Rubber and rubber balloons: paradigms of thermodynamics

آزمایش‌ها با بالن‌های لاستیکی و ورق‌های لاستیکی به مشاهدات شگفت‌انگیزی منجر شده‌اند که برخی از آنها تاکنون ناشناخته بوده یا قبلاً در ادبیات شرح داده نشده‌اند. در بالن‌ها، این پدیده‌ها به دلیل مشخصه فشار-شعاع غیر یکنواخت است که بالون‌ها را به موضوعی مورد توجه فیزیکدانانی که در مطالعات پایداری مشغول هستند تبدیل می‌کند. در اینجا موقعیتی وجود دارد که در آن شکستن تقارن و پسماند ممکن است به صورت تحلیلی مورد مطالعه قرار گیرد، زیرا روابط تنش-کشش لاستیک - و انرژی آزاد غیر محدب آن - را می توان به صراحت از نظریه جنبشی لاستیک و از کشش غیر خطی تعیین کرد.

از آنجایی که الاستیسیته لاستیک و الاستیسیته گازها هر دو ناشی از آنتروپی هستند، یک بالون لاستیکی نشان دهنده سازش بین تمایل آنتروپیک گاز به انبساط و تمایل آنتروپیک لاستیک به انقباض است.

P> بنابراین بادکنک های لاستیکی و لاستیکی پارادایم های آموزنده ترمودینامیک را ارائه می دهند. این تک نگاری موضوع را در سطحی مناسب برای تحصیلات تکمیلی بررسی می کند.

Experiments with rubber balloons and rubber sheets have led to surprising observations, some of them hitherto unknown or not previously described in the literature. In balloons, these phenomena are due to the non-monotonic pressure-radius characteristic which makes balloons a subject of interest to physicists engaged in stability studies. Here is a situation in which symmetry breaking and hysteresis may be studied analytically, because the stress-stretch relations of rubber - and its non-convex free energy - can be determined explicitly from the kinetic theory of rubber and from non-linear elasticity.

Since rubber elasticity and the elasticity of gases are both entropy-induced, a rubber balloon represents a compromise between the entropic tendency of a gas to expand and the entropic tendency of rubber to contract.

Thus rubber and rubber balloons furnish instructive paradigms of thermodynamics. This monograph treats the subject at a level appropriate for post-graduate studies.