varmeudvidelser

Varmeudvidelse, eller termisk ekspansion, beskriver hvordan dimensionerne af et materiale ændrer sig som svar på temperaturændringer. Den mest anvendte form er lineær ekspansion, hvor ændringen i længden ΔL i forhold til den oprindelige længde L0 følger ΔL = α L0 ΔT, med α som det lineære ekspansionskoefficient. Volumetrisk ekspansion beskriver ændringen i rumfang ΔV = β V0 ΔT, hvor β er cirka tre gange α for isotrope faste stoffer.

Årsagen er, at atomerne bevæger sig mere med stigende temperatur, hvilket fører til større gennemsnitlige afstande mellem atomerne. Koefficienterne varierer betydeligt mellem materialetyper og ændrer sig med temperatur. Metal- og keramiske materialer har som regel relativt små α-værdier (typisk i området 5–25 ×10^-6 per Kelvin), mens polymerer kan have betydeligt højere værdier. Nogle materialer udviser også negativ termisk ekspansion i bestemte temperaturområder, og enkelte anormaliteter forekommer ved særlige forbindelser.

Typiske værdier: stål har omkring 11–13 ×10^-6 /K, aluminium omkring 22–24 ×10^-6 /K, kobber omkring 16–17 ×10^-6 /K, og glas omkring 9 ×10^-6 /K. Værdierne ændrer sig med temperatur og materiale. Måleresultater opnås ofte med dilatometers eller interferometriske metoder.

Praktiske konsekvenser inkluderer spændingsdannelse ved ubegrænsede konstruktioner, hvilket kræver ekspansionsfuger, ekspansionsrør, slipled og passende materialevalg i bygninger, broer, rørledninger og maskiner for at rumme ændringer i driftstemperatur.