Коефициент на топлинно разширение
Твърдите тела се разширяват най-вече при нагряване и се свиват при охлаждане. Този отговор на промяната на температурата се изразява като коефициент на термично разширение.
Използва се коефициентът на топлинно разширение:
- при линейно топлинно разширение
- в областта на топлинното разширение
- при обемно топлинно разширение
Тези характеристики са тясно свързани. Коефициентът на обемно топлинно разширение може да бъде измерен за всички вещества в кондензирано състояние (течности и твърдо състояние). Линейното топлинно разширение може да се измерва само в твърдо състояние и е често срещано в инженерните приложения.
Коефициенти на топлинно разширение за някои често срещани материали
Разширяването и свиването на материала трябва да се отчита при проектиране на големи конструкции, при използване на лента или верига за измерване на разстояния при геодезически измервания, при проектиране на форми за леене на горещ материал и при други инженерни приложения, когато се очакват големи промени в размерите, дължащи се на температурата. Диапазонът за α е от 10-7 за твърди тела до 10-3 за органични течности. α варира в зависимост от температурата и при някои материали вариацията е много голяма. Някои стойности за често срещани материали, дадени в части на милион на градус по Целзий: (ЗАБЕЛЕЖКА: Това може да бъде и в келвини, тъй като промените в температурата са в съотношение 1:1)| коефициент на линейно топлинно разширение α | |
| материал | α в 10-6 /K при 20 °C |
| 60 | |
| BCB | 42 |
| Водещ | 29 |
| Алуминий | 23 |
| Месинг | 19 |
| Неръждаема стомана | 17.3 |
| Мед | 17 |
| Злато | 14 |
| Никел | 13 |
| Бетон | 12 |
| Желязо или стомана | 11.1 |
| Въглеродна стомана | 10.8 |
| Platinum | 9 |
| 8.5 | |
| GaAs | 5.8 |
| Индиев фосфид | 4.6 |
| Волфрам | 4.5 |
| Стъкло, Pyrex | 3.3 |
| 3 | |
| Invar | 1.2 |
| 1 | |
| Кварц, разтопен | 0.59 |
Приложения
За приложения, при които се използва свойството топлинно разширение, вижте двуметален и живачен термометър
Топлинното разширение се използва и в механични приложения за напасване на части една върху друга, напр. втулка може да се монтира върху вал, като вътрешният ѝ диаметър е малко по-малък от диаметъра на вала, след това се нагрява, докато пасне върху вала, и се оставя да изстине, след като е била натисната върху вала, като по този начин се постига "свиване".
Съществуват някои сплави с много малка СТЕ, които се използват в приложения, изискващи много малки промени във физическите размери в различни температурни диапазони. Една от тях е Invar 36, с коефициент в диапазона 0,6x10-6 . Тези сплави са полезни в космическите приложения, където могат да възникнат големи температурни колебания.
Въпроси и отговори
В: Какво представлява коефициентът на топлинно разширение?
О: Коефициентът на термично разширение е мярка за това колко се разширява или свива едно твърдо тяло в отговор на температурните промени.
В: Кои са трите вида топлинно разширение?
О: Трите вида топлинно разширение са линейно топлинно разширение, площно топлинно разширение и обемно топлинно разширение.
В: Каква е разликата между линейното и обемното топлинно разширение?
О: Линейното топлинно разширение се отнася до промени в дължината, докато обемното топлинно разширение се отнася до промени в обема.
В: Може ли да се измери коефициентът на обемно топлинно разширение за течности?
О: Да, коефициентът на обемно топлинно разширение може да се измерва за всички кондензирани вещества, включително течности.
В: В какво състояние може да се измери линейното топлинно разширение?
О: Линейното топлинно разширение може да се измерва само в твърдо състояние.
В: Защо линейното топлинно разширение е често срещано в инженерните приложения?
О.: Линейното топлинно разширение е често срещано в инженерните приложения, тъй като е от значение за конструкции и компоненти, които трябва да запазят формата и размера си при различни температури.
В: Различните видове топлинно разширение тясно свързани ли са?
О: Да, различните видове топлинно разширение (линейно, площно и обемно) са тясно свързани.
