Тепловое расширение вещества.
Все вещества (газы, жидкости, твердые тела) имеют атомно-молекулярную структуру. Атом, равно как и молекулы, во всем диапозоне температур находятся в непрерывном хаотическом движении, причем, чем выше температура обьема вещества, тем выше скорость перемещения отдельных атомов и молекул внутри этого обьема (в газах и жидкостях) или их колебания - в кристаллических решетках твердых тел. Поэтому с ростом температуры увеличивается среднее расстояние между атомами и молекулами, в результате чего газы, жидкости и твердые тела расширяются - при условии, что внешнее давление остается постоянным. Коэффиценты расширения различных газов близки между собой (около 0,0037 град в степени "-1"; для жидкостей они могут различаться на порядок (ртуть - 0,00018 град в степени "-1", глицерин - 0,0005 град в степени "-1", ацетон - 0,0014 град в степени "-1", эфир - 0,007 град в степени "-1"). Величина теплового расширения твердых тел определяется их строением. Структуры с плотной упаковкой (алмаз, платина, отдельные металлические сплавы) мало чувствительны к температуре, рыхлая, неплотная упаковка вещества способствует сильному расширению твердых тел (аллюминий, полиэтилен).
При температурном расширении или сжатии твердых тел развиваются огромные силы; это можно использовать в соответствующих технологических процессах.
Например, это свойство использовано в электрическом домкрате для растяжения арматуры при изготовлении напряженного железобетона. Принцип действия очень прост: к растягиваемой арматуре прикрепляют стержень из металла с подходящим коэффициентом термического расширения. Затем его нагревают, током от сварочного трансформатора, после чего стержень жестко закрепляют и убирают нагрев. В результате охлаждения и сокращения линейных размеров стержня развивается тянущее усилие порядка сотен тонн, которое растягивает холодную арматуру до необходимой величины.
Так как в этом домкрате работают молекулярные силы, он практически не может сломаться.
С помощью теплового расширения жидкости можно создать необходимые гидростатические давления.
А.с. н' 471140: Устройство для волочения металлов со смазкой под давлением, содержащее установленные в корпусе рабочую и уплотнительную волоки, образующие между собой и корпусом камеру (в которой находится смазка). Ред.(и средства для создания высокого давления, ОТЛИЧАЮЩИЕСЯ тем, что с целью упрощения конструкции и повышения производительности средство для создания в камере высокого давления выполнено ввиде нагревательного элемента, расположенного внутри камеры.
Тепловое расширение может просто решить технические задачи, которые обыными средствами расширяются с большим трудом. Напрмер, для того чтобы ступица прочно охватывала вал, первую перед напрессовкой нагревают. После охлаждения надетой на вал ступицы силы термического сжатия делают этот узел практически монолитным. Но как после этого разобрать данное соединение? Механически - почти не возможно без риска испортить деталь. Но достаточно сделать вал из металла коэффицентом термического или, если это невозможно, ввести в сопрягаемое пространство прокладку из металла с меньшим терморасширением, как техническое противоречие исчезает.
Общеизыестные биметаллические пластинки - соединенные каким-либо способом две металлические полоски с различным терморасширением - являются отличным преобразователем тепловой энергии в механическую.
А.с. н 175190: Устройство для учета колличества наливов металла в изложницу, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что с целью автоматизации процесса учета,оно выполнено ввиде корпуса,прикрепленного,к изложнице,в полости,которого расположено счетное устройство, состоящее из трубки с шариками и биметаллической пластинки, на конце которой укреплен отсекатель,пропускающий при нагреве пластинки шарик,падающий в накопительную емкость.
Использование эффекта различного расширения у различных металлов позволило создать т е п л о в о й д и о д . Тепловой диод,содержащий входной и выходной теплопроводы,имеющие