Comprendre l'expansion thermique
* les bases: Tous les solides se développent lorsqu'ils sont chauffés et se contractent lorsqu'ils sont refroidis. Cela est dû à l'augmentation de la vibration des atomes dans le matériau, les faisant occuper plus d'espace.
* Facteurs affectant l'expansion:
* Matériel: Différents matériaux se développent à différents taux. L'acier s'étend plus que l'aluminium, par exemple.
* Changement de température: Plus le changement de température est grand, plus l'expansion est grande.
* Taille d'origine: Des objets plus grands se développent plus que les plus petits, même avec le même changement de température.
Stratégies de rémunération
1. Considérations de conception:
* Erpes d'expansion: Laissez des lacunes délibérées dans les structures ou les composants pour permettre l'expansion et la contraction. Ceci est couramment observé dans les ponts de pont, les voies ferrées et les façades du bâtiment.
* Connexions flexibles: Utilisez des matériaux ou des connexions flexibles pour accueillir l'expansion et prévenir l'accumulation de contrainte. Cela peut inclure des joints d'expansion dans les routes, des soufflettes dans les tuyaux ou des couplages flexibles dans les machines.
* pré-stress: Dans certains cas, les matériaux sont intentionnellement pré-stressés pour contrer l'expansion. Cela peut être fait en appliquant une tension à des structures comme les ponts pour anticiper l'expansion thermique.
2. Sélection des matériaux:
* Matériaux d'extension thermique faibles: Choisissez des matériaux qui ont un faible coefficient d'expansion thermique (CTE) pour les applications où une expansion minimale est souhaitée. Les exemples incluent:
* invar (alliage nickel-fer): Connu pour une expansion thermique extrêmement faible.
* Céramique: De nombreuses céramiques ont de faibles taux d'expansion.
* Matériaux composites: Conçu pour avoir des propriétés d'expansion spécifiques.
3. Contrôle de la température:
* Isolation: La réduction de la différence de température à travers une structure ou un composant peut réduire considérablement l'expansion.
* Systèmes de refroidissement: L'utilisation de systèmes de refroidissement pour maintenir une température cohérente peut empêcher une expansion excessive.
4. Mécanismes de compensation:
* bandes bimétalliques: Fabriqué de deux métaux différents avec des CTES différents. À mesure que la température change, la bande se plie en raison d'une expansion inégale, qui peut être utilisée pour déclencher des commutateurs ou des dispositifs de contrôle.
* Boucles d'extension: Utilisé dans les tuyaux et autres systèmes pour s'adapter à l'expansion en créant une boucle qui permet le mouvement.
Exemples
* ponts: Des écarts d'extension sont incorporés dans les ponts de pont pour permettre le mouvement en raison des changements de température.
* Tracks ferroviaires: Les petites lacunes entre les rails permettent l'expansion et la contraction sans flambement.
* Systèmes de tuyauterie: Des boucles d'expansion sont utilisées pour s'adapter à l'expansion des pipelines longs.
* Instruments de précision: Invar est utilisé dans les instruments où une expansion minimale est cruciale.
points clés
* Comprendre le coefficient d'expansion thermique (CTE) pour les matériaux utilisés est essentiel.
* La stratégie de compensation spécifique dépendra de l'application, de la plage de température et des propriétés des matériaux.
* Des calculs de conception et d'ingénierie approfondis sont nécessaires pour garantir une compensation appropriée pour l'expansion thermique.
