Poradnik techniczny · metoda i wskazówki praktyczne

Rozszerzalność cieplna: wzór i współczynniki

Zmiana temperatury zmienia wymiary, a współczynnik musi odpowiadać materiałowi i zakresowi temperatur.

Sprawdzono

L₀ΔLΔTΔL = α · L₀ · ΔT
Małe odkształcenie daje istotne przemieszczenie na dużej długości.

1. Wzór liniowy

ΔL = α · L₀ · ΔT

Zmiana długości jest proporcjonalna do L₀, α i ΔT.

Znak ΔT określa rozszerzenie lub skurcz.

2. Tabela współczynników

Wartości służą do oszacowań i wymagają potwierdzenia.

Orientacyjne współczynniki w pobliżu temperatury pokojowej
Materiałα [µm/(m·K)]Uwagi
Stal12Wartość typowa.
Stal nierdzewna14Zależna od grupy.
Aluminium23Zależna od stopu.
Beton12Zależny od składu i wilgotności.
Brąz17,5Zależny od składu.
Konstantan15,2Wartość orientacyjna.
Miedź17Sprawdzić stan materiału.

Wartości w kalkulatorze są danymi początkowymi, a nie kontraktowymi.

3. Jednostki α

12 µm/(m·K) = 12×10⁻⁶ K⁻¹.

Różnice w stopniach Fahrenheita wymagają przeliczenia.

4. Wpływ długości

Element dziesięć razy dłuższy zmienia długość dziesięć razy bardziej.

Jest to ważne dla rur, szyn i konstrukcji.

5. Rozszerzenie swobodne i ograniczone

Wzór opisuje ruch swobodny.

Ograniczenie wymaga obliczenia sił i naprężeń cieplnych.

Zastosowanie liczbowe

Przykład: stalowy pręt 2 m

Ogrzanie z 20 °C do 60 °C, α = 12 µm/(m·K).

  1. Obliczyć ΔT = 60 − 20 = 40 K.
  2. Przeliczyć α = 12 × 10⁻⁶ K⁻¹.
  3. Zastosować ΔL = 12 × 10⁻⁶ × 2 × 40.
  4. ΔL = 0,00096 m.
  5. Przeliczyć: 0,00096 m = 0,96 mm.

Wynik: Swobodne wydłużenie wynosi około 0,96 mm.

Metoda zgodna z podstawowymi równaniami fizyki cieplnej. Otwórz dokładne źródło ↗

Do sprawdzenia i pogłębienia

Bezpośrednie źródła

Każdy odsyłacz prowadzi do dokładnej strony kursu, normy lub publikacji wykorzystanej w opracowaniu.

  1. Rozszerzalność cieplnaOpenStaxWzór liniowy i przykłady.
  2. Dane materiałoweUznani producenciWartości dla konkretnych grup materiałów.
  3. Układ SIBIPMJednostki i symbole.
  4. NIST SP 811NISTPrzeliczenia jednostek.