books historical approaches to elastic theory
If you do not find what you're looking for, you can use more accurate words.
مقاربات تاريخية لنظرية المرونة (Info)
اقترح كل من يوجين غوث وهوبرت م. جيمس المنشأ الإنتروبي للمرونة المطاطية عام 1941.
الثرموديناميك
تؤثر درجة الحرارة في مرونة البوليمرات المرنة (الإلاستومرات) بطريقة غير عادية؛ فعند افتراض أن البوليمر المرن في حالة ممطوطة، يؤدي تسخينه إلى التقلص. وبالعكس، يسبب تبريده التمدد. يمكن ملاحظة هذا في سوار مطاطي عادي. يؤدي شد المطاطة إلى إطلاق الحرارة (ويمكنك تحسسها بشفتيك)، في حين أن تركها بعد شدها سيؤدي إلى امتصاص الحرارة، مبردةً الوسط المحيط. تفسر هذه الظاهرة من خلال طاقة غيبس الحرة. بإعادة ترتيب ΔG=ΔH−TΔS حيث G هي الطاقة الحرة، H هي الإنثالبي (المحتوى الحراري)، وS هي الإنتروبي، نحصل على TΔS=ΔH−ΔG. بما أن الشد غير تلقائي، إذ يحتاج عملًا خارجيًّا، يجب أن يكون المقدارTΔS سالبًا. بما أن درجة الحرارة T موجبة تمامًا (لا يمكن أن تصل أبدًا إلى الصفر المطلق)، يجب أن يكون الفرق ΔG سالبًا، ما يعني أن المطاط أكثر تشابكًا (له حالات مجهرية أكثر) في حالته الطبيعية عما يكون عليه عند الخضوع للشد. بالتالي، عند إزالة الشد، يكون التفاعل تلقائيًّا، جاعلًا الفرق ΔG سالبًا. بالنتيجة، يجب أن يؤدي الأثر التبريدي إلى قيمة موجبة للفرق ΔH، وبالتالي يكون ΔS موجبًا هنا.
النتيجة هي أن البوليمر المرن يتصرف تقريبًا كغاز أحادي الذرة، كما لا تخزن البوليمرات المرنة أي طاقة كامنة (بتقريب مقبول) في الروابط الكيميائية المشدودة ولا تخزن أيًا من عمل المرونة المصروف على شد الجزيئات، عند صرف العمل عليها. بل «يحرَّر» كل العمل المصروف على المطاط (لا يخزن) ويظهر فورًا في البوليمر على شكل طاقة حرارية. بنفس الطريقة، يؤدي كل العمل الذي تقوم به المادة المرنة على المحيط إلى اختفاء الطاقة الحرارية لأجل أداء العمل (تصبح المطاطة أبرد، كالغاز حين يتمدد). هذه الظاهرة الأخيرة تدل أن قدرة البوليمر على أداء العمل تعتمد فقط على (كما في الغاز المثالي) اعتبارات تخص تغير الإنتروبي، وليس على أي طاقة مخزنة (أي كامنة) ضمن روابط البوليمر. بل تأتي كل الطاقة اللازمة لأداء العمل من الطاقة الحرارية، وكما في حالة الغاز المثالي أثناء تمدده، يسمح التغير الموجب لإنتروبية البوليمر وحده بتحول الطاقة الحرارية الداخلية بشكل فعال (100% نظريًّا) إلى عمل.
