Wenn sich jedoch das Material erwärmt oder abkühlt, kann es sich ausdehnen oder zusammenziehen und dabei seine Größe und/oder Form ändern. Dieses Phänomen wird thermische Ausdehnung genannt. Ein thermisches Ausdehnungskoeffizient wird oft erwähnt, wenn wir über thermische Ausdehnung sprechen. Dies ist eine einzigartige Zahl, die uns sagt, wie sehr sich ein Material ausdehnt (was bedeutet, dass es an Größe zunimmt) oder sich verkleinert (was bedeutet, dass es an Größe abnimmt), wenn sich die Temperatur ändert. Größere Koeffizienten deuten darauf hin, dass das Material stärker wächst als solches mit kleineren Koeffizienten. Dies ist ein wichtiges Konzept in der Praxis – insbesondere, wenn Sie mit mehreren Materialien arbeiten.
Bestimmte Materialien, insbesondere solche mit einem hohen Temperaturausdehnungskoeffizienten, können sich bei einer Temperaturänderung verformen. Dies bedeutet, dass diese Materialien, wenn sie durch Schrauben erwärmt werden, sich in einem Bogen krümmen oder schließlich aus der Form gehen könnten, ähnlich wie Gedächtnispolymere. Wenn wir von diesen Materialien erwarten, dass sie ihre Form halten, ist dies ein großes Problem. Stellen wir uns vor, wir haben eine Brücke, die aus einem Material gebaut wurde, das einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Wenn sich die Temperatur erhöht und die Brücke warm wird, wird sie sich grundsätzlich dem Krümmen oder Verformen entsprechend der Temperatur unterziehen. Wenn es sich um eine Umgehungsbrücke handelt, haben diese den Weg so stark verlängert, dass sie jede Person gefährdet, die darauf fährt. Eine Brücke, die nicht geradlinig führt, ist nicht sicher genug zum Fahren.
Bei einer Temperaturerhöhung neigen Materialien dazu, sich stärker auszudehnen. Dies trifft auf alle Materialien zu, jedoch noch stärker auf Materialien mit hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Betrachten Sie folgendes: Wenn wir ein Material mit hohem thermischen Ausdehnungskoeffizienten erhitzen, dehnt es sich viel mehr aus als wenn wir ein Material mit niedrigem Koeffizienten erhitzen. Dies steht ganz oben auf der Liste, wenn wir Materialien für verschiedene Anwendungen auswählen. Wenn wir ein Material wollen, das bei hoher Temperatur nicht zu stark verformt wird, sollten wir ein Material mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten wählen. Auf diese Weise können Sie sicher sein, dass es sich um ein robustes Gewebe handelt, das seine Struktur beibehält.
Wenn wir also ein Material erhitzen, werden seine Bestandteile – Moleküle – viel dynamischer im Vergleich zum Abkühlen. Diese zusätzliche Bewegung kann die Zwischenmolekülkräfte stören und die Gesamtstärke des Materials schädigen. Dies trifft insbesondere auf Materialien mit großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu. Wenn diese Materialien sich erwärmen, beginnen die Bindungen, die die Moleküle zusammenhalten, viel leichter zu brechen, was das Material erheblich schwächt. Dies ist eine ernste Sorge, wenn wir möchten, dass unser Material für einen bestimmten Zweck stabil und robust bleibt.
Kurz gesagt, in extremer Hitze oder extremer Kälte sind hoch thermisch ausbauchbare Materialien nicht so gut. Beispiel: Am Rande, wenn wir ein Material mit einem hohen Koeffizienten in einer sehr kalten Umgebung haben, wird es stark schrumpfen. Wenn wir jedoch dasselbe Material in extrem hohe Temperaturen setzen, dehnt es sich erheblich aus. Das bedeutet, dass das Material destabilisieren und sich auf unausgeglichene Weise verformen könnte. Die Wahl des richtigen Materials für die jeweilige Aufgabe ist von höchster Wichtigkeit im Hinblick auf die äußeren Temperaturen, mit denen wir arbeiten. Um zu wissen, wie dieses Material unter diesen Bedingungen anders reagiert, müssen wir bewusst vorgehen, wie sie zusammengesetzt werden.
Es ist schwierig, Produkte mit Materialien zu entwerfen, die höhere thermische Ausdehnungskoeffizienten haben. Wir müssen sicherstellen, dass das Material seine Form hält und sich bei hohen oder niedrigen Temperaturen nicht verformt. Außerdem müssen wir unsergehen, dass das Material stark genug ist für den vorgesehenen Gebrauch. Dies kann durch eine größere Menge des erwähnten Materials erreicht werden als bei einem Material mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Eine Erhöhung der verwendeten Materialmenge führt natürlich zu einem schwereren und damit teureren Endprodukt. Ein weiterer Aspekt, der die Dinge komplizieren könnte, ist die Verwendung spezieller Herstellungsstandards, um das Material richtig zu formen. Dies dient dazu, sicherzustellen, dass es sich durch Hitze nicht verzieht oder bricht.
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