Ve fyzice je termální expanze jevem změny velikosti těla pod vlivem změny teploty. Koeficient objemové expanze materiálu je veličina, která charakterizuje stupeň změny objemu těla při změně teploty na jednotku. Koeficient prostorové expanze je důležitým parametrem při navrhování a používání různých materiálů.
Jedním z běžných materiálů používaných při výrobě nástrojů a měřicích přístrojů je ocel. Ocelové měrky jsou široce používány v různých oblastech, včetně strojírenství, stavebnictví, metalurgie a dalších. Při práci s ocelovými měřidly je třeba vzít v úvahu jejich tepelnou expanzi, aby byla zajištěna přesnost měření.
Koeficient objemové expanze oceli závisí na jejím složení a teplotním rozsahu. U ocelí je obvykle koeficient objemové expanze asi 10-6 1 / stupeň. To znamená, že každý metr krychlový oceli změní svůj objem o 10 až 6 metrů krychlových, když se teplota změní o jeden stupeň.
Koeficient objemové expanze ocelového měřidla
U ocelového měřidla je koeficient objemové expanze obvykle kolem 1,2 * 10^-5 1/stupeň. Velikost tohoto koeficientu říká, že při každé změně teploty o 1 stupeň se měrník rozšíří o 1,2 * 10^-5 jednotek objemu.
Znalost koeficientu objemové expanze umožňuje zohlednit změnu objemu měřidla při jeho provozu při různých teplotách. To je zvláště důležité pro přesná měření, kde i malé změny velikostí mohou významně ovlivnit výsledky měření.
K zohlednění vlivu teploty na objem měřidla lze použít následující vzorec:
V2 = V1 * (1 + α * (T2 - T1)),
kde V1 je počáteční objem měřidla, v2 je konečný objem měřiče, α je koeficient objemové expanze, T1 je počáteční teplota, T2 je konečná teplota.
Díky znalosti počátečního objemu měřidla a jeho koeficientu objemové expanze lze tedy odhadnout změnu jeho objemu při změně teploty a zohlednit to při provádění měření.
| Materiál | Koeficient objemové expanze (1 / krupobití) |
|---|---|
| Ocel | 1,2 * 10^-5 |
Stanovení poměru objemové expanze
Pro stanovení koeficientu objemové expanze je nutné znát počáteční objem látky V0, konečný objem V při změně teploty o ΔT stupňů Celsia a teplotní koeficient lineární expanze α. Vzorec pro výpočet poměru objemové expanze je následující:
Kde α = ΔL / (L0 · ΔT), L0 - délka počátečního stavu látky, ΔL - změna délky, ΔT - změna teploty.
Po stanovení hodnoty koeficientu objemové expanze se používá k řešení různých problémů ve fyzice, termodynamice, inženýrství a dalších oblastech vědy a techniky.
Výpočet poměru objemové expanze ocelového měřidla
Výpočet poměru objemové expanze ocelového měřidla lze provést pomocí následujícího vzorce:
α = (V2 - V1) / (V1 * (t2 - t1))
kde α je koeficient objemové expanze, v1 je počáteční objem ocelového měrníku, v2 je konečný objem ocelového měrníku, t1 je počáteční teplota ocelového měrníku, t2 je konečná teplota ocelového měrníku.
Pro výpočet poměru objemové expanze ocelového měřidla je nutné znát počáteční a konečný objem měřidla a počáteční a konečnou teplotu. Objemy lze měřit pomocí odstupňované stupnice na měřáku a teploty pomocí teploměru. Je také nutné znát hodnoty koeficientu lineární expanze oceli, které lze nalézt v adresářích.
Výpočet poměru objemové expanze ocelového měřidla umožňuje získat údaje o tom, jak moc se změní objem měřiče při změně teploty. Tato data mohou být užitečná při měření a výpočtech, aby se zohlednil účinek změny objemu měřidla v závislosti na teplotě.