Vad är termisk expansion?

Som ett resultat av temperaturförändringar ändrar materien i volym. Detta koncept kallas termisk expansion. När ett ämne värms upp rör sig partiklarna i ämnet och blir mer aktiva när temperaturen stiger. Denna aktivitet gör att partiklarna behöver ytterligare utrymme mellan varandra och förstorar storleken på ett material. Ekvationen för att beskriva detta koncept är känd som värmeutvidgningskoefficient och kan definieras av det faktum att expansionsgraden delas av temperaturändringen i ett material.

Användningen av vissa fasta material inom konstruktion och teknik är ett direkt resultat av denna termiska expansion. Behovet av föremål för att behålla sin form utan större snedvridning resulterar i den vanliga metoden att använda metaller och plast. Till exempel måste en hammare behålla sin form när temperaturen stiger för att förhindra försämring. Även om denna princip generellt är sant baserat på den använda materialtypen, kan vissa strukturer, såsom kristaller, ha olika koefficienter för värmeutvidgning beroende på formen.

På samma sätt med begreppet negativ värmeutvidgning, förhållanden som extrem kyla får material att dra sig samman av exakt motsatta skäl som regelbunden termisk expansion. Ofta behövs andra material med olika koefficienter i samband med dessa fasta ämnen. Ett exempel skulle vara ett fönster som behöver gummibeslag för att förhindra metallramens expansion och sammandragning.

Ju hårdare material, desto lägre värmeutvidgning. Vätskor expanderar lättare än fasta ämnen. Detta orsakas av det faktum att när energibindningen mellan partiklarna ökar minskar den termiska expansionen i dessa ämnen. Dessutom ändrar vissa material storlek på grund av absorption eller desorption av vatten eller lösningsmedel.

En typ av expansion som kallas anisotropisk expansion kan förekomma inom vissa typer av material. Detta innebär att det fasta materialet inte kommer att expandera exakt lika i varje riktning. Allt material med ett antal lager, såsom grafit, expanderar vanligtvis lättare vinkelrätt med skikten snarare än vertikalt mot skikten. Detta kan vara fördelaktigt för designers när man försöker göra en armatur som bara behöver expanderas i en riktning när man utsätts för temperaturförändringar.