Συντελεστής θερμικής διαστολής
Τα στερεά κυρίως διαστέλλονται κατά τη θέρμανση και συστέλλονται κατά την ψύξη. Αυτή η απόκριση στη μεταβολή της θερμοκρασίας εκφράζεται ως συντελεστής θερμικής διαστολής.
Χρησιμοποιείται ο συντελεστής θερμικής διαστολής:
- στη γραμμική θερμική διαστολή
- σε περιοχή θερμικής διαστολής
- στην ογκομετρική θερμική διαστολή
Τα χαρακτηριστικά αυτά συνδέονται στενά μεταξύ τους. Ο συντελεστής ογκομετρικής θερμικής διαστολής μπορεί να μετρηθεί για όλες τις ουσίες συμπυκνωμένης ύλης (υγρά και στερεά κατάσταση). Η γραμμική θερμική διαστολή μπορεί να μετρηθεί μόνο στη στερεά κατάσταση και είναι συνήθης σε μηχανολογικές εφαρμογές.
Συντελεστές θερμικής διαστολής για ορισμένα κοινά υλικά
Η διαστολή και η συστολή του υλικού πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά το σχεδιασμό μεγάλων κατασκευών, κατά τη χρήση ταινίας ή αλυσίδας για τη μέτρηση αποστάσεων σε τοπογραφικές έρευνες, κατά το σχεδιασμό καλουπιών για τη χύτευση θερμού υλικού και σε άλλες μηχανολογικές εφαρμογές όπου αναμένονται μεγάλες αλλαγές στις διαστάσεις λόγω θερμοκρασίας. Το εύρος του α κυμαίνεται από 10-7 για σκληρά στερεά έως 10-3 για οργανικά υγρά. Το α μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία και ορισμένα υλικά έχουν πολύ μεγάλη διακύμανση. Ορισμένες τιμές για κοινά υλικά, που δίνονται σε μέρη ανά εκατομμύριο ανά βαθμό Κελσίου: (ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Αυτό μπορεί επίσης να είναι σε kelvin, καθώς οι μεταβολές στη θερμοκρασία είναι μια αναλογία 1:1)| συντελεστής γραμμικής θερμικής διαστολής α | |
| υλικό | α σε 10-6 /K στους 20 °C |
| Ερμής | 60 |
| BCB | 42 |
| Επικεφαλής | 29 |
| Αλουμίνιο | 23 |
| Ορείχαλκος | 19 |
| Ανοξείδωτο ατσάλι | 17.3 |
| Χαλκός | 17 |
| Χρυσό | 14 |
| Νικέλιο | 13 |
| 12 | |
| Σίδηρος ή χάλυβας | 11.1 |
| Χάλυβας άνθρακα | 10.8 |
| Πλατίνα | 9 |
| Γυαλί | 8.5 |
| GaAs | 5.8 |
| Φωσφίδιο του ινδίου | 4.6 |
| Βολφράμιο | 4.5 |
| Γυαλί, Pyrex | 3.3 |
| 3 | |
| Invar | 1.2 |
| 1 | |
| Χαλαζίας, λιωμένο | 0.59 |
Εφαρμογές
Για εφαρμογές που χρησιμοποιούν την ιδιότητα της θερμικής διαστολής, βλέπε θερμόμετρο διμετάλλου και υδραργύρου
Η θερμική διαστολή χρησιμοποιείται επίσης σε μηχανολογικές εφαρμογές για την προσαρμογή εξαρτημάτων το ένα πάνω στο άλλο, π.χ. ένας δακτύλιος μπορεί να προσαρμοστεί πάνω σε έναν άξονα κάνοντας την εσωτερική του διάμετρο ελαφρώς μικρότερη από τη διάμετρο του άξονα, στη συνέχεια θερμαίνοντάς τον μέχρι να προσαρμοστεί πάνω στον άξονα και αφήνοντάς τον να κρυώσει αφού τον ωθήσει πάνω στον άξονα, επιτυγχάνοντας έτσι μια "συρρικνωμένη εφαρμογή".
Υπάρχουν ορισμένα κράματα με πολύ μικρό CTE, τα οποία χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές που απαιτούν πολύ μικρές αλλαγές στη φυσική διάσταση σε ένα εύρος θερμοκρασιών. Ένα από αυτά είναι το Invar 36, με συντελεστή στην περιοχή 0,6x10-6 . Αυτά τα κράματα είναι χρήσιμα σε αεροδιαστημικές εφαρμογές όπου μπορεί να εμφανιστούν μεγάλες διακυμάνσεις θερμοκρασίας.
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Τι είναι ο συντελεστής θερμικής διαστολής;
A: Ο συντελεστής θερμικής διαστολής είναι ένα μέτρο του πόσο ένα στερεό σώμα διαστέλλεται ή συστέλλεται σε απόκριση στις μεταβολές της θερμοκρασίας.
Ερ: Ποιοι είναι οι τρεις τύποι θερμικής διαστολής;
Α: Οι τρεις τύποι θερμικής διαστολής είναι η γραμμική θερμική διαστολή, η επιφανειακή θερμική διαστολή και η ογκομετρική θερμική διαστολή.
Ερ: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της γραμμικής θερμικής διαστολής και της ογκομετρικής θερμικής διαστολής;
Α: Η γραμμική θερμική διαστολή αναφέρεται σε μεταβολές του μήκους, ενώ η ογκομετρική θερμική διαστολή αναφέρεται σε μεταβολές του όγκου.
Ερ: Μπορεί να μετρηθεί ο συντελεστής ογκομετρικής θερμικής διαστολής για τα υγρά;
Α: Ναι, ο συντελεστής ογκομετρικής θερμικής διαστολής μπορεί να μετρηθεί για όλες τις ουσίες συμπυκνωμένης ύλης, συμπεριλαμβανομένων των υγρών.
Ερ: Σε ποια κατάσταση μπορεί να μετρηθεί η γραμμική θερμική διαστολή;
Α: Η γραμμική θερμική διαστολή μπορεί να μετρηθεί μόνο στη στερεά κατάσταση.
Ερ: Γιατί η γραμμική θερμική διαστολή είναι συνηθισμένη σε μηχανολογικές εφαρμογές;
Α: Η γραμμική θερμική διαστολή είναι συνήθης σε μηχανολογικές εφαρμογές επειδή αφορά δομές και εξαρτήματα που πρέπει να διατηρούν το σχήμα και το μέγεθός τους υπό μεταβαλλόμενες θερμοκρασίες.
Ερ: Οι διάφοροι τύποι θερμικής διαστολής συνδέονται στενά μεταξύ τους;
Α: Ναι, οι διάφοροι τύποι θερμικής διαστολής (γραμμική, επιφανειακή και ογκομετρική) συνδέονται στενά μεταξύ τους.
