AlegsaOnline.com

Koeficient tepelné roztažnosti

Autor: Leandro Alegsa

17-09-2022

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
Mosazné	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
Křemík	3
Invar	1.2
Diamond	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.