Koeficient tepelné roztažnosti
Pevné látky se při zahřívání většinou rozpínají a při ochlazování smršťují. Tato reakce na změnu teploty se vyjadřuje jako koeficient tepelné roztažnosti.
Používá se koeficient tepelné roztažnosti:
- v lineární tepelné roztažnosti
- v oblasti tepelné roztažnosti
- v objemové tepelné roztažnosti
Tyto vlastnosti spolu úzce souvisejí. Koeficient objemové tepelné roztažnosti lze měřit u všech kondenzovaných látek (kapalin a pevných látek). Lineární tepelnou roztažnost lze měřit pouze v pevném stavu a je běžná v technických aplikacích.
Koeficienty tepelné roztažnosti některých běžných materiálů
Roztažnost a smršťování materiálu je třeba zohlednit při navrhování velkých konstrukcí, při použití pásky nebo řetězu k měření vzdáleností při průzkumu terénu, při navrhování forem pro odlévání horkého materiálu a v dalších technických aplikacích, kde se očekávají velké změny rozměrů vlivem teploty. Rozsah α je od 10-7 pro tvrdé pevné látky do 10-3 pro organické kapaliny. α se mění v závislosti na teplotě a u některých materiálů je tato odchylka velmi vysoká. Některé hodnoty pro běžné materiály, udávané v částech na milion na stupeň Celsia: (POZNÁMKA: Může být také v kelvinech, protože změny teploty jsou v poměru 1:1).| koeficient lineární tepelné roztažnosti α | |
| materiál | α v 10-6 /K při 20 °C |
| Rtuť | 60 |
| BCB | 42 |
| Olovo | 29 |
| Hliník | 23 |
| 19 | |
| Nerezová ocel | 17.3 |
| Měď | 17 |
| Zlato | 14 |
| Nikl | 13 |
| Beton | 12 |
| Železo nebo ocel | 11.1 |
| Uhlíková ocel | 10.8 |
| Platinum | 9 |
| Sklo | 8.5 |
| GaAs | 5.8 |
| Fosfid indný | 4.6 |
| Wolfram | 4.5 |
| Sklo, Pyrex | 3.3 |
| 3 | |
| Invar | 1.2 |
| 1 | |
| Křemen, tavený | 0.59 |
Aplikace
Aplikace využívající vlastnost tepelné roztažnosti, viz bimetalový a rtuťový teploměr.
Tepelná roztažnost se používá také v mechanických aplikacích k vzájemnému nasazování součástí, např. pouzdro lze nasadit na hřídel tak, že se jeho vnitřní průměr mírně zmenší oproti průměru hřídele, pak se zahřeje, až se na hřídel nasadí, a po nasazení na hřídel se nechá vychladnout, čímž se dosáhne "smrštění".
Existují slitiny s velmi malou CTE, které se používají v aplikacích vyžadujících velmi malé změny fyzikálních rozměrů v rozsahu teplot. Jednou z nich je Invar 36 s koeficientem v rozsahu 0,6x10-6 . Tyto slitiny jsou užitečné v leteckých a kosmických aplikacích, kde může docházet k velkým teplotním výkyvům.
Otázky a odpovědi
Otázka: Co je to koeficient tepelné roztažnosti?
Odpověď: Koeficient tepelné roztažnosti je mírou toho, jak moc se pevná látka rozpíná nebo smršťuje v reakci na změny teploty.
Otázka: Jaké jsou tři typy tepelné roztažnosti?
A: Tři typy tepelné roztažnosti jsou lineární tepelná roztažnost, plošná tepelná roztažnost a objemová tepelná roztažnost.
Otázka: Jaký je rozdíl mezi lineární a objemovou tepelnou roztažností?
Odpověď: Lineární tepelná roztažnost se týká změn délky, zatímco objemová tepelná roztažnost se týká změn objemu.
Otázka: Lze změřit koeficient objemové tepelné roztažnosti u kapalin?
Odpověď: Ano, koeficient objemové tepelné roztažnosti lze měřit u všech kondenzovaných látek, včetně kapalin.
Otázka: V jakém stavu lze měřit lineární tepelnou roztažnost?
Odpověď: Lineární tepelnou roztažnost lze měřit pouze v pevném stavu.
Otázka: Proč je lineární tepelná roztažnost běžná v technických aplikacích?
Odpověď: Lineární tepelná roztažnost je běžná v technických aplikacích, protože je důležitá pro konstrukce a součásti, které si musí zachovat svůj tvar a velikost při měnících se teplotách.
Otázka: Jsou různé typy tepelné roztažnosti úzce spjaty?
Odpověď: Ano, různé typy tepelné roztažnosti (lineární, plošná a objemová) spolu úzce souvisejí.
