lämpölaajenemiskertoimien

Lämpölaajenemiskertoimet kuvaavat aineen suhteellisia muutoksia lämpötilan funktiona. Yleisimmin käytetään lineaarista lämpölaajenemiskerrointa α, joka määrittää pituuden muutoksen: ΔL/L0 = α ΔT. Pinta-alaan liittyvä kerroin (yleensä β tai δ) sekä tilavuuden muutos ovat myös tärkeitä, erityisesti epälineaarisissa tai anisotrooppisissa lähestymistavoissa. Isotrooppisessa aineessa tilavuuden suhteellinen muutos on ΔV/V0 = β ΔT, ja β ≈ 3α tavallisissa lämmin vaihteluissa.

Riippuvuus lämpötilasta: Lämpölaajenemiskertoimet määritellään usein tietylle lämpötilavälille, ja ne voivat muuttua lämpötilan mukaan. Materiaalien α-arvot vaihtelevat suuresti, ja samalla tavaroilla arvot voivat erota valmistustavasta tai lämpötilavalinnasta riippuen. Yleisesti metallit ovat pienempiä, noin 10−6 /K:n luokkaa, kun taas monet muovit ja polymerit voivat olla kymmenien tai satojen 10−6 /K:n luokkaa.

Esimerkkejä arvoista (lämpötilaväli noin huoneenlämpötilasta): alumiini ~23 × 10−6 /K, teräs (ruostumaton) ~11–13 × 10−6 /K, kupari ~16–17 × 10−6 /K, lasi noin 3–10 × 10−6 /K. Invar-tyyppiset seokset ilmenevät hyvin pieninä α-arvoina lähellä huoneenlämpöä. Polymeerit ovat usein huomattavasti suurempia, esimerkiksi 50–150 × 10−6 /K tai suurempi.

Sovelluksissa lämpölaajenemiskertoimet ovat keskeisiä tekijöitä, kun suunnitellaan liitosrakenteita, yhdistettyjä materiaaleja tai lämpötilavaihteluita kestäviä komponentteja. Anisotrooppiset materiaalit, kuten kideperustaiset tai kuidut, voivat osoittaa eri α-arvoja suunnassa, mikä edellyttää tensorimaisia käsitteitä ja erityistä huomiointia suunnittelussa.