Eğer tüp hızla genleşirse ve fiber yavaş genleşirse, sıcaklık yükseldiğinde fiber kopar mı?
Özetle, evet. Belirli kapsülleme yapıları altında, koruyucu tüpün termal genleşme katsayısı fiberinkinden çok daha büyükse, sıcaklık arttığında tüpün şiddetli genleşmesi fiberi koparabilir.
Bunun arkasındaki fiziksel mekanizmayı anlamak için, termal genleşme katsayısı, kapsülleme kuplaj yöntemi ve fiberin sınır çekme mukavemeti olmak üzere üç boyuttan analiz yapmak gereklidir.
1. Termal Genleşme Katsayılarındaki Fiziksel Farklılıklar
- Kuvars Fiber: Ana bileşeni silika ( \text{SiO}_2 ) olup, tipik değeri yaklaşık \alpha_{\text{fiber}} \approx 0.5 \times 10^{-6}\ /\text{K} (veya 0.5\ \mu\varepsilon/^{\circ}\text{C} ) olan son derece düşük bir termal genleşme katsayısına sahiptir.
- Koruyucu Tüp (örneğin paslanmaz çelik tüp): Metal malzemelerin termal genleşme katsayıları genellikle büyüktür. Örneğin, yaygın olarak kullanılan 316L paslanmaz çelik dikişsiz çelik tüpün termal genleşme katsayısı yaklaşık \alpha_{\text{tube}} \approx 16 \times 10^{-6}\ /\text{K} (veya 16\ \mu\varepsilon/^{\circ}\text{C} ) civarındadır.
- Genleşme Farkı: İkisinin termal genleşme katsayıları arasındaki fark \Delta\alpha \approx 15.5 \times 10^{-6}\ /\text{K} 'dir. Bu, sıcaklık arttığında çelik tüpün serbest uzama eğiliminin fiberinkinden 30 kat daha fazla olduğu anlamına gelir.
2. Kapsülleme Yapısının Kritik Rolü
Tüpün fiberden daha hızlı genleşip genleşmediği, fiberi koparıp koparmayacağı tamamen fiber ile tüp arasındaki mekanik kuplaj yöntemine bağlıdır:
- Gevşek Tüp Kapsüllemesi (Kısıtlama Yok): Fiber, koruyucu tüpün içine gevşek bir şekilde yerleştirilmişse (örneğin daha büyük çaplı bir tüpün içine), ve her iki ucu yapıştırılarak sabitlenmemişse. Sıcaklık arttığında, tüp uzasa bile, fiber tüp içinde sadece göreceli olarak kayar, çekme gerilimine maruz kalmaz ve bu nedenle kesinlikle kopmaz.
- Sıkı Kapsülleme / Her İki Uçtan Sabitlenmiş Kapsülleme (Güçlü Kısıtlama): Yapısal tasarım (örneğin bir gerinim sensörü üretimi veya ayrıştırma işleminin yapılmadığı kapsülleme işlemi) nedeniyle, fiberin her iki ucu veya tamamı yapıştırıcı, kaynak veya mekanik kelepçelerle tüpe rijit bir şekilde sabitlenmişse. Bu durumda, tüpün genleşmesi fiberi zorla çekecek ve fiber, sıcaklık farkı \Delta T 'den kaynaklanan