Тепловое расширение

Компенсационный температурный шов в автодорожном мосту, используется для предотвращения повреждения дорожного полотна от теплового расширения

Теплово́е расшире́ние (также используется термин «термическое расширение») — изменение линейных размеров и формы твёрдого тела при изменении его температуры. Количественно тепловое расширение жидкостей и газов при постоянном давлении характеризуется изобарным коэффициентом расширения (объёмным коэффициентом теплового расширения). Характеристика теплового расширения твёрдых тел — коэффициент линейного теплового расширения.

Раздел физики, изучающий тепловые расширения называется дилатометрией, приборы для измерения теплового расширения называются дилатометры).

Тепловое расширение тел учитывается при проектировании и конструировании многих установок, приборов, машин и сооружений, работающих при значительных изменениях температуры - например, паровых и водогрейных котлов, тягодутьевых машин, паровых турбин, технологических печей, двигателей, при строительстве железных дорог, трамвайных путей, линий электропередачи и контактных сетей.

Теория

Основной закон теплового расширения гласит, что тело с линейным размером $L$ в соответствующем измерении при увеличении его температуры на $\Delta T$ и отсутствии внешних механических сил расширяется на величину $\Delta L$ , равную:

\Delta L=\alpha L\Delta T,

где

\alpha

— так называемый коэффициент линейного теплового расширения.

Аналогичные формулы имеются для определения изменения площади и объёма тела при тепловом расширении. В приведённом простейшем случае, когда коэффициент теплового расширения не зависит ни от температуры, ни от направления расширения, вещество будет равномерно расширяться по всем направлениям в соответствии с вышеприведённой формулой.

Если в твёрдом теле основным механизмом расширения и других тепловых эффектов является увеличение амплитуды колебаний кристаллической решётки, то в случае жидкости — это уменьшение числа ближайших соседей Z, которое характеризует ближний порядок (кристалл обладает как дальним, так и ближним порядком, жидкость — только ближним, газ — никаким; следовательно, кристалл сохраняет и объём, и форму, жидкость — только объём, а газ не имеет ни фиксированного объёма, ни формы). Поэтому простая дырочная модель жидкости^[1], исходящая из наличия в жидкости ближнего порядка, характеризующегося числом ближайших соседей Z, хорошо описывает тепловое расширение и другие температурные эффекты вплоть до критической температуры, по крайней мере, в достаточно простых жидкостях^[2].

См. также

Ссылки

Тепловое расширение // Элементы.ру

Примечания

↑ Cernuchi F., Eyring H. An Elementary Theory of the Liquid State // The Journal of Chemical Physics. — 1939. — Vol. 7, № 7. — P. 547—551.
↑ Липкин А. И. Дырочный механизм температурной зависимости объёма и скорости звука в жидкости : [арх. 8 декабря 2015] // Акустический журнал. — 1992. — Т. 38, вып. 2. — С. 317—332. — УДК 538.951; 533.75^(G).