Utvidgningskoefficient

Utvidgningskoefficienten anger hur mycket ett föremåls storlek ändras för en viss temperaturändring hos föremålet. När ett materials temperatur ökar, utvidgas vanligen materialet, det kallas för termisk expansion. Olika material utvidgar sig i olika grad och ett mått på denna egenskap är längdutvidgningskoefficienten, som anger den relativa längdändringen vid en viss temperaturändring.

Tyndalls demonstration utgörs av vaggan d, i vilken staven b i ena änden fastsätts med en genomgående sprint c (avsiktligt svagare än mutter och vagga) och i andra ändan skruvas muttern a fast. När elden e hettar upp staven utvidgas den, och muttern a måste dras åt för att ligga an mot vaggan. När så elden släckts och staven svalnar kommer den att dra sig samman igen varvid sprinten deformeras eller rent av knäcks.

Expansionsfog på en bro används för att förhindra skador på grund av termisk utvidgning.

Solkurvor som uppstått på starkt solbelysta järnvägsspår.

∆ℓ = ℓ₁ α (t₂ – t₁)

SI-enheten för längdutvidgningskoefficienten är 1 K⁻¹. I tekniska sammanhang används ofta den mindre enheten mm/m/°C, där 1 mm/m/°C = 10^-3 K^-1.

Den relativa volymändringen anges av volymutvidgningskoefficienten som är approximativt tre gånger längdutvidgningskoefficienten.

För anisotropa material, till exempel kompositmaterial, är längdutvidgningskoefficienten normalt riktningsberoende.

Nästan alla material har en positiv utvidgningskoefficient, ett viktigt undantag är vatten vars volym minskar mellan fryspunkt och 4 °C. Vissa material – såsom zirkoniumvolframat och kolfiberarmerad plast (CFRP) – kan ha en negativ utvidgningskoefficient. I fallet med CFRP är den anisotrop (riktningsberoende).

Några exempel på ämnen och deras längdutvidgningskoefficienter (gäller 0 °C…100 °C):

Material	10e-6 α
Aluminium	23
Betong (torr)	9…14
Bly	29
Brons	18
Ebonit	75…100
Glas	3…10
Granit	8
Guld	14
Invar	1
Is	50
Järn	11…20
Kalksten	5…16
Kisel	2,5
Kol (grafit)	2
Konstantan	15
Koppar	17
Magnesium	26
Mässing	18…21
Natrium	70
Nickel	13
Paraffin	100…200
Platina	8,9
Plexiglas	70…100
Porslin	2…5
Rostfritt stål	18
Silver	19
Stål	8…18
Svavel (rombiskt)	61
Svavel (monoklint)	120
Tenn (vitt)	27
Trä (längs fibern)	5…9
Uran	13
Volfram	4,5
Zink	30

Ett räkneexempel med stål

Stål har utvidgningskoefficienten 0,000012 mm per grad och millimeter. Tar man ett ämne som är 100 millimeter långt och värmer detta 50 grader så blir det 50×100×0,000012=0,06 mm längre.