¿Qué pasaría si un material dúctil como el cobre se calienta sin espacio para la expansión?

Bueno, como no ha explicado cómo se limitaría el material, lo estoy asumiendo. Suponiendo que el material tiene la forma de un cuboide, puede haber dos casos posibles:

  1. El cuboide está sujeto con placas en todas sus caras : en el caso de que calientemos el material, tenderá a expandirse (como en el caso de cualquier metal). Ahora debido a las restricciones, inicialmente la expansión no ocurrirá. Debido a esto, el cuboide metálico tratará de doblarse bajo las severas tensiones térmicas generadas debido a la expansión térmica. Pero debido a las abrazaderas, no se producirá pandeo y lentamente el cuboide comenzará a derretirse y volverse blando. Ahora, si el sello entre las abrazaderas no es hermético, el metal saldrá de él.

2.El cuboide está cubierto con un material de resistencia estructural infinita y es superinsulante (para que no se produzca transferencia de calor). El bar se calienta desde el centro del bar: Bueno, ahora es un caso interesante. Explicaré lo que le sucede en fases.

  • Comienza el calentamiento: la barra de metal se calienta. No hay espacio para la expansión. Se generan grandes tensiones.
  • La temperatura supera el punto de fusión: Bueno, no pasa nada. Sin expansión, pandeo ni ningún tipo de cosa debido al super material de la era espacial que lo cubre. La barra se mantiene sólida.
  • La temperatura aumenta muchas veces: en este punto, la presión aumenta enormemente, pero las paredes del super material de cobertura ejercen la misma presión (estoy escribiendo presión suponiendo que algunos enlaces de las moléculas de la capa más externa se debilitan en cierta medida). Pero esto causa algún tipo de equilibrio entre las dos presiones y la barra permanece sólida al igual que el núcleo sólido de la tierra.
  • La temperatura se vuelve muy, muy alta: los enlaces que mantienen unidos a los átomos metálicos comienzan a debilitarse y el resultado es un fluido muy denso (especialmente en el centro) con capas externas aún sólidas.
  • La temperatura aumenta aún más: en este punto, los átomos metálicos comienzan a perder electrones y un plasma muy denso comienza a formarse de manera similar a los que se encuentran en las estrellas grandes.
  • La temperatura llega a niveles locos, digamos unos pocos millones de grados Celsius: los iones metálicos ahora están completamente desprovistos de electrones y la barra ahora es un mar de plasma supercaliente con núcleos metálicos y electrones que vibran a velocidades insanas. Ahora los núcleos que chocan entre sí ganan tanta velocidad que superan la repulsión electrostática de los protones. Esto podría provocar que los núcleos se peinen para formar nuevos núcleos, es decir, que comience la fusión nuclear. Muy parecido a las estrellas superpesadas o supernova.

Por lo tanto, puede obtener un pequeño reactor de fusión portátil. Felicidades 😛 Pero primero debes obtener ese supermaterial.

Primero, no es posible responder en la vida real porque no hay material que pueda sobrevivir a las fuerzas creadas por la expansión térmica del cobre, o cualquier otro material que elija calentar. Entonces, el detalle que es el cobre no tiene un significado especial. Segundo, ningún material puede contener el cobre. SI la expansión térmica del cobre es mayor que la del contenedor, el cobre comprimirá las paredes del contenedor y juntará los átomos. Esto requerirá una energía considerable. Si esto continúa, entonces las presiones finalmente alcanzarán niveles lo suficientemente altos como para que ocurra la fusión atómica. Entonces, el material del contenedor o del cobre cambiará su composición atómica y se convertirá en otra cosa. El volumen disminuiría, pero eso supone que la energía podría escapar de alguna manera sin destruir todo. La ductilidad nunca juega un papel en estos escenarios.

Siendo realistas, se podría construir un pequeño experimento rodeando un cubo de cobre con placas de acero soldadas entre sí. Calentar todo mostrará que el cobre se expande en el acero y deforma el acero bajo compresión y el contenedor crecerá en tamaño. Incluso si el contenedor es del tamaño de una montaña y el cubo de una pulgada, esto es lo máximo que podría suceder hasta que las temperaturas alcancen el punto de fusión del cobre o del contenedor y el experimento haya terminado.

La forma en que se realiza este experimento en el laboratorio es colocar una pequeña pieza de cobre, o cualquier otra cosa que desee estudiar, en una celda de yunque Diamond. Experimentos como este se han convertido en algo rutinario. Esta es la forma en que medimos la presión versus la densidad (la ecuación de estado) para materiales sólidos y líquidos. El punto de fusión en función de la temperatura y la presión, es decir, la curva de fusión, también se puede medir de esta manera.

Desarrollará estrés térmico en él y cuando el límite de este estrés cruza las restricciones que se proporcionan para resistir cualquier expansión, entonces todo este sistema fallará o desarrollará grietas.