Coefficient de dilatation
Les solides se dilatent principalement en réponse au chauffage et se contractent au refroidissement. Cette réaction au changement de température est exprimée par son coefficient de dilatation thermique.
Le coefficient de dilatation thermique est utilisé :
- en expansion thermique linéaire
- dans la zone d'expansion thermique
- en expansion thermique volumétrique
Ces caractéristiques sont étroitement liées. Le coefficient de dilatation thermique volumétrique peut être mesuré pour toutes les substances de la matière condensée (liquides et solides). La dilatation thermique linéaire ne peut être mesurée qu'à l'état solide et est courante dans les applications d'ingénierie.
Coefficients de dilatation thermique pour certains matériaux courants
La dilatation et la contraction des matériaux doivent être prises en compte lors de la conception de grandes structures, de l'utilisation de rubans ou de chaînes pour mesurer les distances pour les levés de terrain, de la conception de moules pour le coulage de matériaux chauds et d'autres applications d'ingénierie lorsque de grands changements de dimensions dus à la température sont prévus. La plage de valeurs pour α va de 10-7 pour les solides durs à 10-3 pour les liquides organiques. α varie en fonction de la température et certains matériaux présentent une variation très importante. Quelques valeurs pour des matériaux courants, données en parties par million par degré Celsius : (NOTE : Cela peut aussi être en kelvins car les changements de température sont un rapport de 1:1)| coefficient de dilatation thermique linéaire α | |
| matériel | α en 10-6/K à 20 °C |
| Mercure | 60 |
| BCB | 42 |
| Chef de file | 29 |
| Aluminium | 23 |
| Laiton | 19 |
| Acier inoxydable | 17.3 |
| Cuivre | 17 |
| Or | 14 |
| Nickel | 13 |
| Concret | 12 |
| Fer ou acier | 11.1 |
| Acier au carbone | 10.8 |
| Platine | 9 |
| Verre | 8.5 |
| GaAs | 5.8 |
| Phosphure d'indium | 4.6 |
| Tungstène | 4.5 |
| Verre, Pyrex | 3.3 |
| Silicium | 3 |
| Invar | 1.2 |
| Diamant | 1 |
| Quartz, fusionné | 0.59 |
Demandes
Pour les applications utilisant la propriété d'expansion thermique, voir le thermomètre bimétallique et au mercure
La dilatation thermique est également utilisée dans les applications mécaniques pour ajuster les pièces les unes sur les autres. Par exemple, une douille peut être montée sur un arbre en rendant son diamètre intérieur légèrement plus petit que le diamètre de l'arbre, puis en le chauffant jusqu'à ce qu'il s'ajuste sur l'arbre, et en le laissant refroidir après qu'il ait été poussé sur l'arbre, ce qui permet d'obtenir un "ajustement serré".
Il existe des alliages à très faible CTE, utilisés dans des applications qui exigent de très faibles changements de dimension physique sur une plage de températures. L'un d'entre eux est l'Invar 36, avec un coefficient de 0,6x10-6. Ces alliages sont utiles dans les applications aérospatiales où de grandes variations de température peuvent se produire.
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que le coefficient de dilatation thermique ?
R : Le coefficient de dilatation thermique est une mesure de l'ampleur de la dilatation ou de la contraction d'un solide en réponse à des changements de température.
Q : Quels sont les trois types de dilatation thermique ?
R : Les trois types de dilatation thermique sont la dilatation thermique linéaire, la dilatation thermique surfacique et la dilatation thermique volumétrique.
Q : Quelle est la différence entre l'expansion thermique linéaire et l'expansion thermique volumétrique ?
R : La dilatation thermique linéaire concerne les changements de longueur, tandis que la dilatation thermique volumétrique concerne les changements de volume.
Q : Peut-on mesurer le coefficient de dilatation thermique volumétrique des liquides ?
R : Oui, le coefficient de dilatation thermique volumétrique peut être mesuré pour toutes les substances de la matière condensée, y compris les liquides.
Q : Dans quel état peut-on mesurer la dilatation thermique linéaire ?
R : L'expansion thermique linéaire ne peut être mesurée qu'à l'état solide.
Q : Pourquoi la dilatation thermique linéaire est-elle courante dans les applications d'ingénierie ?
R : La dilatation thermique linéaire est courante dans les applications d'ingénierie parce qu'elle concerne les structures et les composants qui doivent conserver leur forme et leur taille à des températures variables.
Q : Les différents types de dilatation thermique sont-ils étroitement liés ?
R : Oui, les différents types de dilatation thermique (linéaire, surfacique et volumétrique) sont étroitement liés.
