حاسبة الانفعال الحراري الحر

أدخل معامل التمدد الحراري الخطي للمادة وتغير درجة الحرارة، فتطبق الأداة العلاقة ε_th = αΔT. تعرض النتيجة كنسبة انفعال ونسبة مئوية وميكروانفعال لتسهيل استخدامها في الحسابات الهندسية. تدل النتيجة الموجبة على تمدد حر، بينما تدل النتيجة السالبة على انكماش حر. يفترض هذا الحساب أن المادة غير مقيدة وأن معامل تمددها يظل ثابتًا ضمن المجال الحراري المحدد.

ما الذي يمثله الانفعال الحراري الحر

يصف الانفعال الحراري مقدار تغير طول المادة نسبة إلى طولها الأصلي عندما تتغير درجة حرارتها من دون وجود ما يمنع حركتها. ولأنه نسبة تغير الطول إلى الطول الأصلي، فلا وحدة فيزيائية له. تعني القيمة 0.0006 أن كل متر سيزداد طوله بحرية بمقدار 0.0006 متر في الظروف المحددة، وتنطبق النسبة نفسها على المليمترات أو البوصات أو أي وحدة طول أخرى مستخدمة بصورة متسقة. تعرض الحاسبة النتيجة أيضًا كنسبة مئوية وميكروانفعال، حيث يساوي الميكروانفعال الواحد جزءًا من مليون من الانفعال. وللإشارة معنى فيزيائي؛ فالمعامل الموجب مع التسخين يعطي انفعالًا موجبًا، بينما يعطي التبريد انفعالًا سالبًا. أما المواد ذات معامل التمدد الحراري السالب فتعكس هذا السلوك المعتاد. يقتصر الحساب على التشوه الحر فقط، ولا يتنبأ بالقوة أو الإجهاد، لأنهما لا ينشآن إلا عندما تعارض القيود أو الأجزاء المجاورة أو المساند أو شروط التوافق التغير الطبيعي في الأبعاد.

كيفية إدخال المعامل وتغير درجة الحرارة

أدخل معامل التمدد الحراري الخطي بوصفه قيمة معكوسة لدرجة الحرارة، وعادة بوحدة 1/K. تعرض جداول المواد المنشورة المقدار نفسه أحيانًا بوحدة µm/(m·K) أو ppm/K. تعادل هاتان الصيغتان عدديًا الميكروانفعال لكل كلفن، ولذلك حوّلهما إلى 1/K قبل الإدخال؛ فعلى سبيل المثال، تصبح 12 ppm/K مساوية إلى 0.000012 1/K. أدخل تغير درجة الحرارة على أنه درجة الحرارة النهائية ناقص درجة الحرارة الابتدائية. لذلك فإن الارتفاع من 20 °C إلى 70 °C يساوي +50 °C، والانخفاض من 70 °C إلى 20 °C يساوي −50 °C. للفروق الحرارية بالكلفن والدرجة المئوية القيمة العددية نفسها، لذا يمكن استخدام أي منهما إلى ΔT عندما يكون المعامل لكل كلفن أو لكل درجة مئوية. لا تدخل درجة حرارة مطلقة بدلًا من مقدار التغير. تقبل الحاسبة المعاملات السالبة وتغيرات الحرارة السالبة لأن كليهما قد يصف حالة حقيقية. وتشترط أعدادًا منتهية، وترفض القيم المفقودة والنص غير العددي واللانهاية وأي حاصل ضرب يتجاوز المجال العددي المنتهي.

الافتراضات وتفسير النتيجة والخطوات التالية

تفترض العلاقة ε_th = αΔT تغيرًا منتظمًا في درجة الحرارة، ومعاملًا ثابتًا ضمن المجال، واتجاهًا للمادة يمثله المعامل الذي أدخلته. تلائم هذه الافتراضات كثيرًا من الحسابات الأولية ضمن مجالات حرارية معتدلة. وقد لا تكفي بالقرب من التحولات الطورية، أو عبر مجالات واسعة جدًا، أو للمواد المركبة ومتباينة الخواص التي يعتمد تمددها على الاتجاه. في هذه الحالات، استخدم بيانات خاصة بكل اتجاه، وإذا كان α يتغير مع درجة الحرارة فاكمل المعامل على طول المسار الحراري بدلًا من ضرب قيمة ثابتة واحدة. كذلك لا يساوي الانفعال الحراري الحر الانفعال الكلي المقاس في عنصر محمل، إذ قد تسهم فيه الانفعالات الميكانيكية والزحف والانكماش وتأثيرات أخرى. إذا احتجت إلى تغير فعلي في الطول، فاضرب نسبة الانفعال في الطول الأصلي. وإذا كان التمدد مقيدًا كليًا أو جزئيًا، فيجب أن يراعي التحليل الإنشائي أو تحليل الإجهاد الحراري الصلابة وشروط الحدود والهندسة وسلوك المادة. استخدم هذه النتيجة بوصفها المركبة الحرارية غير المقيدة التي تدخل في تحليل أشمل، لا بوصفها تنبؤًا مستقلًا بالإجهاد.