Estrès tèrmic

Mecànica dels medis continus
Lleis Conservació de la massa Conservació de la quantitat de moviment Conservació de l'energia Desigualtat de l'entropia
Mecànica dels sòlids Sòlids Tensió Deformació Compatibilitat Elasticitat lineal Plasticitat Flexió Llei de Hooke Teories de falla Mecànica de la fractura Mecànica de contacte sense fricció amb fricció
Mecànica dels fluids Fluids Hidroestàtica Dinàmica de fluids Equacions de Navier-Stokes Principi de Bernoulli Flotabilitat Viscositat newtonians no newtonians Principi d'Arquimedes Principi de Pascal Pressió Líquids Tensió superficial Capil·laritat Gasos Atmosfera Llei de Boyle Llei de Charles Llei de Gay-Lussac Plasma
Reologia Viscoelasticitat Fluid intel·ligent magnetoreològic electroreològic ferrofluid Reometria Reòmetre
Científics Bernoulli Boyle Cauchy Charles Euler Gay-Lussac Hooke Pascal Newton Navier Stokes

Tensió tèrmica en pel·lícules primes. La tensió de compressió es desenvolupa quan el coeficient de dilatació tèrmica de la pel·lícula és inferior al del substrat. La tensió de tracció es desenvolupa quan el coeficient de dilatació tèrmica de la pel·lícula és superior al del substrat.

En mecànica i termodinàmica, l'estrès tèrmic és l'estrès mecànic creat per qualsevol canvi de temperatura d'un material. Aquests estrès poden provocar fractures o deformació plàstica depenent de les altres variables d'escalfament, que inclouen els tipus de materials i les restriccions. Els gradients de temperatura, l'expansió o contracció tèrmica i els xocs tèrmics són factors que poden provocar estrès tèrmic. Aquest tipus d'estrès depèn en gran manera del coeficient d'expansió tèrmica, que varia d'un material a un altre. En general, com més gran sigui el canvi de temperatura, més alt serà el nivell d'estrès que es pot produir. El xoc tèrmic pot ser el resultat d'un canvi ràpid de temperatura, que provoca esquerdes o trencaments.

Gradients de temperatura

Quan un material s'escalfa o es refreda ràpidament, la temperatura de la superfície i la temperatura interna tindran una diferència de temperatura. Un escalfament o refredament ràpid provoca una expansió o contracció tèrmica respectivament, aquest moviment localitzat del material provoca tensions tèrmiques. Imagineu-vos escalfar un cilindre, primer la superfície augmenta de temperatura i el centre es manté a la mateixa temperatura inicial. Després d'un temps, el centre del cilindre arribarà a la mateixa temperatura que la superfície. Durant l'escalfament, la superfície està relativament més calenta i s'expandirà més que el centre. Un exemple d'això són els empastaments dentals que poden causar estrès tèrmic a la boca d'una persona. De vegades, els dentistes utilitzen empastaments dentals amb coeficients d'expansió tèrmica diferents que l'esmalt dental, els empastaments s'expandiran més ràpidament que l'esmalt i causaran dolor a la boca d'una persona.

Quan un material s'escalfa o es refreda ràpidament, la temperatura de la superfície i la temperatura interna tindran una diferència de temperatura. Un escalfament o refredament ràpid provoca una expansió o contracció tèrmica respectivament, aquest moviment localitzat del material provoca tensions tèrmiques. Imagineu-vos escalfar un cilindre, primer la superfície augmenta de temperatura i el centre es manté a la mateixa temperatura inicial. Després d'un temps, el centre del cilindre arribarà a la mateixa temperatura que la superfície. Durant l'escalfament, la superfície està relativament més calenta i s'expandirà més que el centre. Un exemple d'això són els empastaments dentals que poden causar estrès tèrmic a la boca d'una persona. De vegades, els dentistes utilitzen empastaments dentals amb coeficients d'expansió tèrmica diferents que l'esmalt dental, els empastaments s'expandiran més ràpidament que l'esmalt i causaran dolor a la boca d'una persona.

Quan un material s'escalfa o es refreda ràpidament, la temperatura de la superfície i la temperatura interna tindran una diferència de temperatura. Un escalfament o refredament ràpid provoca una expansió o contracció tèrmica respectivament, aquest moviment localitzat del material provoca tensions tèrmiques. Imagineu-vos escalfar un cilindre, primer la superfície augmenta de temperatura i el centre es manté a la mateixa temperatura inicial. Després d'un temps, el centre del cilindre arribarà a la mateixa temperatura que la superfície. Durant l'escalfament, la superfície està relativament més calenta i s'expandirà més que el centre. Un exemple d'això són els empastaments dentals que poden causar estrès tèrmic a la boca d'una persona. De vegades, els dentistes utilitzen empastaments dentals amb coeficients d'expansió tèrmica diferents que l'esmalt dental, els empastaments s'expandiran més ràpidament que l'esmalt i causaran dolor a la boca d'una persona.

Expansió i contracció tèrmiques

Exemple de deformació induïda per tensió tèrmica sobre els rails

El material s'expandirà o es contraurà depenent del coeficient d'expansió tèrmica del material. Sempre que el material es pugui moure lliurement, es pot expandir o contraure lliurement sense generar tensions. Un cop aquest material s'uneix a un cos rígid en múltiples llocs, es poden crear tensions tèrmiques a la regió geomètricament restringida. Aquesta tensió es calcula multiplicant el canvi de temperatura, el coeficient d'expansió tèrmica del material i el mòdul de Young del material (vegeu la fórmula següent). $E$ és el mòdul de Young, $\alpha$ és el coeficient de dilatació tèrmica, $T_{0}$ és la temperatura inicial i $T_{f}$ és la temperatura final.

$\sigma =E\alpha \left(T_{f}-T_{0}\right)=E\alpha \Delta {T}$

Quan $T_{f}$ és més gran que $T_{0}$, les restriccions exerceixen una força de compressió sobre el material. El contrari passa durant el refredament; quan $T_{f}$ és inferior a $T_{0}$, la tensió serà de tracció. Un exemple de soldadura implica l'escalfament i el refredament del metall, que és una combinació d'expansió tèrmica, contracció i gradients de temperatura. Després d'un cicle complet d'escalfament i refredament, el metall queda amb una tensió residual al voltant de la soldadura.

Xoc tèrmic

Això és una combinació d'un gran gradient de temperatura a causa de la baixa conductivitat tèrmica, a més d'un canvi ràpid de temperatura en materials fràgils. El refredament ràpid de la superfície provoca tensions a la superfície que estan en tensió, cosa que afavoreix la formació i propagació d'esquerdes. Els materials ceràmics solen ser susceptibles al xoc tèrmic. Un exemple és quan el vidre s'escalfa a una temperatura alta i després es refreda ràpidament en aigua freda. A mesura que la temperatura del vidre baixa ràpidament, s'indueixen tensions i es provoquen fractures al cos del vidre que es poden veure com a esquerdes o fins i tot trencaments en alguns casos.