Коэффициент теплового расширения

Коэффицие́нт теплово́го расшире́ния — физическая величина, характеризующая относительное изменение объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1 К при постоянном давлении. Имеет размерность обратной температуры. Различают коэффициенты объёмного и линейного расширения.

Коэффициент теплового расширения
Размерность Θ−1
Единицы измерения
СИ К−1
СГС К−1

Коэффициент объёмного теплового расширения

, К −1 (°C−1) — относительное изменение объёма тела, происходящее в результате изменения его температуры на 1 К при постоянном давлении.

Вода, в зависимости от температуры, имеет различный коэффициент объёмного расширения:

  • 0,53⋅10−4 К−1 (при температуре 5—10 °C);
  • 1,50⋅10−4 К−1 (при температуре 10—20 °C);
  • 3,02⋅10−4 К−1 (при температуре 20—40 °C);
  • 4,58⋅10−4 К−1 (при температуре 40—60 °C);
  • 5,87⋅10−4 К−1 (при температуре 60—80 °C).

Коэффициент линейного теплового расширения

, К −1 (°C−1) — относительное изменение линейных размеров тела, происходящее в результате изменения его температуры на 1 К при постоянном давлении.

В общем случае, коэффициент линейного теплового расширения может быть различен при измерении вдоль разных направлений. Например, у анизотропных кристаллов, древесины коэффициенты линейного расширения по трём взаимно перпендикулярным осям: . Для изотропных тел и .

Для железа коэффициент линейного расширения равен 11,3×10−6 K−1[1].

Для сталей

Таблица значений коэффициента линейного расширения α, 10−6K−1[2]

Марка стали20—100 °C20—200 °C20—300 °C20—400 °C20—500 °C20—600 °C20—700 °C20—800 °C20—900 °C20—1000 °C
08кп12,513,414,014,514,915,115,314,712,713,8
0812,513,414,014,514,915,115,314,712,713,8
10кп12,413,213,914,514,915,115,314,714,812,6
1011,612,6-13,0-14,6----
15кп12,413,213,914,514,815,115,314,113,213,3
1512,413,213,914,414,815,115,314,113,213,3
20кп12,313,113,814,314,815,120---
2011,112,112,713,413,914,514,8---
2512,213,013,714,414,715,015,212,712,413,4
3012,112,913,614,214,715,015,2---
3511,111,913,013,414,014,415,0---
4012,412,614,513,313,914,615,3---
4511,912,713,413,714,314,915,2---
5011,212,012,913,313,713,914,513,4--
5511,011,812,613,414,014,514,812,513,514,4
6011,111,9-13,514,6-----
15К-12,012,813,613,814,0----
20К-12,012,813,613,814,2----
2212,612,913,313,9------
А1211,912,5-13,614,2-----
16ГС11,112,112,913,513,914,1----
20Х11,311,612,513,213,7-----
30Х12,413,013,413,814,214,614,812,012,813,8
35Х11,312,012,913,714,214,6----
38ХА11,012,012,212,913,5-----
40Х11,812,213,213,714,114,614,812,0--
45Х12,813,013,7-------
50Х12,813,013,7-------

Отрицательный коэффициент теплового расширения

Некоторые материалы при повышении температуры демонстрируют не расширение, а наоборот, сжатие, то есть имеют отрицательный коэффициент теплового расширения. Для некоторых веществ это проявляется на довольно узком температурном интервале, как, например, у воды на интервале температур 0…+3,984 °С, для других веществ и материалов, например фторид скандия(III), вольфрамат циркония (ZrW2O8)[3], некоторых углепластиков интервал весьма широк. Подобное поведение демонстрирует также обычная резина. При сверхнизких температурах аналогичным образом ведут себя кварц, кремний и ряд других материалов. Также существуют инварные сплавы (ферро-никелевые), имеющие в некотором диапазоне температур коэффициент теплового расширения, близкий к нулю.

Измерение коэффициента теплового расширения

Приборы для измерения коэффициента теплового расширения жидкостей, газов и твёрдых тел называют дилатометрами.

Примечания

  1. Температурный коэффициент линейного расширения на портале Ti-temperatures.ru
  2. Зубченко А. С., Колосков М. М., Каширский Ю. В. и др. Марочник сталей и сплавов / под общ. ред. А. С. Зубченко. — 2-е изд., переработанное и дополненное. М. : Машиностроение, 2003. — С. 585. — 784 с. — ISBN 5-217-03177-8.
  3. Mary, T. A.; J. S. O. Evans; T. Vogt; A. W. Sleight. Negative Thermal Expansion from 0.3 to 1050 Kelvin in ZrW2O8 (англ.) // Science : journal. — 1996. — 5 April (vol. 272, no. 5258). P. 90—92. doi:10.1126/science.272.5258.90. — .

См. также

Ссылки

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.