Coeficientul de dilatare termică
Solidele se dilată în principal ca răspuns la încălzire și se contractă la răcire. Acest răspuns la modificarea temperaturii se exprimă prin coeficientul de dilatare termică.
Se utilizează coeficientul de dilatare termică:
- în dilatare termică liniară
- în zona de dilatare termică
- în dilatarea termică volumetrică
Aceste caracteristici sunt strâns legate între ele. Coeficientul de dilatare termică volumetrică poate fi măsurat pentru toate substanțele din materia condensată (lichide și în stare solidă). Dilatarea termică liniară poate fi măsurată numai în stare solidă și este comună în aplicațiile inginerești.
Coeficienți de dilatare termică pentru unele materiale obișnuite
Dilatarea și contracția materialului trebuie luate în considerare la proiectarea structurilor mari, la măsurarea distanțelor cu ajutorul benzii sau lanțului pentru ridicarea terenurilor, la proiectarea matrițelor pentru turnarea materialelor fierbinți și în alte aplicații inginerești în care se preconizează modificări mari ale dimensiunilor datorate temperaturii. Intervalul pentru α este de la 10-7 pentru solidele dure la 10-3 pentru lichidele organice. α variază în funcție de temperatură, iar unele materiale au o variație foarte mare. Câteva valori pentru materiale obișnuite, date în părți per milion pe grad Celsius: (NOTĂ: Poate fi și în kelvins, deoarece schimbările de temperatură sunt un raport 1:1)| coeficientul de dilatare termică liniară α | |
| material | α în 10-6 /K la 20 °C |
| 60 | |
| BCB | 42 |
| Plumb | 29 |
| Aluminiu | 23 |
| Alamă | 19 |
| Oțel inoxidabil | 17.3 |
| Cupru | 17 |
| Aur | 14 |
| Nichel | 13 |
| Beton | 12 |
| Fier sau oțel | 11.1 |
| Oțel carbon | 10.8 |
| Platină | 9 |
| 8.5 | |
| GaAs | 5.8 |
| Fosfură de indiu | 4.6 |
| Tungsten | 4.5 |
| Sticlă, Pyrex | 3.3 |
| 3 | |
| Invar | 1.2 |
| 1 | |
| Cuarț, topit | 0.59 |
Aplicații
Pentru aplicații care utilizează proprietatea de dilatare termică, a se vedea termometrul bi-metalic și cu mercur
Dilatarea termică este, de asemenea, utilizată în aplicațiile mecanice pentru a potrivi piesele una peste alta, de exemplu, o bucșă poate fi montată pe un arbore prin realizarea unui diametru interior ușor mai mic decât diametrul arborelui, apoi prin încălzirea acesteia până când se potrivește pe arbore și lăsând-o să se răcească după ce a fost împinsă pe arbore, obținându-se astfel o "ajustare prin contracție
Există unele aliaje cu un CTE foarte mic, utilizate în aplicații care necesită modificări foarte mici ale dimensiunii fizice pe o gamă de temperaturi. Unul dintre acestea este Invar 36, cu un coeficient în intervalul 0,6x10-6 . Aceste aliaje sunt utile în aplicațiile aerospațiale în care pot apărea variații mari de temperatură.
Întrebări și răspunsuri
Î: Ce este coeficientul de dilatare termică?
R: Coeficientul de dilatare termică este o măsură a cât de mult se dilată sau se contractă un solid ca răspuns la schimbările de temperatură.
Î: Care sunt cele trei tipuri de dilatare termică?
R: Cele trei tipuri de dilatare termică sunt dilatarea termică liniară, dilatarea termică pe suprafață și dilatarea termică volumetrică.
Î: Care este diferența dintre dilatarea termică liniară și dilatarea termică volumetrică?
R: Dilatarea termică liniară se referă la modificări de lungime, în timp ce dilatarea termică volumetrică se referă la modificări de volum.
Î: Se poate măsura coeficientul de dilatare termică volumetrică pentru lichide?
R: Da, coeficientul de dilatare termică volumetrică poate fi măsurat pentru toate substanțele din materia condensată, inclusiv pentru lichide.
Î: În ce stare poate fi măsurată dilatarea termică liniară?
R: Dilatarea termică liniară poate fi măsurată numai în stare solidă.
Î: De ce este obișnuită dilatarea termică liniară în aplicațiile inginerești?
R: Dilatarea termică liniară este frecventă în aplicațiile inginerești deoarece este relevantă pentru structurile și componentele care trebuie să își mențină forma și dimensiunea la temperaturi variabile.
Î: Sunt diferitele tipuri de dilatare termică strâns legate între ele?
R: Da, diferitele tipuri de dilatare termică (liniară, superficială și volumetrică) sunt strâns legate între ele.
