lämpölaajenemiskertoimia

Lämpölaajeneminen on ilmiö, jossa aineen pituus, tilavuus tai muoto muuttuu, kun sen lämpötila nousee tai laskee. Sitä selittää atomien tai molekyylien terminen liike sekä materiaalin sidosten pituus- ja tilavuusmuutokset. Lineaarinen laajeneminen kuvaa pituuden muutosta: ΔL = α L0 ΔT, missä L0 on alkuperäinen pituus ja α on lineaarin lämpölaajenemiskerroin. Tilavuuden muutos on ΔV = β V0 ΔT, ja β on tilavuuslaajenemiskerroin; useimmiten β ≈ 3α isotrooppisille materiaaleille. Joissain aineissa laajeneminen riippuu suunnasta (anisotropia).

Koefisientit ovat lämpötilasta ja materiaalista riippuvaisia. Esimerkkejä: teräs noin 11–13 × 10^-6 /K, alumiini noin 22–24 × 10^-6 /K, kupari noin 16–17 × 10^-6 /K, lasi noin 8–9 × 10^-6 /K. Muovit voivat olla suurempia, polystyreeni noin 60–80 × 10^-6 /K. Betonissa α on tyypillisesti noin 10–12 × 10^-6 /K. Kyseiset arvot voivat muuttua lämpötilan mukaan.

Käytännön vaikutukset ovat merkittäviä suunnittelussa ja liitoksissa. Raiteilla, sillat ja rakennukset tarvitsevat laajennusjakoja sekä liukumekanismeja, jotta lämpötilan muutokset eivät aiheuta vaurioita. Lämpötilansäätöä ja kompensaatiota hyödynnetään myös eri mittaus- ja säätölaitteissa sekä bimetalliliitoksissa, jotka muuttavat muotoa tai jännitettä lämpötilan mukaan.

Ymmärrys lämpölaajenemisesta on olennaista sekä materiaalitekniikassa että rakenteiden turvallisessa ja kestävällä tavalla suunnittelussa.