Детям на уроках физики обязательно рассказывал бы истории про коэффициент теплового расширения (КТР). Это может казаться чем-то скучным, занудным и неинтересным, но на самом деле на нем стоит вся наша цивилизация.
Например, рассказывая о железобетоне обычно упоминают, что бетон хорошо воспринимает нагрузки на сжатие, а железо — на расширение. Но эта пара хорошо работает вместе только потому, что у них практически одинаковы КТР. В противном случае при смене температуры (зима/лето) сталь разрывала бы бетон изнутри.
Первые вакуумные трубки (лампы) изолировали платиной не потому, что платина — благородный металл, а потому, что платина имеет почти такой же коэффициент теплового расширения, как стекло. Потом из соображений экономии их заменили на молибден и вольфрам. Без этого совпадения выводы проводов просто рвали бы стекло при нагреве и охлаждении. Вся кремниевая эпоха началась с понимания того, как расширяется стекло.
И это учитывается там, где рядом работают два материала — от эмалированной ванны до зубных протезов. Стекловидная эмаль под вами трескалась бы, когда в ванну наливали бы горячую воду. Керамическая масса, которую наносят на металлический каркас зубной коронки, подбирается так, чтобы ее КТР был максимально близок к КТР сплава (обычно на основе кобальт-хрома или золота). Если бы коэффициенты различались, при первом же глотке горячего чая керамика во рту просто отслоилась бы от металла или пошла бы трещинами.
И так происходит везде — от микросхем до турбин самолетов. А в телескопах, лазерах и астрономии вообще созданы потрясающие материалы с почти нулевым коэффициентом теплового расширения. Ведь если зеркало космического телескопа расширится на микрон — изображение галактики «поплывет».
Добавлю, что остроумным решением стал и противоположный принцип. Это когда инженеры берут два металла с разными КТР (например, латунь и сталь) и жестко соединяют их. В результате при нагреве один металл расширяется сильнее другого, из-за чего пластина изгибается. Так работают все механические термостаты: от чайников, которые при нагреве выключаются сами, до «пробок» в электрощитках.
