![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Тепловое расширение
Все твердые объекты с ростом температуры увеличиваются в объеме, что происходит в результате колебательного движения атомов и молекул. При увеличении температуры среднее расстояние между атомами растет, что приводит к расширению всего твердого тела. Изменение любого линейного размера (длины, ширины или высоты) называется линейным расширением. Длина объекта L2 при температуре Тг связана с первоначальной длиной l1 соответствующей температуре Т1 следующим соотношением:
где а называется коэффициентом линейного расширения. Для разных материалов значения а неодинаковые. Этот коэффициент определяется как:
где Δ Т= Т2 — Тг В Приложении приведены значения коэффициентов линейного расширения для различных материалов (более точно тепловое расширение можно описать при помощи полиномов высокого порядка: 12 = 11[1+α 1(Т2-Т1) + α 2 (Т2-Т1)2+α 3(Т2-Т])3+…]; однако на практике линейной аппроксимации обычно бывает достаточно). Строго говоря, коэффициент α зависит от действительной температуры. Однако для большинства практических применений небольшими изменениями α можно пренебречь. Для, так называемых, изотропных материалов, коэффициенты расширения в любом направлении равны. Небольшие изменения площади объекта и его объема с высокой степенью точности можно выразить при помощи следующих выражений"
Тепловое расширение — очень полезное физическое явление, на основе которого реализовано много датчиков, которые либо измеряют тепловую энергию, либо используют ее в качестве сигнала возбуждения. Рассмотрим многослойную структуру, состоящую из двух пластин X и У, склеенных друг с другом (рис.3.38А). Пластины имеют одинаковые толщину и площадь поверхности и идентичные модули упругости, но разные коэффициенты теплового расширения' α 1и α 2(α 1> α г). Пластины прикреплены с левой стороны к опорной стене. При нагреве пластин, т.е. изменении их температуры с T1 до Т2, пластина X увеличится больше, чем пластина У. Зона скрепления двух пластин не позволит пластине X расширяться равномерно, одновременно, заставляя пластину У увеличиваться больше, чем требует ее коэффициент а. Все это приводит к возникновению внутреннего напряжения, в результате которого структура прогибается вниз. И, наоборот, в случае охлаждения пластин вся структура изогнется вверх. Радиус изгиба можно оценить при помощи выражения [36]:
В результате изгиба максимальное отклонение наблюдается на свободном конце конструкции. Это отклонение может служить мерой изменения температуры. Предполагается, что при калибровочной температуре структура занимает горизонтальное положение; хотя это не всегда так, поскольку форма структуры при калибровке диктуется условиями конкретной задачи Фактически, биметаллическая структура является преобразователем температуры в перемещение.
|