Dilatometar

Jednostavan dilatometar za mjerenje promjene volumena zbog zagrijavanja tekućina i čvrstih tvari.

Dilatacijska reška ili razdjelnica na mostu se postavlja radi sprječavanja nepravilnog i proizvoljnog pucanja zbog rastezanja i utezanja pod utjecajem temperaturnih razlika, nejednolikog slijeganja i drugih uzroka.

Izvijanje tračnica zbog izlaganja Sunčevim zrakama.

Dilatometar (lat. dilatare: rastezati) je mjerni instrument za mjerenje promjene volumena tvari zbog zagrijavanja ili nekih drugih fizičkih ili kemijskih procesa. Najjednostavnijim dilatometrima mjeri se promjena visine tekućine u kapilari (na primjer živin termometar), složenijima dilatometrima mjeri se promjena električnoga kapaciteta kondenzatora zbog razmicanja kondenzatorskih ploča, a najtočnija mjerenja izvode se laserskim dilatometrima.

Toplinsko istezanje

Podrobniji članak o temi: Toplinsko istezanje

Toplinsko istezanje ili toplinska dilatacija je svojstvo materije da mijenja obujam, u ovisnosti od temperature. Kada se materijal grije, čestice se počinju kretati sa međusobno većim razmakom između njih. Materijali koji se sa povećanjem temperature skupljaju su rijetki i to samo za određene temperature. Stupanj širenja materijala podijeljenim sa promjerom temperature, naziva se koeficijent toplinskog istezanja i uglavnom se mijenja s temperaturom.

Jedan dio materijala se skuplja, u određenom području rasta temperature, i to se naziva negativno toplinsko istezanje. Ako se voda ohladi na 0 ºC, pa zatim grije na 4 ºC, onda se ona u tom području skuplja, a nakon 4 ºC, gdje ima najveću gustoću, se širi (anomalija vode). Isto silicij ima negativno toplinsko istezanje između 18 i 120 Kelvina.

Za razliku od plinova i tekućina, krute tvari nastoje zadržati svoj oblik sa toplinskim istezanjem. Toplinsko istezanje uglavnom je manje, ako je energija kovalentnih veza veća, koja utječe isto na tvrdoću materijala, tako da tvrdi materijali imaju manje toplinsko istezanje. Tekućine se više toplinski šire od krutih tvari. Toplinsko istezanje stakla je veće od kristala.

Koeficijent toplinskog istezanja

Koeficijent toplinskog istezanja opisuje kako se veličina tijela mijenja sa promjenom temperature. Postoje linijski, površinski i obujamski koeficijent toplinskog istezanja, a koji će se uzeti, ovisi o primjeni. Obujamski koeficijent toplinskog istezanja je osnovni, jer sa promjenom temperature, tijela mijenjaju obujam. Materijali koji se šire podjednako u svim smjerovima se nazivaju izotropni materijali.

U slučaju plinova, tekućina i krutih tvari, obujamski koeficijent toplinskog istezanja se može opisati kao:

$\alpha _{V}={\frac {1}{V}}\,\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{p}$

indeks p pokazuje da je za vrijeme širenja tlak konstantan, a indeks V govori da se radi o toplinskom istezanju volumena.

Toplinsko istezanje krutih tvari

Uobičajene inženjerske krute tvari imaju koeficijent toplinskog istezanja, koji se ne mijenja znatno sa promjenom temperature, a i tlak ne utječe znatno na promjene dimenzija.

Linijsko istezanje krutih tvari

Koeficijent toplinskog istezanja za linijsko istezanje se može opisati kao:

$\alpha _{L}={\frac {1}{L}}\,{\frac {dL}{dT}}$

gdje je L dužina, a dL/dT je odnos promjena linijskih dimenzija u ovisnosti od promjene temperature. Promjena dužine se može vrlo dobro procijeniti kao:

${\frac {\Delta L}{L}}=\alpha _{L}\Delta T$