熱膨張とは

温度の変化の結果として、物質の体積が変化します。 この概念は熱膨張として知られています。 物質が加熱されると、物質内の粒子が動き回り、温度が上昇するとより活発になります。 このアクティビティにより、粒子は互いに追加のスペースを必要とし、材料のサイズを拡大します。 この概念を説明する方程式は熱膨張係数として知られており、膨張の程度が材料の温度の変化で除算されるという事実によって定義できます。

建設およびエンジニアリングにおける特定の固体材料の使用は、この熱膨張の直接的な結果です。 大きな歪みなしで形状を保持するオブジェクトの必要性は、金属とプラスチックを使用する一般的な慣行になります。 たとえば、ハンマーは、温度が上昇しても損傷を防ぐために形状を保持する必要があります。 この原理は一般に、使用する材料の種類に基づいて真実ですが、結晶などの特定の構造は、形状に応じて異なる熱膨張係数を持つ場合があります。

同様に、負の熱膨張の概念では、極端な低温などの条件により、通常の熱膨張とまったく反対の理由で材料が収縮します。 多くの場合、これらの固体に関連して、異なる係数を持つ他の材料が必要です。 1つの例は、金属フレームの伸縮を防ぐためにゴム製の金具が必要な窓です。

材料が硬いほど、熱膨張は低くなります。 液体は固体よりも容易に膨張します。 これは、粒子間のエネルギー結合が増加すると、これらの物質の熱膨張が減少するという事実によって引き起こされます。 さらに、特定の材料は、水または溶媒の吸収または脱着によりサイズが変化します。

異方性膨張として知られる膨張のタイプは、特定のタイプの材料内で発生する可能性があります。 これは、ソリッドが各方向にまったく同じように拡張しないことを意味します。 グラファイトなどの複数の層を持つ材料は、通常、層に対して垂直ではなく、層に対して垂直に膨張しやすくなります。 これは、温度変化にさらされたときに一方向のみに拡張する必要があるフィッティングを作成しようとする場合、設計者にとって有益です。