La thermoélasticité est le changement de la taille et de la forme d’un objet solide lorsque la température de cet objet fluctue. Les matériaux plus élastiques se dilateront et se contracteront plus que les matériaux plus inélastiques. Les scientifiques utilisent leur compréhension de la thermoélasticité pour concevoir des matériaux et des objets capables de résister aux fluctuations de température sans se rompre.
Les scientifiques ont compris les équations qui décrivent la thermoélasticité depuis plus de 100 ans, mais n’ont commencé que récemment à tester les matériaux sous contrainte afin de déterminer leur degré de thermoélasticité. En soumettant les matériaux à des températures montantes et descendantes, les ingénieurs sont en mesure de prédire dans quelle mesure ces matériaux se dilateront ou se contracteront à différentes températures. Cette connaissance est importante lors de la construction de machines ou de structures porteuses avec des pièces qui doivent s’emboîter étroitement. Comprendre les principes de la thermoélasticité aide les ingénieurs à concevoir des éléments qui conservent leur intégrité structurelle pour une plage de températures.
Les principes de la thermoélasticité ont affecté la façon dont les ingénieurs conçoivent un certain nombre d’objets différents. Sachant que le béton se dilate lorsqu’il est chauffé, par exemple, c’est la raison pour laquelle les trottoirs sont conçus avec de petits espaces entre les dalles. Sans ces espaces, le béton n’aurait pas de place pour se dilater, ce qui causerait beaucoup de contraintes sur le matériau et entraînerait des fissures, des cassures ou des trous. De même, les ponts sont conçus avec des joints de dilatation pour permettre aux composants de se dilater lorsqu’ils sont chauffés.
Tous les matériaux élastiques se dilatent lorsqu’ils sont chauffés et se contractent lorsqu’ils sont refroidis. L’expansion décrite par les formules de thermoélasticité est causée par une augmentation du mouvement des atomes dans le matériau. Ces atomes restent liés les uns aux autres lorsqu’un solide chauffe, mais les liaisons moléculaires grossissent, permettant aux atomes de s’éloigner les uns des autres et provoquant la croissance du matériau. A l’inverse, lorsqu’un matériau est refroidi, les atomes bougent moins et les liaisons les rapprochent les uns des autres.
Les principes de la thermoélasticité dictent que l’expansion causée par une augmentation de la température entraînera l’expansion d’un objet dans toutes les directions. Les dalles de béton se dilatent les unes vers les autres, en s’éloignant du sol et en descendant vers le sol lorsqu’elles sont chauffées. Les gobelets ou autres récipients se dilateront également dans toutes les directions de telle sorte que le volume total qu’ils peuvent contenir augmente avec la taille du récipient. Des formules spécifiques sont utilisées dans l’étude de la thermoélasticité pour décrire comment les objets changent de forme avec les changements de température.