Тепловое расширение

Теплово́е 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 α 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 α > 0, но существуют исключения, например вода при нагреве от 0 до 4 °С при атмосферном давлении сжимается (α < 0). Зависимость α от Т наиболее заметна у газов (для идеального газа (См. Идеальный газ) α = 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. α а → 0.

Значение изобарического коэффициента расширения некоторых газов,

жидкостей и твёрдых тел при атмосферном давлении

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 (См. Дилатометрия). 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.