Тепловое расширение
Тепловое расширение, изменение размеров тела в процессе его нагревания. Количественно Т. р. при постоянном давлении характеризуется изобарным коэффициентом расширения (объёмным коэффициентом Т. р.) . Практически значение а определяется из соотношения , где ?-объем газа, жидкости или твёрдого тела при температуре Т2 > T1, V - исходный объём тела (разность температур T2 - T1 берётся небольшой). Для характеристики Т. р. твёрдых тел наряду с a вводят коэффициент линейного T. р. , где l - первоначальная длина тела вдоль выбранного направления. В общем случае анизотропных тел , причём различие или равенство линейных коэффициентов Т. Р. ?вдоль кристаллографических осей х, у, z определяется симметрией кристалла. Например, для кристаллов кубической системы, так же как и для изотропных тел, ?и . Для большинства тел a > 0, но существуют исключения, например вода при нагреве от 0 до 4 ?С при атмосферном давлении сжимается (a < 0). Зависимость a от Т наиболее заметна у газов (для идеального газа a = 1/T), у жидкостей она проявляется слабее. У ряда веществ в твёрдом состоянии - кварца, инвара и других - коэффициент а мал и практически постоянен в широком интервале температур. При T ? 0 коэффициент Т. р. a а ? 0. Значение изобарического коэффициента расширения некоторых газов, жидкостей и твёрдых тел при атмосферном давлении Коэффициент объёмного расширения Коэффициент линейного расширения Вещество Температура, ?С a×103, (?C)-1 Вещество Температура, ?С a×106, (?C)-1
Газы
Гелий ............ Водород............ Кислород.......... Азот................ Воздух (без СО2)..?????
Жидкости?
Вода ...............?
Ртуть.............. Глицерин............ Бензол........... Ацетон............. Этиловый спирт ...... 0-100 " " " " 10 20 80 20 " " " " 3,658 3,661 3,665 3,674 3,671 0,0879 0,2066 0,6413 0,182 0,500 1,060 1,430 1,659
Твёрдые тела
Углерод
алмаз ............? ?????
графит........... Кремний............ Кварц
|| оси .............?????
^оси ...........?
плавленный ....... Стекло
крон ...........??
флинт .............. Вольфрам............ Медь ............... Латунь ............. Алюминий........... Железо.............. 20 " 3-18 40 40 0-100 0-100 0-100 25 25 20 25 25 1,2 7,9 2,5 7,8 14,1 0,384 ~9 ~7 4,5 16,6 18,9 25 12
Т. р. газов обусловлено увеличением кинетической энергии частиц газа при его нагреве и совершением за счёт этой энергии работы против внешнего давления. У твёрдых тел и жидкостей Т. р. связано с несимметричностью (ангармоничностью) тепловых колебаний атомов, благодаря чему межатомные расстояния с ростом Т увеличиваются. Экспериментальное определение а и ал осуществляется методами дилатометрии. Т. р. тел учитывается при конструировании всех установок, приборов и машин, работающих в переменных температурных условиях.
? Лит.: Новикова С. И., Тепловое расширение твердых тел, М., 1974; Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р., Молекулярная теория газов и жидкостей, пер. с англ., М., 1961; Перри Д ж., Справочник инженера-химика, пер. с англ., т. 1, Л., 1969.