Lineer Termal Genleşme Katsayıları ve Hesaplama

Termal genleşme, bir nesne ısıtıldığında veya soğutulduğunda, uzunluğu, orijinal uzunluk ve sıcaklıktaki değişiklikle orantılı bir miktarda değişir.

Doğrusal termal genleşme – bir nesnenin uzunluğundaki değişiklik – olarak ifade edilebilir

dl = L₀ α (t₁ – t₀)                                (1)

where

dl = nesne uzunluğundaki değişiklik (m, inches)

L₀ = nesnenin ilk uzunluğu (m, inches)

α =  doğrusal genleşme katsayısı (m/m^oC, in/in^oF) 

t₀ = ilk sıcaklık (^oC, ^oF)

t₁ = son sıcaklık (^oC, ^oF)

Nesnenin son uzunluğu şu şekilde hesaplanabilir

L₁ = L₀ + dl

    = L₀ + L₀ α (t₁ – t₀)                                (2)

L₁ = nesnenin son uzunluğu (m, inches)

Not! – çoğu malzeme için doğrusal termal genleşme katsayıları sıcaklığa göre değişir.

Örnek – Alüminyum Kirişin Termal Genleşmesi

-30^oC ila50^oC arasında değişen sıcaklıklarda alüminyum yapı tasarlanmıştır. Bir kirişin uzunluğu 20^oC ye monte edildiğinde 6 m ise – kirişin minimum sıcaklıktaki -30^oC‘deki en kısa son uzunluğu aşağıdaki gibi hesaplanabilir.

L₁ = (6 m) + (6 m) (0.000023 m/m^oC) ((-30 ^oC) – (20 ^oC))

      =  5.993 m

50^oC maksimum sıcaklıkta kirişin en uzun son uzunluğu şu şekilde hesaplanabilir.

L₁ = (6 m) + (6 m) (0.000023 m/m^oC) ((50 ^oC) – (20 ^oC))

    =  6.004 m

Örnek – Alaşımlı Çelik Borunun Isıl Genleşmesi

100 feet uzunluğunda bir alaşımlı çelik boru 32 ila 212^oF arasında ısıtılır. Genişleme katsayısı 8 10^-6 (in/in^oF).

Borunun genleşmesi şu şekilde hesaplanabilir:

dl = (8 10^-6 in/in^oF) (100 ft) (12 in/ft) ((212 ^oF) – (32 ^oF))

    = 1.728 inches

Yüzeysel Genişleme

Bir dereceye kadar sıcaklık yükseltildiğinde malzemenin birim alanının artacağı, yüzeysel (alan) genleşme katsayısı olarak adlandırılır.

Kübik Genişleme

Bir dereceye kadar sıcaklık yükseltildiğinde malzemenin birim hacminin arttığı miktara kübik genleşme katsayısı denir.

Bazı yaygın malzemeler için termal genleşme katsayıları:

• 10 – ⁶ m / m ^o C = 1 μ m / m ^o C 
• m / m = metre başına metre, in / in = inç başına inç

Sıcaklık için çoğu değer 25 ^oC (77 ^oF) . Değerlerdeki açıklık, malzemelerin kendilerindeki değişikliklerden veya kullanılan kaynaklardaki değişikliklerden kaynaklanabilir.

• t_K = t_C + 273.16
• t_R = t_F + 459.67  
• 1 in (inch) = 25.4 mm
• 1 ft (foot) = 0.3048 m

Yararlanılan kaynak veya site linki

Sürtünme ve Sürtünme Katsayıları