Kodėl kaitinant nerūdijančio plieno plokštė plečiasi?

Nerūdijančio plieno plokštėskaitinant plečiasi, daugiausia dėl fizinio šiluminio plėtimosi reiškinio. Konkrečios priežastys yra šios:

1. Sustiprėjęs molekulinis judėjimas: kainerūdijančio plieno plokštėKaitinamas, metalo viduje esantys atomai ar molekulės įgaus daugiau šiluminės energijos, todėl jų judėjimas sustiprės. Pagal termodinamikos principus, kylant temperatūrai, didėja vidutinė kinetinė energija tarp molekulių, todėl kinta sąveikos jėga tarp atomų, didėja atstumas tarp atomų, plečiasi bendras metalo tūris.

2. Linijinis šiluminis plėtimasis: nerūdijančio plieno šiluminis plėtimasis yra linijinio plėtimosi procesas, tai yra, didėjant temperatūrai padidės metalo ilgis, plotas ir tūris. Paprastai metalo plėtimasis yra išilgai jo ilgio, o plėtimosi laipsnis priklauso nuo metalo šiluminio plėtimosi koeficiento.

3. Šiluminio plėtimosi koeficientas: nerūdijančio plieno šiluminio plėtimosi koeficientas yra fizikinis dydis, apibūdinantis jo šiluminio plėtimosi laipsnį. Skirtingų lydinių sudėties nerūdijantis plienas turi šiek tiek skirtingus šiluminio plėtimosi koeficientus, tačiau paprastai kalbant, nerūdijančio plieno šiluminio plėtimosi koeficientas yra santykinai mažas, tačiau jis vis tiek smarkiai išsiplės esant aukštai temperatūrai. Paprastai nerūdijančio plieno šiluminio plėtimosi koeficientas yra apie 10 × 10^-6 /°C, o tai reiškia, kad kiekvieną kartą padidėjus 1°C, 1 metro ilgio nerūdijančio plieno plokštės ilgis padidės maždaug 10 mikronų.

4. Grotelių struktūros pokyčiai: Nerūdijančio plieno grotelių struktūra kaitinant plečiasi. Kai temperatūra pakyla, kristalų struktūra metalo viduje tampa laisvesnė, todėl bendras metalo tūris plečiasi. Šis plėtimasis pasireiškia tuo, kad metalo išvaizda tampa didesnė, ypač aukštesnėje temperatūroje, kur plėtimosi reiškinys yra reikšmingesnis.

5. Įtempimas ir deformacija: Kai kaitinama nerūdijančio plieno plokštė, jei yra temperatūros gradientas, paviršiaus ir metalo vidaus plėtimosi laipsnis gali skirtis, o tai gali sukelti įtempimą nerūdijančio plieno plokštės viduje ir netgi sukelti lenkimą ar deformaciją. Tačiau įprastomis aplinkybėmis, jei šildymas yra vienodas, plėtimasis yra vienodas.

Santrauka: Pagrindinė plėtros priežastisnerūdijančio plieno plokštėskaitinant yra šiluminio plėtimosi reiškinys. Kai temperatūra pakyla, padidėja metalo viduje esančių atomų vibracija, todėl padidėja atstumas tarp atomų ir bendras tūris. Šiam plėtimosi laipsniui įtakos turi medžiagos šiluminio plėtimosi koeficientas ir temperatūros pokytis.