img214 2

4.5.2. ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA

Rozszerzalność temperaturowa ciał stałych polega na zmianie wymiarów wraz ze zmianą temperatury. Zmiany te określa się za pomocą współczynnika rozszerzalności cieplnej. Rozszerzalność cieplna zależy od struktury i rodzaju wiązań występujących w danym materiale. W kryształach kowalencyjnych i jonowych, gdzie wiązania są bardzo silne, o dużej energii, współczynnik rozszerzalności cieplnej jest mały i wynosi 4-20 • 10~⁵. W kryształach molekularnych o słabych wiązaniach mię-dzycząsteczkowych, w których energia wiązania jest mała, współczynnik rozszerzalności cieplnej jest najwyższy i wynosi 20-50 • 10^-5. Natomiast w kryształach metalicznych (z wyjątkiem metali alkalicznych) współczynnik ten jest najmniejszy i wynosi około 2-13 • 10“⁵. Najmniejszą rozszerzalność cieplną wykazują kryształy w kierunku najkrótszych wiązań.

W tabeli 4.5 podano rozszerzalność cieplną różnych materiałów.

Tabela 4.5

Rozszerzalność cieplna wybranych materiałów

Materiał	Wydłużenie jednego metra substancji przy wzroście temperatury o 100°C [mm]
Aluminium	2,31
Miedź	1,65
Żelazo	1,15
Szkło	0,80

4.5.3. ZDOLNOŚĆ PRZENOSZENIA OBCIĄŻEŃ W PODWYŻSZONEJ TEMPERATURZE

Zmiany, które zachodzą w materiałach wraz ze wzrostem temperatury, mają ogromne znaczenie w przypadku konstrukcji inżynierskich. Jak już wspomniano w rozdz. 4.3, zdolność przenoszenia obciążeń przez materiał w podwyższonej temperaturze zależy od jego budowy wewnętrznej. Ciała krystaliczne i bezpostaciowe zachowują się odmiennie. W ciałach krystalicznych wytrzymałość mechaniczna zmniejsza się nieznacznie w zakresie stanu stałego, natomiast po osiągnięciu temperatury topnienia gwałtownie spada. W ciałach amorficznych wytrzymałość mechaniczna ulega systematycznym, znacznym spadkom w obrębie stanu szklistego i plastycznego, aż do uzyskania stanu lepkopłynnego. Zatem przy stosowaniu materiału narażonego na działanie podwyższonej temperatury niezbędna jest znajomość jego krzywej termomechanicznej.

Zależność odkształcenia od temperatury nazywamy krzywą termomechaniczną. Poniżej, na rysunkach 4.8 i 4.9, przedstawiono krzywe termomechaniczne dla różnych materiałów.