Термодинамические составляющие упругой силы

 

Природа упругой силы, вызывающей обратимость деформаций, может быть выявлена при анализе термодинамики обратимого растяжения упругого тела. В этом случае при условии V = const работа внешних сил равна ƒ· dl, где ƒ - приложенная сила; dl - удлинение тела. Согласно первому и второму закону термодинамики,

 

 

откуда

 

 

Таким образом, упругая сила имеет две составляющие. Первая из них соответствует силе, действие которой направлено на снижение внутренней энергии деформированного тела, вторая - направлена на повышение его энтропии.

Наиболее универсальной характеристикой упругости является модуль Юнга Е - коэффициент пропорциональности закона Гука:

 

 

где σ - напряжение; ε - относительная деформация.

Ниже приведены значения модуля упругости ряда материалов и идеального газа в Па:

 

Сталь	Медь	Кварц	Каучук	Газ
2·1011	1·1011	1·1011	5·105	1·105

 

По величине модуля упругости все приведенные материалы разбиваются на две группы, одну из которых составляют газы и каучуки, модуль которых намного порядков меньше по сравнению с металлами или стеклом (или в более общей форме по сравнению с кристаллами и переохлажденной застеклованной жидкостью), следовательно, их намного легче деформировать. Кроме того, оказалось, что температура принципиально различным образом влияет на модуль упругости двух различных групп материалов - нагревание приводит к уменьшению модуля упругости кристаллов, в том числе металлов, и увеличению модуля упругости газов и каучуков.