Koeficient toplotnega raztezanja
Trdne snovi se pri segrevanju večinoma razširijo, pri ohlajanju pa skrčijo. Ta odziv na spremembo temperature je izražen kot koeficient toplotnega raztezanja.
Uporablja se koeficient toplotne razteznosti:
- pri linearnem toplotnem raztezanju
- v območju toplotnega raztezanja
- pri volumetričnem toplotnem raztezanju
Te značilnosti so med seboj tesno povezane. Koeficient volumetričnega toplotnega raztezka lahko izmerimo za vse snovi v kondenzirani snovi (tekočine in trdno stanje). Linearni toplotni raztezek je mogoče izmeriti le v trdnem stanju in je pogost v inženirskih aplikacijah.
Koeficienti toplotnega raztezanja za nekatere običajne materiale
Raztezanje in krčenje materiala je treba upoštevati pri načrtovanju velikih konstrukcij, pri uporabi traku ali verige za merjenje razdalj pri geodetskih meritvah, pri načrtovanju kalupov za vlivanje vročega materiala in pri drugih inženirskih aplikacijah, kjer se pričakujejo velike spremembe dimenzij zaradi temperature. Razpon vrednosti α je od 10-7 za trde trdne snovi do 10-3 za organske tekočine. α se spreminja s temperaturo, pri nekaterih materialih pa je odstopanje zelo veliko. Nekatere vrednosti za običajne materiale, podane v delcih na milijon na stopinjo Celzija: (OPOMBA: To je lahko tudi v kelvinih, saj so temperaturne spremembe v razmerju 1:1)| koeficient linearnega toplotnega raztezanja α | |
| material | α v 10-6 /K pri 20 °C |
| 60 | |
| BCB | 42 |
| Vodilni | 29 |
| Aluminij | 23 |
| Medeninasti | 19 |
| Iz nerjavečega jekla | 17.3 |
| Baker | 17 |
| Zlato | 14 |
| Nikelj | 13 |
| Beton | 12 |
| Železo ali jeklo | 11.1 |
| Ogljikovo jeklo | 10.8 |
| Platina | 9 |
| 8.5 | |
| GaAs | 5.8 |
| Indijev fosfid | 4.6 |
| Volfram | 4.5 |
| Steklo, Pyrex | 3.3 |
| 3 | |
| Invar | 1.2 |
| 1 | |
| Kremen, staljen | 0.59 |
Aplikacije
Za aplikacije, ki uporabljajo toplotno razteznost, glejte bimetalni in živosrebrni termometer.
Toplotno raztezanje se uporablja tudi v mehanskih aplikacijah za medsebojno prileganje delov, npr. pušaro lahko namestimo na gred tako, da je njen notranji premer nekoliko manjši od premera gredi, nato jo segrejemo, dokler se ne prilega gredi, in pustimo, da se po potisku na gred ohladi, s čimer dosežemo "krčenje".
Obstajajo zlitine z zelo majhno CTE, ki se uporabljajo v aplikacijah, kjer so potrebne zelo majhne spremembe fizikalnih dimenzij pri različnih temperaturah. Ena od teh je Invar 36 s koeficientom v območju 0,6x10-6 . Te zlitine so uporabne v letalski in vesoljski industriji, kjer lahko pride do velikih temperaturnih nihanj.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je koeficient toplotnega raztezanja?
O: Koeficient toplotnega raztezanja je merilo, koliko se trdna snov razširi ali skrči kot odziv na temperaturne spremembe.
V: Katere so tri vrste toplotnega raztezanja?
O: Tri vrste toplotnega raztezanja so linearno toplotno raztezanje, površinsko toplotno raztezanje in volumetrično toplotno raztezanje.
V: Kakšna je razlika med linearnim in volumskim toplotnim raztezanjem?
O: Linearno toplotno raztezanje se nanaša na spremembe dolžine, medtem ko se volumetrično toplotno raztezanje nanaša na spremembe prostornine.
V: Ali je mogoče izmeriti koeficient volumetričnega toplotnega raztezanja za tekočine?
O: Da, koeficient prostorninskega toplotnega raztezanja je mogoče izmeriti za vse kondenzirane snovi, vključno s tekočinami.
V: V katerem stanju lahko izmerimo linearni toplotni raztezek?
O: Linearni toplotni raztezek se lahko meri samo v trdnem stanju.
V: Zakaj je linearni toplotni raztezek pogost v inženirskih aplikacijah?
O: Linearni toplotni raztezek je pogost v inženirskih aplikacijah, ker je pomemben za strukture in komponente, ki morajo ohraniti svojo obliko in velikost pri različnih temperaturah.
V: Ali so različne vrste toplotnega raztezanja tesno povezane?
O: Da, različne vrste toplotnega raztezanja (linearno, površinsko in volumetrično) so tesno povezane.
