صمّم مهندس قطعة ميكانيكية مربعة الشكل لنظام تبريد خاص تتألف القطعة الميكانيكية من قطعتين مستطيلتين من الألومنيوم، وقطعتين مستطيلتين من الفولاذ، وكانت القطعة المصممة مربعة تماما عند درجة 293K، ولكن عند درجة K 170~؟
الإجابة الصحيحة من خلال موقع بوابة الإجابات هي:
يعاني الجزءان 1 و 2 انكماشا أكبر في الطول من الجزأين 3 و 4 ؛ لذا فإن الجزأين 1 و 2 يجب أن يكونا مصنوعين من الألومنيوم الذي معامل تمدده أكبر من معامل تمدد الفولاذ
الإجابة المختصرة تشير إلى أن تصميم القطعة الميكانيكية يعتمد على مبدأ التمدد الحراري المختلف للمعادن المستخدمة. دعونا نفصل هذا المبدأ وكيف يحل المشكلة المطروحة:
- التمدد الحراري: عندما تسخن المواد، تتمدد، أي يزداد حجمها. وعندما تبرد، تنكمش، أي يقل حجمها. مقدار هذا التمدد أو الانكماش يعتمد على نوع المادة وكمية التغير في درجة الحرارة.
- معامل التمدد الحراري: لكل مادة معامل تمدد حراري خاص بها. هذا المعامل يحدد مقدار التمدد أو الانكماش لكل درجة مئوية (أو كلفن) من التغير في درجة الحرارة. الألومنيوم لديه معامل تمدد حراري أكبر من الفولاذ. هذا يعني أن الألومنيوم يتمدد وينكمش أكثر من الفولاذ لنفس التغير في درجة الحرارة.
- تحليل المشكلة: القطعة الميكانيكية مربعة الشكل عند 293K. وعندما تنخفض درجة الحرارة إلى 170K، يجب أن تظل القطعة مربعة. لكن، بما أن الألومنيوم والفولاذ يتمددان وينكمشان بمعدلات مختلفة، فإن القطعة ستتشوه (لن تبقى مربعة) إذا لم يتم أخذ هذا الاختلاف في الاعتبار.
- الحل:
- القطعتان 1 و 2 (الألومنيوم): يجب أن تكونا مصنوعتين من الألومنيوم لأنه يتمدد وينكمش أكثر. عند انخفاض درجة الحرارة، سينكمش الألومنيوم أكثر من الفولاذ.
- القطعتان 3 و 4 (الفولاذ): يجب أن تكونا مصنوعتين من الفولاذ لأنه يتمدد وينكمش أقل. عند انخفاض درجة الحرارة، سينكمش الفولاذ بدرجة أقل من الألومنيوم.
- لماذا هذا التصميم يحافظ على الشكل المربع؟ بوضع الألومنيوم (الذي ينكمش أكثر) في أماكن معينة والصلب (الذي ينكمش أقل) في أماكن أخرى، يتم تعويض الانكماشات المختلفة. هذا التعويض يضمن أن القطعة الميكانيكية تظل مربعة تقريبًا حتى عند درجة الحرارة المنخفضة (170K). بمعنى آخر، الانكماش الأكبر للألومنيوم يعادل الانكماش الأقل للفولاذ للحفاظ على الشكل الهندسي العام.
اذا كان لديك إجابة افضل او هناك خطأ في الإجابة علي سؤال صمّم مهندس قطعة ميكانيكية مربعة الشكل لنظام تبريد خاص تتألف القطعة الميكانيكية من قطعتين مستطيلتين من الألومنيوم، وقطعتين مستطيلتين من الفولاذ، وكانت القطعة المصممة مربعة تماما عند درجة 293K، ولكن عند درجة K 170~ اترك تعليق فورآ.
