Die thermische Ausdehnung ist ein Phänomen der Veränderung der Körpergröße unter dem Einfluss einer Änderung der Temperatur. Es tritt auf, weil sich die Abstände zwischen Atomen oder Molekülen einer Substanz ändern. Heute betrachten wir, wie viel sich die Temperatur eines 1 kg schweren Aluminium- und Kupferstabs ändert, wenn es um 1 Grad abgekühlt wird.
Aluminium und Kupfer sind zwei gebräuchliche Metalle, die in der Technik und in der Industrie weit verbreitet sind. Diese Materialien haben unterschiedliche Temperaturkoeffizienten der linearen Ausdehnung, was bedeutet, dass sie sich bei Temperaturänderungen unterschiedlich ausdehnen oder zusammenziehen.
Der Temperaturkoeffizient der linearen Ausdehnung ist ein Wert, der beschreibt, wie sich die Länge eines Materials ändert, wenn sich die Temperatur um 1 Grad Celsius ändert. Für Aluminium beträgt es ungefähr 0,000022 (1 / Grad Celsius) und für Kupfer 0,000016 (1 / Grad Celsius).
Somit wird der Aluminiumstab mit einem Gewicht von 1 kg um 1 Grad Celsius abgekühlt, er wird um etwa 0,000022 m reduziert, und der Kupferstab mit der gleichen Masse und Temperaturänderung wird um 0,000016 m reduziert. Obwohl der Unterschied zwischen diesen Werten gering erscheint, ist er bei der Konstruktion und Konstruktion, bei der Maßgenauigkeit eine wichtige Rolle spielt, immer noch signifikant.
Thermische Ausdehnung von Aluminium- und Kupferbalken
Bei einem Aluminiumstab mit einem Gewicht von 1 kg beträgt der lineare Ausdehnungskoeffizient bei 1 Grad Abkühlung etwa 22 µm/(m * °C). Wenn sich die Temperatur um 1 Grad ändert, wird der Aluminiumstab also um etwa 22 Mikrometer abnehmen.
Bei einem 1 kg schweren Kupferstab beträgt der lineare Ausdehnungskoeffizient bei 1 Grad Abkühlung etwa 16 µm/(m * °C). Wenn sich die Temperatur um 1 Grad ändert, wird der Kupferstab daher um etwa 16 Mikrometer abnehmen.
Somit ändert ein 1 kg Aluminiumstab, wenn er um 1 Grad abgekühlt wird, seine Abmessungen um 22 Mikrometer, und ein 1 kg Kupferstab, wenn er um 1 Grad abgekühlt wird, ändert seine Abmessungen um 16 Mikrometer.
Temperaturänderung mit einem Gewicht von 1 kg beim Abkühlen um 1 Grad
Wenn der Aluminiumstab um 1 Grad abgekühlt ist, ändert er seine Temperatur mit einem Gewicht von 1 kg. Da Aluminium einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 0,000022/°C aufweist, kann die Temperaturänderung wie folgt berechnet werden:
wobei ΔT die Temperaturänderung ist, α der Koeffizient der thermischen Ausdehnung ist, T die Anfangstemperatur ist, ΔT die Temperaturänderung in Grad ist.
Für einen Aluminiumstab mit einem Gewicht von 1 kg wissen wir, dass ΔT = -1 Grad ist (da wir ihn abkühlen). Auch haben wir die Anfangstemperatur nicht angegeben, daher können wir zum Beispiel 20 Grad nehmen.
Jetzt können wir die Temperaturänderung für den Aluminiumstab berechnen:
ΔT (Aluminium) = 0,000022 * 20 * -1 = -0,00044 Grad
Somit ändert der Aluminiumstab, wenn er um 1 Grad abgekühlt wird, mit einem Gewicht von 1 kg seine Temperatur um -0,00044 Grad.
Ebenso können wir die Temperaturänderung für einen Kupferstab mit einem Gewicht von 1 kg berechnen. Für Kupfer beträgt der thermische Ausdehnungskoeffizient 0,000016/° C.
Mit der gleichen Formel und der Annahme einer Anfangstemperatur von 20 Grad erhalten wir:
ΔT (Kupfer) = 0,000016 * 20 * -1 = -0,00032 Grad
Somit ändert ein 1-kg-Kupferstab, wenn er um 1 Grad abgekühlt wird, seine Temperatur um -0,00032 Grad.
