Теплофизические и механические характеристики материалов

Теплофизические характеристики материалов очень важны для практики. Действительно, материалы в различных энергетических устройствах и установках работают в различных температурных условиях. Это могут быть климатические условия: солнце, влага, мороз и т.д. Это может быть и нагревание самого материала за счет процессов, происходящих в эксплуатации. Это может быть и материалы для устройства подогрева электрооборудования в холодное время года.

Поэтому важно понимать, как ведут себя материалы при различных температурах, как они могут отводить тепло или аккумулировать тепло.

Понятие температуры. Характерные температуры (плавления, кипения, Кюри,  и т.п.) Температуростойкость материалов. Теплостойкость материалов.

          Температура - это понятие, введенное для характеристики энергии, которой обладают молекулы вещества. С другой стороны, это физическая характеристика, которая соответствует равновесию при приведении двух тел в контакт. Как и всякая физическая характеристика, она поддается измерению. Общепринятыми, в настоящее время, являются две температурные шкалы - Цельсия и Кельвина. Мера одного градуса у них одинакова, она соответствует (исторически) одной сотой от разницы температур кипения воды и ее плавления. У Цельсия, вы знаете, нуль соответствует точке плавления, а 100 °С - точке кипения воды. По шкале Кельвина, или абсолютной шкале температур, нуль соответствует абсолютному нулю, а нулевая температура по шкале Цельсия соответствует 273 К. Значок градуса в этом случае не ставится. Ниже нуля Кельвина температуры в принципе не может быть. Она соответствует абсолютному покою, при этой температуре, согласно классической механике, молекулы и атомы абсолютно неподвижны. В квантовой механике это не совсем так, возможны колебательные движения молекул. Кроме того, некоторые электроны и при этой температуре обладают энергией в силу невозможности занятия энергетических уровней, уже занятых другими электронами. Нулевая температура в принципе недостижима, предпринимается много попыток достичь минимума температуры в надежде проявления новых свойств материи. На этом пути была обнаружена сверхпроводимость некоторых металлов, сверхтекучесть жидкого гелия, т.н. гелия-II. Я знаю о достижении к настоящему времени, по крайней мере,  примерно одной тысячной доли градуса.

          Для материалов вводят несколько характерных температурных точек, указывающих работоспособность и поведение материалов при изменении температуры.

Нагревостойкость- максимальная температура, при которой не уменьшается срок службы материала.

По этому параметру все материалы разделены на классы нагревостойкости.

Обозначение класса

Y

A

E

B

F

H

C

Рабочая температура, °С

90

105

120

130

155

180

Выше 180

 Теплостойкость - температура, при которой происходит ухудшение характеристик при кратковременном ее достижении.
          Термостойкость - температура, при которой происходят химические изменения материала.
          Морозостойкость- способность работать при пониженных температурах (этот параметр важен для резин).
          Горючесть- способность к воспламенению, поддержанию огня, самовоспламенению Это различные степени горючести.

Все эти понятия определяют характерные температуры, при которых меняется какое-либо свойство материала. Есть некоторые температуры, характерные для всех материалов, есть температуры, специфичные для некоторых электротехнических материалов. при которых резко меняются какие-либо характеристики.

В современной науке и технике используются разнообразные приборы для измерения длины и массы. В зависимости от конструкции приборы могут быть грубыми и обладать высокой точностью. В большинстве случаев не требуется высокая точность измерений и можно пользоваться достаточно простыми приборами: масштабной линейкой, штангенциркулем, микрометром, техническими весами. Для измерения длины часто пользуются стабильными масштабными линейками с сантиметровыми и миллиметровыми делениями. Точность калибровки и ошибка при расчете по линейке составляет несколько десятых долей миллиметра. Однако возможность отсчитать "на глаз" эти доли достигается только в результате длительной тренировки и навыка. По этой причине принимается, что при помощи линейки можно производить измерения с погрешностью 0.5мм. Для измерения с более высокой точностью применяют другие измерительные инструменты, например, штангенциркуль, микрометр, которые снабжены нониусами. Нониусом называется специальная шкала, дополняющая обычный масштаб и позволяющая повысить точность измерений с данным масштабом в 10-20 раз. Линейный нониус представляет собой небольшую линейку, скользящую вдоль основной шкалы. Шкала нониуса строится так, чтобы m делений нониуса соответствовало m-1 делению основной шкалы. Разность между ценой деления основной шкалы и ценой деления нониуса называется точностью нониуса и представляет собой наименьшую величину, которую можно с помощью масштаба с нониусом. Эта величина определяет погрешность отсчета измерительного прибора, соответствующую достоверности 95%. При достаточном навыке проведения измерений данным прибором достоверность может составлять 99%.