熱膨脹系數(shù)

物體由于溫度改變而有脹縮現(xiàn)象。其變化能力以等壓(p一定)下，單位溫度變化所導(dǎo)致的長度量值的變化，即熱膨脹系數(shù)表示。各物體的熱膨脹系數(shù)不同，一般金屬的熱膨脹系數(shù)單位為1/度（攝氏）。

線脹系數(shù)是指固態(tài)物質(zhì)當溫度改變攝氏度1度時，其某一方向上的長度的變化和它在20℃（即標準實驗室環(huán)境）時的長度的比值。

大多數(shù)情況之下，此系數(shù)為正值。也就是說溫度變化與長度變化成正比，溫度升高體積擴大。但是也有例外，如水在0到4攝氏度之間，會出現(xiàn)負膨脹。而一些陶瓷材料在溫度升高情況下，幾乎不發(fā)生幾何特性變化，其熱膨脹系數(shù)接近0。

中文名熱膨脹系數(shù)外文名coefficient of thermal expansion , CTE線膨脹系數(shù)α=ΔL/(L*ΔT)面膨脹系數(shù)β=ΔS/(S*ΔT)體膨脹系數(shù)γ=ΔV/(V*ΔT)

概述

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expansion thermal coefficient

熱膨脹系數(shù)有線膨脹系數(shù)α、面膨脹系數(shù)β和體膨脹系數(shù)γ。

式中ΔL為所給長度變化ΔT下物體溫度的改變，L為初始長度；ΔS為所給面積變化ΔT下物體溫度的改變，S為初始面積；ΔV為所給體積變化ΔT下物體溫度的改變，V為初始體積；

嚴格說來，上式只是溫度變化范圍不大時的微分定義式的差分近似；準確定義要求ΔV與ΔT無限微小，這也意味著，熱膨脹系數(shù)在較大的溫度區(qū)間內(nèi)通常不是常量。

溫度變化不是很大時，α就成了常量，利用它，可以把固體和液體體積膨脹表示如下：

Vt=V0(1+3αΔT)，

而對理想氣體，

Vt=V0(1+0.00367ΔT)；

Vt、V0分別為物體末態(tài)和初態(tài)的體積

對于可近似看做一維的物體，長度就是衡量其體積的決定因素，這時的熱膨脹系數(shù)可簡化定義為：單位溫度改變下長度的增加量與的原長度的比值，這就是線膨脹系數(shù)。

對于三維的具有各向異性的物質(zhì)，有線膨脹系數(shù)和體膨脹系數(shù)之分。如石墨結(jié)構(gòu)具有顯著的各向異性，因而石墨纖維線膨脹系數(shù)也呈現(xiàn)出各向異性，表現(xiàn)為平行于層面方向的熱膨脹系數(shù)遠小于垂直于層面方向。

宏觀熱膨脹系數(shù)與各軸向膨脹系數(shù)的關(guān)系式有多個，普遍認可的有Mrozowski算式：

α=Aαc+(1-A)αa

αa,αc分別為a軸和c軸方向的熱膨脹率，A被稱為“結(jié)構(gòu)端面”參數(shù)。

熱膨脹系數(shù)的精密測試與測量能力溯源

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為了保證材料熱膨脹系數(shù)國與國之間的量值統(tǒng)一和互認，國際計量局長度委員會（CCL）2004年啟動過材料熱膨脹系數(shù)的國際比對，有十幾個國家參加了這個項目的國際比對。

為應(yīng)對國際比對，更為了統(tǒng)一與實現(xiàn)國內(nèi)材料的熱膨脹系數(shù)測量能力及熱膨脹儀測量精度，經(jīng)國家局批準在國家計量院(中國計量科學(xué)研究院)建立“材料熱膨脹系數(shù)國家最高標準裝置”，以滿足量值統(tǒng)一及測試需求。該標準基于最小誤差鏈原則，把相關(guān)量值直接溯源到國家基準單位，在-180度到2400度范圍內(nèi)提供最高達10E-8量級測量不確定度。

金屬膨脹系數(shù)

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測定溫度條件及單位：20℃，(單位1E-6 /K或1E-6 /℃）

金屬名稱	元素符號	線性熱膨脹系數(shù)	金屬名稱	元素符號	線性熱膨脹系數(shù)
鈹	Be	12.3	鋁	Al	23.2
銻	Sb	10.5	鉛	Pb	29.3
銅	Cu	17.5	鎘	Cd	41.0
鉻	Cr	6.2	鐵	Fe	12.2
鍺	Ge	6.0	金	Au	14.2
銥	Ir	6.5	鎂	Mg	26.0
錳	Mn	23.0	鉬	Mo	5.2
鎳	Ni	13.0	鉑	Pt	9.0
銀	Ag	19.5	錫	Sn	2.0