Uitzettingscoëfficiënt
Vaste stoffen zetten meestal uit bij verwarming en krimpen bij afkoeling. Deze reactie op temperatuursverandering wordt uitgedrukt als de thermische uitzettingscoëfficiënt.
De thermische uitzettingscoëfficiënt wordt gebruikt:
- in lineaire thermische uitzetting
- in oppervlakte thermische uitzetting
- in volumetrische thermische uitzetting
Deze kenmerken zijn nauw met elkaar verbonden. De volumetrische thermische uitzettingscoëfficiënt kan worden gemeten voor alle stoffen in gecondenseerde toestand (vloeistoffen en vaste stoffen). De lineaire thermische uitzettingscoëfficiënt kan alleen worden gemeten in vaste toestand en is gebruikelijk in technische toepassingen.
Thermische uitzettingscoëfficiënten voor enkele veel voorkomende materialen
Met de uitzetting en inkrimping van materiaal moet rekening worden gehouden bij het ontwerpen van grote constructies, bij het gebruik van meetlint of kettingen om afstanden te meten voor landmetingen, bij het ontwerpen van mallen voor het gieten van warm materiaal, en bij andere technische toepassingen waarbij grote veranderingen in afmetingen ten gevolge van de temperatuur worden verwacht. Het bereik voor α is van 10-7 voor harde vaste stoffen tot 10-3 voor organische vloeistoffen. α varieert met de temperatuur en sommige materialen hebben een zeer grote variatie. Enkele waarden voor gewone materialen, gegeven in deeltjes per miljoen per graad Celsius: (OPMERKING: Dit kan ook in kelvin zijn aangezien de temperatuurveranderingen een 1:1 verhouding zijn)| lineaire thermische uitzettingscoëfficiënt α | |
| materiaal | α in 10-6/K bij 20 °C |
| 60 | |
| BCB | 42 |
| Lead | 29 |
| Aluminium | 23 |
| 19 | |
| 17.3 | |
| Koper | 17 |
| Goud | 14 |
| Nikkel | 13 |
| 12 | |
| IJzer of Staal | 11.1 |
| 10.8 | |
| Platina | 9 |
| 8.5 | |
| GaAs | 5.8 |
| Indiumfosfide | 4.6 |
| Wolfraam | 4.5 |
| Glas, Pyrex | 3.3 |
| 3 | |
| Invar | 1.2 |
| 1 | |
| Kwarts, gesmolten | 0.59 |
Toepassingen
Voor toepassingen die gebruik maken van de thermische uitzetting, zie bi-metaal en kwikthermometer
Thermische uitzetting wordt ook gebruikt in mechanische toepassingen om onderdelen op elkaar te laten passen, bv. een bus kan over een as worden geschoven door de binnendiameter iets kleiner te maken dan de diameter van de as, de bus vervolgens te verhitten tot hij over de as past en hem te laten afkoelen nadat hij over de as is geschoven, waardoor een "krimppassing" wordt verkregen
Er bestaan legeringen met een zeer kleine CTE, die worden gebruikt in toepassingen waarbij zeer kleine veranderingen in fysische afmetingen over een temperatuurbereik vereist zijn. Een van deze legeringen is Invar 36, met een coëfficiënt in het bereik van 0,6x10-6. Deze legeringen zijn nuttig in lucht- en ruimtevaarttoepassingen waar grote temperatuurschommelingen kunnen voorkomen.
Vragen en antwoorden
V: Wat is de thermische uitzettingscoëfficiënt?
A: De thermische uitzettingscoëfficiënt is een maat voor de mate waarin een vaste stof uitzet of krimpt als reactie op temperatuurveranderingen.
V: Wat zijn de drie soorten thermische uitzetting?
A: De drie soorten thermische uitzetting zijn lineaire thermische uitzetting, oppervlakte thermische uitzetting en volumetrische thermische uitzetting.
V: Wat is het verschil tussen lineaire thermische uitzetting en volumetrische thermische uitzetting?
A: Lineaire thermische uitzetting heeft betrekking op veranderingen in lengte, terwijl volumetrische thermische uitzetting betrekking heeft op veranderingen in volume.
V: Kan de volumetrische thermische uitzettingscoëfficiënt gemeten worden voor vloeistoffen?
A: Ja, de volumetrische thermische uitzettingscoëfficiënt kan gemeten worden voor alle stoffen van gecondenseerde materie, inclusief vloeistoffen.
V: In welke toestand kan lineaire thermische uitzetting gemeten worden?
A: Lineaire thermische uitzetting kan alleen gemeten worden in vaste toestand.
V: Waarom is lineaire thermische uitzetting gebruikelijk in technische toepassingen?
A: Lineaire thermische uitzetting komt vaak voor in technische toepassingen omdat het relevant is voor constructies en onderdelen die hun vorm en grootte moeten behouden onder verschillende temperaturen.
V: Zijn de verschillende soorten thermische uitzetting nauw met elkaar verbonden?
A: Ja, de verschillende soorten thermische uitzetting (lineair, oppervlakte en volumetrisch) zijn nauw met elkaar verbonden.
