Koeficient tepelné roztažnosti

Koeficient tepelné roztažnosti
$\beta ={\frac {1}{V}}\left({\frac {dV}{dT}}\right)_{p}$
Dimenze	Θ− 1
Jednotky
SI	K −1
GHS	K −1

Koeficient tepelné roztažnosti je fyzikální veličina , která charakterizuje relativní změnu objemu nebo lineárních rozměrů tělesa při zvýšení teploty o 1 K při konstantním tlaku. Má rozměr reciproké teploty . Existují koeficienty objemové a lineární roztažnosti.

Součinitel objemové tepelné roztažnosti

\beta ={\frac {1}{V}}\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{p}

, K −1 (°C −1 ) je relativní změna objemu tělesa, ke které dochází v důsledku změny jeho teploty o 1 K při konstantním tlaku.

Voda má v závislosti na teplotě různý koeficient objemové roztažnosti:

0,53⋅10-4 K -1 ( při teplotě 5-10 °C);
1,50⋅10-4 K -1 ( při teplotě 10-20 °C);
3,02⋅10-4 K - 1 (při teplotě 20-40 °C) ;
4,58⋅10-4 K - 1 (při teplotě 40-60 °C) ;
5,87⋅10 −4 K −1 (při teplotě 60–80 °C).

Součinitel lineární tepelné roztažnosti

\alpha _{L}={\frac {1}{L}}\left({\frac {\partial L}{\partial T}}\right)_{p}\cca {\Delta L \over {L\Delta T}}

, K −1 (°C −1 ) je relativní změna lineárních rozměrů tělesa, ke které dochází v důsledku změny jeho teploty o 1 K při konstantním tlaku.

Obecně platí, že koeficient lineární tepelné roztažnosti se může při měření v různých směrech lišit. Například pro anizotropní krystaly, dřevo , koeficienty lineární roztažnosti podél tří vzájemně kolmých os: . Pro izotropní tělesa a . $\alpha _{x};\alpha _{y};\alpha _{z}$ $\alpha _{x}=\alpha _{y}=\alpha _{z}$ $\alpha _{V}=3\alpha _{L}$

Pro železo je koeficient lineární roztažnosti 11,3×10 −6 K −1 [1] .

Pro oceli

Tabulka hodnot koeficientu lineární roztažnosti α, 10 −6 K −1 [2]

třídy oceli	20-100 °C	20-200 °C	20-300 °C	20-400 °C	20-500 °C	20-600 °C	20-700 °C	20-800 °C	20-900 °C	20-1000 °C
08 kp	12.5	13.4	14.0	14.5	14.9	15.1	15.3	14.7	12.7	13.8
08	12.5	13.4	14.0	14.5	14.9	15.1	15.3	14.7	12.7	13.8
10 kp	12.4	13.2	13.9	14.5	14.9	15.1	15.3	14.7	14.8	12.6
deset	11.6	12.6	-	13,0	-	14.6	-	-	-	-
15 kp	12.4	13.2	13.9	14.5	14.8	15.1	15.3	14.1	13.2	13.3
patnáct	12.4	13.2	13.9	14.4	14.8	15.1	15.3	14.1	13.2	13.3
20 kp	12.3	13.1	13.8	14.3	14.8	15.1	dvacet	-	-	-
dvacet	11.1	12.1	12.7	13.4	13.9	14.5	14.8	-	-	-
25	12.2	13,0	13.7	14.4	14.7	15,0	15.2	12.7	12.4	13.4
třicet	12.1	12.9	13.6	14.2	14.7	15,0	15.2	-	-	-
35	11.1	11.9	13,0	13.4	14.0	14.4	15,0	-	-	-
40	12.4	12.6	14.5	13.3	13.9	14.6	15.3	-	-	-
45	11.9	12.7	13.4	13.7	14.3	14.9	15.2	-	-	-
padesáti	11.2	12.0	12.9	13.3	13.7	13.9	14.5	13.4	-	-
55	11.0	11.8	12.6	13.4	14.0	14.5	14.8	12.5	13.5	14.4
60	11.1	11.9	-	13.5	14.6	-	-	-	-	-
15 tis	-	12.0	12.8	13.6	13.8	14.0	-	-	-	-
20 tis	-	12.0	12.8	13.6	13.8	14.2	-	-	-	-
22	12.6	12.9	13.3	13.9	-	-	-	-	-	-
A12	11.9	12.5	-	13.6	14.2	-	-	-	-	-
16GS	11.1	12.1	12.9	13.5	13.9	14.1	-	-	-	-
20X	11.3	11.6	12.5	13.2	13.7	-	-	-	-	-
30X	12.4	13,0	13.4	13.8	14.2	14.6	14.8	12.0	12.8	13.8
35X	11.3	12.0	12.9	13.7	14.2	14.6	-	-	-	-
38XA	11.0	12.0	12.2	12.9	13.5	-	-	-	-	-
40X	11.8	12.2	13.2	13.7	14.1	14.6	14.8	12.0	-	-
45X	12.8	13,0	13.7	-	-	-	-	-	-	-
50X	12.8	13,0	13.7	-	-	-	-	-	-	-

Záporný koeficient tepelné roztažnosti

Některé materiály při zvýšení teploty nevykazují roztažnost, ale naopak stlačení, to znamená, že mají záporný koeficient tepelné roztažnosti. U některých látek se to projevuje v poměrně úzkém teplotním rozmezí, jako například ve vodě v rozmezí teplot 0 ... + 3,984 °C, u jiných látek a materiálů, například fluorid skandium (III) , wolframan zirkonia (ZrW 2 O 8 ) [3 ] , některé intervaly uhlíkových vláken jsou velmi široké. Podobné chování vykazuje také běžná pryž . Křemen, křemík a řada dalších materiálů se při ultranízkých teplotách chovají podobně. Existují také invarové slitiny ( feronikl ) , které mají v určitém teplotním rozsahu koeficient tepelné roztažnosti blízký nule.

Měření koeficientu tepelné roztažnosti

Zařízení pro měření koeficientu tepelné roztažnosti kapalin, plynů a pevných látek se nazývají dilatometry .

Poznámky

↑ Teplotní koeficient lineární roztažnosti na portálu Ti-temperatures.ru . Získáno 31. března 2011. Archivováno z originálu 18. září 2011. (neurčitý)
↑ Zubchenko A.S. , Koloskov M.M. , Kashirsky Yu.V. _ _ vyd. A. S. Zubčenko . - 2. vyd., přepracováno a doplněno. - M .: Mashinostroenie , 2003. - S. 585. - 784 s. — ISBN 5-217-03177-8 .
↑ Mary, T.A.; JSO Evans; T. Vogt; AW Sleight. Negativní tepelná expanze od 0,3 do 1050 Kelvinů v ZrW 2 O 8 (angl.) // Science : journal. - 1996. - 5. dubna ( roč. 272 , č. 5258 ). - S. 90-92 . - doi : 10.1126/science.272.5258.90 . - .