体積に対する 1 つの次元に沿った長さの変化は、線膨張と呼ばれます。物質の温度上昇がこの現象を引き起こします。この投稿では、線膨張係数、その仕組み、および使用方法について見ていきます。
線膨張係数
「拡張」という用語は、延長または変更として説明できます。線形膨張は、ボリュームの 1 つの次元に沿って長さが変化するときに使用される用語です。この時の膨張の原因は温度変化です。その結果、膨張率は温度変化に応じて複製されると考えられています。この用語は、物質が元の形状とサイズを維持しながら熱放射にどれだけ耐えることができるかを表すために使用されます.
単位温度上昇あたりの長さのわずかな増加は、熱膨張係数を定義する別の方法です。特定の温度 (実際の熱膨張係数または a-bar) で指定されているか、温度範囲で指定されているかによって、正確な意味は異なります (平均熱膨張係数または a)。長さ対温度プロットの接線の傾きが実数係数を決定し、曲線上の 2 点間の弦の傾きが平均係数を決定します。
線膨張係数式
定義によると、線膨張の式は次のとおりです:
L=ΔLΔT
こちら
線膨張係数は文字 L で表されます。
ΔL は、1 単位の長さの変化を示します。
温度の単位変化は ΔT で表されます。
SI 単位と線膨張の次元
°C-1 または °K-1 は、線膨張係数の SI 単位です。記号 C と K は、それぞれ摂氏とケルビンを表します。
M0L0T0K-1 が線膨張係数の次元になります。
線形膨張の働き
各材料の線膨張係数は基本的な特性です。現在、物質ごとに異なります。原子間の凝集力だけが、材料が膨張できる速度を決定します。 2 つ以上の原子を一緒に保持する力は、凝集力として知られています。
凝集力は、原子間のギャップを埋める役割を担っています。一定の温度上昇に対して、凝集力が高いほど、膨張は小さくなります。鉛は融点が低く、簡単に砕ける軟らかい金属です。温度が 1 上昇すると、鉛は加熱されるとより速く膨張します。
熱膨張係数の測定方法
熱膨張係数を特定するには、熱サイクルを経験しているサンプルで 2 つの物理的特性 (変位と温度) を監視する必要があります。ディラトメトリー、干渉法、および熱機械分析は、CTE を測定するための最も一般的な 3 つの方法です。光学イメージングは、寒い環境でも使用できます。格子定数の変化は X 線回折を使用して調べることができますが、これはバルクの熱膨張とは一致しない場合があります。
膨張測定法
機械的膨張測定法は、一般的に使用される技術です。このアプローチでは、サンプルを炉内で加熱し、試験片の端部の変位をプッシュ ロッドを介してセンサーに伝えます。この試験は干渉法よりも精度が低く、一般に、-120 ～ 600℃の温度範囲全体で (510 ～ 6)/k を超える CTE を持つ材料に適しています。ガラス質シリカ、高純度アルミナ、等方性グラファイトはすべてプッシュ ロッドの例です。
干渉法
試料端の変位は、光学干渉技術を使用して、単色光の波長の数で評価されます。精度は、熱機械膨張測定法よりもはるかに優れています。
熱機械分析
観察には熱機械分析装置が使用されます。これは、試料容器と、プローブの動きを電気信号に変換する変換器に長さの変化を伝えるプローブで構成されています。均一な加熱のための炉、温度感知要素、ノギス、および結果を記録する手段もデバイスに含まれています。熱機械評価による固体材料の線熱膨張の標準試験技術は、ASTM 試験方法 E831 です。このアプローチでは、CTE の下限は (510 ～ 6)/k ですが、より低いまたは負の膨張レベルでは精度と精度が低下します。使用温度範囲は-120～600℃ですが、使用する機器や校正材料により拡張可能です。
線膨張係数の応用
科学的および技術的発展の影響は重大です。工業化と建設の速いペースについていくには、材料パレットの用途を確認する必要があります。家の建設から宇宙船の打ち上げまで、使用される材料は最終製品のバックボーンとして機能します。
私たちの身の回りには、さまざまな素材が簡単に手に入ります。それらはすべて異なる熱特性を持っています。温度の上昇に応じて膨張する多くの材料の能力を比較して、それらを適切な場所に使用する必要があります。通常、線膨張係数が大きいほど耐久性が高く、堅牢な構造物の構築に使用できます。コンポーネントをブレンドすることで、この特性をさらに改善して、必要なニーズを満たすことができます。
その結果、金属合金が非常に普及しています。線膨張係数は、次のようなさまざまな方法で使用されます。
きついボトルのふたは、お湯に浸すことで開けることができます。
温度計を使用して温度を決定する。
- サーモスタット
- 立体構造物の構築
- リベット
- 線膨張係数の式
線膨張係数の方程式は次のように与えられます:
ΔL=αLΔT
ここで、ΔL は長さの変化、T は温度変化、および は温度によって多少変化する線膨張係数です。
結論
「拡張」という語句は、延長または変更を指します。長さの変化がボリュームの 1 つの次元に沿って発生する場合は常に、線膨張と呼ばれます。この間、膨張は温度変化によるものです。結果として、膨張率は、温度の変化に応じて複製されると予想されます。このフレーズは、元の形状とサイズを維持しながら熱放射に耐える物質の能力を指します。
線膨張係数の方程式は次のように与えられます:
ΔL=αLΔT
