Termal genleşme

Termal genleşme, maddenin sıcaklıktaki bir değişime tepki olarak şeklini, alanını ve hacmini değiştirme eğilimidir.

Sıcaklık, bir maddenin ortalama moleküler kinetik enerjisinin monotonik bir fonksiyonudur. Bir madde ısıtıldığında moleküllerinin kinetik enerjisi artar. Böylece, moleküller daha fazla titreşmeye / hareket etmeye başlar ve genellikle daha büyük bir ortalama ayrımı sağlar. Artan sıcaklıkla büzülen malzemeler olağandışıdır; bu etkinin boyutu sınırlıdır ve yalnızca sınırlı sıcaklık aralıklarında ortaya çıkar (aşağıdaki örneklere bakın). Sıcaklık değişimine bölünen nispi genleşme (gerilim de denir), malzemenin doğrusal termal genleşme katsayısı olarak adlandırılır ve genellikle sıcaklıkla değişir.

Genel bakış

Genişlemeyi tahmin etme

Bir durum denklemi mevcutsa, gerekli diğer tüm sıcaklık ve basınçlarda termal genleşme değerlerini ve diğer birçok durum fonksiyonunu tahmin etmek için kullanılabilir.

Kasılma etkileri (negatif termal genleşme)

Belli sıcaklık aralıklarında ısıtma ile ilgili bir dizi malzeme büzülür; buna genellikle "termal kasılma" yerine negatif termal genleşme denir. Örneğin, suyun termal genleşme katsayısı 3.983 °C'ye soğutulduğu için sıfıra düşer ve daha sonra bu sıcaklığın altına negatif olur; bu, suyun bu sıcaklıkta maksimum yoğunluğa sahip olduğu anlamına gelir ve bu, sıfırın altındaki hava koşullarının uzun süreleri boyunca bu sıcaklığı daha düşük derinliklerinde tutan su kütlelerine yol açar. Ayrıca, oldukça saf silikon, yaklaşık 18 ila 120 kelvin arasındaki sıcaklıklar için negatif bir termal genleşme katsayısına sahiptir.

Termal genleşmeyi etkileyen faktörler

Gazlar veya sıvıların aksine, katı maddeler termal genleşme sırasında şekillerini koruma eğilimindedir.

Termal genleşme genellikle katıların erime noktası üzerinde de etkisi olan artan bağ enerjisi ile azalır, bu nedenle yüksek erime noktası malzemelerinin daha düşük termal genleşmeye sahip olma olasılığı daha yüksektir. Genel olarak, sıvılar katılardan biraz daha fazla genleşir. Camların termal genleşmesi kristallerinkinden daha yüksektir. Cam geçiş sıcaklığında, amorf bir malzemede meydana gelen yeniden düzenlemeler, termal genleşme ve özgül ısı katsayısının karakteristik süreksizliklerine yol açar. Bu süreksizlikler, aşırı soğutulmuş bir sıvının bir cama dönüştüğü cam geçiş sıcaklığının saptanmasına izin verir.

Suyun (veya diğer çözücülerin) emilmesi veya desorpsiyonu, birçok yaygın malzemenin boyutunu değiştirebilir; Birçok organik malzeme bu etki nedeniyle termal genleşmeden çok daha fazla boyut değiştirir. Suya maruz kalan yaygın plastikler uzun vadede yüzde birçok oranında genişleyebilir.

Termal Genleşme katsayısı

Termal genleşme katsayısı, bir nesnenin boyutunun sıcaklıktaki bir değişiklikle nasıl değiştiğini açıklar. Spesifik olarak, sabit bir basınçta sıcaklıktaki derece değişimi başına boyuttaki fraksiyonel değişikliği ölçer. Çeşitli tip katsayılar geliştirilmiştir: hacimsel, alan ve doğrusal. Katsayı seçimi, belirli uygulamaya ve hangi boyutların önemli kabul edildiğine bağlıdır. Katılar için, yalnızca uzunluk boyunca veya bir alandaki değişiklikle ilgilenilebilir.

Hacimsel termal genleşme katsayısı, en temel termal genleşme katsayısıdır ve sıvılar için en uygun olanıdır. Genel olarak, maddeler sıcaklıkları değiştiğinde genleşir veya büzülür, genleşme veya büzülme her yönde meydana gelir. Her yönde aynı oranda genişleyen maddelere izotropik denir. İzotropik malzemeler için, alan ve hacimsel termal genleşme katsayısı, lineer termal genleşme katsayısından sırasıyla yaklaşık iki kat ve üç kat daha büyüktür.

Bu katsayıların matematiksel tanımları, katılar, sıvılar ve gazlar için aşağıda tanımlanmıştır.

Genel ısıl genleşme katsayısı

Genel olarak bir gaz, sıvı veya katı halinde, termal genleşme hacimsel katsayısı şu şekilde verilir:

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

Türev için "p" alt sınırı, genleşme sırasında basıncın sabit tutulduğunu gösterir ve V alt kodu, bu genel tanıma giren hacimsel (doğrusal olmayan) genişleme olduğunu vurgular. Bir gaz söz konusu olduğunda, basıncın sabit tutulması önemlidir, çünkü bir gazın hacmi hem basınç hem de sıcaklık ile önemli ölçüde değişecektir. Düşük yoğunluklu bir gaz için bu ideal gaz yasasından görülebilir.

Katılarda genleşme

Termal genleşmeyi hesaplarken cisimin genişlemede serbest veya kısıtlı olup olmadığını düşünmek gerekir. cisimi genişlemekte serbestse, sıcaklıktaki bir artıştan kaynaklanan genleşme veya gerinim, uygulanabilir Termal Genleşme katsayısı kullanılarak kolayca hesaplanabilir.

Cisim genişleyemeyecek şekilde kısıtlanırsa, iç strese sıcaklıktaki bir değişiklik neden olur (veya değiştirilir). Bu stres, cisim genleşmekte serbestse meydana gelecek gerginlik ve bu gerginliği sıfıra indirmek için gereken gerilme, elastik veya Young modülü ile karakterize edilen gerilme/gerginlik ilişkisi yoluyla hesaplanabilir. Özel katı malzemeler durumunda, dış ortam basıncı genellikle bir nesnenin boyutunu önemli ölçüde etkilemez ve bu nedenle basınç değişikliklerinin etkisini dikkate almak genellikle gerekli değildir.

Yaygın mühendislik katıları genellikle kullanılmak üzere tasarlandıkları sıcaklık aralığında önemli ölçüde değişmeyen termal genleşme katsayılarına sahiptir, bu nedenle son derece yüksek doğruluk gerekmediğinde, pratik hesaplamalar, genleşme katsayısının sabit, ortalama bir değerine dayanabilir.

Doğrusal genişleme

Doğrusal genişleme, hacimdeki değişimin (hacimsel genişleme) aksine bir boyutta (uzunluk) değişiklik anlamına gelir. İlk yaklaşım olarak, bir nesnenin termal genleşmeye bağlı uzunluk ölçümlerindeki değişiklik, lineer termal genleşme katsayısı (CLTE) ile sıcaklık değişimi ile ilgilidir. Sıcaklık değişim derecesi başına uzunluktaki fraksiyonel değişikliktir. Basıncın ihmal edilebilir etkisi varsayarak şunları yazabiliriz:

$\alpha _{L}={\frac {1}{L}}\,{\frac {dL}{dT}}$

burada $L$ belirli bir uzunluk ölçümüdür ve $dL/dT$ sıcaklıktaki birim değişiklik başına doğrusal boyutun değişim oranıdır.

Doğrusal boyuttaki değişikliğin şu şekilde tahmin edilebilir:

${\frac {\Delta L}{L}}=\alpha _{L}\Delta T$

Bu tahmin, doğrusal genleşme katsayısı $\Delta T$ sıcaklıktaki değişime göre çok fazla değişmediği ve uzunluktaki kısmi değişiklik küçük $\Delta L/L\ll 1$ olduğu sürece iyi çalışır. Bu koşullardan herhangi biri geçerli değilse, tam diferansiyel denklem ($dL/dT$ kullanarak) entegre edilmelidir.

Gerilme üzerindeki etkiler

Çubuklar veya kablolar gibi önemli bir uzunluğa sahip katı malzemeler için, termal genleşme miktarının bir tahmini, $\epsilon _{\mathrm {thermal} }$ ile verilen gerginlik aşağıdaki gibi ile verilir ve şöyle tanımlanır:

$\epsilon _{\mathrm {thermal} }={\frac {(L_{\mathrm {final} }-L_{\mathrm {initial} })}{L_{\mathrm {initial} }}}$

burada $L_{\mathrm {initial} }$ sıcaklık değişiminden önceki uzunluk ve $L_{\mathrm {final} }$ sıcaklık değişiminden sonraki uzunluktur.

Çoğu katı için, termal genleşme sıcaklıktaki değişiklikle orantılıdır:

$\epsilon _{\mathrm {thermal} }\propto \Delta T$

Böylece, gerilme veya sıcaklıktaki değişiklik şu şekilde tahmin edilebilir:

$\epsilon _{\mathrm {thermal} }=\alpha _{L}\Delta T$

burada

$\Delta T=(T_{\mathrm {final} }-T_{\mathrm {initial} })$

Fahrenhayt derece, Rankine, Santigrat derece veya kelvin cinsinden ölçülen iki kaydedilmiş gerginlik arasındaki sıcaklık farkıdır ve $\alpha _{L}$, "Fahrenhayt derece", "Derece Rankine", "Derece Rankine" başına " derece Celsius "veya" kelvin başına ", sırasıyla °F⁻¹, R⁻¹, °C⁻¹, veya K⁻¹,ile gösterilir. Sürekli ortam mekaniği alanında, ısıl genleşme ve etkileri öz-östrojen ve öz-gerilim olarak ele alınır.

Alan genişlemesi

Alan termal genleşme katsayısı, bir malzemenin alan boyutlarındaki değişikliği sıcaklıktaki bir değişiklikle ilişkilendirir. Sıcaklık değişim derecesi başına alandaki fraksiyonel değişikliktir. Basıncı görmezden gelirsek şunu yazabiliriz:

$\alpha _{A}={\frac {1}{A}}\,{\frac {dA}{dT}}$

burada $A$, nesneye ilgi duyulan bir alandır ve $dA/dT$, sıcaklıktaki birim değişiklik başına o alanın değişim oranıdır.

Alandaki değişiklik şu şekilde tahmin edilebilir:

${\frac {\Delta A}{A}}=\alpha _{A}\Delta T$

Bu denklem, alan genleşme katsayısı sıcaklık $\Delta T$'deki değişime göre çok fazla değişmediği ve alandaki kesirli değişiklik küçük olduğu için iyi çalışır $\Delta A/A\ll 1$. Bu koşullardan herhangi biri geçerli değilse, denklem entegre edilmelidir.

Hacim genişlemesi

Bir katı için, basıncın malzeme üzerindeki etkilerini göz ardı edebiliriz ve hacimsel termal genleşme katsayısı yazılabilir:

$\alpha _{V}={\frac {1}{V}}\,{\frac {dV}{dT}}$

burada $V$, malzemenin hacmidir ve $dV/dT$, bu hacmin sıcaklıkla değişim hızıdır.

Bu, bir malzemenin hacminin bir miktar sabit kesirli miktarda değiştiği anlamına gelir. Örneğin, 1 metreküp hacmi olan bir çelik blok, sıcaklık 50 K yükseltildiğinde 1.002 metreküpe kadar genişleyebilir. Bu %0.2'lik bir genişlemedir. 2 metreküp hacimli bir çelik bloğumuz olsaydı, aynı koşullar altında, yine %0.2'lik bir genişleme olan 2.004 metreküpe genişleyecekti. Hacimsel genleşme katsayısı 50 K için %0.2 veya 0.004% K⁻¹ olacaktır.

Genleşme katsayısını zaten biliyorsanız, hacimdeki değişikliği hesaplayabiliriz

${\frac {\Delta V}{V}}=\alpha _{V}\Delta T$

burada $\Delta V/V$, hacimdeki fraksiyonel değişikliktir (örn., 0.002) ve $\Delta T$ sıcaklıktaki değişikliktir (50 °C).

Yukarıdaki örnek, sıcaklık değiştikçe genleşme katsayısının değişmediğini ve hacimdeki artışın orijinal hacme göre küçük olduğunu varsayar. Bu her zaman doğru değildir, ancak sıcaklıktaki küçük değişiklikler için iyi bir yaklaşımdır. Hacimsel genleşme katsayısı sıcaklıkla birlikte önemli ölçüde değişirse veya hacimdeki artış önemliyse, yukarıdaki denklemin entegre edilmesi gerekecektir:

$\ln \left({\frac {V+\Delta V}{V}}\right)=\int _{T_{i}}^{T_{f}}\alpha _{V}(T)\,dT$

${\frac {\Delta V}{V}}=\exp \left(\int _{T_{i}}^{T_{f}}\alpha _{V}(T)\,dT\right)-1$

burada $\alpha _{V}(T)$, T sıcaklığının bir fonksiyonu olarak hacimsel genleşme katsayısıdır ve $T_{i}$,$T_{f}$, sırasıyla başlangıç ve nihai sıcaklıklardır.

İzotropik malzemeler

İzotropik malzemeler için hacimsel termal genleşme katsayısı doğrusal katsayının üç katıdır:

$\alpha _{V}=3\alpha _{L}$

Bu oran, hacim karşılıklı olarak dik üç yönden oluştuğu için ortaya çıkar. Dolayısıyla, bir izotropik malzemede, küçük diferansiyel değişiklikler için, hacimsel genişlemenin üçte biri tek bir eksendedir. Örnek olarak, L uzunluğuna sahip bir çelik küp alın. Orijinal hacim $V=L^{3}$ olacak ve sıcaklık arttıktan sonra yeni hacim

$V+\Delta V=(L+\Delta L)^{3}=L^{3}+3L^{2}\Delta L+3L\Delta L^{2}+\Delta L^{3}\approx L^{3}+3L^{2}\Delta L=V+3V{\Delta L \over L}.$

L'deki değişim küçük bir miktar olduğu için kareleri daha da küçülten terimleri kolayca göz ardı edebiliriz. Yani

${\frac {\Delta V}{V}}=3{\Delta L \over L}=3\alpha _{L}\Delta T.$

Yukarıdaki yaklaşım küçük sıcaklık ve boyut değişiklikleri için geçerlidir (yani, $\Delta T$ ve $\Delta L$ küçük olduğunda); ancak daha büyük $\Delta T$ değerleri kullanarak hacimsel ve doğrusal katsayılar arasında ileri ve geri gitmeye çalışıyorsak tutamaz. Bu durumda, yukarıdaki ifadedeki üçüncü terim (hatta bazen dördüncü terim) dikkate alınmalıdır.

Benzer şekilde, alan ısıl genleşme katsayısı doğrusal katsayının iki katıdır:

$\alpha _{A}=2\alpha _{L}$

Bu oran, küp üzerindeki bir yüzün alanının sadece $L^{2}$ olduğunu belirterek, yukarıdaki doğrusal örnektekine benzer bir şekilde bulunabilir. Ayrıca, $\Delta T$'nin büyük değerleri ile uğraşırken aynı hususlar göz önünde bulundurulmalıdır.

Anizotropik malzemeler

Kristaller gibi anizotropik yapılara sahip malzemeler (örneğin kübik simetri, örneğin martensitik fazlar) ve birçok kompozit, genellikle farklı yönlerde farklı doğrusal genleşme katsayılarına $\alpha _{L}$ sahiptir. Sonuç olarak, toplam hacimsel genişleme üç eksen arasında eşit olarak dağılmamıştır. Kristal simetrisi monoklinik veya triklinik ise, bu eksenler arasındaki açılar bile termal değişikliklere maruz kalır. Bu gibi durumlarda, termal genleşme katsayısını altıya kadar bağımsız elemente sahip bir tensör olarak ele almak gerekir. Tensörün elemanlarını belirlemenin iyi bir yolu, genleşmeyi x-ışını toz kırınımı ile incelemektir. Kübik simetriye sahip malzemeler (örneğin FCC, BCC) için termal genleşme katsayısı tensörü izotropiktir.

Gazlarda izobarik genleşme

İdeal bir gaz için, hacimsel termal genleşme (yani, sıcaklık değişikliğine bağlı hacimde bağıl değişiklik) sıcaklığın değiştirildiği işlem türüne bağlıdır. İki basit durum sabit basınç (izobarik süreç) ve sabit hacimdir (izokorik süreç).

İdeal gaz yasasının türevi, $pV=T$,

$pdV+Vdp=dT$

burada $p$ basınç, $V$ özgül hacimdir ve $T$ enerji birimlerinde ölçülen sıcaklıktır.

Bir izobarik termal genleşme tanımı ile, $dp=0$'a sahibiz, böylece $pdV=dT$ ve izobarik termal genleşme katsayısı:

$\alpha _{p}\equiv {\frac {1}{V}}\left({\frac {dV}{dT}}\right)={\frac {1}{V}}\left({\frac {1}{p}}\right)={\frac {1}{pV}}={\frac {1}{T}}$.

Benzer şekilde, hacim sabit tutulursa, yani $dV=0$ ise, $Vdp=dT$'ye sahibiz, böylece izokorik termal genleşme katsayısı verilebilir.

$\alpha _{V}\equiv {\frac {1}{p}}\left({\frac {dp}{dT}}\right)={\frac {1}{p}}\left({\frac {1}{V}}\right)={\frac {1}{pV}}={\frac {1}{T}}$.

Sıvılarda genleşme

Teorik olarak, doğrusal genleşme katsayısı hacimsel genleşme katsayısından (α_V ≈ 3α_L) bulunabilir. Sıvılar için, α_L, α_V 'nin deneysel tayini ile hesaplanır. Sıvılar, katıların aksine kesin bir şekle sahip değildir ve kabın şeklini alırlar. Sonuç olarak, sıvıların belirli bir uzunluğu ve alanı yoktur, bu nedenle sıvıların doğrusal ve alansal genişlemelerinin bir önemi yoktur.

Sıvılar genel olarak ısıtma ile genişler. Ancak su bu genel davranışa bir istisnadır: 4 °C'nin altında ısıtma ile daralır. Daha yüksek sıcaklıklar için normal pozitif termal genleşmeyi gösterir. Sıvılarda termal genleşme genellikle sıvılarda bulunan moleküller arası kuvvetlerin zayıf olması nedeniyle katılara göre daha yüksektir.

Katıların termal genleşmesi düşük sıcaklıklar dışında genellikle sıcaklığa çok az bağımlılık gösterirken, sıvılar farklı sıcaklıklarda farklı oranlarda genleşir.

Bir sıvının görünür ve mutlak genleşmesi

Sıvıların genleşmesi genellikle bir kapta ölçülür. Bir kap bir sıvı içinde genişlediğinde, kap sıvı ile birlikte genişler. Dolayısıyla, sıvı seviyesinin hacminde gözlenen artış, hacminde gerçek bir artış değildir. Sıvının kaba göre genleşmesine görünür genleşmesi, sıvının gerçek genleşmesine gerçek genleşme veya mutlak genleşme denir. Bir birim sıcaklık artışı başına sıvının hacmindeki belirgin artışın, orijinal hacme oranı, görünür genleşme katsayısı olarak adlandırılır.

Sıcaklıktaki küçük ve eşit artışlar için, bir sıvının hacmindeki artış (gerçek genleşme), sıvının hacmindeki belirgin artışın (görünür genleşme) ve ihtiva eden kabın hacmindeki artışın toplamına eşittir. Böylece bir sıvının iki genleşme katsayısı vardır.

Bir sıvının genleşmesinin ölçülmesi, kabın genleşmesini de hesaba katmalıdır. Örneğin, cisimi kısmen doldurmak için yeterli sıvı içeren uzun dar bir cisime sahip bir şişe bir ısı banyosuna yerleştirildiğinde, gövdedeki sıvı kolonun yüksekliği başlangıçta düşecektir, ardından tüm şişe, sıvı ve ısı banyosu sistemi ısınana kadar bu yükseklikte bir artış olur. Sıvı kolonun yüksekliğindeki ilk düşüş, sıvının başlangıçtaki büzülmesinden değil, ilk olarak ısı banyosuna temas ettiğinde şişenin genişlemesinden kaynaklanmaktadır. Kısa bir süre sonra, şişedeki sıvı şişenin kendisi tarafından ısıtılır ve genleşmeye başlar. Sıvılar tipik olarak katılar üzerinde daha büyük bir genleşmeye sahip olduğundan, sıvının şişedeki genleşmesi sonunda şişeninkini aşarak şişedeki sıvı seviyesinin yükselmesine neden olur. Sıvı kolonunun yüksekliğinin doğrudan ölçümü, sıvının görünen genişlemesinin bir ölçümüdür. Sıvının mutlak genleşmesi, ihtiva eden kabın genleşmesi için düzeltilmiş görünen genleşmedir.

Örnekler ve uygulamalar

Demiryolu raylarının uzun sürekli bölümlerinin termal genleşmesi ray eğilmesinin itici gücüdür. Bu fenomen sadece ABD'de 1998-2002 yılları arasında 190 trenin raydan çıkmasına neden oldu.

Malzemelerin genişlemesi ve daralması, büyük yapılar tasarlanırken, arazi araştırmaları için mesafeleri ölçmek için bant veya zincir kullanılırken, sıcak malzeme dökmek için kalıplar tasarlanırken ve diğer mühendislik uygulamalarında sıcaklık nedeniyle büyük boyut değişiklikleri beklendiğinde dikkate alınmalıdır.

Termal genleşme, mekanik uygulamalarda, parçaları birbirine, örneğin örn. iç çapı milin çapından biraz daha küçük hale getirilerek, milin üzerine oturana kadar ısıtarak ve milin üzerine itildikten sonra soğumasını sağlayarak bir milin üzerine bir burç takılabilir. İndüksiyon büzüşmeli bağlantı, metal bileşenleri 150 °C ila 300 °C arasında önceden ısıtmak için yaygın bir endüstriyel yöntemdir, böylece genişlemelerine ve başka bir bileşenin sokulmasına veya çıkarılmasına izin verir.

Bir sıcaklık aralığında fiziksel boyutta çok küçük değişiklikler gerektiren uygulamalarda kullanılan çok küçük doğrusal genleşme katsayısına sahip bazı alaşımlar vardır. Bunlardan biri, yaklaşık 0.6×10⁻⁶ K⁻¹'e eşit genişleme ile Invar 36'dır. Bu alaşımlar, geniş sıcaklık dalgalanmalarının meydana gelebileceği uzay uygulamaları için faydalıdır.

Çekme aparatı, metalik bir çubuğun laboratuardaki doğrusal genişlemesini belirlemek için kullanılır. Aparat, her iki ucundan (buhar ceketi denir) kapatılmış bir metal silindirden oluşur. Buhar için bir giriş ve çıkış ile donatılmıştır. Çubuğu ısıtmak için kullanılan buhar, girişe kauçuk bir boru ile bağlanan bir kazan tarafından sağlanır. Silindirin merkezinde bir termometre yerleştirmek için bir delik vardır. İncelenmekte olan çubuk bir buhar ceketi içine alınır. Uçlarından biri serbesttir, ancak diğer ucu sabit bir vidaya bastırılır. Çubuğun konumu bir mikrometre vidalı gösterge veya sferometre ile belirlenir.

Bir metalin doğrusal termal genleşme katsayısını belirlemek için, bu metalden yapılmış bir boru, içinden buhar geçirilerek ısıtılır. Borunun bir ucu güvenli bir şekilde sabitlenir ve diğer ucu, hareketi bir işaretçi ile gösterilen dönen bir mile dayanır. Uygun bir termometre borunun sıcaklığını kaydeder. Bu, derece sıcaklığı değişimi başına uzunluktaki nispi değişikliğin hesaplanmasını sağlar.

Gevrek malzemelerde termal genleşmenin kontrolü, çok çeşitli nedenlerden dolayı önemli bir konudur. Örneğin, hem cam hem de seramik kırılgandır ve eşit olmayan sıcaklık, tekrar termal strese neden olan düzensiz genişlemeye neden olur ve bu da kırılmaya yol açabilir. Seramiklerin çok çeşitli malzemelerle birleştirilmesi veya birlikte çalışması gerekir ve bu nedenle bunların genişlemesi uygulamaya uygun olmalıdır. sırlar alttaki porselene (veya başka bir cisim tipine) sıkıca tutturulması gerektiğinden, termal genleşmeleri cisim 'uyacak' şekilde ayarlanmalıdır, böylece delinme veya titreme meydana gelmez. Termal genleşmesi başarılarının anahtarı olan ürünlere iyi bir örnek CorningWare ve buji. Seramik gövdelerin termal genleşmesi, malzemenin istenen yönde genel genleşmesini etkileyecek kristalli türler oluşturmak için ateşleme ile kontrol edilebilir. Ek olarak veya bunun yerine cisim formülasyonu, matrise istenen genleşmeye sahip parçacıkları veren materyaller kullanabilir. sırlar termal genleşmesi kimyasal bileşimleri ve maruz kaldıkları pişirme programı ile kontrol edilir. Çoğu durumda, cisim ve sır genişlemesinin kontrol edilmesinde karmaşık sorunlar vardır, böylece termal genleşmenin ayarlanmasından etkilenecek diğer özelliklere dikkat edilerek yapılması gerekir ve genellikle ödünleşmeler gereklidir.

Termal genleşme, yer üstü depolama tanklarında depolanan benzin üzerinde belirgin bir etkiye sahip olabilir, bu da benzin pompalarının kışın yeraltı depolama tanklarında tutulan benzinden daha sıkıştırılmış veya ya da yazın yer altı depolama tanklarında tutulan benzinden daha az sıkıştırılmıştır.

Isı kaynaklı genişleme, birçok mühendislik alanında dikkate alınmalıdır. Birkaç örnek:

• Metal çerçeveli pencereler kauçuk ara parçalara ihtiyaç duyar.
• Kauçuk lastiklerin pasif olarak ısıtılan veya yol yüzeyleri ve hava koşulları ile soğutulan ve mekanik esneme ve sürtünme ile aktif olarak ısıtılan bir dizi sıcaklıkta iyi performans göstermesi gerekir.
• Metal sıcak su ısıtma boruları uzun düz uzunluklarda kullanılmamalıdır.
• Demiryolları ve köprüler gibi büyük yapılar, güneşin bükülmesini önlemek için yapılarda genleşme derzlerine ihtiyaç duyar.
• Soğuk araba motorlarının zayıf performansının nedenlerinden biri, parçaların normal çalışma sıcaklığına ulaşılıncaya kadar verimsiz derecede büyük boşluklara sahip olmasıdır.
• Izgara sarkaç daha sıcaklığa dayanıklı sarkaç uzunluğunu korumak için farklı metallerden oluşan bir düzenleme kullanır.
• Sıcak bir günde bir güç hattı sarkıktır, ancak soğuk bir günde sıkıdır. Çünkü metaller ısı altında genişler. Genleşme derzleri bir boru sistemindeki termal genleşmeyi emer.
• Hassas mühendislik neredeyse her zaman mühendisin ürünün termal genişlemesine dikkat etmesini gerektirir. Örneğin, bir tarama elektron mikroskobu kullanıldığında, 1 derece gibi sıcaklıktaki küçük değişiklikler, bir numunenin odak noktasına göre konumunu değiştirmesine neden olabilir.
• Sıvı termometreler, bir tüpte, sıcaklıktaki değişiklikler nedeniyle hacmi genişlediğinde sadece bir yönde akmasını sınırlayan bir sıvı (genellikle cıva veya alkol) içerir.
• Bir bimetal mekanik termometre bimetalik bir şerit kullanır ve iki metalin farklı termal genleşmesi nedeniyle bükülür.

Çeşitli malzemeler için termal genleşme katsayıları

Yarı kristalli bir polipropilen için hacimsel termal genleşme katsayısı.

Bazı çelik kaliteleri için doğrusal termal genleşme katsayısı.

Bu bölüm, bazı yaygın malzemeler için katsayıları özetler.

İzotropik malzemeler için doğrusal termal genleşme α ve hacimsel termal genleşme α_V katsayıları α_V = 3α ile ilişkilidir. Sıvılar için genellikle hacimsel genleşme katsayısı listelenir ve burada karşılaştırma için doğrusal genleşme hesaplanır.

Birçok metal ve bileşik gibi yaygın malzemeler için, termal genleşme katsayısı erime noktası ile ters orantılıdır. Özellikle metaller için ilişki:

$\alpha \approx {\frac {0.020}{T_{m}}}$

halojenürler ve oksitler için
:$\alpha \approx {\frac {0.038}{T_{m}}}-7.0\cdot 10^{-6}\,\mathrm {K} ^{-1}$

Aşağıdaki tabloda α aralığı sert katılar için 10⁻⁷ K⁻¹, organik sıvılar için 10⁻³ K⁻¹'dir. Α katsayısı sıcaklığa göre değişir ve bazı malzemeler çok yüksek bir varyasyona sahiptir; örneğin, farklı basınçta yarı kristalli bir polipropilen (PP) için hacimsel katsayının varyasyon ve sıcaklığına ve bazı çelik kaliteleri için lineer katsayının sıcaklığa göre değişmesine (alttan üste: ferritik paslanmaz çelik, martenzitik paslanmaz çelik , karbon çelik, dubleks paslanmaz çelik, östenitik çelik) sıralanabilir. Bir katıdaki en yüksek doğrusal katsayı bir Ti-Nb alaşımı için rapor edilmiştir. (α_V ≈ 3α formülü genellikle katılar için kullanılır.)

Malzeme	Doğrusal katsayı CLTE α at 20 °C (10−6 K−1)	Volumetrik katsayı αV at 20 °C (10−6 K−1)	Notlar
Alüminyum	23.1	69
Pirinç	19	57
Karbon çelik	10.8	32.4
CFRP	– 0.8	Anisotropik	Fiber yönü
Beton	12	36
Bakır	17	51
Elmas	1	3
Etanol	250	750
Benzin	317	950
cam	8.5	25.5
cam, borosilikat	3.3	9.9	tungsten, molibden ve kovar için uygun sızdırmazlık ortağı.
Gliserin		485
Altın	14	42
Buz	51
Invar	1.2	3.6
Demir	11.8	35.4
Kapton	20	60	DuPont Kapton 200EN
Kurşun	29	87
Macor	9.3
Nikel	13	39
Meşe	54		Dik tanecik
Douglas-fir	27	75	radial
Douglas-fir	45	75	yüzeysel
Douglas-fir	3.5	75	paralel tanecik
Platin	9	27
Polipropilen (PP)	150	450
PVC	52	156
Erimiş kuvars	0.59	1.77
Alfa-Kuvars	12-16/6-9		A eksenine paralel/c-eksenine T = -50 to 150 C
kauçuk	iddialı	iddialı
Safir	5.3		C eksenine paralel, veya [001]
Silikon Karbür	2.77	8.31
Silikon	2.56	9
Gümüş	18	54
Cam-seramik "Sitall"	0±0.15	0±0.45	için ortalama −60 °C to 60 °C
Paslanmaz çelik	10.1 ~ 17.3	30.3 ~ 51.9
Steel	11.0 ~ 13.0	33.0 ~ 39.0	Kompozisyona bağlıdır
Titanyum	8.6	26
Tungsten	4.5	13.5
Su	69	207
Cam-seramik "Zerodur"	≈0.007-0.1		0...50 °C de