Coefficiente di dilatazione termica

Il coefficiente di dilatazione termica (o dilatabilità termica) è una misura della capacità di dilatazione termica di un corpo, ovvero una delle caratteristiche dei materiali che insieme al coefficiente di comprimibilità lega le tre variabili di stato: pressione, temperatura e volume; in particolare si distingue in volumetrica, superficiale e lineare, grandezze strettamente correlate. La dilatabilità termica volumetrica si misura per i materiali liquidi e solidi isotropi, quella lineare si misura di solito per i solidi ed è comune nelle applicazioni ingegneristiche. Ogni qualvolta le dimensioni della sostanza sono tali da prediligere una dilatazione in una dimensione o in due dimensioni, si parla rispettivamente di dilatazione lineare o superficiale, con la dovuta precisazione che tutte le sostanze si dilatano in senso volumetrico.

Coefficiente di dilatazione termica volumetrica

Il coefficiente di dilatazione termica volumetrico è una proprietà di una sostanza (o di un materiale) dato da:

α = − 1 ρ ( ∂ ρ ∂ T ) p = + 1 V ( ∂ V ∂ T ) p {\displaystyle \alpha =-{1 \over \rho }\left({\partial \rho \over \partial T}\right)_{p}=+{1 \over V}\left({\partial V \over \partial T}\right)_{p}}

dove ρ rappresenta la densità, T la temperatura, V il volume e le derivate sono considerate a pressione costante p. α misura il cambiamento frazionale della densità in funzione dell'incremento della temperatura a pressione costante. La dilatazione di un materiale cristallino avviene solo quando il campo di forza del cristallo subisce una deviazione del quadrato perfetto. Se il campo di forza è perfettamente parabolico, non avviene alcuna dilatazione.

Coefficiente di dilatazione termica lineare

Il coefficiente di dilatazione termica lineare per un materiale isotropo vale α / 3 {\displaystyle \alpha /3} ovvero

λ = ( L 2 − L 1 L 1 ) ( 1 T 2 − T 1 ) {\displaystyle \lambda =\left({\frac {L_{2}-L_{1}}{L_{1}}}\right)\left({\frac {1}{T_{2}-T_{1}}}\right)}

dove L 1 {\displaystyle L_{1}} rappresenta la lunghezza iniziale del solido, L 2 {\displaystyle L_{2}} la lunghezza finale, T 1 {\displaystyle T_{1}} la temperatura iniziale e T 2 {\displaystyle T_{2}} la temperatura finale.

La dilatazione e la contrazione di un materiale sono aspetti importanti nella progettazione di grandi strutture, nelle misurazioni topografiche su grandi distanze, nella progettazione di stampi a caldo.

La tabella seguente mostra alcuni valori del coefficiente di dilatazione termica lineare per i materiali più comuni:

Materiale Coefficiente di dilatazione
termica lineare
(in °C−1)
Acciaio 12 X 10−6
Alluminio generico 23 X 10−6
Alluminio puro 24 X 10−6
Argento 19 X 10-6 [1]
Ferro 12 X 10−6
Ghisa [2] 10,7 X 10−6
Nichel 13 X 10-6 [1]
Oro 14,32 X 10−6
Ottone 19 X 10−6
Piombo 29 X 10-6 [1]
Platino 9,0 X 10−6
Pyrex 4,0 X 10−6
Quarzo fuso 0,59 X 10−6
Rame 17 X 10−6
Silicio 3,0 X 10−6
Tungsteno 5,0 X 10−6
Vetro 8,0 X 10−6

Note

  1. ^ a b c J.D. Cutnell, K. W. Johnson, Fisica Blu, Zanichelli 2012, ISBN 978-88-08-14109-5
  2. ^ Tabelle proprietà fisiche dei metalli, su engineerplant.it. URL consultato il 16 novembre 2019 (archiviato dall'url originale il 20 marzo 2014).

Bibliografia

  • Emiliano Ricci, Atlante di fisica, Firenze / Milano, Giunti, 2011, ISBN 978-88-09-74674-9.

Voci correlate

Collegamenti esterni

  • Coefficienti di dilatazione volumetrici dei liquidi, su itchiavari.org. URL consultato il 28 marzo 2010 (archiviato dall'url originale il 13 giugno 2010).
  • Coefficienti di dilatazione lineari dei solidi, su oppo.it. URL consultato il 2 marzo 2014 (archiviato dall'url originale il 22 febbraio 2014).
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