Termisk udvidelseskoefficient
Faste stoffer udvider sig for det meste ved opvarmning og trækker sig sammen ved afkøling. Denne reaktion på temperaturændringer udtrykkes som dens termiske udvidelseskoefficient.
Der anvendes varmeudvidelseskoefficienten:
- i lineær varmeudvidelse
- i området termisk ekspansion
- i den volumetriske varmeudvidelse
Disse egenskaber er tæt forbundet. Den volumetriske varmeudvidelseskoefficient kan måles for alle stoffer af kondenseret stof (væsker og fast stof). Den lineære varmeudvidelse kan kun måles i fast tilstand og er almindelig i tekniske anvendelser.
Termiske udvidelseskoefficienter for nogle almindelige materialer
Der skal tages hensyn til materialets udvidelse og sammentrækning ved konstruktion af store konstruktioner, ved brug af bånd eller kæder til måling af afstande i forbindelse med landmålinger, ved konstruktion af støbeforme til støbning af varmt materiale og i andre tekniske anvendelser, hvor der forventes store ændringer i dimensionerne som følge af temperatur. Intervallet for α er fra 10-7 for hårde faste stoffer til 10-3 for organiske væsker. α varierer med temperaturen, og nogle materialer har en meget stor variation. Nogle værdier for almindelige materialer, angivet i dele pr. million pr. celsiusgrad: (NB: Dette kan også være i kelvin, da temperaturændringerne er et 1:1 forhold)| lineær varmeudvidelseskoefficient α | |
| materiale | α i 10-6 /K ved 20 °C |
| 60 | |
| BCB | 42 |
| Lead | 29 |
| Aluminium | 23 |
| Messing | 19 |
| Rustfrit stål | 17.3 |
| Kobber | 17 |
| Guld | 14 |
| Nikkel | 13 |
| Beton | 12 |
| Jern eller stål | 11.1 |
| Kulstofstål | 10.8 |
| Platinum | 9 |
| Glas | 8.5 |
| GaAs | 5.8 |
| Indiumphosphid | 4.6 |
| Wolfram | 4.5 |
| Glas, Pyrex | 3.3 |
| 3 | |
| Invar | 1.2 |
| 1 | |
| Kvarts, smeltet | 0.59 |
Applikationer
For anvendelser, der anvender varmeudvidelsesegenskaben, se bi-metal- og kviksølvtermometer
Termisk ekspansion bruges også i mekaniske applikationer til at passe dele over hinanden, f.eks. kan en bøsning monteres over en aksel ved at gøre dens indre diameter lidt mindre end akslens diameter, derefter opvarme den, indtil den passer over akslen, og lade den køle af, efter at den er blevet skubbet over akslen, hvorved man opnår en "krympepasning".
Der findes nogle legeringer med en meget lille CTE, som anvendes i applikationer, der kræver meget små ændringer i de fysiske dimensioner over en række temperaturer. En af disse er Invar 36 med en koefficient på omkring 0,6x10-6 . Disse legeringer er nyttige i rumfartsapplikationer, hvor der kan forekomme store temperatursvingninger.
Spørgsmål og svar
Q: Hvad er den termiske udvidelseskoefficient?
A: Den termiske ekspansionskoefficient er et mål for, hvor meget et fast stof udvider sig eller trækker sig sammen som reaktion på temperaturændringer.
Q: Hvad er de tre typer af termisk ekspansion?
A: De tre typer varmeudvidelse er lineær varmeudvidelse, arealmæssig varmeudvidelse og volumetrisk varmeudvidelse.
Q: Hvad er forskellen mellem lineær termisk ekspansion og volumetrisk termisk ekspansion?
A: Lineær termisk ekspansion refererer til ændringer i længden, mens volumetrisk termisk ekspansion refererer til ændringer i volumen.
Q: Kan man måle den volumetriske termiske ekspansionskoefficient for væsker?
A: Ja, den volumetriske termiske ekspansionskoefficient kan måles for alle stoffer af kondenseret stof, inklusive væsker.
Q: I hvilken tilstand kan lineær termisk ekspansion måles?
A: Lineær termisk ekspansion kan kun måles i fast form.
Q: Hvorfor er lineær termisk ekspansion almindelig i tekniske anvendelser?
A: Lineær termisk ekspansion er almindelig i tekniske anvendelser, fordi den er relevant for strukturer og komponenter, der skal bevare deres form og størrelse under varierende temperaturer.
Q: Er de forskellige former for termisk ekspansion tæt forbundne?
A: Ja, de forskellige typer af termisk ekspansion (lineær, areal og volumetrisk) er tæt forbundne.
