ההבדל העיקרי בין אנרגיית עקה לאנרגיית עיוות הוא שאנרגיית המתח קשורה לשינוי הנפחי במערכת, ואילו אנרגיית העיוות קשורה לשינוי בצורת מערכת.
המונחים, אנרגיית המתח ואנרגיית העיוות קשורים למערכות פיזיקליות. אנו יכולים להגדיר צפיפות אנרגית מתח בנקודה בחומר מוצק באמצעות שני מרכיבים נפרדים: אנרגיית מתח ואנרגיית עיוות. אנרגיית המתח קשורה לשינוי הנפחי של המערכת שאנו שוקלים, בעוד אנרגיית העיוות קשורה לשינוי הצורה.
מהי Strain Energy?
אנרגיית מתח היא האנרגיה הפוטנציאלית האלסטית שחוט יכול לצבור במהלך התארכות עם כוח מתיחה. אנו יכולים לתת את אנרגיית המתח של חומרים אלסטיים ליניאריים באופן הבא:
U=½ Vσε
כאשר U הוא אנרגיית מתח, σ הוא מתח ו-ε הוא מתח. כאשר בוחנים את הזן המולקולרי במולקולות, אנו יכולים לראות את אנרגיית הזן משתחררת כאשר נותנים לאטומים המרכיבים את עצמם לארגן מחדש את עצמם במהלך תגובה כימית. כאן, העבודה החיצונית הנעשית על חומר אלסטי שגורם לו לעבור עיוות ממצבו הלא-לחוץ, הופכת לאנרגיית עקה. אנרגיית עקה היא סוג של אנרגיה פוטנציאלית. אנו יכולים לראות שאנרגיית מתח שמגיעה בצורה של דפורמציה אלסטית, ניתנת לשחזור אך בצורה של עבודה מכנית.
איור 01: דיאגרמת מתח לעומת מתח עבור חומר גמיש
לדוגמה, לציקרופרופן יש חום בעירה גבוה מאוד (גבוה יותר מפרופאן) עבור כל יחידת מתיל נוספת (יחידת CH2). לכן, תרכובות בעלות אנרגיות מתח גדולות באופן יוצא דופן כוללות טטרהדרנים, פרופלנים, אשכולות דמויי קובנה, פנסטרנים וציקלופנים.
מהי אנרגיית עיוות?
אנרגיית עיוות היא סוג של אנרגיה שאחראית לשינוי בצורתו של חומר. זהו אחד משני המרכיבים של צפיפות אנרגיית המתח, בעוד שסוג האנרגיה השני הוא אנרגיית המתח. אנו יכולים לתת את הקשר הזה באופן הבא:
Ud=Uo – Uh
כאשר Ud היא צפיפות אנרגיית המתח, Uo היא אנרגיית המתח ו-Uh היא אנרגיית העיוות. אנו יכולים להשתמש במשוואה זו כדי לגזור את התנאי הסופי לכישלון בהתאם לתיאוריית Von-mise.
אנו יכולים לתאר אנרגיית עיוות ככמות המתארת את העלייה בצפיפות האנרגיה החופשית של חומר כגון נוזל או גביש.שינוי אנרגיה חופשית זה מתרחש עקב העיוותים מהתצורה המיושרת באופן אחיד של החומר. מונח זה ידוע גם בשם האנרגיה החופשית של פרנק, על שם המדען פרדריק צ'ארלס פרנק.
מה ההבדל בין אנרגיית עקה לאנרגיית עיוות?
ישנם שני מרכיבים של צפיפות אנרגית המתח של חומר מוצק: אנרגיית עקה ואנרגיית עיוות. אנרגיית המתח היא האנרגיה הפוטנציאלית האלסטית שחוט יכול לצבור במהלך התארכות עם כוח מתיחה בעוד אנרגיית עיוות היא סוג של אנרגיה שאחראית לשינוי בצורתו של חומר. ההבדל העיקרי בין אנרגיית המתח לאנרגיית העיוות הוא שאנרגיית המתח קשורה לשינוי הנפחי במערכת, ואילו אנרגיית העיוות קשורה לשינוי בצורת מערכת. יתרה מכך, המשוואה לאנרגיית המתח היא U=½ Vσε, כאשר U היא אנרגיית המתח, σ היא המתח ו-ε היא המתח. ואילו המשוואה לאנרגיית העיוות היא Ud=Uo - Uh כאשר Ud היא צפיפות אנרגיית המתח.
האינפוגרפיקה הבאה מסכמת את ההבדלים בין אנרגיית עקה לאנרגיית עיוות בצורה טבלאית.
סיכום – אנרגיית עקה לעומת אנרגיית עיוות
ישנם שני מרכיבים של צפיפות אנרגיית המתח של חומר מוצק בשם אנרגיית עקה ואנרגיית עיוות. ההבדל העיקרי בין אנרגיית המתח לאנרגיית העיוות הוא שאנרגיית המתח קשורה לשינוי הנפחי במערכת ואילו אנרגיית העיוות קשורה לשינוי בצורת מערכת.
