Koeficient tepelnej rozťažnosti
Pevné látky sa zväčša rozťahujú pri zahrievaní a zmršťujú pri ochladzovaní. Táto reakcia na zmenu teploty sa vyjadruje ako koeficient tepelnej rozťažnosti.
Používa sa koeficient tepelnej rozťažnosti:
- pri lineárnej tepelnej rozťažnosti
- v oblasti tepelnej rozťažnosti
- v objemovej tepelnej rozťažnosti
Tieto vlastnosti spolu úzko súvisia. Koeficient objemovej tepelnej rozťažnosti možno merať pre všetky látky v kondenzovanom stave (kvapaliny a tuhé látky). Lineárnu tepelnú rozťažnosť možno merať len v tuhom stave a je bežná v technických aplikáciách.
Koeficienty tepelnej rozťažnosti niektorých bežných materiálov
Rozpínanie a zmršťovanie materiálu sa musí zohľadniť pri navrhovaní veľkých konštrukcií, pri používaní pásky alebo reťaze na meranie vzdialeností pri prieskume terénu, pri navrhovaní foriem na odlievanie horúceho materiálu a v iných technických aplikáciách, kde sa očakávajú veľké zmeny rozmerov v dôsledku teploty. Rozsah α je od 10-7 pre tvrdé pevné látky do 10-3 pre organické kvapaliny. α sa mení s teplotou a niektoré materiály majú veľmi vysoké odchýlky. Niektoré hodnoty pre bežné materiály uvedené v časticiach na milión na stupeň Celzia: (POZNÁMKA: Môže to byť aj v kelvinoch, keďže zmeny teploty sú v pomere 1:1)| koeficient lineárnej tepelnej rozťažnosti α | |
| materiál | α v 10-6 /K pri 20 °C |
| Ortuť | 60 |
| BCB | 42 |
| Vedenie | 29 |
| Hliník | 23 |
| Mosadz | 19 |
| Nerezová oceľ | 17.3 |
| Meď | 17 |
| Zlato | 14 |
| Nikel | 13 |
| Betón | 12 |
| Železo alebo oceľ | 11.1 |
| Uhlíková oceľ | 10.8 |
| Platinum | 9 |
| Sklo | 8.5 |
| GaAs | 5.8 |
| Fosfid india | 4.6 |
| Volfrám | 4.5 |
| Sklo, Pyrex | 3.3 |
| 3 | |
| Invar | 1.2 |
| 1 | |
| Kremeň, tavený | 0.59 |
Aplikácie
Aplikácie využívajúce vlastnosť tepelnej rozťažnosti, pozri bimetalový a ortuťový teplomer
Tepelná rozťažnosť sa využíva aj v mechanických aplikáciách na vzájomné nasadenie dielov, napr. puzdro možno nasadiť na hriadeľ tak, že sa jeho vnútorný priemer mierne zmenší oproti priemeru hriadeľa, potom sa zahreje, až kým sa na hriadeľ nenasunie, a po nasunutí na hriadeľ sa nechá vychladnúť, čím sa dosiahne "zmrštenie".
Existujú zliatiny s veľmi malou CTE, ktoré sa používajú v aplikáciách vyžadujúcich veľmi malé zmeny fyzikálnych rozmerov v rozmedzí teplôt. Jednou z nich je Invar 36 s koeficientom v rozsahu 0,6x10-6 . Tieto zliatiny sú užitočné v aplikáciách v leteckom a kozmickom priemysle, kde sa môžu vyskytnúť veľké teplotné výkyvy.
Otázky a odpovede
Otázka: Čo je to koeficient tepelnej rozťažnosti?
Odpoveď: Koeficient tepelnej rozťažnosti je miera toho, ako veľmi sa pevná látka rozpína alebo zmršťuje v reakcii na zmeny teploty.
Otázka: Aké sú tri typy tepelnej rozťažnosti?
A: Tri typy tepelnej rozťažnosti sú lineárna tepelná rozťažnosť, plošná tepelná rozťažnosť a objemová tepelná rozťažnosť.
Otázka: Aký je rozdiel medzi lineárnou a objemovou tepelnou rozťažnosťou?
Odpoveď: Lineárna tepelná rozťažnosť sa vzťahuje na zmeny dĺžky, zatiaľ čo objemová tepelná rozťažnosť sa vzťahuje na zmeny objemu.
Otázka: Dá sa zmerať koeficient objemovej tepelnej rozťažnosti kvapalín?
Odpoveď: Áno, koeficient objemovej tepelnej rozťažnosti sa dá merať pre všetky kondenzované látky vrátane kvapalín.
Otázka: V akom stave možno merať lineárnu tepelnú rozťažnosť?
Odpoveď: Lineárnu tepelnú rozťažnosť možno merať len v pevnom stave.
Otázka: Prečo je lineárna tepelná rozťažnosť bežná v technických aplikáciách?
Odpoveď: Lineárna tepelná rozťažnosť je bežná v technických aplikáciách, pretože je dôležitá pre konštrukcie a komponenty, ktoré si musia zachovať svoj tvar a veľkosť pri rôznych teplotách.
Otázka: Sú rôzne typy tepelnej rozťažnosti úzko prepojené?
Odpoveď: Áno, rôzne typy tepelnej rozťažnosti (lineárna, plošná a objemová) spolu úzko súvisia.
