▷ 팽창계수란 무엇인가요? (공식)

이 기사에서는 팽창 계수가 무엇인지, 어떻게 계산하는지 설명합니다. 따라서 팽창 계수의 정의와 이 열역학적 계수의 공식을 찾을 수 있습니다.

팽창계수는 무엇입니까?

팽창 계수 또는 열팽창 계수는 온도 변화가 발생할 때 물체 크기의 상대적인 변화를 정의하는 계수입니다.

간단히 말해서, 팽창 계수는 온도가 증가함에 따라 신체가 팽창하는 정도를 나타냅니다.

아시다시피, 물체는 가열되면 팽창하고, 반대로 냉각되면 수축합니다. 따라서 열팽창 계수는 크기 변화와 온도 변화 사이의 관계를 나타내는 각 재료의 특성 계수입니다.

국제 시스템의 팽창계수 단위는 K ^-1 (켈빈)이지만 일반적으로 ºC ^-1 (섭씨)로 표시됩니다. 팽창계수는 증가를 나타내기 때문에 켈빈 또는 섭씨온도로 같은 의미로 표현할 수 있습니다.

팽창계수의 종류

연구할 치수에 따라 세 가지 유형의 팽창 계수가 있습니다.

선팽창계수(α) : 물체의 길이 증가와 온도 증가 사이의 관계를 나타냅니다.
표면팽창계수(σ) : 물체 표면의 변화와 경험하는 온도 변화 사이의 관계를 나타냅니다.
부피팽창계수(γ) : 물체의 부피 변화와 경험하는 온도 변화 사이의 관계를 나타냅니다.

따라서 길이, 표면적 또는 부피의 증가를 온도 변화의 함수로 분석할지 여부에 따라 한 가지 유형의 열팽창 계수를 사용합니다.

팽창 계수를 계산하는 방법

열팽창계수를 계산 하려면 신체 크기의 변화를 온도 변화와 신체의 원래 크기로 나누어야 합니다.

예를 들어, 선형 열팽창 계수를 계산하려면 길이 증가분을 온도 증가분과 원래 길이로 나누어야 합니다.

아래에서는 각 유형의 열팽창 계수를 계산하는 공식을 볼 수 있습니다.

선형팽창계수

선형 팽창 계수는 경험한 길이 변화를 경험한 온도 변화로 나눈 값과 신체의 원래 길이로 나눈 값과 같습니다.

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

금:

$\alpha$

선형 팽창 계수입니다.
$L_0$

원래 길이입니다.
$\Delta L$

길이의 변화이다.
$\Delta T$

온도변화이다.

선팽창 계수는 일반적으로 온도 변화의 영향을 받는 고체의 거동을 연구하는 데 사용됩니다.

일부 재료의 선팽창 계수 값은 다음과 같습니다.

재료	선팽창계수 (10 ^-6 °C ^-1 )
강철	11.5
알류미늄	23
구리	17
철	12
콘크리트	12
놋쇠	18
금	14
돈	19
유리	8.5

표면팽창계수

표면 팽창 계수는 경험한 표면 변화를 경험한 온도 변화로 나누고 신체의 원래 표면적으로 나눈 값과 동일합니다.

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

금:

$\sigma$

표면의 팽창 계수입니다.
$S_0$

원래 표면입니다.
$\Delta S$

표면 변화이다.
$\Delta T$

온도변화이다.

체적팽창계수

부피 팽창 계수 또는 입방 팽창 계수는 경험한 부피 변화를 경험한 온도 변화로 나눈 값과 신체의 원래 부피로 나눈 값과 같습니다.

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

금:

$\gamma$

체적 팽창 계수입니다.
$V_0$

원본 볼륨입니다
$\Delta V$

부피의 변화입니다.
$\Delta T$

온도변화이다.

선형 팽창 계수는 고체 계산을 수행하는 데 일반적으로 사용되지만 기체 및 액체에 대해서는 부피 팽창 계수를 사용하는 것이 더 일반적입니다.

다음 표에서 일부 재료의 체적 팽창 계수 값을 볼 수 있습니다.

재료	체적 팽창 계수 (10 ^-6 °C ^-1 )
강철	33 – 39
알류미늄	69
구리	51
철	33.3
콘크리트	36
놋쇠	54
금	42
돈	54
유리	25.5

열 팽창

열팽창은 온도 증가로 인해 신체 크기가 증가하는 현상입니다. 따라서 신체의 온도가 증가하면 신체의 길이, 표면적 또는 부피가 증가합니다.

그러나 이러한 치수 증가는 팽창 계수에 따라 달라지므로 팽창 계수가 클수록 신체가 겪는 치수 증가도 커집니다.

따라서, 팽창 계수의 값과 온도 증가를 알면 재료가 경험하는 열팽창을 계산할 수 있습니다.

선형 확장은 한 차원만이 지배적인 확장입니다. 즉, 신체 크기의 변화에 한 차원만 고려됩니다. 선형 확장은 다음 공식을 적용하여 결정할 수 있습니다.

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

표면 팽창은 온도가 증가함에 따라 신체가 경험하는 표면적이 증가하는 것을 의미합니다. 표면 팽창은 다음 공식으로 계산됩니다.

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

부피 팽창은 온도가 증가함에 따라 신체가 경험하는 부피의 증가입니다. 이러한 유형의 확장은 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

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

확장성