Lämpölaajeneminen
Oletko huomannut, että kuumana kesäpäivänä sähköjohdot roikkuvat alempana kuin kirpeänä pakkaspäivänä? Oletko ihmetellyt miksi uunipelti saattaa paukahtaa uunista pois ottamisen jälkeen?
Sähkölinjan johdot ovat kireämmällä viileällä kelillä kuin lämpimällä.
Edellämainitut ilmiöt liittyvät lämpötilaeroihin. Kun kiinteä kappale, neste tai kaasu lämpenee, niin sen rakenneosien (atomit ja molekyylit) liikehdintä lisääntyy. Mitä enemmän rakenneosat liikkuvat, niin sitä enemmän ne tarvitsevat tilaa liikkuakseen. Tällöin kappaleen, nesteen tai kaasun tilavuus kasvaa eli tapahtuu lämpölaajenemista.
Lämpötilan noustessa aineen rakenneosat tarvitsevat enemmän tilaa liikkuakseen, jolloin tilavuus kasvaa.
Lämpölaajenemista tapahtuu myös toiseen suuntaan: lämpötilan laskiessa aineen tilavuus pienenee. Tästä syystä uunipelti saattaa paukahtaa uunista pois otettaessa.
Kappaleen lämpölaajenemisen määrä riippuu kappaleen materiaalista. Alla olevasssa taulukossa on listattu eräiden aineiden lämpölaajenemiskertoimia. Mitä isompi kerroin on, sitä enemmän aine lämpölaajenee.
Taulukosta huomataan muun muassa, että rauta ja betoni lämpölaajenevat yhtä paljon. Tästä syystä terästä voidaan käyttää betonin vahvikkeena rakennuksissa.
Kappaleen pituuden muutos voidaan laskea kun tiedetään kappaleen alkuperäinen pituus, kappaleen materiaali ja lämpötilaero. Lisää pituuden muutoksen laskemisesta katso syventävä kohta Pituuden muutoksen laskeminen*.
Yleisesti ottaen nesteet ja kaasut lämpölaajenevat enemmän kuin kiinteät aineet. Veden lämpölaajeneminen on poikkeuksellista, sillä vesi on tiheimmillään +4 [[$^\circ$]]C asteessa.
Talvella järvet tai lammet eivät jäädy pohjia myöten, sillä +4 [[$^\circ$]]C asteinen vesi painuu tiheimpänä pohjalle.
Aineen lämpölaajeneminen pitää ottaa huomioon monissa käytännön asioissa. Erityisesti Suomessa, missä lämpötilanvaihtelut kesän ja talven välillä ovat suuria, rakennuksien ja infrastruktuurien suunnittelussa rakenteiden lämpölaajeneminen tulee ottaa huomioon.
Nivel sillan päässä mahdollistaa sillan pituuden muutokset ilman jännitteiden syntymistä rakenteisiin.
Junaraiteet ovat menneet mutkalle lämpölaajenemisen takia.
Sähkölinjan johdot ovat kireämmällä viileällä kelillä kuin lämpimällä.Edellämainitut ilmiöt liittyvät lämpötilaeroihin. Kun kiinteä kappale, neste tai kaasu lämpenee, niin sen rakenneosien (atomit ja molekyylit) liikehdintä lisääntyy. Mitä enemmän rakenneosat liikkuvat, niin sitä enemmän ne tarvitsevat tilaa liikkuakseen. Tällöin kappaleen, nesteen tai kaasun tilavuus kasvaa eli tapahtuu lämpölaajenemista.
Lämpötilan noustessa aineen rakenneosat tarvitsevat enemmän tilaa liikkuakseen, jolloin tilavuus kasvaa.
Lämpölaajenemista tapahtuu myös toiseen suuntaan: lämpötilan laskiessa aineen tilavuus pienenee. Tästä syystä uunipelti saattaa paukahtaa uunista pois otettaessa.
Kappaleen lämpölaajenemisen määrä riippuu kappaleen materiaalista. Alla olevasssa taulukossa on listattu eräiden aineiden lämpölaajenemiskertoimia. Mitä isompi kerroin on, sitä enemmän aine lämpölaajenee.
| Aine | Lämpölaajenemiskerroin ([[$\frac{1}{^\circ C}$]]) |
| Alumiini | 0,000 023 |
| Betoni | 0,000 012 |
| Kupari | 0,000 017 |
| Lasi | 0,000 006 |
| Messinki | 0,000 019 |
| Rauta | 0,000 012 |
| Tiili | 0,000 008 |
Kappaleen pituuden muutos voidaan laskea kun tiedetään kappaleen alkuperäinen pituus, kappaleen materiaali ja lämpötilaero. Lisää pituuden muutoksen laskemisesta katso syventävä kohta Pituuden muutoksen laskeminen*.
Yleisesti ottaen nesteet ja kaasut lämpölaajenevat enemmän kuin kiinteät aineet. Veden lämpölaajeneminen on poikkeuksellista, sillä vesi on tiheimmillään +4 [[$^\circ$]]C asteessa.
Talvella järvet tai lammet eivät jäädy pohjia myöten, sillä +4 [[$^\circ$]]C asteinen vesi painuu tiheimpänä pohjalle.
Aineen lämpölaajeneminen pitää ottaa huomioon monissa käytännön asioissa. Erityisesti Suomessa, missä lämpötilanvaihtelut kesän ja talven välillä ovat suuria, rakennuksien ja infrastruktuurien suunnittelussa rakenteiden lämpölaajeneminen tulee ottaa huomioon.
Nivel sillan päässä mahdollistaa sillan pituuden muutokset ilman jännitteiden syntymistä rakenteisiin.
Junaraiteet ovat menneet mutkalle lämpölaajenemisen takia.