ekspansionskoefficient

Ekspansionskoefficient, ofte kaldet termisk ekspansionskoefficient, er et mål for hvor meget et materiale ændrer størrelse når temperaturen ændrer sig. Der findes forskellige varianter, hvor den mest anvendte er den lineære ekspansionskoefficient alpha, og den volummetriske ekspansionskoefficient beta. Den lineære er defineret som alpha = (1/L)(dL/dT) og beskriver ændringen i en længde L med temperaturændringen T. Den volummetriske er beta = (1/V)(dV/dT) og beskriver ændringen i volumen V med temperaturændringen T. Ekspansionskoefficienterne beskrives normalt i enheder af per kelvin (K^-1).

Isotrope materialer har ofte tilnærmelsesvis samme ekspansion i alle retninger, således at forholdet mellem beta og alpha kan tilnærmes som beta ≈ 3 alpha for små temperaturintervaller. For anisotrope materialer som krystalinske stoffer er ekspansionskoefficienten dog retningen og beskrives i stedet med en tensor.

Typiske værdier viser stor variation. For metaller ligger alpha typisk i området 5–25 × 10^-6 K^-1; for eksempel omkring 11–13 × 10^-6 K^-1 for mange ståltyper, ca. 23 × 10^-6 K^-1 for aluminium og ca. 16–17 × 10^-6 K^-1 for kobber. Glas og visse plasttyper viser bredere eller højere værdier, ofte mellem 8–200 × 10^-6 K^-1. Plastmaterialer kan være betydeligt mere ekspansionsvillige end metaller.

Betydning og anvendelse: Ekspansionskoefficienten er central i design af strukturer og komponenter, der oplever temperaturomslag, for at undgå termiske spændinger eller misfit i sammensatte systemer, såsom rørledninger, broer og bimetale bånd.

Måling udføres ofte med dilatometry, interferometri eller termomekaniske analysemetoder (TMA). For gasser er beta ofte tæt knyttet til temperatur og tryk, og under konstant tryk er beta ≈ 1/T for ideelle gasser, mens lineære værdier ikke normalt bruges.