Was ist der wahre Grund für die Wärmeausdehnung?

Wärmeausdehnung ist ein normales Konzept jeden Tag. Es gibt 2 Erklärungen:

1, Wärmeausdehnung führt zu Spannungen und führt dann zu Verformungen

2, Wärmeausdehnung führt zu Verformungen und führt dann zu Spannungen

Ich bin verwirrt darüber. Können Sie die Wärmeausdehnung erklären?

Die Wärmeausdehnung wird durch atomare und molekulare Bewegung verursacht. Es muss aber nicht zu thermischen Spannungen kommen, die nur dann entstehen, wenn unterschiedliche Materialien mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten unsachgemäß verbunden werden. Richtiges Engineering kann thermische Spannungen in mechanischen Konstruktionen sehr effizient abbauen.
Wenn ich zwei Enden des Cantilevers befestige, führt das zu thermischen Spannungen, richtig? Was ist der Expansionsmechanismus in dieser Art von Zustand?
Atomare und molekulare Bewegung.
Ich weiß, dass es von der atomaren Bewegung kommt. Ich meine die Spannung oder Verformung, was kommt zuerst?
Ohne Spannung kann es keine Verformung geben. Spannung kommt also zuerst, Verformung folgt. In diesem Fall wenden wir eine Temperatur an, die Atome zum Schwingen bringt und sich somit verformt, um die "innere Spannung" aufgrund der Bewegungseinschränkung zu erzeugen. Wenn sich T nicht ändert, werden sich Atome ausdehnen/zusammenziehen? NEIN, also ist die aufgebrachte Spannung hier in Form von Temperatur.
Du verwechselst Expansion und Stress. Muss nicht zum anderen führen. Könntest du deine Frage präzisieren?

Antworten (2)

Feste Materie liegt grob gesagt in Gitterform vor ,

Gitter

Ein dreidimensionales Gitter, gefüllt mit zwei Molekülen A und B, hier als schwarze und weiße Kugeln dargestellt.

Die Moleküle passen wie LEGO, die Kräfte, die sie zusammenbinden, sind hauptsächlich die Kräfte des elektrischen Feldes , die anziehend und abstoßend die Muster des Gitters bilden.

In einem Einkristall gilt eine quantenmechanische Lösung, und die Atomabstände befinden sich in ihrem niedrigsten/Grundenergiezustand, der Schwingungs- und Rotationsfreiheitsgrade der Moleküle und Atome aufweist.

Die Wärmezufuhr erhöht die auf das Gitter übertragene Energie, was bedeutet, dass die Atome/Moleküle durch Absorption von Wärmephotonen auf höhere Energieniveaus übergehen. Höhere Energieniveaus für jedes Atom bedeuten einen höheren durchschnittlichen Abstand in der Lösung des Potentialtopfs für jedes von ihnen. Dies bedeutet zwangsläufig eine Ausdehnung, die durch elektromagnetische Wechselwirkungen von Atom/Molekül zu Atom/Molekül übertragen wird. Dies wird makroskopisch Stress induzieren, die Addition der Impulse wird makroskopische Folgen haben, Ausdehnung.

Entsprechend kehren die Atome/Moleküle beim Abkühlen in den Grundzustand zurück und emittieren thermische Photonen, und das ist das Rauschen, das zu hören ist, wenn sich das Gitter zusammenzieht.

Es ist also die Änderung der Energieniveaus am mikroskopischen Gerüst, die zu einer Änderung der durchschnittlichen Entfernungen führt, die sich als Stress manifestiert.

Thermische Ausdehnung aus atomistischer Sicht:

Das energetische Potential zwischen zwei Atomen kann durch zwei Exponentialfunktionen angenähert werden, eine für die Anziehungskraft zwischen den Atomen, eine für die Abstoßungskraft. Die Überlagerung dieser beiden Kraftfelder hat in einem bestimmten Abstand ein Minimum. Beispiele für solche empirischen Potentiale sind das Stillinger-Weber-, das Lennard-Jones- oder das Abel-Tersoff-Potential. Diese entspricht der Bindungslänge im Grundzustand (bei minimaler Energie) und kann makroskopisch als Länge eines Schüttgutes gemessen werden.

Wird nun die Energie erhöht (z. B. durch höhere Temperatur), können sich die Atome im Rahmen der Potentialfunktion frei bewegen, wobei sich der Mittelwert zu größeren Bindungslängen hin verschiebt und damit eine thermische Ausdehnung verursacht. Überprüfen Sie die Zahlen unter Thermal expansion modeling (MIT-Webseite)

Was ist der wahre Grund für die Wärmeausdehnung?
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