Hőtágulási együttható
A szilárd anyagok melegítés hatására többnyire kitágulnak, hűtés hatására pedig összehúzódnak. Ezt a hőmérsékletváltozásra adott választ a hőtágulási együtthatóval fejezik ki.
A hőtágulási együtthatót használják:
- lineáris hőtágulásban
- a terület hőtágulása
- a térfogati hőtágulásban
Ezek a jellemzők szorosan kapcsolódnak egymáshoz. A térfogati hőtágulási együttható minden sűrített anyag (folyadékok és szilárd halmazállapotúak) esetében mérhető. A lineáris hőtágulás csak szilárd állapotban mérhető, és a műszaki alkalmazásokban gyakori.
Hőtágulási együtthatók néhány gyakori anyaghoz
Az anyag tágulását és összehúzódását figyelembe kell venni a nagyméretű szerkezetek tervezésekor, a távolságok mérésére szolgáló szalag vagy lánc használatakor a földmérésnél, a forró anyag öntésére szolgáló formák tervezésekor, valamint más mérnöki alkalmazásoknál, amikor a hőmérséklet miatt nagy méretváltozásokra kell számítani. Az α tartománya 10-7 a kemény szilárd anyagok esetében 10-3 a szerves folyadékok esetében. α a hőmérséklettel változik, és egyes anyagoknál nagyon nagy a szórás. Néhány érték a leggyakoribb anyagokra, milliomodrész/ Celsius-fokban megadva: (MEGJEGYZÉS: Ez kelvinben is megadható, mivel a hőmérsékletváltozás 1:1 arányban van megadva.)| lineáris hőtágulási együttható α | |
| anyag | α 10-6 /K-ban 20 °C-on |
| 60 | |
| BCB | 42 |
| Lead | 29 |
| Alumínium | 23 |
| Sárgaréz | 19 |
| Rozsdamentes acél | 17.3 |
| Réz | 17 |
| Arany | 14 |
| Nikkel | 13 |
| Beton | 12 |
| Vas vagy acél | 11.1 |
| Szénacél | 10.8 |
| Platina | 9 |
| Üveg | 8.5 |
| GaAs | 5.8 |
| Indium-foszfid | 4.6 |
| Wolfram | 4.5 |
| Üveg, Pyrex | 3.3 |
| 3 | |
| Invar | 1.2 |
| 1 | |
| Kvarc, olvasztott | 0.59 |
Alkalmazások
A hőtágulási tulajdonságot használó alkalmazásokhoz lásd a bi-fém és higany hőmérőt.
A hőtágulást mechanikai alkalmazásokban is használják az alkatrészek egymásra illesztésére, pl. egy perselyt úgy lehet egy tengelyre illeszteni, hogy a belső átmérőjét kissé kisebbre alakítják, mint a tengely átmérője, majd addig melegítik, amíg a tengelyre illeszkedik, és hagyják kihűlni, miután a tengelyre tolták, így érve el a "zsugorodó illeszkedést".
Léteznek olyan ötvözetek, amelyek nagyon kis CTE-vel rendelkeznek, és amelyeket olyan alkalmazásokban használnak, ahol a fizikai méret nagyon kis változását igénylik különböző hőmérsékleti tartományban. Az egyik ilyen az Invar 36, amelynek együtthatója a 0,6x10-6 tartományban van. Ezek az ötvözetek hasznosak az űrkutatási alkalmazásokban, ahol nagy hőmérsékleti ingadozások fordulhatnak elő.
Kérdések és válaszok
K: Mi a hőtágulási együttható?
V: A hőtágulási együttható azt méri, hogy egy szilárd anyag mennyit tágul vagy húzódik össze a hőmérsékletváltozás hatására.
K: Mi a hőtágulás három típusa?
V: A hőtágulás három típusa a lineáris hőtágulás, a területi hőtágulás és a térfogati hőtágulás.
K: Mi a különbség a lineáris hőtágulás és a térfogati hőtágulás között?
V: A lineáris hőtágulás a hosszváltozásra, míg a térfogati hőtágulás a térfogatváltozásra vonatkozik.
K: Megmérhető-e a térfogati hőtágulási együttható folyadékok esetében?
V: Igen, a térfogati hőtágulási együttható minden sűrített anyag esetében mérhető, beleértve a folyadékokat is.
K: Milyen állapotban mérhető a lineáris hőtágulás?
V: A lineáris hőtágulás csak szilárd állapotban mérhető.
K: Miért gyakori a lineáris hőtágulás mérnöki alkalmazásokban?
V: A lineáris hőtágulás azért gyakori a mérnöki alkalmazásokban, mert olyan szerkezetek és alkatrészek esetében fontos, amelyeknek változó hőmérsékleten is meg kell tartaniuk alakjukat és méretüket.
K: A hőtágulás különböző típusai szorosan összefüggnek egymással?
V: Igen, a különböző hőtágulási típusok (lineáris, területi és térfogattágulás) szorosan összefüggnek egymással.
