Чому пластина з нержавіючої сталі розширюється при нагріванні?

Пластини з нержавіючої сталірозширюються при нагріванні, головним чином за рахунок фізичного явища теплового розширення. Конкретні причини такі:

1. Посилений молекулярний рух: колипластина з нержавіючої сталінагрівається, атоми або молекули всередині металу отримають більше теплової енергії, спричиняючи інтенсифікацію їхнього руху. Відповідно до принципів термодинаміки, із підвищенням температури середня кінетична енергія між молекулами збільшується, що спричиняє зміну сили взаємодії між атомами, збільшення відстані між атомами та розширення загального об’єму металу.

2. Лінійне теплове розширення. Теплове розширення нержавіючої сталі є процесом лінійного розширення, тобто довжина, площа та об’єм металу збільшуються зі збільшенням температури. Зазвичай розширення металу відбувається вздовж його довжини, а ступінь розширення залежить від коефіцієнта теплового розширення металу.

3. Коефіцієнт теплового розширення. Коефіцієнт теплового розширення нержавіючої сталі є фізичною величиною, яка описує ступінь її теплового розширення. Нержавіючі сталі з різними складами сплавів мають дещо різні коефіцієнти теплового розширення, але загалом коефіцієнт теплового розширення нержавіючої сталі є відносно малим, але він все одно значно розширюється при високих температурах. Як правило, коефіцієнт теплового розширення нержавіючої сталі становить приблизно 10 × 10^-6 /°C, що означає, що на кожний 1°C збільшення пластини з нержавіючої сталі довжиною 1 метр буде збільшуватися в довжину приблизно на 10 мікрон.

4. Зміни в структурі решітки: структура решітки нержавіючої сталі розширюється при нагріванні. Коли температура підвищується, кристалічна структура всередині металу стає пухкішою, що призводить до розширення загального об’єму металу. Це розширення проявляється у тому, що метал стає більшим на вигляд, особливо при вищих температурах, де явище розширення є більш значним.

5. Напруга та деформація: коли пластина з нержавіючої сталі нагрівається, якщо є температурний градієнт, ступінь розширення поверхні та внутрішньої частини металу може відрізнятися, що може спричинити напругу всередині пластини з нержавіючої сталі та навіть може спричинити вигин або деформацію. Однак за нормальних умов, якщо нагрівання рівномірне, розширення є рівномірним.

Анотація: Основна причина розширенняпластини з нержавіючої сталіпри нагріванні відбувається явище теплового розширення. Коли температура підвищується, вібрація атомів усередині металу посилюється, що призводить до збільшення відстані між атомами та загального розширення об’єму. На цей ступінь розширення впливає коефіцієнт теплового розширення матеріалу та зміна температури.