Большая Советская Энциклопедия (ТЕ) - БСЭ БСЭ

Термические напряжения

Терми'ческие напряже'ния, напряжения, возникающие в связи с изменением теплового состояния тел при их нагреве, охлаждении, а также длительном пребывании при повышенной или пониженной температуре. Пример Т. н. — напряжения, возникающие при закалке стальных деталей; в этом случае Т. н. представляют собой сочетание напряжений, обусловленных изменением удельного объёма стали при её мартенситном превращении в процессе закалки, и температурных напряжений, вызванных быстрым охлаждением. Действие Т. н., например разрушение (растрескивание) при закалке, может проявляться не в момент изменения теплового состояния (охлаждения), а спустя некоторое время (иногда спустя несколько сут ) в результате постепенного накопления напряжений, возникающих при изменении удельных объёмов структурных составляющих.

Термический анализ

Терми'ческий ана'лиз, совокупность методов определения температур, при которых происходят процессы, сопровождающиеся либо выделением тепла (например, кристаллизация из жидкости), либо его поглощением (например, плавление , термическая диссоциация ).

  Визуальный метод Т. а. состоит в наблюдении и измерении температуры первого появления (исчезновения) неоднородности (например, выпадения кристаллов, исчезновения мути в системе двух несмешивающихся жидкостей) в изучаемой среде при её охлаждении (или нагревании). Он применим только к прозрачным легкоплавким объектам. Гораздо более общим является метод построения кривых «время — температура». Нагревая (охлаждая) изучаемый объект, измеряют через небольшие промежутки времени его температуру; результаты измерений изображают графически, откладывая время по оси абсцисс, а температуру — по оси ординат. При отсутствии превращений кривая нагревания (охлаждения) идёт плавно; превращения отражаются появлением на кривой изломов или горизонтальных участков («остановок»). Наиболее точен дифференциальный метод Т. а., по которому нагревание (охлаждение) исследуемого объекта ведут вместе и в одних и тех же условиях с веществом-эталоном, которое в условиях опыта не имеет превращений. В этом случае на одном и том же графике записывают и кривую «время — температура», и кривую «время — разность температур» объекта и эталона. Эта разность появляется при любом превращении исследуемого объекта, протекающем с поглощением (выделением) тепла. О характере превращений судят по виду простой кривой нагревания (охлаждения), а по дифференциальной кривой точно определяют температуру превращения. Для записи кривых нагревания и охлаждения используют самопишущие приборы (пирометр Н. С. Курнакова ), электронные (автоматические) потенциометры, оптические пирометры.

  С помощью Т. а. решается задача получения количественных характеристик (например, фазовый состав, теплота реакций) при нагревании (охлаждении) исследуемых объектов. Т. а. широко применяется при изучении сплавов металлов и др. сплавов, а также минералов и др. геологических пород (см. Термический анализ минералов ).

  Лит.: Цуринов Г. Г., Пирометр Н. С. Курнакова, М., 1953; Берг Л. Г., Введение в термографию, М,, 1961; Труды 1 совещания по термографии, М.— Л., 1955; Труды П совещания по термографии, Казань, 1961; Труды III совещания по термографии, Рига, 1962.

  С. А. Погодин.

Термический анализ минералов

Терми'ческий ана'лиз минера'лов, исследование минеральных систем посредством термического анализа . В приложении к минералам и горным породам термический анализ впервые был применен французским учёным А. Л. Ле Шателье (1886). Т. а. м. проводят обычно в комплексе с др. методами (например, сочетание термического и термогравиметрического анализа позволяет совместно с термической кривой регистрировать изменения массы вещества при нагревании). Т. а. м. — надёжный и удобный метод диагностирования многих минералов; особенно ценен при расшифровке механических минеральных тонкодисперсных смесей (глин, бокситов, железных и марганцевых руд, цементного сырья, карбонатных пород, почв, илов и т. д.). Количественная оценка содержания минералов в породе осуществляется сопоставлением площадей или высот, соответствующих термическим эффектам, температурных пиков и т. д. на изучаемой и эталонной термограммах. Т. а. м. широко применяют при исследовании механизма и кинетики фазовых переходов и химических реакций, происходящих в минералах при нагревании; при этом особое внимание обращается на определение тепловых эффектов и энергий активаций химических реакций с участием минералов. С помощью Т. а. м. решаются также более общие геологические задачи: корреляция осадочных пород при составлении сводных геологических разрезов, выяснение закономерностей фациальной приуроченности минералов, установление минеральных парагенезисов в региональном масштабе и т. д.

  Лит.: Термический анализ минералов и горных пород, Л., 1974; Differential thermal analysis, ed. R. C. Mackenzie, v. I—2, L., 1970—72.

  Г. О. Пилоян.

Термический удар

Терми'ческий уда'р, тепловой удар, одноразовое высокоскоростное (десятки. сотни градусов в 1 сек ) и неоднородное изменение температуры тела. Обычно к Т. у. относят случаи быстрого нагрева, но Т. у. можно считать и резкое охлаждение (например, при попадании холодной струи жидкости на нагретую стеклянную посуду). При Т. у., вызываемом кратковременным скоростным поверхностным нагревом, разрушение во многих случаях происходит не на стадии нагрева, а при последующем охлаждении, протекающем тоже с большой скоростью. Определяющим показателем Т. у. является возникновение за весьма короткое время (доли сек ) температурного градиента и обусловленных им деформаций и напряжений, приводящих к формоизменению, нарушениям сплошности (трещинообразованию) и в предельном случае к разрушению.

  При Т. у. в условиях быстрого нагрева тела его внешние слои расширяются, а более глубокие, остающиеся ненагретыми, препятствуют расширению. В более разогретых слоях возникают напряжения сжатия, в менее нагретых — растяжения. Когда напряжения достигают пределов прочности на сжатие или растяжение, материал разрушается. У большинства материалов сопротивление сжатию выше сопротивления растяжению, поэтому разрушение происходит в зоне действия напряжений растяжения, то есть трещина возникает в менее нагретых слоях и затем распространяется после прекращения нагрева на весь объём. Так разрушаются при Т. у. керамика, стекло и др. хрупкие и малотеплопроводные материалы. Действие Т. у. на металлы и сплавы в большинстве случаев ограничивается изменением формы. Вследствие высокой теплопроводности температурные градиенты при быстром нагреве в металлах и сплавах не достигают величины, необходимой для того, чтобы вызвать напряжения, превышающие прочность материала. Кроме того, в металлах и сплавах благодаря присущей им значительной пластичности температурные напряжения в большинстве случаев не выходят за пределы текучести. Т. у. наиболее опасен для материалов, имеющих высокий коэффициент теплового расширения, низкую теплопроводность, высокий модуль упругости, широкий диапазон предела прочности и низкую пластичность. Действие Т. у. усиливается при наличии резких изменении сечения (отверстия, выточки и пр.), концентрирующих тепловые напряжения и затрудняющих пластическую деформацию.

  Н. М. Скляров.

Термический экватор

Терми'ческий эква'тор, параллель с наиболее высокой средней многолетней температурой воздуха у земной поверхности. В январе Т. э. совпадает с географическим экватором (средняя температура воздуха около 26 °С), в июле смещается к 20—25 ° северной широты (средняя температура воздуха около 28 °С), а среднее годовое его положение около 10° северной широты. Смещение Т. э. к С. от географического обусловлено большим развитием суши в тропиках Северного полушария, прогревающейся сильнее, чем океанические воды.

Термическое бурение

Терми'ческое буре'ние, способ бурения с использованием в качестве бурового инструмента термобура или плазмобура (см. Плазменное бурение ). Разработан в конце 40-х гг. 20 в. в США, с середины 50-х гг. применяется в СССР. Большой вклад в изучение физических основ и разработку технических средств Т. б. внесли советские учёные А. В. Бричкин, Р. П. Каплунов, И. П. Голдаев, А. П. Дмитриев, А. В. Ягупов.

  Твёрдая среда (горная порода, бетон, лёд) при Т. б. разрушается в режимах хрупкого шелушения и плавления; при хрупком шелушении от нагреваемой до температуры 300—600 °С поверхности забоя отделяются небольшие твёрдые частицы (1—20 мм ). Причина разрушения — термические напряжения, вызванные неравномерным прогревом поверхностного слоя среды; режим шелушения характерен для гранитов, песчаников, безрудных и железистых кварцитов.