Меню Главная Случайная статья Настройки Коэффициент теплового расширения Материал из https://ru.wikipedia.org Коэффициент теплового расширения — физическая величина, характеризующая относительное изменение объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1 К при постоянном давлении. Коэффициент теплового расширения имеет размерность обратной температуры. Различают коэффициенты объёмного теплового и линейного теплового расширений. Коэффициент теплового расширения может быть непостоянным при разных температурах. Содержание 1 Коэффициент объёмного теплового расширения 2 Коэффициент линейного теплового расширения 3 Коэффициенты теплового расширения для некоторых веществ 3.1 Для воды 3.2 Для ртути 3.3 Для железа и конструкционных сталей 4 Отрицательный коэффициент теплового расширения 5 Измерение коэффициента теплового расширения 6 См. также 7 Примечания 8 Ссылки Коэффициент объёмного теплового расширения ${\displaystyle \beta ={\frac {1}{V}}\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{p}}$, К 1 (°C1) — физическая величина, которая описывает относительное изменение объёма тела, происходящее в результате изменения его температуры на 1 К при постоянном давлении. Коэффициент объемного теплового расширения связан с изменением всех трех измерений (длины, ширины и высоты) вещества вместе[1]. Коэффициент объемного теплового расширения () можно выразить через коэффициент линейного теплового расширения (): = 3, Коэффициент объемного теплового расширения зависит от структуры и химических свойств вещества[2]. Коэффициент линейного теплового расширения ${\displaystyle \alpha _{L}={\frac {1}{L}}\left({\frac {\partial L}{\partial T}}\right)\approx {\Delta L \over {L_{0}\Delta T}}}$ , К 1 (°C1) — 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: ${\displaystyle \alpha _{x};\alpha _{y};\alpha _{z}}$. Для изотропных тел коэффициенты теплового расширения по всем осям равны: ${\displaystyle \alpha _{x}=\alpha _{y}=\alpha _{z}.}$ Для изотропных тел коэффициент объёмного расширения равен утроенному коэффициенту линейного расширения, то есть ${\displaystyle \alpha _{V}=3\alpha _{L},}$ так как: $${\displaystyle V+\Delta V=\left(L_{0}+\Delta L\right)^{3}=L_{0}^{3}+3L_{0}^{2}\Delta L+3L_{0}\Delta L^{2}+\Delta L^{3}\approx L_{0}^{3}+3L_{0}^{2}\Delta L=V+3V{\frac {\Delta L}{L_{0}}},}$$ членами второго и третьего порядка малости можно пренебречь. Коэффициенты теплового расширения для некоторых веществ Для воды Вода, в зависимости от температуры, имеет различный коэффициент объёмного расширения: отрицательный при температуре 0—4 °C 0,53104 К1 (при температуре 5—10 °C); 1,50104 К1 (при температуре 10—20 °C); 3,02104 К1 (при температуре 20—40 °C); 4,58104 К1 (при температуре 40—60 °C); 5,87104 К1 (при температуре 60—80 °C). Для ртути Коэффициент объёмного расширения ртути слабо зависит от температуры[3]: 1,77104 К1 (при температуре 23 °C); 1,81104 К1 (при температуре 27 °C); 1,82104 К1 (при температуре 87 °C); 1,82104 К1 (при температуре 137 °C). Для железа и конструкционных сталей Для железа коэффициент линейного расширения равен 11,3106 K1[4]. Таблица значений коэффициента линейного расширения , 106K1[5] Марка стали 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 08кп 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 10кп 12,4 13,2 13,9 14,5 14,9 15,1 15,3 14,7 14,8 12,6 10 11,6 12,6 - 13,0 - 14,6 - - - - 15кп 12,4 13,2 13,9 14,5 14,8 15,1 15,3 14,1 13,2 13,3 15 12,4 13,2 13,9 14,4 14,8 15,1 15,3 14,1 13,2 13,3 20кп 12,3 13,1 13,8 14,3 14,8 15,1 20 - - - 20 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 30 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 - - - 50 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 - - - - - 15К - 12,0 12,8 13,6 13,8 14,0 - - - - 20К - 12,0 12,8 13,6 13,8 14,2 - - - - 22 12,6 12,9 13,3 13,9 - - - - - - А12 11,9 12,5 - 13,6 14,2 - - - - - 16ГС 11,1 12,1 12,9 13,5 13,9 14,1 - - - - 20Х 11,3 11,6 12,5 13,2 13,7 - - - - - 30Х 12,4 13,0 13,4 13,8 14,2 14,6 14,8 12,0 12,8 13,8 35Х 11,3 12,0 12,9 13,7 14,2 14,6 - - - - 38ХА 11,0 12,0 12,2 12,9 13,5 - - - - - 40Х 11,8 12,2 13,2 13,7 14,1 14,6 14,8 12,0 - - 45Х 12,8 13,0 13,7 - - - - - - - 50Х 12,8 13,0 13,7 - - - - - - - Отрицательный коэффициент теплового расширения Некоторые материалы при повышении температуры не расширяются, а наоборот, сжимаются, то есть имеют отрицательный коэффициент теплового расширения. Для некоторых веществ это свойство проявляется на довольно узком температурном интервале, как, например, у воды на интервале температур от 0 до +3,984 °С, для других веществ и материалов, например фторид скандия(III), вольфрамат циркония (ZrW2O8)[6], некоторых углепластиков интервал весьма широк. Подобное поведение демонстрирует также обычная резина. При сверхнизких температурах аналогичным образом ведут себя кварц, кремний и ряд других материалов. Существуют инварные сплавы (ферро-никелевые), имеющие в некотором диапазоне температур коэффициент теплового расширения, близкий к нулю. Есть и другие материалы с отрицательными коэффициентами теплового расширения, но они довольно редки и специфичны по своим свойствам. В большинстве случаев материалы имеют положительные коэффициенты теплового расширения и расширяются при нагреве[7]. Измерение коэффициента теплового расширения Приборы для измерения коэффициента теплового расширения жидкостей, газов и твёрдых тел называют дилатометрами. Метод интерферометрии позволяет наблюдать изменение длины образца с высокой точностью, измеряя изменение интерференции света, проходящего через образец. См. также Объёмный коэффициент нефти Тепловое расширение Примечания Учет и использование теплового расширения — Студопедия  (неопр.). studopedia.ru. Дата обращения: 31 августа 2023. Архивировано 31 августа 2023 года. Влияние структуры материала на тепловое расширение  (неопр.). infopedia.su. Дата обращения: 31 августа 2023. Архивировано 31 августа 2023 года. Плотность ртути и ее свойства  (неопр.). Дата обращения: 3 августа 2023. Архивировано 6 апреля 2023 года. Температурный коэффициент линейного расширения на портале Ti-temperatures.ru  (неопр.). Дата обращения: 31 марта 2011. Архивировано 18 сентября 2011 года. конструкционных сталей при разных температурах: Зубченко А. С., Колосков , Каширский 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. Mary T. A.; Evans J. S. O.; Vogt T.; Sleight A. W. 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. — . Архивировано 17 апреля 2009 года. Отрицательный коэффициент теплового расширения  (неопр.). poisk-ru.ru. Дата обращения: 31 августа 2023. Архивировано 31 августа 2023 года. Ссылки Таблица-справочник для некоторых металлов (PDF) Коэффициент линейного расширения сталей по ПНАЭ Г-7-002-86