Hvorfor gummibånd krymper, når de opvarmes - Videnskaben om temperatur og elasticitet

Af Grahame Turner Opdateret 24. marts 2022

anopdesignstock/iStock/Getty Images

Gummiets nysgerrige opførsel

Mange naturlige materialer udvider sig, når de opvarmes og trækker sig sammen, når de afkøles, men et gummibånd gør det modsatte. Når du blæser en hårtørrer på den, forkortes båndet, og når du lægger det i fryseren, strækkes det.

Molekylær bevægelse i polymerer

Gummi er en tværbundet polymer, hvis kæder er viklet sammen som en garnkugle. I fast tilstand er kæderne klemt sammen i en tilfældig spolekonfiguration. Temperatur ændrer kædernes kinetiske energi:varme øger deres vibration, mens kulde bremser den.

Elastisk genopretning ved stuetemperatur

Ved omgivende forhold modstår de sammenfiltrede kæder forlængelse. Når du trækker i et gummibånd, retter kæderne sig ud og lagrer elastisk energi. Når du slipper den, kollapser kæderne tilbage til deres oprullede tilstand, og båndet klikker tilbage til sin oprindelige længde.

Varmeinduceret kontraktion

Opvarmning af båndet "vikler ud" spolestrukturen. Den øgede bevægelse gør det muligt for kæderne at justere mere lineært, hvilket reducerer det volumen, de optager. Som følge heraf krymper båndet, selvom de enkelte polymermolekyler stadig bevæger sig hurtigere. Denne kontraintuitive effekt er veldokumenteret i polymerfysisk forskning.

Kold-induceret udvidelse

Afkøling vender processen om. Kæderne bliver mere stive og tvinges ind i et strammere og mere effektivt pakningsarrangement. Båndet forlænges derfor lidt og bliver mere elastisk, hvilket gør det lettere at strække.

Sammenfattende stammer den tilsyneladende modsætning mellem gummis adfærd og de fleste materialers opførsel fra den unikke sammenfiltrede struktur af dets polymerkæder, og hvordan temperaturen ændrer deres bevægelse.