Коэффициент температурного расширения в чем измеряется
Коэффициент теплового линейного расширения
Понятие и общие сведения
Коэффициент линейного расширения (КЛР) – это название одной из разновидностей коэффициентов теплового расширения материалов. Эти группы коэффициентов относятся к физическом величинам, описывающим относительное изменение объёмных характеристик тела и/или его линейных размеров при повышении температуры на один градус Кельвина при давлении равном константе. Значение коэффициента линейного расширения обладает размерностью обратной температуры. Наиболее употребляемыми являются коэффициенты объёмного и линейного расширения.
Определенные материалы не расширяются, а, напротив, сжимаются при нагревании. Таким образом, коэффициент линейного расширения таких материалов является отрицательным числом. Речь идет, например, о воде, КЛР которой отрицателен в интервале температур от нуля до 3,984 градусов С. У некоторых соединений негативный коэффициент линейного расширения наблюдается в более широком интервале температур, например вольфрамат циркония, определенные углепластики, а также многие марки резины. Кроме того, разработаны марки ферро-никелевых сплавов, которые демонстрируют практически нулевой коэффициент линейного теплового расширения в определенных интервалах температур.
Измерение
В качестве приборов для количественного измерения коэффициентов теплового расширения тел в любом фазовом состоянии применяется аппарат под названием дилатометр, который существует в большом количестве исполнений. Суть работы почти всех дилатометров в измерении малых и сверхмалых сдвигов, причиной которых служит изменение размеров тела относительно шкалы дилатометра. Исходя из этого для определения коэффициентов расширения подходят самые разнообразные методики измерения микроскопических смещений.
При этом у жидкостей и газов определяется лишь объёмное температурное расширение, понятия линейного теплового расширения для таких тел нет.
Известны дилатометры следующих типов:
— оптико-механические,
— ёмкостного типа,
— индукционного типа,
— интерференционные,
— рентгеновские,
— радиорезонансные и прочие.
Среди самых распространённых видов дилатометров находится тепловой дилатометр. Он предназначен для определения и линейного, и объемного термического расширения тела.
Особенности при переработке пластмасс
Коэффициент линейного расширения тел и веществ, особенно полимеров и металлов важен при переработке пластмасс. Он определяется, как расчетный коэффициент, используемый для определения максимальной величины залегания стальной арматуры в полимерном изделии. Обычно значение такой глубины варьируется от 1 до 4 от диаметра арматуры.
Рис.1. Коэффициенты некоторых пластиков, применяющихся для производства труб.
Использование металлической арматуры и закладных элементов, как правило, приводит к возникновению существенных внутренних напряжений. Такие напряжения могут приводить к разрушению полимерного изделия. Именно из-за большой разницы в значениях коэффициентов линейного расширения стали и полимеров лежит причина подобных производственных проблем.
Для решения трудностей с композицией полимер-металл отраслевая литература рекомендует применять минимальные значения толщин стенок каждого конкретного закладного или армирующего элемента, а также использовать полимер с минимальным температурным расширением.
Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на
Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на
Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий
Таблица: Температурный коэффициент линейного расширения металлов, твердых веществ, жидкостей
| Коэффициент теплового расширения | |
| β = 1 V ( d V d T ) p <\displaystyle \beta =<\frac <1> > | |
| Размерность | −1 |
| Единицы измерения | |
| −1 | |
| СГС | −1 |
Коэффицие́нт теплово́го расшире́ния
— физическая величина, характеризующая относительное изменение объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1 при постоянном давлении. Имеет размерность обратной температуры. Различают коэффициенты объёмного и линейного расширения.
Коэффициент линейного теплового расширения
Например, вода, в зависимости от температуры, имеет различный коэффициент объёмного расширения:
Для железа коэффициент линейного расширения равен 11,3×10−6 K−1[1].
Для сталей
Таблица значений коэффициента линейного расширения α, 10−6K−1[2]
| 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 | — | — | — | — | — | — | — |
Что такое коэффициент расширения бетона?
Вопрос. Здравствуйте! Подскажите пожалуйста, что такое коэффициент расширения бетона? Какое его практическое применение? Спасибо!
Ответ. Добрый день! В строительной практике применяется коэффициент температурного расширения бетона. Его значение определяет отклонение линейных размеров бетонной плиты (бетонного блока) при изменении температуры окружающей среды.
Поэтому данный параметр еще называют – коэффициент линейного расширения бетона. Среднее числовое значение коэффициента линейного расширения, которое используется проектировщиками для расчетов, оговорено в нормативном документе СНиП 2.06.08-87 «Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений» и составляет 0,00001 °С-1 (Градус Цельсия в минус первой степени).
Чтобы узнать на сколько увеличится размер бетонного блока необходимо перемножить: величину линейного размера, коэффициент теплового расширения бетона и разницу температуры. Например, бетонный блок длиной 550 мм, при нагреве на 40 градусов Цельсия увеличится на: 550х0,00001х40=0,22 мм.
Практическое применение коэффициента расширения бетона
Долговечность бетонных сооружений испытывающих значительные перепады температуры зависит от коэффициента линейного расширения заполнителя (щебень, гравий, известняк, мраморная крошка и пр.) и разницы между коэффициентами линейного расширения заполнителя и цементного теста.
При этом коэффициент расширения заполнителя определяет коэффициент теплового расширения бетона. Следовательно, для строительства бетонных сооружений работающих в условиях значительного перепада температуры, необходимо подбирать горные породы (заполнитель) обладающие коэффициентом расширения ниже, чем коэффициент расширения цементного камня.
К таким горным породам относится широко применяемый гранит (коэффициент расширения 0,0000074 °С-1), базальт (коэффициент расширения 0,0000065 °С-1)и известняк (коэффициент расширения 0,000008). К не рекомендованным горным породам относятся: калиевые полевые шпаты, кальцит, мрамор и другие горные породы с большим количеством монокристаллов.
Вывод. Так как в частном строительстве в качестве наполнителя, как правило, используется гранитный, гравийный или известняковый щебень вы можете не обращать внимания на коэффициент расширения бетона – долговечность вашего сооружения не зависит от данной характеристики.
Отрицательный коэффициент теплового расширения
Основная статья: Negative thermal expansion
Некоторые материалы при повышении температуры демонстрируют не расширение, а наоборот, сжатие, т. е. имеют отрицательный коэффициент теплового расширения. Для некоторых веществ это проявляется на довольно узком температурном интервале, как, например, у воды на интервале температур 0…+3,984 °С, для других веществ и материалов, например фторид скандия(III), вольфрамат циркония (ZrW2O8)[3], некоторых углепластиков интервал весьма широк. Подобное поведение демонстрирует также обычная резина. При сверхнизких температурах аналогичным образом ведут себя кварц, кремний и ряд других материалов. Также существуют инварные сплавы (ферро-никелевые), имеющие в некотором диапазоне температур коэффициент теплового расширения, близкий к нулю.
Жароупорные свойства портландцементного камня
Усадка для жароупорного бетона является важным показателем, так как такой бетон (в отличие от обычных огнеупорных изделий) предварительно не обжигается, а подвергается нагреванию непосредственно в элементах конструкции. Следовательно, вся усадка жароупорного бетона происходит в рабочем состоянии, т. е. уже в процессе эксплуатации теплового агрегата. При нагревании в бетоне возникают напряжения, зависящие от таких факторов, как термическое расширение или усадка составляющих компонентов, температура и скорость нагрева, упруго-пластические свойства и предельные деформации составляющих компонентов, относительное количество в бетоне вещества, претерпевающего усадку при нагревании, зерновой состав и максимальная крупность зерен заполнителя.
Вследствие внутренних напряжений при нагреве жароупорного бетона могут возникать не только упругие, но также пластические и остаточные деформации, а при этом нарушается структура, что сказывается на свойствах жароупорного бетона и в том числе и на усадке.
В температурном интервале от 600 (700) до 800° кривая усадки имеет примерно горизонтальный участок, т. е. усадка не увеличивается с повышением температуры. Очевидно, в этом интервале структура бетона видоизменяется. Действительно, прочность бетона в этом интервале снижается наиболее резко. При температурах выше 800° происходит дальнейшее «разрыхление» структуры бетона и прочность его снижается до минимума примерно при температуре 1000°.
Кажущаяся усадка бетона заметно уменьшается или даже наоборот—бетон как бы увеличивается в объеме. Очевидно, этому соответствует и поведение цементного камня, т. е. наблюдаемое иногда уменьшение усадки при температуре 1000° по сравнению с усадкой при 800°. При температурах 800—1100° линейная усадка жароупорных бетонов на портландцементе составляет от 0,2 до 0,7%.
Рис. 59 Коэффициент линейного термического расширения жароупорного бетона на портландцементе с шамотным заполнителем и его составляющих в зависимости от температуры нагрева: 1—шамот; 2—бетон; 3—портландцемент с 25% тонкомолотого шамота.
Из графика (рис. 59) видно, что коэффициент термического расширения шамота в интервале температур 300—900° колеблется от и 6 10-6 до 8- 10-6. Коэффициент термического расширения жароупорного бетона на портландцементе с шамотным заполнителем соответствует коэффициенту термического расширения шамота и составляет 5- 10-6— 8 — 10-6, что свидетельствует о том, что термическое расширение бетона в большой степени зависит от заполнителя. Коэффициент термического расширения жароупорного бетона на портландцементе с заполнителем из отвального доменного шлака в интервале от 200 до 700° составляет от 8- 10-6 до 11 — 10-6, а для бетона на заполнителе из каширского котельного шлака — 4-10-6—5 — 10-6.
Примечания
Примечания[ | ]
Понятие и общие сведения
Коэффициент линейного расширения (КЛР) – это название одной из разновидностей коэффициентов теплового расширения материалов. Эти группы коэффициентов относятся к физическом величинам, описывающим относительное изменение объёмных характеристик тела и/или его линейных размеров при повышении температуры на один градус Кельвина при давлении равном константе. Значение коэффициента линейного расширения обладает размерностью обратной температуры. Наиболее употребляемыми являются коэффициенты объёмного и линейного расширения. Определенные материалы не расширяются, а, напротив, сжимаются при нагревании. Таким образом, коэффициент линейного расширения таких материалов является отрицательным числом. Речь идет, например, о воде, КЛР которой отрицателен в интервале температур от нуля до 3,984 градусов С. У некоторых соединений негативный коэффициент линейного расширения наблюдается в более широком интервале температур, например вольфрамат циркония, определенные углепластики, а также многие марки резины. Кроме того, разработаны марки ферро-никелевых сплавов, которые демонстрируют практически нулевой коэффициент линейного теплового расширения в определенных интервалах температур.
Теплофизические свойства бетонов
Образцы с разной теплофизикой Основные свойства бетона, связанные с воздействием на него тепловой энергии, это теплоемкость, теплопроводность и весьма важный в сфере строительства коэффициент линейного расширения. Без учета данных характеристик бетона невозможно добиться создания прочной конструкции здания, не склонной к разрушению под воздействием температурных колебаний.
Теплопроводность.
Теплопроводность бетона играет существенное значение при определении его строительно-физических качеств. Уровень теплопроводности зависит от структуры составляющих бетона и его строения в целом. Да значение данной характеристики оказывает влияние несколько факторов, среди которых наибольшее значение имеют влажность бетона и его температура. Чем большее количество влаги будет содержаться в бетоне и чем до большей температуры он будет нагрет, тем большей теплопроводностью он будет обладать. При проведении практических расчетов во внимание также принимается значение интегральной пористости. Смысл этого показателя состоит в определении объемного веса бетона при температуре +25С в высушенном до неизменяемого веса состоянии (рис. 1).
Кроме того, в строительной практике также может быть использована для расчета теплопроводности формула Б. Н. Кауфмана:
где под корнем стоит фиксированный коэффициент при указанных выше условиях: +25С и полная просушка. Измеряется это значение в ккал/м-ч-град, для высушенного бетона объемный вес выражается в т/м3.
Между тем, приведенная формула не может быть признана единственно верным способом расчета теплопроводности бетона, т.к. в ней не учитываются показатели пористости бетона, т.е. данные о распределении пор по типоразмеру, о степени сообщаемости или замкнутости. Поэтому с помощью данной формулы наиболее близкие к фактической действительности данные можно получить лишь в том случае, когда на стройке используются бетоны одинакового строения и созданные на заполнителях идентичного строения. Приводить здесь и использовать на практике универсальную и наиболее точную формулу для вычисления фактического уровня теплопроводности бетона не имеет смысла, поскольку она учитывает абсолютно все характеристики бетона. Получить подобные данные в условиях индивидуального жилищного строительства весьма проблематично, да и бессмысленно, т.к. при малых масштабах стройки и небольших конструкционных нагрузках небольшая ошибка в значении теплопроводности бетона особой роли не играет.
Коэффициент температурного расширения и теплоемкость бетона.
Под коэффициентом температурного расширения бетона в строительной практике принято понимать величину отклонения физических размеров бетона при изменении его температуры. Если упростить определение, то коэффициент расширения помогает определить, насколько увеличатся длина и ширина бетонного блока, если температура воздуха повысится на сколько-то градусов. Непринятие в расчет этого показателя моет привести к разрушениям возведенных из бетона конструкций при сезонных колебаниях температур.
Тепловое расширение способно привести к растрескиванию
Показатели коэффициентов температурного расширения бетона и стали приблизительно одинаковы, что широко используется при создании железобетонных конструкций высокой прочности.
Температурный коэффициент объемного расширения жидкостей
В таблице приведены средние значения температурного коэффициента объемного расширения β жидкостей при температуре 20 °С (если не указана иная).
Коэффициент расширения
Когда твердое тело и жидкость нагреваются, их температура повышается. Это приводит к тому, что в определенной мере увеличивается их объем при повышении температуры с каждым градусом. Свойство, которое характеризует отношение температуры и объема, называется коэффициентом расширения. У разных веществ коэффициент имеет разное значение, также может меняться у одного вещества в зависимости от того, какую оно имеет температуру. Принцип используется в работе термометров и других инструментов, используемых для измерения температуры.
Что такое тепловое расширение?
Тепловым расширение принято считать способность тел к расширению, когда они нагреваются. Это означает, что при повышении температуры изменяются их линейные и объемные размеры. Когда происходит охлаждение тела, процесс будет обратным – объем уменьшается.
Для чего нужен коэффициент?
Коэффициент теплового расширения описывает, как изменяется размер объекта, когда происходит повышение его температуры. В зависимости от конкретного использования, коэффициент расширения может быть линейный или объемный. Если тело твердое, требуется узнать изменение его длины или конкретной области, поэтому применяется коэффициент линейного расширения. Для жидкостей и газов используется только температурное расширение, коэффициент линейного теплового расширения для них не подходит, потому что приобретают форму емкости, в которой находятся.
Коэффициент объемного теплового расширения показывает, какое относительное изменение объема тела при постоянном давлении и изменении его температуры на 1 градус. Выражается формулой:
Коэффициент линейного теплового расширения показывает относительное изменение длины тела, когда происходит его нагревание.
Коэффициент линейного теплового расширения может иметь разные значения, если направления измерений будут разными.
Теоретически рассчитать коэффициент линейного объема можно, зная коэффициент объемного расширения (α V ≈ 3 α L).
При нагревании некоторых материалов происходит их сжатие, а не расширение. У них коэффициент расширения (линейный) будет иметь отрицательное значение, к примеру, вода (коэффициент расширения с отрицательным значением при температуре 0-3,984 °С).
Особенности измерения
Тепловое расширение тел, независимо от их фазового состояния, измеряется дилатометром. Принцип действия практически всех приборов основан на измерении сдвигов (малых и сверхмалых), которые возникают вследствие изменения размеров тела относительно шкалы дилатометра. Прибор позволяет определить коэффициент теплового расширения даже в тех случаях, когда смещения микроскопические.
Сегодня существуют такие типы приборов:
Чаще всего используются тепловые дилатометры, которые позволяют определять объемное и линейное расширение, происходящее под воздействием температуры.
Коэффициент расширения
Оглавление
Коэффициент линейного расширения
Длину стержня, зависящую от температуры, можно рассчитать, решив это дифференциальное уравнение :
Л. ( Т ) знак равно Л. ( Т 0 ) ⋅ exp ( ∫ Т 0 Т α ( Т ) d Т ) <\ Displaystyle L (T) = L (T_ <0>) \ cdot \ exp \ left (\ int _ 
Для большинства приложений достаточно использовать следующее приближение, в котором экспоненциальная функция была аппроксимирована первыми двумя членами своего ряда Тейлора :
В случае анизотропных твердых тел коэффициент линейного расширения также зависит от направления. Это особенно важно при использовании табличных значений из литературы.
Примеры
Последний пример описывает, например, B. восемь боковых привинчиваемых солнечных модулей с алюминиевыми рамами и их приблизительная максимальная разница температур между летом (залитый солнцем алюминий) и зимой (температура воздуха ночью). Это видно из того факта, что тепловое расширение необходимо учитывать при конструкции элементов крепления и каркаса, например Б. гибкими или подвижными застежками.
Коэффициент расширения помещения
V ( Т ) знак равно V ( Т 0 ) ⋅ exp ( ∫ Т 0 Т γ ( Т ) d Т ) <\ Displaystyle V (T) = V (T_ <0>) \ cdot \ exp \ left (\ int _
Что касается коэффициента линейного расширения, то здесь линеаризацию можно использовать как приближение для небольших изменений температуры:
Если коэффициент расширения известен как функция температуры, плотность получается из:
Коэффициент теплового расширения может быть определен эмпирически путем измерений и действителен только для вещества и для диапазона температур, в котором или в котором проводились измерения.
Связь между коэффициентами линейного и пространственного расширения
Для изотропных твердых тел трехкратный коэффициент линейного расширения можно использовать для расчета объемного расширения:
Однако это относится только к небольшим перепадам температур. См. Следующие подразделы.
Вывод температурной (разностной) зависимости
Уравнение температурной (разностной) зависимости связи между двумя средними коэффициентами расширения, т. Е. Линейным и кубическим, испытания на расширение может быть получено из расширения куба:
Объем куба после расширения определяется выражением: V 2 <\ displaystyle V_ <2>>
После умножения кубического бинома получается:
Теперь, в уравнении определения коэффициента кубического расширения, разностный объем заменяется Δ V <\ displaystyle \ Delta
γ ¯ знак равно Δ V V 0 ⋅ Δ Т знак равно ( Δ л ) 3 + 3 ⋅ л 0 2 ⋅ Δ л + 3 ⋅ л 0 ⋅ ( Δ л ) 2 V 0 ⋅ Δ Т <\ displaystyle <\ bar <\ gamma>> = <\ frac <\ Delta .
γ ¯ знак равно ( Δ Т ⋅ л 0 ⋅ α ¯ ) 3 + 3 ⋅ л 0 2 ⋅ ( Δ Т ⋅ л 0 ⋅ α ¯ ) + 3 ⋅ л 0 ⋅ ( Δ Т ⋅ л 0 ⋅ α ¯ ) 2 л 0 3 ⋅ Δ Т <\ displaystyle <\ bar <\ gamma>> = <\ frac <(\ Delta.
Укорочение под и над линией дроби, а также сокращение в конечном итоге приводит к следующему уравнению, которое описывает зависимость двух коэффициентов расширения при попытке расширения с реальными (конечными) недифференциальными перепадами температур : л 0 3 <\ displaystyle Δ Т <\ displaystyle \ DeltaΔ Т <\ displaystyle \ Delta
γ ¯ знак равно ( Δ Т ) 2 ⋅ ( α ¯ ) 3 + 3 ⋅ Δ Т ⋅ ( α ¯ ) 2 + 3 ⋅ α ¯ <\ displaystyle <\ bar <\ gamma>> = (\ Delta.
Частный случай разницы температур при попытке расширения
При вводе в определение коэффициента расширения помещения получается:
Из-за предполагаемой изотропии каждый из трех членов в правой части равен коэффициенту линейного расширения, поэтому применяется следующее:
Для изотропных твердых тел трехкратный коэффициент линейного расширения можно использовать для расчета объемного расширения, когда разница температур невелика.
Определение по реальной разнице температуры, объема или плотности
На практике определить коэффициент расширения при небольших перепадах температур непросто. Используются большие различия. В противном случае вы быстро достигнете пределов технологии измерения / точности измерений.
Эти две основные уравнения расширения следует из определения уравнений для линейных расширения коэффициентов и объем коэффициентов разложения:
Следовательно, следующее применимо ко всем твердым телам и жидкостям, для которых нет аномалий плотности :
Как видите, средний коэффициент линейного расширения и средний коэффициент объемного расширения для конечных разностей температур можно (точно) преобразовать друг в друга, только если разность температур известна:
Если разница температур в эксперименте составляет ровно 1 К, указанные выше три уравнения значительно упрощаются.
Альтернативные уравнения определения реальных температурных перепадов
Каждый коэффициент плотности косвенно пропорционален объемному коэффициенту.
Числовые значения коэффициентов разложения
Твердые тела
Инвар сплав был специально разработан для достижения низкого коэффициента расширения. Из-за небольших отклонений в составе коэффициент расширения для этого вещества колеблется относительно сильно.
Чистые металлы (элементы)
| описание | α в 10 −6 K −1 |
|---|---|
| алюминий | 0 23,1 |
| Свинец | 0 28,9 |
| утюг | 0 11,8 |
| никель | 0 13.0 |
| золото | 0 14,2 |
| иридий | 0 0 7-е |
| медь | 0 16,5 |
| литий | 0 58 |
| магний | 0 24,8 |
| натрий | 0 0 7.1 |
| платина | 0 0 8,8 |
| серебро | 0 18,9 |
| Тантал | 0 0 6,6 |
| титан | 0 0 8,6 |
| цинк | 0 30,2 |
| банка | 0 22,0 |
В «Таблицах химии» (коллектив авторов Kaltofen, GDR, толстая версия), см. Рекомендованную литературу, указаны коэффициенты расширения для многих других металлов.
Неметаллы и полуметаллы (элементы)
| описание | α в 10 −6 K −1 |
|---|---|
| алмаз | 0 0 0 1.18 |
| Германий | 0 0 0 5,8 |
| графит | 0 0 0 От 1,9 до 2,9 |
| белый фосфор | 0 125 |
| ромбическая сера | 0 0 74 |
| кремний | 0 0 0 2,6 |
Металлические сплавы
Строительные материалы
| описание | α в 10 −6 K −1 |
|---|---|
| конкретный | 0 12-е |
| Дерево (дуб) | 0 0 8-е |
| Клинкер (обожженный кирпич) | 0 0 От 2,8 до 4,8 |
| Кирпич | 0 0 5 |
Пластмассы
| описание | α в 10 −6 K −1 |
|---|---|
| Мягкая резина | 0 0 17–28 |
| Твердой резины | 0 0 80 |
| Полиамид (PA) | 0 0 От 60 до 150 |
| Поликарбонат (ПК) | 0 0 От 60 до 70 |
| Полиэтилен (HD-PE) | 0 От 150 до 200 |
| Полипропилен (PP) | 0 От 100 до 200 |
| Полиоксиметилен (ПОМ) | 0 0 От 70 до 130 |
| Политетрафторэтилен (PTFE) | 0 От 100 до 160 |
| Поливинилхлорид (жесткий ПВХ) | 0 0 От 70 до 100 |
| Полиметилметакрилат (ПММА, оргстекло ) | 0 0 От 75 до 80 |
Стекло и керамика
О других веществах, из которых изготавливаются керамические изделия (заготовки), см. «Соединения и химические вещества».
Химические соединения
Температурная зависимость для твердых тел
При строительстве химических заводов часто используются средние коэффициенты расширения для рассматриваемого диапазона температур, в котором завод должен работать. Однако численные значения коэффициентов расширения при повышенных температурах трудно найти в научно-популярной литературе. Однако Дитцель приводит средние коэффициенты расширения для некоторых материалов контейнеров для двух диапазонов температур (от 0 до 100 ° C и от 0 до 200 ° C), цитата (таблица):
| описание | α в 10 −6 K −1 | |
|---|---|---|
| От 0 до 100 ° C | От 0 до 200 ° C | |
| Алюминий (чистый) | 0 23,9 | 0 24,6 |
| серый чугун | 0 10,4 | 0 11.1 |
| техническое стекло | 0 0 6.0 | 0 0 6.5 |
| Латунь | 0 18,3 | 0 19,3 |
| Сталь (до 0,5% С) | 0 11.0 | 0 12.0 |
жидкости
Для жидкостей можно указать коэффициент расширения помещения. Они расширяются изотропно, т.е. одинаково во всех направлениях. Их форма определяется сосудом, в котором они находятся, поэтому определять для них коэффициент линейного расширения не рекомендуется, хотя формально его можно рассчитать.
Жидкости обычно имеют значительно более высокий коэффициент расширения, чем твердые тела. Вот почему они часто даются в тысячных долях на Кельвин вместо миллионных долей на Кельвин для твердых веществ. Соответствующие единицы выбраны в таблицах этого раздела.
Неорганические жидкости, элементы и жидкие металлы / металлические сплавы
| описание | γ в 10 −3 K −1 |
|---|---|
| бром | 0 1.11 или 1.13 |
| Галинстан (жидкость для эвтектических термометров) | 0 0,126 |
| NaK (эвтектический сплав) | 0 0,16 |
| Меркурий | 0 0,1811 |
| Азотная кислота (100%) | 0 1,24 |
| соляная кислота | 0 0,30 |
| Сероуглерод | 0 1.18 |
| Серная кислота (около 99%) | 0 0,57 |
| Вода при 0 ° C | -0,068 |
| Температура воды около 20 ° C | 0 0,2064 |
| Вода при 100 ° C | 0 0,782 |
Органические жидкости
| описание | γ в 10 −3 K −1 | химическая группа |
|---|---|---|
| Бензин (при 0 ° C) | 0 1.0 | Парафины |
| н-гептан | 0 1.09 | Парафины |
| Топочный мазут / дизельное топливо | 0 0,96 | Парафины |
| н-гексан | 0 1,35 | Парафины |
| Минеральное масло, гидравлическое масло | 0 0,7 | Парафины |
| Парафиновое масло | 0 0,764 | Парафины |
| н-пентан | 0 1.6 | Парафины |
| нефть | 0 0,9 к 1 | Парафины |
| Смазочное масло | 0 От 0,6 до 0,7 | Парафины |
γ Настоящий газ ( Т Раздел. ) ∼ 1 Т Раздел. <\ displaystyle \ gamma _ <\ text
а к идеальному газу применимо следующее:
γ Идеальный газ ( Т Раздел. ) знак равно 1 Т Раздел. <\ displaystyle \ gamma _ <\ text <идеальный газ>> ^ <(T _ <\ text
Таким образом, коэффициент расширения идеального газа при 0 ° C (эталонная температура) равен:
Для идеального газа (при низком давлении) согласно уравнению идеального газа для изобарного (теплового) расширения:
Температуры должны использоваться как абсолютные температуры в [Кельвинах]. Для температур, которые различаются на фиксированную разницу температур, например на 1 К, объемное отношение стремится к значению 1. При более высоких температурах коэффициент расширения, следовательно, стремится к нулю. Так что для идеальных газов он уменьшается с повышением температуры.
Сравнение изобарных (дифференциальных) коэффициентов расширения воды и водяного пара
| Температура в ° C | Давление пара в МПа | γ вода ( Т ) <\ displaystyle \ gamma _ <\ text <Вода>> ^ <(T)>> в K −1 | γ Готовить на пару ( Т ) <\ displaystyle \ gamma _ <\ text <Водяной пар>> ^ <(T)>> (Насыщенный пар) в K −1 | Подсказки |
|---|---|---|---|---|
| 0 0 0,01 | 0 0,0006112 | -0,0000855 | 0,003669 | Аномалия плотности до 4 ° C |
| 0 10 | 0 0,0012271 | 0 0,0000821 | 0,003544 | |
| 0 20-е | 0 0,0023368 | 0 0,0002066 | 0,003431 | |
| 0 30-е | 0 0,0042417 | 0 0,0003056 | 0,003327 | |
| 0 40 | 0 0,0073749 | 0 0,0003890 | 0,003233 | |
| 0 50 | 0 0,012335 | 0 0,0004624 | 0,003150 | |
| 0 60 | 0 0,019919 | 0 0,0005288 | 0,003076 | |
| 0 70 | 0 0,031161 | 0 0,0005900 | 0,003012 | |
| 0 80 | 0 0,047359 | 0 0,0006473 | 0,002958 | |
| 0 90 | 0 0,070108 | 0 0,0007019 | 0,002915 | |
| 100 | 0 0,101325 | 0 0,0007547 | 0,002882 | |
| 150 | 0 0,47597 | 0 0,001024 | 0,002897 | |
| 200 | 0 1,5551 | 0 0,001372 | 0,003291 | |
| 250 | 0 3,9776 | 0 0,001955 | 0,004321 | |
| 300 | 0 8,5917 | 0 0,003293 | 0,007117 | |
| 350 | 16 537 | 0 0,01039 | 0,02175 | |
| 360 | 18,674 | 0 0,01928 | 0,03899 | |
| 370 | 21,053 | 0 0,09818 | 0,1709 | |
| 374,15 ( критическая температура ) | 22,12 (критическое давление) | > 0,1709 (оригинальные литературные названия «∞», * ) | критическая точка | |
Незадолго до достижения критической точки коэффициенты расширения воды и водяного пара резко возрастают. В критической точке жидкость и пар становятся одним / идентичными. Следовательно, есть только один коэффициент расширения. Однако по сравнению с 370 ° C его значение должно быть выше, поскольку объем снова непропорционально увеличился.
Коэффициенты расширения водных растворов в зависимости от концентрации
При постоянной температуре водные растворы показывают коэффициент расширения, который обычно увеличивается с концентрацией растворенного вещества.
Расчет среднего коэффициента расширения помещения на основе значений плотности или удельных объемов
Таким образом, средний коэффициент расширения помещения между выбранными температурами:
В качестве альтернативы также могут использоваться значения удельных массовых объемов или молярных объемов:
Числовые значения жидкостей при атмосферном давлении
При температуре около 4 ° C максимальная плотность воды составляет 0,999975 г / см³ ( аномалия плотности ), а коэффициент объемного расширения здесь равен нулю.
Например, при повышении температуры от 0 до 20 ° C расчетные значения показывают увеличение объема на + 0,164% для воды и + 0,365% для ртути. С 20 до 100 ° C объем увеличивается на + 4,16% для воды и + 1,46% для ртути.
Как видите, коэффициент объемного расширения жидкостей почти всегда увеличивается только с повышением температуры, если только вещество не имеет аномалию плотности в узком температурном диапазоне, как в случае с водой между 0 и 4 ° C.
Числовые значения кипящих жидкостей при соответствующем давлении пара (не изобарические)
Числовые значения кипящих жидких газов при соответствующем давлении пара (не изобарическом)
Числовые значения жидкого металла
Числовые значения газов (изобарические)
Примечание. Степень 100% насыщения влажного воздуха остается постоянной при нагревании, например, если воздух находится в газовой бюретке над затворной жидкой водой при повышении температуры.
Числовые значения перегретого водяного пара (изобарические)
Резюме
В сверхкритическом состоянии нет ни жидкости, ни пара. Следовательно, коэффициенты расширения жидкости и пара должны приблизиться друг к другу до достижения критической точки, чтобы в конце концов стать идентичными в критической точке.
Внезапные изменения плотности / коэффициента расширения твердых тел и жидкостей указывают на изменение молекулярной или кристаллической структуры при соответствующих условиях давления и температуры.
Влияние коэффициента расширения на степень заполнения емкости при изменении температуры
φ знак равно V Ф. V Б. <\ displaystyle \ varphi = <\ frac .
- Коэффициент текущей ликвидности что это
- Коэффициент температурной чувствительности термистора что это