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En las clases de mecánica de ingeniería, es importante el estudio del estrés térmico y su efecto sobre diversos materiales. El frío y el calor pueden afectar materiales como el hormigón y el acero. Si un material no puede contraerse o expandirse cuando hay diferencias de temperatura, pueden producirse tensiones térmicas y causar problemas estructurales. Para verificar problemas, como deformaciones y grietas en el concreto, los ingenieros pueden calcular los valores de tensión térmica de diferentes materiales y compararlos con los parámetros establecidos.
Encuentre la fórmula para el estrés térmico utilizando las ecuaciones para la deformación y el módulo de Young. Estas ecuaciones son:
Ecuación 1.) Tensión (e) = A * d (T)
Ecuación 2.) Módulo de Young (E) = Estrés (S) / Esfuerzo (e).
En la ecuación de deformación, el término "A" se refiere al coeficiente lineal de expansión térmica para un material dado y d (T) es la diferencia de temperatura. El módulo de Young es la relación que relaciona el estrés con la tensión. (Referencia 3)
Sustituya el valor de Strain (e) de la primera ecuación en la segunda ecuación dada en el paso 1 para obtener el módulo de Young (E) = S /.
Multiplique cada lado de la ecuación en el paso 2 por para encontrar que E *. = S, o el estrés térmico.
Use la ecuación en el paso 3 para calcular la tensión térmica en una varilla de aluminio que sufre un cambio de temperatura o d (T) de 80 grados Fahrenheit. (Referencia 4)
Encuentre el módulo de Young y el coeficiente de expansión térmica para el aluminio en tablas que se encuentran fácilmente en libros de ingeniería mecánica, algunos libros de física o en línea. Estos valores son E = 10.0 x 10 ^ 6 psi y A = (12.3 x 10 ^ -6 pulgadas) / (pulgadas grados Fahrenheit), (Ver Recurso 1 y Recurso 2). Psi significa libras por pulgada cuadrada, una unidad de medida.
Sustituya los valores de d (T) = 80 grados Fahrenheit, E = 10.0 x 10 ^ 6 psi y A = (12.3 x 10 ^ -6 pulgadas) / (pulgadas grados Fahrenheit) dados en el Paso 4 y el Paso 5 en la ecuación dada en el Paso 3. Usted encuentra que el estrés térmico o S = (10.0 x 10 ^ 6 psi)(12.3 x 10 ^ -6 pulgadas) / (pulgadas grados Fahrenheit)(80 grados Fahrenheit) = 9840 psi.