rozszerzalność termiczna dwuwymiarowa


Rozszerzalność powierzchniowa jest zjawiskiem bardzo istotnym tam, gdzie spojone ze sobą dwie powierzchnie muszą pracować przy dużych zmianach temperatur. W zakresie temperatur, w których współczynnik rozszerzalności liniowej jest stały, możemy wyprowadzić zależności dla dwóch wymiarów czyli rozszerzalność powierzchniową.

Teoria

Początkowe pole powierzchni oznaczamy jako S0. Powierzchnia końcowa S1 związana jest ze zmianą temperatury Δt.
Współczynnik rozszerzalności powierzchniowej oznaczam grecką literą σ (sigma)
S1 = S0 + ΔS = S0 + σS0Δt = S0(1 +  σΔt)
Stąd wynika: S1 = S0(1 +  σΔt)

gdzie σ jest oczywiście współczynnikiem rozszerzalności powierzchniowej. Istnieje zależność pomiędzy współczynnikiem rozszerzalności liniowej i powierzchniowej: 2α = σ
Wynika to z analizy następujących zależności:
jeżeli x1 = x0(1+αΔt) oraz S = x2
to podstawiając do wzoru S1 = (x0(1+αΔt))2
dalej: S1 = x02 (1+αΔt)2 = V0(1 + Δt + α2Δt2)

Współczynnik rozszerzalności liniowej podniesiony do kwadratu można zaniedbać jako znikomo mały, stąd właśnie w  wyprowadzaniu wzoru po prostu ucinamy trzecią pozycję w nawiasie jako prawie równą zero. Dzięki temu, wzór powyżej pozostaje w postaci uproszczonej do S1 = S0(1 + 2αΔt)

porównując to z S1 = S0(1 +  σΔt)
dostajemy właśnie:
2α = σ

Rozszerzalność powierzchniowa jest zjawiskiem bardzo istotnym tam, gdzie spojone ze sobą dwie powierzchnie muszą pracować przy dużych zmianach temperatur.

Przykłady zjawiska

Efekty rozszerzalności termicznej powierzchniowej najwyraźniej widać w ceramice. Elementy ceramiczne poddaje się szkliwieniu z różnych powodów (nadanie barwy, połysku oraz cech fizycznych – odporności na przenikanie wody, działanie kwasów, zasad itp.). Dawniej wypalano wstępnie produkt (zwany czerepem), po ostygnięciu pokrywano warstwą szkliwa i ponownie wypalano. Taka technika zwana jest  bikoturą. Obecnie ze względów ekonomicznych nie wypala się w ten sposób wyrobów ceramicznych. Wyroby ceramiczne (prasowane, ciągnione, odlewane) szkliwi się ord razu po wysuszeniu. Część wyrobów ceramicznych pokrywa się angobą – glinką, której zadaniem jest przykrycie mało atrakcyjnego koloru masy oraz zmniejszeniu różnic współczynnika rozszerzalności cieplnej pomiędzy masą a szkliwem właściwym.Pokrywanie szkliwem polega na malowaniu, natryskiwaniu lub zanurzaniu w wodnej zawiesinie proszku złożonego z tlenków metali i niemetali.
Większości fabryk w Polsce wykorzystuje się metodę monoporosy czyli pojedynczego wypału.

Rozszerzalność termiczna czerepu powinna mieć w zakresie temperatury wypału podobny współczynnik jak szkliwo, ponieważ stygnięcie powinno przebiegać jednakowo. Również potem, w użytkowaniu, gotowe produkty powinny pod wpływem zmian temperatury tak samo pracować jak powłoka.
Przy obniżaniu temperatury zachodzi wciąż to samo zjawisko, ale opis zjawiska odwrotne do rozszerzalności nazywamy skurczliwością. Różnice w skurczliwości mogą powodować pękanie szkliwa.

Spękanie powłoki szkliwa na czerepie podczas stygnięcia po wypale może być niepożądane i stanowić wadę produkcyjną, ale może też być zamierzonym działaniem.
Słowo harys pochodzi z nienieckiego.  Określa się tym słowem rysy włoskowate powstają ce na skutek pracy dwu materiałów: ceramicznego czerepu i szkliwa. Obydwa  spojone ze sobą materiały pracują przy zmianie temperatur  i mają nieznacznie inny współczynnik rozszerzalności cieplnej. Jest to wada produkcyjna, która może powstać przy wypalaniu albo dużo później – przy użytkowaniu.

Krakle (od angielskiego crack, crackle) to spękanie szkliwa na wyrobach ceramicznych przy wypalaniu, wywołane przez kurczenie się masy szkliwnej przy stygnięciu nierówne kurczeniu się właściwego wyrobu (zamierzony efekt artystyczny).

Krakle tworzą niezwykle piękne efekty w ceramice. Technika polegająca na niekontrolowanym procesie wypalania (niekontrolowana temperatura wypału) zwana jest raku i jest bardzo popularna w Japonii. Nie zawsze daje spodziewane efekty, ale często potrafi zaskoczyć. Ceramik nigdy do końca nie jest pewien, co otrzyma z pieca. Taką ceramikę często wypala się w warunkach naturalnych np. na ognisku w wykopanej jamie lub w metalowej beczce czy innym niepalnym zbiorniku. Klasyczna technika raku służyła w XVII-wiecznej Japonii do wytwarzania czarek do picia herbaty.

, , , ,

  1. Dodaj komentarz

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s

%d bloggers like this: