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熱膨脹儀能在特定氣氛和程序控溫條件下,測量物質(zhì)尺寸在可忽略負(fù)載下隨溫度變化而變化的過程??蓽y量固體、熔融金屬、粉末、涂料等各類樣品,目前廣泛應(yīng)用于無機陶瓷、金屬材料、塑膠聚合物、建筑材料、涂層材料、耐火材料、復(fù)合材料等領(lǐng)域。
熱膨脹儀使用時,質(zhì)點圍繞其平衡位置作簡諧振動,質(zhì)點之間相互作用勢能對平衡位置是對稱的,溫度變化只能改變振幅的大小,不能改變平衡點的位置。因為,材料的熱膨脹來自原子的非簡諧振動,可以用非簡諧振動理論解釋熱膨脹機理。
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)致的體積變化,即熱膨脹系數(shù)表示熱膨脹系數(shù)α=ΔV/(V*ΔT)。式中ΔV為所給溫度變化ΔT下物體體積的改變,V為物體體積嚴(yán)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(zhǔn)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(13αΔT),而對理想氣體,Vt=V0(10.00367ΔT);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。