Dilatare termică

Dilatarea termică este fenomenul fizic prin care dimensiunile (volumul, suprafața, lungimea) unui corp cresc în urma variației temperaturii. Fenomenul opus se numește contracție termică. Pentru majoritatea substanțelor creșterea temperaturii duce la creșterea dimensiunilor, dar există și excepții.

Îmbinare de expansiune pe un pod rutier utilizată pentru a evita deteriorarea prin dilatare termică.

În funcție de starea de agregare a corpului, dilatarea se manifestă diferit. Astfel, un corp solid își mărește toate dimensiunile liniare în același raport, un lichid își mărește volumul (forma sa depinde de vasul care îl conține), iar un gaz își mărește fie presiunea, fie volumul, fie amândouă, în funcție de incinta în care se află. Modificarea valorii volumului produce modificarea valorii densității și în cazul amestecurilor a valorilor concentrațiilor raportate la volum ale componenților: concentrația molară și masică.

Coeficient de dilatare

Pentru solide creșterea relativă a unei dimensiuni (raportul dintre variația dimensiunii și dimensiunea inițială) este proporțională cu creșterea temperaturii. Coeficientul de proporționalitate se numește coeficient de dilatare termică, o mărime de obicei pozitivă, a cărei unitate de măsură este inversul unității de măsură a temperaturii. Pentru polimeri (de exemplu materiale plastice) acest coeficient este de circa 10 ori mai mare decît pentru metale, care la rîndul lor au un coeficient mai mare decît al ceramicilor.

$\alpha _{V}={\frac {1}{V}}\,\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{p}$

Se măsoară cu dilatometrul.

Amestecuri

Dilatarea amestecurilor depinde de neidealitatea acestora prin intermediul mărimilor de exces.

$V=\sum (V_{i}+V_{i}^{E})\iff n{\hat {V}}=\sum (n_{i}V_{i}^{0}+n_{i}{\bar {V_{i}}}^{E})$

unde V_i sunt volumele componenților puri iar V_i^E sunt volumele exces ale componenților.

Prin derivare în funcție de temperatură rezultă

${\frac {\partial V}{\partial T}}=\sum _{i}{\frac {\partial V_{i}}{\partial T}}+\sum _{i}{\frac {\partial V_{i}^{E}}{\partial T}}$

sau considerând volumul exces funcție de coeficientul de activitate al unui component în amestec și substituind

${\bar {V^{E}}}_{i}=RT{\frac {\partial (ln(\gamma _{i}))}{\partial P}}$

${\frac {\partial {\bar {V^{E}}}_{i}}{\partial T}}=R{\frac {\partial (ln(\gamma _{i}))}{\partial P}}+RT{\partial ^{2} \over \partial T\partial P}ln(\gamma _{i})$

${\frac {\partial V}{\partial T}}=\sum _{i}{\frac {\partial V_{i}}{\partial T}}+\sum x_{i}(R{\frac {\partial (ln(\gamma _{i}))}{\partial P}}+RT{\partial ^{2} \over \partial T\partial P}ln(\gamma _{i}))$

Prin introducerea coeficientului de dilatare

$\alpha V=\sum _{i}\alpha _{i}V_{i}+\sum _{i}\alpha _{i}^{E}V_{i}^{E}$

$\alpha V=\sum _{i}\alpha _{i}V_{i}+\sum x_{i}(R{\frac {\partial (ln(\gamma _{i}))}{\partial P}}+RT{\partial ^{2} \over \partial T\partial P}ln(\gamma _{i}))$

Vezi și

• Factor de compresibilitate
• Mărimi molare aparente
• Compresibilitate

Legături externe

• Materiale media legate de Dilatare termică la Wikimedia Commons
• Dilatarea amestecurilor
• Glass Thermal Expansion Thermal expansion measurement, definitions, thermal expansion calculation from the glass composition
• Water thermal expansion calculator
• DoITPoMS Teaching and Learning Package on Thermal Expansion and the Bi-material Strip
• Engineering Toolbox – List of coefficients of Linear Expansion for some common materials
• Article on how α_V is determined Arhivat în 25 februarie 2009, la Wayback Machine.
• MatWeb: Free database of engineering properties for over 79,000 materials
• USA NIST Website – Temperature and Dimensional Measurement workshop Arhivat în 28 iunie 2011, la Wayback Machine.
• Hyperphysics: Thermal expansion
• Understanding Thermal Expansion in Ceramic Glazes
• Thermal Expansion Calculators
• Thermal expansion via density calculator