Коэффициенты теплового расширения металлов

При нагревании расширяется

В таблице представлены значения коэффициента теплового расширения металлов (показатель линейного увеличения металлов) в зависимости от температуры.
Значения коэффициента теплового расширения металлов даны для следующих металлов: алюминий Al, бериллий Be, висмут Bi, вольфрам W, галлий Ga, железо Fe, золото Au, иридий Ir, кадмий Cd, кобальт Co, магний Mg, марганец Mn, медь Cu, молибден Mo, никель Ni, олово Sn, платина Pt, родий Rh, свинец Pb, серебро Ag, сурьма Sb, титан Ti, хром Cr, цинк Zn.
Показатель линейного температурного расширения металлов в таблице приведен со множителем 10 6 .
К примеру, значение коэффициента теплового расширения металлов в таблице для алюминия при 0°С отмечено 22,8, а с учетом множителя 10 6 , это значение составляет 22,8·10 -6 1/град.
Нужно сказать, что к металлам с небольшим коэффициентом увеличения относятся такие металлы, как вольфрам, молибден, сурьма, титан и хром. Минимальное линейное удлинение при нагреве испытует вольфрам — показатель линейного увеличения этого металла составляет величину от 4,3·10 -6 при 0°С до 5,8·10 -6 1/град при температуре 2100°С.
Металлом, который максимально хорошо становится шире при нагревании, считается цинк — его показатель теплового расширения имеет большое значение от 22·10 -6 до 34·10 -6 1/град. Также прекрасно расширяются при нагреве такие металлы, как алюминий, кадмий и магний.

При нагревании расширяется

Примечание: температурные коэффициенты линейного увеличения сталей (более 300 марок) представлены в данной заметке.

Температурное расширение твёрдых тел и жидкостей

Известно, что под действием тепла частицы ускоряют собственное беспорядочное движение. Если обогревать газ, то молекулы, составляющие его, просто разлетятся один от одного. Нагретая жидкость сначала становится больше в объеме, а потом начнет испаряться.

А что будет с твёрдыми телами? Не любое из них может поменять собственное агрегатное состояние.

Термическое расширение: обозначение

Температурное расширение – это изменение размеров и формы тел при изменении температуры. Математически можно сосчитать объемный показатель увеличения, дающий возможность спрогнозировать поведение газов и жидкостей в изменяющихся внешних условиях.

Дабы получить аналогичные результаты для твёрдых тел, очень важно понимать показатель линейного увеличения. Физики выделили целый раздел для подобного рода исследований и назвали его дилатометрией.

Инженерам и архитекторам нужны знания о поведении различных материалов под воздействием больших и невысоких температур для проектировки строений, прокладывания дорог и труб.

Расширение газов

При нагревании расширяется

Температурное расширение газов сопровождается расширением их объема в пространстве. Это увидели философы-естественники еще в глубокой античности, но построить математические расчеты вышло исключительно у современных физиков.
Первым делом ученые заинтересовались расширением воздуха, так как казалось это им посильной задачей.

Они настолько рьяно взялись за дело, что получили довольно противоречивые результаты. Естественно, такой исход научное объединение не утолил.

Точность измерения зависела от того, какой применялся термометр, от давления и большинства вторых условий. Некоторые физики даже пришли к мнению, что расширение газов не зависит от температурные изменения.

Или эта зависимость не вся.

При нагревании расширяется

Работы Дальтона и Гей-Люссака

При нагревании расширяется

Физики продолжали бы дискутировать до хрипоты или закинули бы измерения, если бы не Джон Дальтон. Он и очередной физик, Гей-Люссак, в одно и то же время независимо один от одного сумели обрести одинаковые измерительные результаты.
Люссак пытался определить причину подобного количества различных результатов и заметил, что в определенных приборах в момент навыка была вода.

Естественно, в процессе нагревания она превращалась в пар и изменяла кол-во и состав исследуемых газов. Благодаря этому первое, что сделал ученый, – это тщательно высушил все инструменты, которые использовал для проведения эксперимента, и исключил даже самый маленький процент влаги из исследуемого газа. После этих всех действий первые несколько опытов оказались более достоверными.

Дальтон занимался данным вопросом дольше собственного коллеги и опубликовал результаты еще в начале Девятнадцатого века. Он высушивал воздух парами серной кислоты, а потом нагревал его. После серии опытов Джон заключил , что все газы и пар расширяются на показатель 0,376.

У Люссака вышло число 0,375. Это и стало официальным результатом исследования.

Упругость паров воды

Температурное расширение газов зависит от их упругости, другими словами способности возвращаться в исходный объем. Первым этот вопрос стал изучать Циглер в середине восемнадцатого столетия. Но результаты его опытов чрезмерно разнились.

Более достоверные цифры получил Джеймс Уатт, который использовал для больших температур папинов котел, а для невысоких – барометр.
В конце XVIII столетия французский физик Прони предпринял попытку вывести единую формулу, которая бы описывала упругость газов, однако она вышла лишком громоздкая и непростая в применении.

Дальтон решил эксперементальным путем проверить все расчеты, применяя для этого сифонный барометр. Невзирая на то что температура не во всех опытах была одинакова, результаты оказались слишком точными.

Благодаря этому он опубликовал их в виде таблицы в собственном учебнике по физике.

Доктрина испарения

При нагревании расширяется

Температурное расширение газов (как физическая доктрина) претерпевала разные изменения. Ученые пытались доехать до сути процессов, при которых выходит пар. Тут опять отличился популярный уже нам физик Дальтон.

Он высказал гипотезу, что любое пространство насыщается парами газа независимо от того, есть ли в этом резервуаре (помещении) какой-нибудь другой газ или пар. Стало быть, делаем вывод, что жидкость не будет испаряться, просто входя в соприкосновение с атмосферным воздухом.

Давление столба воздуха на поверхность жидкости пространство делает больше между атомами, отрывая их один от одного и испаряя, другими словами способствует появлению пара. Но на молекулы пара продолжает действовать сила тяжести, благодаря этому ученые сочли, что атмосферное давление совсем не влияет на парообразование жидкостей.

Расширение жидкостей

При нагревании расширяется

Температурное расширение жидкостей исследовали одновременно с расширением газов. Научными изысканиями занимались такие же ученые.

Для этого они применяли термометры, аэрометры, сообщающиеся сосуды и другие инструменты.
Все опыты вместе и каждый по отдельности опровергли теорию Дальтона про то, что гомогенные жидкости расширяются пропорционально квадрату температуры, на которую их греют.

Разумеется, чем выше температура, тем больше объем жидкости, но прямой зависимости между ним не было. Да и скорость увеличения у всех жидкостей была различной.

Температурное расширение воды, к примеру, начинается с нуля градусов по шкале Цельсия и длится с уменьшением температуры. До недавнего времени такие результаты опытов связывали с тем, что становится шире не сама вода, а сужается емкость, в которой она находится. Но какое то время через физик Делюка все же пришёл к мысли, что причину необходимо искать в самой жидкости.

Он решил найти температуру ее самой большой плотности. Но это ему не получилось ввиду пренебрежения некоторыми деталями.

Румфорт, занимавшийся изучением данного явления, установил, что самая большая плотность воды встречается в границах от 4 до 5 градусов по шкале Цельсия.

Температурное расширение тел

При нагревании расширяется

В твёрдых телах основным механизмом увеличения считается изменение амплитуды колебаний кристаллической решётки. Если говорить обычными словами, то атомы, входящие в состав материала и жестко сцепленные между собой, начинают «дрожать».
Закон температурного расширения тел сформулирован так: любое тело с линейным размером L в процессе нагревания на dT (дельта Т – разница между начальной температурой и конечной), становится шире на величину dL (дельта L – это производная коэффициента линейного температурного расширения на длину объекта и на разница температуры).

Это упрощенный вариант этого закона, который по умолчанию предусматривает, что тело становится шире сразу во все стороны. Однако для практической работы применяют куда более большие и тяжелые вычисления, так как в реальности материалы ведут себя не так, как смоделировано физиками и математиками.

Температурное расширение рельса

При нагревании расширяется

Для прокладывания ЖД полотна всегда привлекают инженеров-физиков, так как они могут точно определить, какое расстояние должно быть между стыками рельсов, чтобы при охлаждении либо нагревании пути не деформировались.
Как мы уже говорили выше, тепловое линейное расширение применимо для абсолютно всех твёрдых тел.

И рельс не исключение. Однако есть одна деталь.

Линейное изменение свободно происходит к примеру, если на тело не действует сила трения. Рельсы жестко прикреплены к шпалам и сварены с соседними рельсами, благодаря этому закон, который описывает изменение длинны, предусматривает преодоление преград в виде погонных и стыковых сопротивлений.
Если рельс не может поменять собственную длину, то с изменением температуры в нем увеличивается тепловое напряжение, какое может как растянуть, так и сжать его.

Этот феномен описывается законом Гука.

Сообщества › Сделай Сам › Блог › Увеличения металла )

При нагревании расширяется

Народ, что-то меня заклинило )
Есть кусок металла, толщина пускай будет 50 мм.
Поо центру есть отверстие 6 мм. Начинаю феном для строительных работ прогревать отверстие. Вокруг отверстия металл уже горячий, по краешкам еще холодный.

Металл становится шире.
Вопрос, как будет изменятся диаметр отверстия ?

Смотрите также

Комментарии 78

Короче, невольно понадобилось эксперимент делать. Подклинивал ГЦС в пробках.

Поршень пластиковый у него.
Короче, грею феном, грею (с наружной стороны). И поршень заклинивает. Т.е. отверстие уменьшается в диаметре ! По мере остывания ГЦС, поршень высвобождается !

Отверстие увеличиться. Лишний металл уйдет в деформацию шайбы "пузом".

Отверстие становится шире к примеру, если подогреть весь материал

А вы пробовали подогреть деталь размером 50 мм с одной стороны до 300 градусов чтобы иная была холодная)))))

То, что ты затеваешь, именуется "прессовая посадка".При подобной посадке расширение диаметра вала не принимается во внимание, ведётся расчёт диаметра отверстия шкива: на сколько оно обязано быть меньше диаметра вала, чтобы создать нужный натяг. Ни один технолог не даст тебе хороший совет так, как для этого не хватает некоторых данных, например как: материал шкива (сталь, чугун, алюминий и т. д.), площадь контактных поверхностей, а основное — усилие передаваемое этим прессовым соединением.

Набери в поисковике "прессовые посадки" и постарайся сам разобраться — что тебе нужно.

Я полностью ничего не затеваю. Я просто задал вопрос что задал вопрос: что будет с отверстием при нагревании.

Ну, из ответов выше, ты наверняка уже понял, что отверстие расшириться, а то, что я написал, это ответ на вопрос Fndrei-w116, это он затевает насадить шкив на вал и задаёт вопросы.

То, что ты затеваешь, именуется "прессовая посадка".При подобной посадке расширение диаметра вала не принимается во внимание, ведётся расчёт диаметра отверстия шкива: на сколько оно обязано быть меньше диаметра вала, чтобы создать нужный натяг. Ни один технолог не даст тебе хороший совет так, как для этого не хватает некоторых данных, например как: материал шкива (сталь, чугун, алюминий и т. д.), площадь контактных поверхностей, а основное — усилие передаваемое этим прессовым соединением.

Набери в поисковике "прессовые посадки" и постарайся сам разобраться — что тебе нужно.
Это быстрее посадка на горячую))) прессовая идёт без нагрева.

Еще есть горяче- прессовая)) посадка выбирается не столько по материалу сколько по диаметру и эксплуатационным требованиям данного узла. Если уж и гуглить другими словами две системы посадок, система вала и система отверстия)

Фен строительный 300 градусов где то. Ну предположим наружка в 50 мм расшириться на 4-7 соток отверстие 1-ну 2-ве сотки максимум.

Технологи поправьте если чё. Вроде так. Блин самому пару дней назад это понадобиться Вал на 25 мм нужно насадить шкив на 300 мм . На сколько делать натяг?

Согревать буду 350-400 градусов.

Интересная физика Перельмана Вам помогут!
itexts.net/avtor-yakov-is…erelman/read/page-12.html
Ответ на задачу 125

А где Вы видели металл, имеющий такую видимую границу между нагретым и холодным. Одно из отличительных параметров любого металла — проводимость тепла.

Ну извините, что полную цветовую гамму не нарисовал с полутонами. Ну ведь и ежу ясно что рисунок схематический, а не 1:1 надежный по температурной шкале.

Ежу определенно ясно. Непонятки не у него )))