הלם תרמי

הלם תרמי הוא מצב שבו חומר נשבר או נסדק עקב חימום או קירור מהיר מדי.

כאשר חומר מחומם או מקורר באופן לא אחיד, החום עובר מאזור חם יותר לאזור קר יותר, בקצב שנקבע על פי המוליכות התרמית שלו. אזורים חמים וקרים מתפשטים באופן שונה, על פי הפרש הטמפרטורות ומקדם המוליכות התרמית של החומר. הבדלים של התפשטות בחומר גורמים למאמצים בחומר. כאשר מאמצים אלו יותר גדולים מהחוזק של החומר, הוא נשבר.

ככלל, הלם תרמי ייגרם עקב שילוב של התנאים הבאים: הפרש טמפרטורות גדול, מוליכות תרמית נמוכה, חוזק נמוך של החומר, ותנאים נוספים אשר מפורטים בהמשך.

דוגמאות

כאשר זורקים קובית קרח לתוך מים חמים (או אפילו פושרים), החוזק הנמוך של קרח ביתי, מקדם ההולכה הנמוך והפרש הטמפרטורות הגדול גורמים לקרח להסדק או להתנפץ. התופעה נובעת מכך שהצד החיצוני של הקרח מתחמם מהר מאוד ומתכווץ, והצד הפנימי נשאר כפי שהיה, וזה גורם למאמצים בתוך הקרח אשר גורמים לשבירתו. יש לציין שקרח (בטמפרטורה הקרובה ל-0 מעלות צלזיוס), בניגוד למרבית החומרים, מתכווץ עם עליית הטמפרטורה (ראו האנומליה של המים).

בחישול של מתכות מקררים במהירות מתכת חמה על מנת לקבל חוזק גבוה ותכונות רצויות אחרות. עם זאת, ישנם תקנים אשר מגדירים במדויק כיצד יש לקרר את המתכת, שכן קירור מהיר מדי יביא לסדיקה.

מניעה של הלם תרמי

הלם תרמי ניתן להפחית באמצעות שינוי התנאים:

• הפרש טמפרטורות קטן יותר, או חימום וקירור איטיים יותר
• הכנסת מאמצים מכוונים בתוך החומר (כמו בזכוכית מחוסמת), אשר יתקזזו עם המאמצים הנגרמים במהלך החימום
• שינוי תכונות החומר או שימוש בחומר אחר, בעל:

• מוליכות תרמית גבוהה יותר
• מקדם התפשטות תרמית קטן יותר
• חוזק גדול יותר
• מודול יאנג קטן יותר - גורם למאמצים קטנים יותר עבור אותה התפשטות
• קשיחות (toughness) גדולה יותר - גורמת לחומר לספוג מאמצים באופן פלסטי