шири на основу тога колико тог материјала имате, као и колику промену температуре примените за примену проширења у физици.

Ако желите да отворите тесну теглу, можете је пустити под врућом водом да бисте мало проширили поклопац и олакшали отварање. То је зато што, када се супстанце, попут чврстих материја, течности или гасова, загревају, њихов просек јемолекуларна кинетичка енергија расте. Просечна енергија атома који вибрирају у материјалу се повећава. Ово повећава раздвајање атома и молекула због чега се материјал шири.

Иако ово може проузроковати фазне промене попут топљења леда у води, топлотна експанзија је генерално директнији резултат повећања температуре. За описивање користите линеарни коефицијент топлотног ширења.

Материјали се могу проширити или скупити као одговор на ове хемијске промене доносећи велику промену величине ови мали хемијски и термодинамички процеси на приближно исти начин на који се мостови и зграде могу проширити у екстремним условима топлота. У инжењерству можете измерити промену дужине чврсте супстанце услед топлотног ширења.

​Анизотропни материјалс, они који се разликују у својој супстанци у различитим правцима, могу имати различите коефицијенте линеарног ширења у зависности од смера. У тим случајевима можете користити тензоре да бисте термичко ширење описали као тензор, матрицу која описује коефицијент топлотног ширења у сваком смеру: к, и и з.

​Поликристалниматеријали који чине стакло са готово нултим микроскопским коефицијентима топлотног ширења врло су корисни за ватросталне материјале као што су пећи и спалионице. Тензори могу да опишу ове коефицијенте рачунајући различите правце линеарног ширења у овим анизотропним материјалима.

Цордиерите, силикатни материјал који има један позитиван коефицијент топлотног ширења и један негативан, значи да његов тензор описује промену запремине у основи нула. То га чини идеалном супстанцом за ватросталне материјале.

Норвешки археолог је изнео теорију да су Викинзи користили топлотну експанзијукордиеритда им помогне да се крећу морима пре векова. На Исланду су са великим, прозирним монокристалима кордиерита користили камење за сунчање од кордиерита који је могао поларизују светлост у одређеном смеру само у одређеним оријентацијама кристала како би им омогућили да се крећу облачно, облачни дани. Како би се кристали ширили у дужини чак и са малим коефицијентом топлотног ширења, показали су светлу боју.

Инжењери морају размотрити како се предмети шире и скупљају приликом пројектовања грађевина попут зграда и мостова. Приликом мерења растојања за снимање земљишта или пројектовања калупа и контејнера за вруће материјале, они то морају рачунајте колико се земља или чаша могу проширити као одговор на промене температуре искуство.

​Термостатиослањати се на биметалне траке две различите танке траке метала постављене једну на другу, па се једна због промена температуре шири много значајније од друге. То доводи до савијања траке и, када се то догоди, затвара петљу електричног кола.

То доводи до покретања клима уређаја, а променом вредности термостата мења се растојање између траке за затварање круга. Када спољна температура достигне жељену вредност, метал се уговара да отвори круг и заустави клима уређај. Ово је један од многих примера коришћења експанзије и стезања.

Када се претходно загревају металне компоненте између 150 ° Ц и 300 ° Ц, оне се шире, па се могу уметнути у други одељак, поступак познат као индукционо скупљање. Методе УлтраФлек Повер Тецхнологиес укључују индукциону стезну уградњу тефлонске изолације на жицу загревањем цеви од нерђајућег челика на 350 ° Ц помоћу индукционе завојнице.

Термичко ширење се може користити за мерење засићења чврстих супстанци гасовима и течностима које апсорбује током времена. Можете да подесите експеримент за мерење дужине осушеног блока пре и после пуштања да временом упије воду. Промена дужине може дати топлотни коефицијент ширења. Ово има практичну употребу при одређивању како се зграде временом шире када су изложене ваздуху.

Коефицијенти линеарног топлотног ширења варирају као инверзна тачка топљења те супстанце. Материјали са вишим тачкама топљења имају ниже коефицијенте линеарног топлотног ширења. Бројеви се крећу од око 400 К за сумпор до око 3700 за волфрам.

Коефицијент топлотног ширења такође варира у зависности од температуре самог материјала (посебно да ли је температура преласка у стакло била укрштене), структуру и облик материјала, све адитиве који су укључени у експеримент и потенцијално умрежавање међу полимерима супстанца.

​Аморфни полимери, они без кристалних структура, имају тенденцију да имају ниже коефицијенте топлотног ширења од полукристалних. Међу стаклом, натријум-калцијум-силицијум-оксидно стакло или натријум-креч-силикатно стакло имају прилично низак коефицијент 9, где има боросиликатно стакло које се користи за израду стаклених предмета 4,5.

Термичко ширење варира између чврстих тела, течности и гасова. Чврсте материје обично задржавају облик уколико их не ограничава контејнер. Они се шире како се њихово подручје мења у односу на првобитно подручје у процесу који се назива површинско ширење или површинско ширење, као и њихова промена запремине у односу на првобитну запремину кроз волуметријску проширење. Ове различите димензије омогућавају вам мерење ширења чврстих тела у многим облицима.

Експанзија течности је много вероватнија да има облик контејнера, тако да за то можете објаснити волуметријско ширење. Линеарни коефицијент топлотног ширења за чврсте материје јеα, коефицијент за течности јеβа топлотна експанзија гасова је закон о идеалном гасу

за притисакП., запреминаВ., број мадежан, гасна константаР.и температуреТ.​.