热膨胀系数

固体大多在加热时膨胀,在冷却时收缩。这种对温度变化的反应被表示为其热膨胀系数

使用的是热膨胀系数。

这些特性是密切相关的。体积热膨胀系数可以对所有的凝聚态物质(液体和固态)进行测量。线性热膨胀只能在固体状态下测量,在工程应用中很常见。



一些常见材料的热膨胀系数

在设计大型结构时,在使用胶带链条测量土地测量距离时,在设计铸造热材料的模具时,以及在其他工程应用中,当预期因温度而导致尺寸发生巨大变化时,必须考虑材料的膨胀和收缩。α的范围从硬固体的10-7 到有机液体的10-3 α随温度变化而变化,有些材料的变化非常大。常见材料的一些数值,以每摄氏度的百万分之一为单位:(注意:这也可以以开尔文为单位,因为温度的变化是1:1的比例)。

线性热膨胀系数 α

材料

α在10-6 /K,20 °C时

水星

60

BCB

42

领导

29

铝合金

23

黄铜

19

不锈钢

17.3

17

金色

14

13

混凝土

12

铁或钢

11.1

碳钢

10.8

铂金

9

玻璃

8.5

砷化镓

5.8

磷化铟

4.6

4.5

玻璃,派莱克斯

3.3

硅胶

3

英瓦尔

1.2

钻石

1

石英,熔融

0.59



应用

关于使用热膨胀特性的应用,见双金属和水银温度计

热膨胀也被用于机械应用中,以使部件相互配合,例如,通过使衬套的内径略小于轴的直径,然后将其加热至适合于轴,并在其被推到轴上后允许其冷却,从而实现 "收缩配合",从而使衬套适合于轴。

有一些合金的CTE非常小,用于要求在一定温度范围内物理尺寸变化非常小的应用。其中之一是英瓦36,其系数在0.6x10-6 范围内。这些合金在可能发生广泛温度波动的航空航天应用中很有用。



问题和答案

问:什么是热膨胀系数?
答:热膨胀系数是衡量固体在温度变化时膨胀或收缩程度的指标。

问:热膨胀系数有哪三种类型?
答:三种热膨胀类型是线性热膨胀、面积热膨胀和体积热膨胀。

问:线性热膨胀和体积热膨胀有什么区别?
答:线性热膨胀指的是长度的变化,而体积热膨胀指的是体积的变化。

问:液体的体积热膨胀系数可以测量吗?
答:可以,包括液体在内的所有凝聚态物质都可以测量体积热膨胀系数。

问:在哪种状态下可以测量线性热膨胀系数?
答:线性热膨胀系数只能在固态下测量。

问:为什么线性热膨胀在工程应用中很常见?
答:线性热膨胀在工程应用中很常见,因为它与需要在不同温度下保持形状和尺寸的结构和部件相关。

问:不同类型的热膨胀是否密切相关?
答:是的,不同类型的热膨胀(线性、面积和体积)密切相关。

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