Lämpölaajenemiskerroin
Kiinteät aineet useimmiten laajenevat kuumentuessaan ja supistuvat jäähtyessään. Tämä vaste lämpötilan muutokseen ilmaistaan lämpölaajenemiskertoimena.
Käytetään lämpölaajenemiskerrointa:
- lineaarisessa lämpölaajenemisessa
- alueen lämpölaajeneminen
- tilavuuslämpölaajeneminen
Nämä ominaisuudet liittyvät läheisesti toisiinsa. Tilavuuslämpölaajenemiskerroin voidaan mitata kaikille tiivistetyille aineille (nesteet ja kiinteät aineet). Lineaarinen lämpölaajenemiskerroin voidaan mitata vain kiinteässä tilassa, ja se on yleinen teknisissä sovelluksissa.
Joidenkin yleisten materiaalien lämpölaajenemiskertoimet
Materiaalin laajeneminen ja supistuminen on otettava huomioon suunniteltaessa suuria rakenteita, käytettäessä nauhaa tai ketjua etäisyyksien mittaamiseen maanmittauksissa, suunniteltaessa muotteja kuuman materiaalin valamiseen ja muissa teknisissä sovelluksissa, joissa odotetaan lämpötilasta johtuvia suuria muutoksia mitoissa. α:n vaihteluväli on 10-7 koville kiinteille aineille ja 10-3 orgaanisille nesteille. α vaihtelee lämpötilan mukaan, ja joillakin materiaaleilla vaihtelu on hyvin suurta. Joitakin yleisimpien materiaalien arvoja, jotka on ilmoitettu miljoonasosina celsiusastetta kohti: (HUOM: Tämä voidaan ilmoittaa myös kelvineinä, koska lämpötilan muutokset ovat suhteessa 1:1).| lineaarinen lämpölaajenemiskerroin α | |
| materiaali | α 10-6 /K:ssa 20 °C:ssa. |
| 60 | |
| BCB | 42 |
| Johto | 29 |
| Alumiini | 23 |
| 19 | |
| Ruostumaton teräs | 17.3 |
| Kupari | 17 |
| Kulta | 14 |
| Nikkeli | 13 |
| 12 | |
| Rauta tai teräs | 11.1 |
| Hiiliteräs | 10.8 |
| Platina | 9 |
| Lasi | 8.5 |
| GaAs | 5.8 |
| Indiumfosfidi | 4.6 |
| Volframi | 4.5 |
| Lasi, Pyrex | 3.3 |
| Pii | 3 |
| Invar | 1.2 |
| 1 | |
| Kvartsi, sulatettu | 0.59 |
Sovellukset
Lämpölaajenemisominaisuutta käyttävien sovellusten osalta katso bi-metalli- ja elohopealämpömittari.
Lämpölaajenemista käytetään myös mekaanisissa sovelluksissa osien sovittamiseen toistensa päälle, esim. holkki voidaan sovittaa akselin päälle tekemällä sen sisähalkaisija hieman akselin halkaisijaa pienemmäksi, lämmittämällä sitä, kunnes se sopii akselin päälle, ja antamalla sen jäähtyä sen jälkeen, kun se on työnnetty akselin päälle, jolloin saadaan aikaan "kutistumissovitus
On olemassa joitakin seoksia, joilla on hyvin pieni CTE, ja niitä käytetään sovelluksissa, joissa fyysisten mittojen muutokset ovat hyvin pieniä eri lämpötiloissa. Yksi näistä on Invar 36, jonka kerroin on alueella 0,6x10-6 . Nämä seokset ovat käyttökelpoisia ilmailu- ja avaruussovelluksissa, joissa voi esiintyä suuria lämpötilanvaihteluita.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on lämpölaajenemiskerroin?
V: Lämpölaajenemiskerroin on mitta, jolla mitataan, kuinka paljon kiinteä aine laajenee tai supistuu lämpötilan muuttuessa.
K: Mitkä ovat kolme lämpölaajenemisen tyyppiä?
V: Lämpölaajenemisen kolme tyyppiä ovat lineaarinen lämpölaajeneminen, pinta-alan lämpölaajeneminen ja tilavuuden lämpölaajeneminen.
K: Mitä eroa on lineaarisen lämpölaajenemisen ja tilavuuslämpölaajenemisen välillä?
V: Lineaarinen lämpölaajeneminen viittaa pituuden muutoksiin, kun taas tilavuuslämpölaajeneminen viittaa tilavuuden muutoksiin.
K: Voidaanko tilavuuslämpölaajenemiskerroin mitata nesteistä?
V: Kyllä, tilavuuslämpölaajenemiskerroin voidaan mitata kaikille tiivistetyille aineille, myös nesteille.
K: Missä tilassa lineaarinen lämpölaajeneminen voidaan mitata?
V: Lineaarinen lämpölaajeneminen voidaan mitata vain kiinteässä tilassa.
K: Miksi lineaarinen lämpölaajeneminen on yleistä teknisissä sovelluksissa?
V: Lineaarinen lämpölaajeneminen on yleistä teknisissä sovelluksissa, koska sillä on merkitystä rakenteissa ja komponenteissa, joiden on säilytettävä muotonsa ja kokonsa vaihtelevissa lämpötiloissa.
K: Liittyvätkö lämpölaajenemisen eri tyypit läheisesti toisiinsa?
V: Kyllä, lämpölaajenemisen eri tyypit (lineaarinen, pinta-ala- ja tilavuuslaajeneminen) liittyvät läheisesti toisiinsa.
