Thermoelastizität ist die Änderung der Größe und Form eines festen Objekts, wenn die Temperatur dieses Objekts schwankt. Elastischere Materialien dehnen sich stärker aus und ziehen sich stärker zusammen als unelastischere Materialien. Wissenschaftler nutzen ihr Verständnis der Thermoelastizität, um Materialien und Objekte zu entwickeln, die Temperaturschwankungen standhalten, ohne zu brechen.
Wissenschaftler haben die Gleichungen, die die Thermoelastizität beschreiben, seit über 100 Jahren verstanden, aber erst vor kurzem mit Belastungstests von Materialien begonnen, um zu bestimmen, wie thermoelastisch sie sind. Indem Materialien steigenden und fallenden Temperaturen ausgesetzt werden, können Ingenieure vorhersagen, wie stark sich diese Materialien bei verschiedenen Temperaturen ausdehnen oder zusammenziehen. Dieses Wissen ist wichtig beim Bau von Maschinen oder tragenden Strukturen mit Teilen, die eng zusammenpassen müssen. Das Verständnis der Prinzipien der Thermoelastizität hilft Ingenieuren, Dinge zu entwickeln, die ihre strukturelle Integrität für einen Temperaturbereich beibehalten.
Die Prinzipien der Thermoelastizität haben die Art und Weise beeinflusst, wie Ingenieure eine Reihe verschiedener Objekte entwerfen. Das Wissen, dass sich Beton beim Erhitzen ausdehnt, ist beispielsweise der Grund dafür, dass Gehwege mit kleinen Abständen zwischen den Platten gestaltet werden. Ohne diese Zwischenräume könnte sich der Beton nicht ausdehnen, was das Material stark beansprucht und zu Rissen, Brüchen oder Löchern führt. Ebenso werden Brücken mit Dehnungsfugen konstruiert, damit sich die Bauteile beim Erhitzen ausdehnen können.
Alle elastischen Materialien dehnen sich bei Erwärmung aus und ziehen sich bei Abkühlung zusammen. Die durch Thermoelastizitätsformeln beschriebene Ausdehnung wird durch eine Zunahme der Bewegung der Atome im Material verursacht. Diese Atome bleiben miteinander verbunden, wenn sich ein Festkörper erwärmt, aber die molekularen Bindungen werden größer, wodurch sich die Atome voneinander entfernen können und das Material wächst. Umgekehrt bewegen sich die Atome beim Abkühlen weniger und die Bindungen ziehen sie näher aneinander.
Die Prinzipien der Thermoelastizität schreiben vor, dass die durch eine Temperaturerhöhung verursachte Ausdehnung ein Objekt in alle Richtungen ausdehnt. Betonplatten dehnen sich beim Erhitzen aufeinander zu, vom Boden weg nach oben und zum Boden hin ab. Auch Tassen oder andere Gefäße dehnen sich in alle Richtungen aus, so dass das Gesamtvolumen, das sie enthalten können, mit der Größe des Gefäßes zunimmt. Spezifische Formeln werden bei der Untersuchung der Thermoelastizität verwendet, um zu beschreiben, wie sich Objekte mit Temperaturänderungen in ihrer Form ändern.