Термическое расширение тел

Нагревание тела при постоянном объеме вызывает увеличение линейных размеров и объема. Термическое расширение характеризуется объемным и линейным коэффициентами температурного расширения. Истинные значения определяют как дифференциальные величины, учитывающие приращение размеров тела при повышении температуры.

β=1 (ΔV)

V₀ (Δ t)

α= 1 (Δl)

l₀ (Δ t)

где β – коэффициент V₀; l₀ – начальные объем и длина тела

На практике пользуются средними значениями коэффициентов, вычисленными в некотором интервале температур от 0…100⁰С; 100…200⁰С и т.д.

β=1 dV

V₀ d t

Экспериментально проще определять температурный коэффициент линейного расширения ТКЛР, чем объемный. Поскольку стекло является изотропным телом, то с хорошим приближением β ≈3* α

Коэффициенты теплового расширения стекла основных производителей витражного стекла и других материалов

Название компании, вида стекла, других материалов	Коэффициент теплового расширения
Флоат-стекло	80-86
Оконное стекло	83-90
Тарное стекло	89-92
Armstrong	79-85
Bullseye	90
Uroboros	90,96
Spectrum	96
Сталь	120
Никель	120
Медь, Бронза	166
Алюминий	250

Совместимость — это условная характери­стика, означающая, что различные марки стекла имеют одинаковую или близкую по значению сте­пень расширения при нагревании (сжатия при охлаждении), а также некоторые другие параме­тры. Если стеклянные элементы несовместимы, то это приведет к росту и сохранению внутренних напряжений в стекле, что, в свою очередь, увели­чивает риск образования трещин или полного раз­рушения изделия при охлаждении.

Чтобы сделать вывод о совместимости различ­ных марок стекла, обычно сравнивают их коэффициенты теплового расширения — КТЛР (в англий­ском языке используют аббревиатуру СОЕ, от Coefficient Of Expansion). KTЛP — это количествен­ная характеристика относительного изменения линейных размеров стекла при изменении темпе­ратуры на 1°С. Так, например, стекло, выпускаемое компанией Spectrum Glass, при изменении темпе­ратуры на 1°С изменяет свои размеры на 0,000000096% (что равнозначно КТР = 96×10^-7 1/°С). Для практических целей коэффициент теплового расширения указывается в условных единицах. Например, если точное значение КТР = 96×10^-7 1/°С, то для простоты считают, что КТР равен 96.

Использование стекла с различными КТР в одном изделии может привести к разным результатам. В случае критической разности коэффициентов напряжения в стекле могут возникнуть еще на этапе отжига, в результате чего изделие лопнет. При незначительной разнице коэффициентов теплового расширения места стыков дета­лей из стекла разных марок будут покрыты мельчайшими трещинками, которые являются результатом сохранения остаточного напряже­ния. Это может привести к отторжению стеклянных элементов, к разрушению одного из них или обоих, причем как после полного остывания, так и спустя довольно продолжительное время. Haиболее известные компании, производящие витражное стекло, обычно имеют в своем ассортименте проверенную на совместимость серию стекла.

Кроме коэффициента теплового расширения, важными, но не критичными параметрами совместимости стекла являются его вязкость и близость температур стеклования.