Temperatura ma ogromny wpływ na właściwości fizyczne i chemiczne substancji i materiałów. Zrozumienie tych zjawisk jest kluczowe w wielu dziedzinach nauki i inżynierii.
Podstawowe zjawiska
- Rozszerzalność cieplna: Większość materiałów rozszerza się pod wpływem ciepła i kurczy podczas chłodzenia.
- Zmiany stanu skupienia: Topnienie, parowanie, sublimacja i ich procesy odwrotne zależą od temperatury.
- Rozpuszczalność: Zwykle wzrasta wraz z temperaturą dla ciał stałych w cieczach, ale maleje dla gazów w cieczach.
Wpływ na konkretne materiały
Metale
- Zwiększona plastyczność w wysokich temperaturach
- Zmiana przewodności elektrycznej
- Proces hartowania stali zależy od precyzyjnej kontroli temperatury
Polimery (tworzywa sztuczne)
- Temperatura zeszklenia: przejście ze stanu szklistego w gumopodobny
- Temperatura topnienia dla termoplastów
- Degradacja termiczna w wysokich temperaturach
Ceramika
- Zwiększona odporność na pękanie w wysokich temperaturach
- Proces spiekania zależy od precyzyjnej kontroli temperatury
Półprzewodniki
- Zmiana przewodności elektrycznej z temperaturą
- Działanie urządzeń elektronicznych silnie zależy od temperatury
Zjawiska specjalne
- Nadprzewodnictwo: niektóre materiały tracą opór elektryczny w bardzo niskich temperaturach
- Nadciekłość: hel-4 staje się nadciekły poniżej 2.17 K, wykazując zerową lepkość
- Efekt magnetokaloryczny: niektóre materiały zmieniają temperaturę pod wpływem pola magnetycznego
Zastosowania praktyczne
- Termometry bimetaliczne wykorzystują różną rozszerzalność cieplną metali
- Kalibracja termometrów opiera się na stałych punktach temperaturowych (np. punkt potrójny wody)
- Chłodzenie kriogeniczne umożliwia badanie właściwości materiałów w ekstremalnie niskich temperaturach
Zrozumienie wpływu temperatury na materiały jest kluczowe w projektowaniu inżynieryjnym, od budowy mostów po tworzenie zaawansowanych urządzeń elektronicznych.
