Коефициент на топлинно (температурно) разширение„Речник на научните термини“, Е. Б. Уваров, А. Айзакс, ИК „Петър Берон“, София, 1992 е величина от науката механика, част от физиката. Коефициентът характеризира относителното изменение на обема или на линейните размери на дадена материално тяло (било то твърдо или флуид) при увеличение на температурата с 1 K (или °C) при постоянно налягане. Размерността му е обратна на температурата. Съществуват коефициенти на линейно и на обемно разширение. Обикновено се бележат с гръцките букви α и β (съответно).

Коефициент на линейно топлинно разширение Коефициентът представя относителното изменение на линейните размери на тялото, настъпващи в резултат на изменение на температурата му с 1 К при постоянно налягане. , К −1 (°C−1)

В общия случай, коефициентът на линейно топлинно разширение може да е различен при измерване в различни направления. Например, при анизотропни кристали, както и при дървесината се измерват коефициенти на линейно разширение по трите взаимно перпендикулярни оси: . При изотропните тела и .

За желязото коефициентът на линейно разширение е равен на 11,3×10−6 K−1.

Коефициент на обемно топлинно разширение Коефициентът се бележи с и е равен на относителното изменение на обема при модификация на температура с един градус.

Коефициентът на топлинно разширение при течностите и твърдите тела е сравнително малък по стойност и най-често е с положителен знак – телата увеличават обема си с повишение на температурата. При газовете обаче кохезионните сили между молекулите са слаби, поради което те силно изменят обема си с промяна на температурата.

Например, водата, в зависимост от температурата, има различни коефициенти на обемно разширение: 0,53 К-1 (при температура 5 – 10 °C); 1,50 К-1 (при температура 10 – 20 °C); 3,02 К-1 (при температура 20 – 40 °C); 4,58 К-1 (при температура 40 – 60 °C); 5,87 К-1 (при температура 60 – 80 °C).

Някои материали при повишение на температурата не се разширяват, а обратно, свиват се, т.е. имат отрицателен коефициент на топлинно разширения. За някои вещества това се проявява в много тесен температурен интервал, както е например при водата – в интервала от 0 до +3,984 °С. За други вещества и материали, например скандиев флуорид (ScF3), циркониев волфрамат (ZrW2O8), някои полимери, подсилени с въглеродни влакна, интервалът е твърде широк. Подобно поведение демонстрира също и обикновената гума. При свръхниски температури аналогично е поведението на кварца, силиция и редица други материали. Съществуват също така инварни сплави, притежаващи в определен температурен диапазон коефициент на топлинно разширение, близък до нула.

Коефициенти на топлинно разширение за различни вещества

За изотропни материали, коефициентите на линейно топлинно разширение α и обемно топлинно разширение αV са свързани чрез уравнението αV = 3α. За често срещани материали, като например много метали и съединения, коефициентът на топлинно разширение е обратнопропорционален на точката на топене.MIT Lecture Sheer and Thermal Expansion Tensors – Part 1 В частност за металите, зависимостта е:

за халиди и оксиди

В таблицата по-долу, обхватът за α е от 10−7 K−1 за твърди тела до 10−3 K−1 за органични течности. Коефициентът α се изменя с температурата, а някои материали имат много големи колебания. Най-големият линеен коефициент за твърдо тяло е постигнат при сплав от Ti-Nb.

ВеществоЛинеенкоефициент αпри 20 °C(10−6 K−1)Обеменкоефициент αVпри 20 °C(10−6 K−1)ЗабележкиАлуминий23,169Алуминиев нитрид4,2 по оста a, 5,3 по оста c13,7AlN е анизотропиченБензоциклобутен42126Месинг1957Въглеродна стомана10,832,4ППВВ– 0,8анизотропиченпосока на влакнотоБетон1236Мед1751Диамант13Етанол250750Галиев(III) арсенид5,817,4Бензин317950Стъкло8,525,5Боросиликатно стъкло3,3 9,9подходящ за запечатване на волфрам, молибден и коварПирекс3,2Глицерин485Злато1442Хелий36,65Лед51Индиев фосфит4,613,8Инвар1,23,6Желязо11,835,4Каптон2060Каптон DuPont 200ENОлово2987Макор9,3Магнезий2678Живак61182Молибден4,814,4Никел1339Дъб54перпендикулярно на зърнотоPseudotsuga menziesii2775радиалноPseudotsuga menziesii4575тангенциалноPseudotsuga menziesii3,575успоредно на зърнотоПлатина927Полипропилен150450PVC52156Кварцово стъкло0,591,77Сапфир5,3успоредно на оста C или Силициев карбид2,778,31Силиций2,569Сребро1854Ситал0±0,150±0,45средно от −60 °C до 60 °CНеръждаема стомана10,1 ~ 17,330,3 ~ 51,9Стомана11,0 ~ 13,033,0 ~ 39,0в зависимост от съставаТитан8,626Thermal Expansion tableВолфрам4,513,5Терпентин90Вода69207Zerodur≈0,007 – 0,1при 0 – 50 °C

Вижте също Топлинно разширение

Източници

Категория:Механика