جستجو در تالارهای گفتگو

آن چه بايد درباره ضريب انبساط گرمائي بدانيم مواد با افزايش درجه حرارت منبسط ميشوند که به دليل افزايش ارتعاش گرمائي اتمها در يک ماده است و بنابراين به افزايش فاصلة جدائي ميانگين اتمهاي متقابل منجر ميشود. ضريب انبساط گرمائي خطي (با حرف يوناني آلفا) با فرمول زير به دست مي آيد و بيان ميکند که براي هر درجه افزايش دما، ماده چه اندازه انبساط خواهد يافت: وقتي dl : تغيـير در درازاي ماده (طول) در جهتي که اندازه گيري ميشود؛ l : طول کلي ماده در جهتي که اندازه گيري ميشود و dT : تغيـير در دما که dl اندازه گيري شد. اگر چه آلفا يک نسبت بدون بعد است اما انبساط، واحدِ « بر درجه » دارد و به طور عادي بر حسب چند بر «ميليون بر درجه سلسيوس افزايش در دما» بيان ميگردد. ضريب انبساط گرمائي حجمي نيز وجود دارد اما حرفهاي اختصاري CTE به طور نوعي تنها به انبساط خطي اشاره دارد. تغيـير CTE با مواد بزرگي CTE به ساختار ماده بستگي دارد. همان طور که ميتوان از شکل زير ديد، تنها در صفر مطلق (273 درجة سلسيوس زير صفر) است که اتمها در فاصله اي ثابت باقي ميمانند. بالاتر از صفر مطلق وقتي انرژي گرمائي بيشتر ميشود، جنبشي در حدود ميانگين به وجود مي آورد و اين ميانگين خودش به دليل اين که منحني انرژي پيوند شکل نامتقارن دارد، به آرامي افزايش مي يابد. طرحي از انرژي پيوند در برابر فاصلة بين اتمي (از شکلفورد Shackelford 1999). همين شکل به ما کمک ميکند تا ببينيم که چرا عايقهاي با استحکام پيوندي قوي مانند سراميکها CTE نسبتاً کمتري در مقايسه با فلزها دارند و چرا ساختارهاي با استحکام پيوندي ضعيف (شل) نظير بسپار (پليمر)ها CTE بالا دارند به ويژه آنهائي که گرمانرم (ترموپلاستيک) يا کشيار (الاستومر) هستند. جدول زير چند مثال از ضريب انبساط گرمائي خطي براي چند ماده را نشان ميدهد. بايد توجه داشت که: CTE اغلب در تمام محورها يکسان نيست و ناهمسانگرد است (به عبارت ديگر، ايزوتروپ نيست). CTE به ندرت خطي است و بايد در يک دماي معين و يا به صورت ميانگيني در يک گسترة دمائي مشخص ذکر شود. تغيـير در CTE با دما تنها وقتي يک تابع نسبتاً هموار است که ماده دچار دگرگوني فازي نشود. براي نمونه، گرماسخت (ترموست)ها در بالاي دماي انـتقال به شيشه (Tg) افزايش قابل ملاحظه اي در CTE دارند. شمائي از يک منحني انبساط گرمائي خطي اندازه گيري CTE با CTE هاي نوعي در گسترة 50 - 5 ppm/K تغيير در ابعاد بسيار کوچک است. به صورت سر انگشتي، با يک CTE برابر با ppm/K ۱۱ ماده تنها به اندازة 65/1 ميکرومتر به ازاي هر درجه افزايش دما منبسط ميشود. اين معادل کسري از طول موج نور است. از آن جا که اندازه گيري تغييرات کوچک در طول بسيار دشوار است، ميانگين CTE بين دو نقطه در دماهاي مشخص (مثلاً 25 و 300 درجة سلسيوس) اندازه گيري ميگردد. اگر چه دقيق سازي اندازه گيريها هنوز فراسوي افق هدف ميانگين آزمايشگاهي است، اما امروزه CTE ها با استفاده از روش تداخل سنجي (اينترفرومتري -interferometry) اندازه گيري ميشوند که تغييرات در الگوي تداخلي نور تک رنگي (منوکروم) را که معمولاً ليزر است، در نظر ميگيرد. با اين روش، رسم نمودار کرنش (تغيير شکل يا طول) در برابر دما در سرتاسر چرخة گرمايش و سرمايش ميسر است. شيب منحني کرنش – دما در يک دماي معين، ضريب نقطه اي انبساط گرمائي است. البته براي مقايسه، شيب ميانگين روي گستره اي از دما نيز ميتواند از داده ها به دست آيد.