▷ 膨張係数とは何ですか? （式）

この記事では、膨張係数とは何か、またその計算方法について説明します。したがって、膨張係数の定義とこの熱力学係数の式がわかります。

膨張係数とは何ですか?

膨張係数、または熱膨張係数は、温度変化が生じたときの物体のサイズの相対的な変化を定義する係数です。

簡単に言えば、膨張係数は温度の上昇に伴って物体がどれだけ膨張するかを示します。

ご存知のとおり、物体は加熱されると膨張し、逆に冷却されると収縮します。このように、熱膨張係数は、材料の大きさの変化と温度の変化との関係を示す、それぞれの材料の特性係数です。

国際システムにおける膨張係数の単位は K ^-1 (ケルビン) ですが、通常は ºC ^-1 (摂氏) で表されます。膨張係数は増加を示すため、ケルビンまたは摂氏で同じ意味で表すことができます。

調査する次元に応じて、次の 3種類の展開係数があります。

したがって、温度変化の関数として長さ、表面積、または体積の増加を分析したいかどうかに応じて、あるタイプの熱膨張係数または別のタイプの熱膨張係数を使用します。

熱膨張係数を計算するには、物体のサイズの変化を温度の変化と物体の元のサイズで割る必要があります。

たとえば、線熱膨張係数を計算するには、長さの増加を温度の増加と元の長さで割る必要があります。

以下に各種類の熱膨張係数の計算式を示します。

線膨張係数は、経験した長さの変化を経験した温度の変化で割ったものと、物体の元の長さで割ったものに等しくなります。

$\displaystyle\alpha=\frac{1}{L_0}\frac{\Delta L}{\Delta T}$

金：

線膨張係数は一般に、温度変化の影響下での固体の挙動を研究するために使用されます。

一部の材料の線膨張係数の値を以下に示します。

表面膨張係数は、経験した表面変化を経験した温度変化で割って、物体の元の表面積で割ったものに相当します。

$\displaystyle\sigma=\frac{1}{S_0}\frac{\Delta S}{\Delta T}$

金：

体積膨張係数、または立体膨張係数は、体積変化を体積の温度変化で割ったものと、体の元の体積で割ったものに等しくなります。

$\displaystyle\gamma=\frac{1}{V_0}\frac{\Delta V}{\Delta T}$

金：

線膨張係数は固体の計算を行うのによく使用されますが、気体や液体の場合は体積膨張係数を使用する方が一般的です。

次の表では、いくつかの材料の体積膨張係数の値を確認できます。

熱膨張とは、温度の上昇による物体のサイズの増加です。したがって、物体の温度が上昇すると、その長さ、表面積、または体積が増加します。

ただし、この寸法の増加は膨張係数に依存するため、膨張係数が大きいほど、本体の寸法の増加も大きくなります。

したがって、膨張係数の値と温度上昇がわかっていれば、材料が受ける熱膨張を計算できます。

線形膨張とは、1 つの次元のみが優勢な膨張、つまり、身体サイズの変化において 1 つの次元のみが考慮される膨張です。線膨張は、次の公式を適用して決定できます。

$\Delta L=L_0 \cdot \alpha \cdot \Delta T$

表面膨張とは、温度が上昇するにつれて物体が経験する表面積の増加を指します。表面の膨張は次の式で計算されます。

$\Delta S=S_0 \cdot \sigma \cdot \Delta T$

体積膨張とは、温度が上昇するにつれて物体が経験する体積の増加です。このタイプの展開は、次の式を使用して計算できます。

$\Delta V=V_0 \cdot \gamma \cdot \Delta T$