▷ Wat is de uitzettingscoëfficiënt? (formule)

In dit artikel wordt uitgelegd wat de uitzettingscoëfficiënt is en hoe deze wordt berekend. Zo vindt u de definitie van de uitzettingscoëfficiënt en de formule voor deze thermodynamische coëfficiënt.

Wat is de uitzettingscoëfficiënt?

De uitzettingscoëfficiënt , of thermische uitzettingscoëfficiënt , is een coëfficiënt die de relatieve verandering in de grootte van een lichaam definieert wanneer er een temperatuurverandering optreedt.

Simpel gezegd geeft de uitzettingscoëfficiënt aan hoeveel een lichaam uitzet bij een stijging van de temperatuur.

Zoals je weet zetten lichamen uit bij verhitting en krimpen ze omgekeerd bij afkoeling. De thermische uitzettingscoëfficiënt is dus een karakteristieke coëfficiënt van elk materiaal, die de relatie aangeeft tussen de variatie van de grootte ervan en de variatie van de temperatuur.

De eenheden voor de uitzettingscoëfficiënt in het Internationale Systeem zijn K ^-1 (kelvin), maar deze wordt meestal uitgedrukt in ºC ^-1 (graden Celsius). Omdat de uitzettingscoëfficiënt een toename aangeeft, kan deze door elkaar worden uitgedrukt in Kelvin of graden Celsius.

Soorten uitzettingscoëfficiënten

Afhankelijk van de te bestuderen dimensie zijn er drie soorten uitzettingscoëfficiënten :

Lineaire uitzettingscoëfficiënt (α) : geeft de relatie aan tussen de toename van de lengte van een lichaam en de ervaren temperatuurstijging.
Oppervlakte-uitzettingscoëfficiënt (σ) : geeft de relatie aan tussen de variatie in het oppervlak van een lichaam en de ervaren temperatuurvariatie.
Volumetrische uitzettingscoëfficiënt (γ) : geeft de relatie aan tussen de verandering in volume van een lichaam en de ervaren temperatuurverandering.

Afhankelijk van of we de toename in lengte, oppervlakte of volume willen analyseren als functie van de temperatuurvariatie, zullen we dus het ene of het andere type thermische uitzettingscoëfficiënt gebruiken.

Hoe de uitzettingscoëfficiënt te berekenen

Om de thermische uitzettingscoëfficiënt te berekenen, moet de verandering in lichaamsgrootte worden gedeeld door de verandering in temperatuur en de oorspronkelijke grootte van het lichaam.

Om bijvoorbeeld de lineaire thermische uitzettingscoëfficiënt te berekenen, moeten we de lengtetoename delen door de temperatuurtoename en door de oorspronkelijke lengte.

Hieronder ziet u de formule om elk type thermische uitzettingscoëfficiënt te berekenen.

Lineaire uitzettingscoëfficiënt

De lineaire uitzettingscoëfficiënt is gelijk aan de ervaren lengteverandering gedeeld door de ervaren temperatuurverandering en gedeeld door de oorspronkelijke lengte van het lichaam.

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

Goud:

$\alpha$

is de lineaire uitzettingscoëfficiënt.
$L_0$

is de originele lengte.
$\Delta L$

is de variatie in lengte.
$\Delta T$

is de temperatuurvariatie.

De lineaire uitzettingscoëfficiënt wordt doorgaans gebruikt om het gedrag van vaste stoffen onder invloed van temperatuurveranderingen te bestuderen.

De lineaire uitzettingscoëfficiëntwaarden van sommige materialen worden hieronder weergegeven:

Materiaal	Lineaire uitzettingscoëfficiënt (10 ^-6 °C ^-1 )
Staal	11.5
Aluminium	23
Koper	17
Ijzer	12
Concreet	12
Messing	18
Goud	14
Geld	19
Glas	8.5

Uitzettingscoëfficiënt van het oppervlak

De uitzettingscoëfficiënt van het oppervlak is gelijk aan de ervaren oppervlaktevariatie gedeeld door de ervaren temperatuurvariatie en gedeeld door het oorspronkelijke oppervlak van het lichaam.

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

Goud:

$\sigma$

is de uitzettingscoëfficiënt van het oppervlak.
$S_0$

is het oorspronkelijke oppervlak.
$\Delta S$

is de oppervlaktevariatie.
$\Delta T$

is de temperatuurvariatie.

Volumetrische uitzettingscoëfficiënt

De volumetrische uitzettingscoëfficiënt , of kubieke uitzettingscoëfficiënt , is gelijk aan de ervaren volumeverandering gedeeld door de ervaren temperatuurverandering en gedeeld door het oorspronkelijke volume van het lichaam.

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

Goud:

$\gamma$

is de volumetrische uitzettingscoëfficiënt.
$V_0$

is het originele volume
$\Delta V$

is de volumeverandering.
$\Delta T$

is de temperatuurvariatie.

Hoewel de lineaire uitzettingscoëfficiënt gewoonlijk wordt gebruikt om berekeningen met vaste stoffen uit te voeren, is het gebruikelijker om de volumetrische uitzettingscoëfficiënt te gebruiken voor gassen en vloeistoffen.

In de volgende tabel kunt u de waarde van de volumetrische uitzettingscoëfficiënt van sommige materialen zien:

Materiaal	Volumetrische uitzettingscoëfficiënt (10 ^-6 °C ^-1 )
Staal	33 – 39
Aluminium	69
Koper	51
Ijzer	33.3
Concreet	36
Messing	54
Goud	42
Geld	54
Glas	25,5

thermische expansie

Thermische uitzetting is de toename van de omvang van een lichaam als gevolg van een stijging van de temperatuur. Een lichaam vergroot dus zijn lengte, oppervlakte of volume wanneer de temperatuur stijgt.

Deze toename in afmeting hangt echter af van de uitzettingscoëfficiënt, zodat hoe groter de uitzettingscoëfficiënt is, des te groter de afmetingstoename die het lichaam ondergaat.

De thermische uitzetting die een materiaal ondervindt, kan dus worden berekend als de waarde van de uitzettingscoëfficiënt en de temperatuurstijging bekend zijn.

Lineaire expansie is expansie waarbij slechts één dimensie overheerst, dat wil zeggen dat slechts één dimensie in aanmerking wordt genomen bij de verandering in lichaamsgrootte. Lineaire uitzetting kan worden bepaald door de volgende formule toe te passen:

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

Oppervlakte-expansie verwijst naar de toename van het oppervlak dat een lichaam ervaart naarmate de temperatuur stijgt. De oppervlakte-uitzetting wordt berekend met de volgende formule:

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

Volumetrische expansie is de toename van het volume die een lichaam ervaart naarmate de temperatuur stijgt. Dit type uitbreiding kan worden berekend met de volgende formule:

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

Expansie