2.7.6. Эффекты, связанные с тепловым расширением

Эффекты теплового расширения веществ - с ростом температуры увеличивается среднее расстояние между атомами и молекулами, в результате чего газы, жидкости и твердые тела расширяются. При температурном расширении или сжатии твердых тел развиваются значительные усилия, которые можно использовать в соответствующих технологических процессах. Например, с помощью теплового расширения жидкости создают необходимые гидростатические давления: устройство для волочении металлов со смазкой под давлением, содержащее установленные в корпусе рабочую и уплотнительную волоки, образующие между собой и корпусом замкнутую камеру, в которой находится смазка и средства для создания высокого давления, для упрощения конструкции и повышения производительности, выполнено так, что средство для создания в камере высокого давления изготовлено в виде нагревательного элемента, расположенного внутри камеры (а. с. 471140). Биметаллические пластинки - соединенные металлические полоски с различным терморасширением - являются преобразователем тепловой энергии - в механическую.

1. Тепловое расширение (tp)

TP твердотельного металлического вещества применяют для прецезионных перемещений, например, микроперемещене нагревам пружины (а. с. 46716), управление элементами приборов (а. с. 218308), растягивание стержней(а. с. 347148), управление регулировочными винтами (а. с. 424238), монтаж трубопроводов (а. с. 712594). Возможно обратное применение TP: измерение температуры по величине теплового удлинения, например в термометрах (а. с. 651208). При многократном применении TP, по разному нагревают и охлаждают разные элементы системы для получения суммарного результата, который нельзя получить одинарным применением TP, например, в способе подналадки станка (а. с. 189281). При нагревании пластинки происходит увеличение ее площади, в том числе и площади отверстий, например, по а. с. 476450 дозировку малых количеств газа ведут, нагревая капилляр, через который перетекает газ; по а. с. 309758 используют TP для извлечения оправки после волочения трубы. TP способно создавать весьма значительные усилия, например, при прессовании (а. с. 236279), в тепловых двигателях (а. с. 336421), при стяжке подъемного индуктора (а. с. 711707), При достаточно больших (и быстрых) изменениях температуры TP можно использовать для разрушения веществ. Рабочим телом при использовании TP могут быть любые вещества: металлы, неметаллы, жидкости и газы.

2. Сдвоенный эффект термического расширения (би-тр)

Если вещество состоит из двух веществ с разными коэффициентами теплового расширения, возникают новые явления, например, изменение формы (изгиб) стержней.

Би-ТР позволяет получать значительные отклонения при сравнительно небольших перепадах температуры, что особенно важно для различных саморегулирующихся устройств, например, рама для проветривания теплиц, которую биметаллические пластины наклоняют в зависимости от температуры воздуха (а. с. 383430). Аналогичное устройство может использоваться и в саморегулируемых жалюзи радиаторов.

Важное применение би-ТР - регулирование зазоров в конструкциях, например, лабиринтный насос, в котором ротор и статор выполнены из материалов с разными коэффициентами TP, что позволяет регулировать зазор между ротором и статором (а. с. 275751). Если зазора нет, и два элемента конструкции соприкасаются, би-ТР можно использовать для фиксирования, сжатия и деформации элементов, например, зажим деталей (а. с. 645773), развальцовка труб (а. с. 693102), создание давления при диффузионной сварке (а. с. 637214). При достаточно больших усилиях би-ТР можно использовать для разрушения материалов, например, горных пород (а. с. 310811).

TP и би-ТР эффекты легко стыкуются с другими эффектами, в которых выход зависит от размеров, напряжения, формы или расположения вещества, например, фазовая пластинка поворачивает плоскость поляризации поляризованного света на угол, зависящий от толщины пластинки, которая определяется ее температурой, т.е. возможен бесконтактный замер температуры (а. с. 243889).