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 |
ГазыГелий Водород Кислород Азот Воздух (без СО2) ЖидкостиВода
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.