തെർമൽ സ്ട്രെസ്

താപനിലയിലുണ്ടാകുന്ന വ്യത്യാസം മൂലം ഒരു വസ്തുവിൽ ഉണ്ടാകുന്ന യാന്ത്രിക ആയാസമാണ് താപീയ ആയാസം (Thermal Stress). ഇങ്ങനെയുണ്ടാകുന്ന ആയാസം മൂലം അതിന് പ്ലാസ്തികരൂപഭേദം സംഭവിക്കുകയോ പൊട്ടുകയോ ചെയ്തേയ്ക്കാം. താപനിലയിലെ വ്യത്യാസം മൂലമുണ്ടാകുന്ന താപനില ഗ്രേഡിയന്റുകൾ, താപ വികാസം അല്ലെങ്കിൽ സങ്കോചം, താപ ആഘാതങ്ങൾ എന്നിവ താപീയ ആയാസത്തിലേയ്ക്ക് നയിക്കുന്നു. ഓരോ പദാർത്ഥത്തിനും ഉണ്ടാകുന്ന താപീയ ആയാസം അതാതിന്റെ താപവികസന ഗുണാങ്കത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. പൊതുവേ, താപനിലയിൽ ഉണ്ടാകുന്ന വലിയ വ്യത്യാസം താപീയ ആയാസത്തിന്റെ അളവ് കൂട്ടുന്നു. വസ്തുക്കളുടെ താപനിലയിലുണ്ടാകുന്ന ദ്രുതഗതിയിലുള്ള മാറ്റം താപആഘാതത്തിന് കാരണമാകുകയും അവ പൊട്ടിപ്പോകാൻ കാരണമാകുകയും ചെയ്യും.

താപനില ഗ്രേഡിയന്റുകൾ

ഒരു വസ്തു അതിവേഗം ചൂടാക്കുകയോ തണുപ്പിക്കുകയോ ചെയ്യുമ്പോൾ, ഉപരിതലതാപനിലയിലും ആന്തരിക താപനിലയിലും വ്യത്യാസമുണ്ടാകും. ദ്രുത ചൂടാക്കൽ അല്ലെങ്കിൽ തണുപ്പിക്കൽ മൂലം താപീയവികാസം അല്ലെങ്കിൽ സങ്കോചം ഉണ്ടാകുകയും, വസ്തുക്കൾക്കുളളിൽ ഒരു ചലനം ഉണ്ടായി ആയാസത്തിന് കാരണമാകുകയും ചെയ്യുന്നു. ഒരു സിലിണ്ടർ ചൂടാക്കുന്നത് സങ്കൽപ്പിക്കുക, ആദ്യം ഉപരിതലത്തിൽ താപനില ഉയരുന്നു, മധ്യഭാഗം അതേ പ്രാരംഭ താപനിലയിൽ തുടരും. കുറച്ച് സമയത്തിന് ശേഷം സിലിണ്ടറിന്റെ മധ്യഭാഗം ഉപരിതലത്തിന്റെ അതേ താപനിലയിൽ എത്തും. ചൂടാക്കുന്ന സമയത്ത് ഉപരിതലം താരതമ്യേന ചൂടുളളതാകുകയും, ഇത് കേന്ദ്രത്തേക്കാൾ കൂടുതൽ വികസിക്കുകയും ചെയ്യും. ദന്തചികിത്സയിൽ പല്ലുകളിലെ പോട് നിറയ്ക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഡെന്റൽ ഫില്ലിംഗുകൾ ഒരു വ്യക്തിയുടെ പല്ലിൽ താപീയ ആയാസം ഉണ്ടാക്കുന്നത് ഇതിന് ഒരു ഉദാഹരണമാണ്. ഫില്ലിംഗുകൾ ഇനാമലിനേക്കാൾ വേഗത്തിൽ വികസിക്കുകയും വ്യക്തിയുടെ വായിൽ വേദനയുണ്ടാക്കുകയും ചെയ്യുമെന്നതിനാൽ ദന്തഡോക്ടർമാർ പല്ലിന്റെ ഇനാമലിനേക്കാൾ വ്യത്യസ്ത താപ വികസന ഗുണാങ്കങ്ങളുള്ള ഡെന്റൽ ഫില്ലിംഗുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു,

താപ വികാസവും സങ്കോചവും

റെയിലുകളിലെ താപീയ ആയാസം മൂലമുണ്ടാകുന്ന രൂപഭേദം

പദാത്ഥങ്ങളുടെ താപവികസന ഗുണാങ്കത്തിന് അനുസൃതമായി അവ വികസിക്കുകയോ സങ്കോചിക്കുകയോ ചെയ്യും. അവയുടെ ചലനം തടസ്സപ്പെടുത്താതിരുന്നാൽ, ആയാസം ഉണ്ടാകാതെ അവ സ്വതന്ത്രമായി വികസിക്കുകയോ ചുരുങ്ങുകയോ ചെയ്യും. എന്നാൽ ആ വസ്തുവിന്റെ ഏതെങ്കിലും ഭാഗങ്ങളെ വികസിക്കാനോ ചുരുങ്ങാനോ അനുവദിക്കാതെ മറ്റൊരു വസ്തുവുമായി ഉറപ്പിച്ചിരിക്കുകയാണെങ്കിൽ അവിടങ്ങളിൽ താപീയ ആയാസം ഉണ്ടാകും. താപനിലയിലെ മാറ്റം, പദാർത്ഥത്തിന്റെ താപവികസനഗുണാങ്കം, യംഗ് മാപനാങ്കം എന്നിവ ഗുണിച്ചാണ് ഈ ആയാസം കണക്കാക്കുന്നത് (ചുവടെയുള്ള സമവാക്യം കാണുക). $E$ യംഗ് മാപനാങ്കം ആണ്, $\alpha$ താപവികസനഗുണാങ്കം, $T_{0}$ പ്രാരംഭ താപനിലയും $T_{f}$ അവസാന താപനിലയുമാണ്.

$\sigma =E\alpha \left(T_{f}-T_{0}\right)=E\alpha \Delta {T}$

$T_{f}$ ൻ്റെ വില $T_{0}$യെക്കാൾ വലുതാണെങ്കിൽ, ആ വസ്തുവിനെ വികസിക്കാനാകതെ അടക്കിപ്പിടിച്ചിരിക്കുന്നതുമൂലം അതിൽ ഒരു സമ്മദ്ദനമാണ് ഉണ്ടാകുക. എന്നാൽ ഇതേ വസ്തുവിനെ തണുപ്പിക്കുമ്പോൾ വിപരീതം സംഭവിക്കുന്നു. താപ വികാസം, സങ്കോചം, താപനില ഗ്രേഡിയന്റുകൾ എന്നിവയുടെ സംയോജനമാണ് വെൽഡിംഗിൽ സംഭവിക്കുന്നത്. ചൂടാക്കൽ, തണുപ്പിക്കൽ എന്നിവയുടെ ഒരു പൂർണ്ണചക്രത്തിന് ശേഷം, വെൽഡിന് ചുറ്റും അവശേഷ ആയാസം (Residual Stress) നിലനില്കും

താപ ആഘാതം

ഭംഗുരവസ്തുക്കളിൽ താപനിലയിലുളള ദ്രുതമായ മാറ്റത്തിന് പുറമേ കുറഞ്ഞ താപചാലകതമൂലം താപനിലയിലുണ്ടാകുന്ന വലിയ ചരിവുമാനവും കാരണം താപ ആഘാതം സംഭവിക്കാറുണ്ട്. താപനിലയിലെ മാറ്റം ഉപരിതലത്തിൽ ആയാസത്തിന് കാരണമാകുന്നു, ഇത് വിള്ളൽ രൂപപ്പെടുന്നതിനും അത് പടരുന്നതിനും. സെറാമിക്സ് വസ്തുക്കൾ സാധാരണയായി താപ ആഘാതത്തിന് വിധേയമാണ്. ഗ്ലാസ് ഉയർന്ന താപനിലയിൽ ചൂടാക്കി തണുത്ത വെള്ളത്തിൽ പെട്ടെന്ന് തണുപ്പിക്കുമ്പോൾ പൊട്ടുന്നത് ഒരു ഉദാഹരണം. ഗ്ലാസിന്റെ താപനില അതിവേഗം കുറയുമ്പോൾ, ആയാങ്ങൾ ഉണ്ടാകുകയും ഗ്ലാസിൽ ഒടിവുകൾ ഉണ്ടാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, അത് വിള്ളലുകളായി കാണപ്പെടുകയും ചിലപ്പോൾ പൊട്ടുകയും ചെയ്യുന്നു.