Volumenudvidelse

Volumenudvidelse er ændringen i et materiales rumfang som følge af ændringer i temperatur. De fleste stoffer udvider sig ved opvarmning og trækker sig sammen ved nedkøling. I praksis behandles volumenudvidelse oftest som isotrop, hvilket vil sige, at rumfanget ændres lige meget i alle retninger, forudsat at stoffet ikke gennemgår en faseændring eller stærkt varierende tæthed.

Den relative ændring i volumen for små temperaturændringer kan beskrives ved ΔV = β V0 ΔT, hvor V0 er startvolumen, ΔT temperaturændringen, og β den volumetriske udvidelseskoefficient (per grad Celsius). For en konstant β er V(T) ≈ V0(1 + β ΔT). For faste stoffer er β cirka tre gange den lineære udvidelseskoefficient α, altså β ≈ 3α, således at ΔV ≈ 3α V0 ΔT.

Værdierne af β varierer stærkt mellem materialer og temperaturer. Typiske værdier: metaller har β i størrelsesordenen (20–100)×10^-6 /°C; vand har omkring 2×10^-4 /°C ved stuetemperatur, mens særligt omkring 4°C udviser vand ændret adfærd og nærmer sig nuludvidelse ved den temperatur. Sådanne forskelle betyder, at konstruktioner og beholdere skal designes med ekspansionsfuger eller lejer.

Anvendelser og måling: Volumenudvidelse er en vigtig faktor i ingeniørarbejde og måles ofte med dilatometri. I praksis kræves ekspansionsledd i konstruktioner som broer og jernbaneskinner, i rørledninger og beholdere for at rumme temperaturændringer og forhindre spændinger, lækager og deformationer. For vand og flydende stoffer er β mere temperaturafhængig og kan påvirke opbevaring og transport af væsker.