철도와 교량에는 확장 조인트가 필요할 수 있습니다. 금속 온수 난방 파이프는 길고 선형적인 길이로 사용해서는 안됩니다. 스캐닝 전자 현미경은 초점 지점을 기준으로 위치를 변경하기 위해 미세한 온도 변화를 감지해야합니다. 액체 온도계는 수은이나 알코올을 사용하기 때문에 온도 변화로 인해 액체가 팽창 할 때 한 방향으로 만 흐릅니다. 이러한 각 예는 재료가 열에 따라 길이가 확장되는 방식을 보여줍니다.
TL; DR (너무 김; 읽지 않음)
온도 변화에 따른 고체의 선팽창은 Δℓ / ℓ = αΔT를 사용하여 측정 할 수 있으며, 고체가 일상 생활에서 팽창 및 수축하는 방식에 적용됩니다. 물체가받는 부담은 물체를 서로 맞출 때 엔지니어링에 영향을 미칩니다.
물리학에서의 확장 적용
고체 물질이 온도 상승 (열팽창)에 반응하여 팽창하면 선형 팽창으로 알려진 공정에서 길이가 늘어날 수 있습니다.
길이가 ℓ 인 고체의 경우 온도 ΔT의 변화로 인한 길이 Δℓ의 차이를 측정하여 다음 방정식에 따라 고체의 열팽창 계수 인 α를 결정할 수 있습니다.
\ frac {\ Delta l} {l} = \ alpha \ Delta T
확장 및 축소의 예제 응용 프로그램입니다.
그러나이 방정식은 길이의 작은 부분적인 변화에 대해 압력 변화가 무시할 수 있다고 가정합니다. 이 Δℓ / ℓ의 비율은 재료 변형이라고도하며 ϵ로 표시됩니다.열의. 응력에 대한 재료의 반응 인 변형으로 인해 재료가 변형 될 수 있습니다.
Engineering Toolbox의 선형 확장 계수를 사용하여 해당 재료의 양에 비례하여 재료의 팽창률을 결정할 수 있습니다. 그것은 당신이 가지고있는 물질의 양과 물리학에서 팽창의 적용을 위해 얼마나 많은 온도 변화를 적용했는지에 따라 물질이 얼마나 팽창하는지 알려줄 수 있습니다.
일상 생활에서 고체의 열팽창 응용
단단한 병을 열려면 뜨거운 물에 흘려서 뚜껑을 약간 확장하고 쉽게 열 수 있습니다. 이는 고체, 액체 또는 기체와 같은 물질이 가열 될 때 평균분자 운동 에너지 상승. 물질 내에서 진동하는 원자의 평균 에너지가 증가합니다. 이것은 물질을 팽창시키는 원자와 분자 사이의 분리를 증가시킵니다.
이것은 얼음이 물에 녹는 것과 같은 상 변화를 유발할 수 있지만 일반적으로 열 팽창은 온도 상승의 직접적인 결과입니다. 이를 설명하기 위해 선형 열팽창 계수를 사용합니다.
열역학에서 열팽창
물질은 이러한 화학적 변화에 대응하여 팽창하거나 수축하여 크기가 크게 변경 될 수 있습니다. 이러한 소규모 화학 및 열역학적 공정은 교량과 건물이 극한 상황에서 확장 될 수있는 것과 거의 같은 방식으로 진행됩니다. 열. 공학에서는 열팽창으로 인한 고형물 길이의 변화를 측정 할 수 있습니다.
이방성 재료서로 다른 방향 사이에서 물질이 다른 s는 방향에 따라 다른 선팽창 계수를 가질 수 있습니다. 이 경우 텐서를 사용하여 열팽창을 x, y, z 방향의 열팽창 계수를 설명하는 행렬 인 텐서로 설명 할 수 있습니다.
확장의 텐서
다결정미세한 열팽창 계수가 거의 0에 가까운 유리를 구성하는 재료는 용광로 및 소각로와 같은 내화물에 매우 유용합니다. Tensor는 이러한 이방성 재료에서 서로 다른 선형 팽창 방향을 설명하여 이러한 계수를 설명 할 수 있습니다.
하나의 양의 열팽창 계수와 하나의 음의 열팽창 계수를 갖는 규산염 물질 인 근 청석은 텐서가 본질적으로 0의 부피 변화를 나타냄을 의미합니다. 그것은 내화물에 이상적인 물질입니다.
팽창과 수축의 적용
노르웨이 고고학자는 Vikings가근 청석그들이 수세기 전에 바다를 항해 할 수 있도록 돕습니다. 아이슬란드에서는 크고 투명한 근 청석 단결정이있는 근 청석으로 만든 선 스톤을 사용했습니다. 크리스탈의 특정 방향에서만 특정 방향으로 빛을 편광시켜 흐려진 곳에서 탐색 할 수 있도록합니다. 흐린 날. 낮은 열팽창 계수로도 결정의 길이가 늘어나 밝은 색을 보였습니다.
엔지니어는 건물 및 교량과 같은 구조물을 설계 할 때 물체가 어떻게 확장되고 축소되는지 고려해야합니다. 토지 측량을 위해 거리를 측정하거나 뜨거운 재료에 대한 금형 및 용기를 설계 할 때 지구 나 유리가 온도 변화에 반응하여 얼마나 팽창 할 수 있는지 설명 경험.
온도 조절기두 개의 서로 다른 얇은 금속 스트립의 바이메탈 스트립에 의존하므로 하나는 온도 변화로 인해 다른 하나보다 훨씬 더 크게 팽창합니다. 이로 인해 스트립이 구부러지고 그럴 때 전기 회로의 루프가 닫힙니다.
이로 인해 에어컨이 시작되고 온도 조절기의 값을 변경하여 회로를 닫는 스트립 사이의 거리가 변경됩니다. 외부 온도가 원하는 값에 도달하면 금속이 수축하여 회로를 열고 에어컨을 멈 춥니 다. 이것은 확장 및 축소의 많은 사용 예 중 하나입니다.
예열 팽창 온도
금속 부품을 150 ° C에서 300 ° C 사이로 예열하면 팽창되어 다른 구획에 삽입 할 수 있습니다.이 과정을 유도 수축 피팅이라고합니다. UltraFlex Power Technologies의 방법은 유도 코일을 사용하여 스테인리스 스틸 파이프를 350 ° C로 가열하여 와이어에 테플론 절연체를 유도 수축 피팅하는 것을 포함합니다.
열팽창은 시간이 지남에 따라 흡수되는 기체와 액체 사이의 고체 포화도를 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 물을 흡수하기 전과 후에 건조 된 블록의 길이를 측정하는 실험을 설정할 수 있습니다. 길이의 변화는 열팽창 계수를 제공 할 수 있습니다. 이것은 공기에 노출되었을 때 건물이 시간이 지남에 따라 확장되는 방식을 결정하는 데 실용적입니다.
재료 간 열팽창 변화
선형 열팽창 계수는 해당 물질의 녹는 점의 역으로 변합니다. 융점이 높은 재료는 선형 열팽창 계수가 낮습니다. 그 수는 황의 경우 약 400K에서 텅스텐의 경우 약 3,700입니다.
열팽창 계수는 재료 자체의 온도 (특히 유리 전이 온도가 교차), 재료의 구조 및 모양, 실험에 포함 된 첨가제 및 폴리머 간의 잠재적 인 가교 물질.
비정질 폴리머, 결정 구조가없는 구조는 반 결정 구조보다 열팽창 계수가 낮은 경향이 있습니다. 유리 중 나트륨 칼슘 산화 실리콘 유리 또는 소다 석회 규산염 유리는 유리 물체를 만드는 데 사용되는 붕규산 유리가 4.5 인 상당히 낮은 계수 9를 가지고 있습니다.
물질 상태 별 열 팽창
열팽창은 고체, 액체 및 기체에 따라 다릅니다. 고체는 일반적으로 컨테이너에 의해 제한되지 않는 한 모양을 유지합니다. 그들은 영역 확장이라고 불리는 과정에서 원래 영역과 관련하여 영역이 변경됨에 따라 확장됩니다. 표면적 팽창과 부피 측정을 통한 원래 부피에 비해 부피 변화 확장. 이러한 다양한 치수를 통해 다양한 형태의 솔리드 확장을 측정 할 수 있습니다.
액체 팽창은 용기의 형태를 취할 가능성이 훨씬 더 높으므로 부피 팽창을 사용하여이를 설명 할 수 있습니다. 고체에 대한 선형 열팽창 계수는 다음과 같습니다.α, 액체에 대한 계수는β가스의 열팽창은 이상 기체 법칙입니다
PV = nRT
압력을 위해피, 볼륨V, 두더지 수엔, 가스 상수아르 자형그리고 온도티.