Lämpölaajeneminen

Wikipedia

Lämpölaajeneminen tarkoittaa materiaalien laajenemista lämpötilan kasvaessa. Jotkut materiaalit myös kutistuvat lämmetessään.

Sisällysluettelo 1 Fysikaalinen tulkinta 1.1 Lineaarinen lämpölaajenemiskerroin 1.2 Tilavuuden lämpölaajenemiskerroin 2 Vaikutuksia 3 Katso myös

[muokkaa] Fysikaalinen tulkinta

Aineen lämpölaajenemista kuvaa lämpölaajenemiskerroin, joka kertoo paljonko kappaleen koko muuttuu sen lämpötilan muuttuessa yhden asteen Celsius- tai Kelvin-asteikolla. Kerroin voi riippua lämpötilasta ja kappaleen rakenteesta (muun muassa kiderakenteesta) ja olla eri suuruinen eri suuntiin. Lämpölaajenemiskertoimen yksikkö on 1/°C tai 1/K.

[muokkaa] Lineaarinen lämpölaajenemiskerroin

Kappaleen laajenemista tutkittaessa vain yhdessä suunnassa käytetään lineaarista lämpölaajenemiskerrointa α. Kappaleen pituuden muutos ΔL voidaan ratkaista yhtälöstä

missä L₀ on kappaleen alkuperäinen pituus ja ΔT on lämpötilan muutos.

Esimerkiksi raudan lineaarinen lämpölaajenemiskerroin on noin 12·10⁻⁶ 1/°C eli 0,000 012/°C huoneen lämpötilassa.

Kerroin voidaan ilmoittaa selkeämmin 12 μm/m°C, eli yhden asteen lämpötilamuutoksella metrin terästanko laajenee 12 mikrometriä eli 0,012 mm.

Esimerkiksi Jos metrin pituinen rautakappale lämpenee kymmenen astetta, sen pituus muuttuu 100 cm · 10°C · 12·10⁻⁶ 1/°C = 0,012 cm.

[muokkaa] Tilavuuden lämpölaajenemiskerroin

Koko kappaleen lämpölaajenemista vakiopaineessa kuvataan tilavuuden lämpölaajenemiskertoimella β. Tällöin tilavuuden V muutos

ΔV = βΔTV₀

missä V₀ on kappaleen alkuperäinen tilavuus. Monille aineille pätee approksimaatio

[muokkaa] Vaikutuksia

Jos lämpenevä kappale on pitkä, on pituuden muutos myös varsin suuri. Tämän vuoksi lämpölaajeneminen pitää ottaa huomioon esimerkiksi sillanrakennuksessa. Sillan ramppeihin tehdään yleensä pienet raot, jotka sallivat sillan laajeta/kutistua rikkoutumatta. Samoin ennen ratakiskojen välissä oli raot, tarvittaessa isompaa liikevaraa kiskojen rako laitetaan limittäin tärinöiden estämiseksi.^selvennä? Nykyään usein ratakiskot hitsataan yhteen ja lämpölaajeneminen estetään kiinnittämällä kisko tiukasti ratapölkkyihin, jolloin lämpötilanmuutokset aiheuttavat kiskoihin lämpöjännityksiä, eli kylmä aiheuttaa vetojännitystä ja kuuma puristusjännitystä.

Hyötykäytössä lämpölaajeneminen on esimerkiksi junan pyörien kiinnityksessä: keskiö viilennetään ja rautarenkaat kuumennetaan monta sataa astetta kuumemmaksi. Sitten kuuma rengas sovitetaan keskiöön tiukaksi ja annetaan renkaan jäähtyä. Jäähtyessään rengas puristaa itsensä tiukasti kiinni keskiöön ja täten saadaan tehokas kiinnitys. Myös analogisten lämpömittareiden toiminta perustuu lämpölaajenemiseen.

[muokkaa] Katso myös

• Lämpöoppi