Cuando se deforma un material perfectamente elástico , la energía asociada con la deformación permanece almacenada en el cuerpo como energía potencial elástica, denominada energía de deformación . Tras la eliminación de las fuerzas deformantes, el cuerpo recupera por completo su forma, tamaño y configuración originales sin más pérdida de calor. Sin embargo, ¡nada es perfectamente elástico! Cuando se deforma un material parcialmente elástico (por ejemplo, una banda de goma), siempre queda una deformación remanente incluso al retirarse las fuerzas de deformación. Exhibe histéresis y parte de la energía convertida en calor. Aquí hay una referencia rápida .
¿Cómo es que este remanente de deformación es responsable del calentamiento del material?
Editar Según uno de los ecuaciones,
Supongo que para la deformación elástica de un material perfectamente elástico, durante el proceso de carga es negativo porque y durante la descarga es positivo porque . En todo el ciclo, cuando el sistema llega a su estado original, no se calienta. Pero para un material parcialmente elástico, la deformación permanente residual puede ser responsable de un valor distinto de cero. , distinto de cero ¿o ambos?
Un material parcialmente elástico (es decir, un material viscoelástico) exhibe una combinación de comportamiento elástico y viscoso, y es la parte viscosa la responsable del aumento de energía interna (caso adiabático) o la emisión de calor (caso isotérmico).
Imagine un resorte y un amortiguador (dashpot) en serie. Cuando se estira la combinación, tanto el resorte como el amortiguador se extienden, pero la extensión del amortiguador es responsable de la disipación de energía mecánica a energía interna o calor. Por lo tanto, cuando se libera la fuerza que extiende la combinación, el resorte puede volver a su longitud original, pero la nueva longitud del amortiguador permanece bloqueada. Por lo tanto, la combinación general conserva cierta extensión residual y parte de la energía mecánica se ha disipado por el amortiguador
Simple: la deformación inelástica es un proceso irreversible. El caucho es quizás un mal ejemplo, debido a su hiperelasticidad (¡las bandas elásticas en realidad se enfrían más cuando las estiras!)
En su lugar, considere una varilla de algún metal. Pretende por un momento que se comporte perfectamente la elasticidad. ¿Qué pasaría si lo estiraras y luego lo soltaras? Simplemente saltaría adelante y atrás, como un simple oscilador armónico indefinidamente. Esto claramente no es lo que sucedería en la vida real. La energía del estiramiento se amortiguaría y la varilla simplemente volvería al estado no estirado. Sin embargo, la energía tiene que ir a alguna parte .. Por supuesto se va a calentar. ¿Pero cómo? Desprecie las dislocaciones de momento o los cambios de configuración de los materiales amorfos. La red de este material está sujeta a campos eléctricos simples y los campos eléctricos son conservativos. Entonces, ¿adónde puede ir la energía? Por qué, campos magnéticos. ¡Las cargas en movimiento generan campos magnéticos y los campos magnéticos no son conservativos! Por lo tanto, la energía se puede transformar de vibraciones reticulares masivas a vibraciones microscópicas de fonones acústicos, o lo que los termodinámicos llaman temperatura.
Chet Miller