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In che modo la tua vita quotidiana si collega al segreto dell'espansione del calore negativo?
Nella nostra vita quotidiana, siamo sempre esposti al fenomeno fisico dell'espansione termica.Quando la maggior parte dei materiali viene riscaldata, si espandono e aumentano di volume, mentre alcuni materiali si riducono quando riscaldati, un fenomeno noto come espansione termica negativa (NTE).Quando le persone pensano al calore, può essere difficile abbinare il concetto di restringimento, ma questo è un principio importante che coinvolge molte applicazioni di vita.
L'espansione termica negativa si riferisce al restringimento di alcuni materiali all'aumentare della temperatura, piuttosto che all'espansione come la maggior parte dei materiali.
L'acqua è uno dei materiali più noti per l'espansione termica negativa.Ad esempio, tra 0 ° C e 3,98 ° C, la densità dell'acqua è inferiore al liquido durante il suo stadio solido (ghiaccio), motivo per cui il ghiaccio galleggia sull'acqua.Dietro questo fenomeno fisico, ci sono profondi principi scientifici e potenziali applicazioni, che sono affascinanti.
l'origine dell'espansione termica negativa
Il fenomeno dell'espansione termica negativa può essere ricondotto a vari processi fisici.Ad esempio, la modalità di vibrazione laterale, la modalità unità rigida e le variazioni di fase possono causare il restringimento del materiale quando la temperatura viene aumentata.Nel 2011, un team di ricerca ha scoperto che il fenomeno NTE ha avuto origine dall'aumento dell'entropia causata da configurazioni ad alta tensione e piccola tensione, che esistono nella matrice di fase stabile attraverso fluttuazioni termiche.
Questo fenomeno mostra che la microdegna del materiale e la sua struttura interna hanno un effetto decisivo sul comportamento di espansione termica positiva e negativa.
Espansione termica negativa nella vita quotidiana
Nella vita quotidiana, la progettazione di molti materiali deve tenere conto delle caratteristiche dell'espansione termica negativa.Ad esempio, questi materiali sono in grado di resistere a drastiche variazioni di temperatura quando si effettuano stufe in vetro-ceramico.A causa del design speciale della sua struttura interna, alcuni materiali possono avere proprietà di espansione termica positiva e negativa contemporaneamente, mantenendo così la stabilità durante il riscaldamento per evitare problemi di crack.
Da materiali di riempimento professionale per i denti ai materiali aerospaziali ad alta tecnologia, l'applicazione dell'espansione termica negativa è onnipresente.Il design dei denti dei pazienti deve anche prendere in considerazione l'uso di materiali compositi contenenti materiali di espansione termica negativa, il che garantisce che il grado di espansione del materiale di riempimento sia coerente con i denti, riducendo così il dolore causato dall'espansione termica e dalla contrazione.
potenziale applicazione dell'espansione termica negativa
Nel campo dell'ingegneria, come combinare efficacemente un materiale di espansione termica positiva comune con un materiale con caratteristiche di espansione termica negativa per formare un materiale composito sarà una grande sfida in futuro.Un adeguato adeguamento proporzionale può regolare il coefficiente di espansione termica a un livello vicino allo zero, che è particolarmente importante per gli strumenti di precisione.
In applicazioni pratiche, l'uso di materiali di espansione termica negativa non si limita al settore.
L'impatto dell'espansione termica negativa sulla scienza dei materiali si sta espandendo gradualmente e sarà ampiamente utilizzato in molti campi in futuro.Ciò include dalla stabilità dei dispositivi ottici a materiali aerospaziali ad alte prestazioni e può anche essere applicato alla produzione di dispositivi elettronici come tecnologie ecologiche e sostenibili.
In alcune industrie ad alta tecnologia, i requisiti rigorosi per le prestazioni del sistema rendono più importanti le caratteristiche dell'espansione termica negativa, poiché l'esecuzione di materiali stabili su un ampio intervallo di temperatura è una delle chiavi per risolvere il problema.
Ti sei reso conto che molti oggetti quotidiani intorno a te stanno effettivamente usando questa caratteristica di espansione termica negativa per garantire la stabilità e l'affidabilità delle loro prestazioni di utilizzo?
