Come calcolare il coefficiente di dilatazione termica

Tramite: O2O 11/04/2018
Difficoltà: media
19

Introduzione

In ingegneria e nella scienza dei materiali, la dilatazione termica si riferisce al fenomeno attraverso il quale molti materiali ed alcune sostanze, come l'acciaio, si espandono con l'aumento della temperatura interna. Il coefficiente di dilatazione lineare misura la variazione di lunghezza rispetto alle variazioni della temperatura. In generale, quindi, i tecnici di laboratorio e i ricercatori eseguono dei test per determinare la portata di queste modifiche. Si inizia prendendo un provino di un determinato materiale ad una data lunghezza e temperatura, dopodiché si aumenta quest'ultima, che genererà una dilatazione del materiale facendolo allungare. Si può quindi misurare la lunghezza raggiunta dal provino, e dopo la fase di raccolta dati è possibile calcolare il coefficiente di dilatazione termica.

29

Occorrente

  • Provino del materiale da esaminare
  • Fonte in grado di generare aumenti di temperatura
39

Definizione del coefficiente di dilatazione termica

Il coefficiente di dilatazione termica di un materiale è una proprietà che varia in base al materiale considerato. Il coefficiente indica la predisposizione di un materiale a dilatarsi o meno in seguito ad un incremento di temperatura. In particolar modo, data una determinata temperatura, un materiale con un alto coefficiente di dilatazione termica si espanderà più di un altro con un basso coefficiente.
Il coefficiente di dilatazione termica lineare considera l'allungamento, quindi l'espansione del materiale lungo una sola direzione.

49

Test iniziale

La prova consiste nel collocare il provino del materiale scelto in un luogo in cui si ha la possibilità di aumentare la temperatura e monitorarla, infatti grazie all'aumento di questa il provino si allungherà di una certa quantità, poiché per quasi tutti i materiali ad un incremento della temperatura corrisponde un'espansione del materiale. Si vincola il provino in modo che esso non possa espandersi lateralmente ma solo lungo una direzione. Occorre poi registrare la lunghezza originale del provino assieme ai gradi centigradi iniziali, dopodiché si procede con l'aumento della temperatura fino al livello desiderato, per poi prendere le nuove misure del provino e vedere a quanto corrisponde la variazione di lunghezza. Le procedure specifiche da eseguire e la configurazione della prova dipendono dal tipo di materiale e dalle sue dimensioni.

Continua la lettura
59

Calcolo del coefficiente di dilatazione termica

Dopo aver raccolto i dati si procede al calcolo del coefficiente di dilatazione termica. Per maggiore chiarezza saranno definite la lunghezza originale del materiale L1 e la temperatura iniziale T1, mentre le grandezze misurate dopo l'incremento della temperatura saranno la lunghezza finale del materiale L2 e la sua temperatura raggiunta T2. Ora non resta altro che calcolare il coefficiente, denominato COLE, attraverso la formula COLE=(L2-L1)/[L1*(T2-T1)]. Per fare un esempio pratico, se L1 è pari a 10 centimetri a 75 gradi centigradi (T1) e se L2 è pari a 15 centimetri una volta raggiunti i 110 gradi centigradi (T2), allora il coefficiente di espansione sarà pari a: COLE=(15-10)/[10*(110-75)] e quindi a 0,0143.

69

Ripetizione dei test per una migliore accuratezza

Fatto ciò è consigliabile ripetere il test più volte, e prendere più misurazioni del coefficiente ottenute con lo stesso provino: la ripetizione dell'esperimento comporta la riduzione di errori grossolani, magari dovuti ad errori umani in fase d'impostazione, migliorando la precisione e l'accuratezza del risultato ottenuto. Al crescere dei test effettuati il risultato tenderà a stabilizzarsi attorno ad un valore ben preciso, che può quindi essere considerato il coefficiente di dilatazione termica esatto.

79

Conclusioni

Per effettuare questi esperimenti bisogna avere un'attrezzatura adeguata, solitamente questi test sono svolti da esperti del settore che dispongono del necessario per effettuare le prove in completa sicurezza. A volte non basta possedere il provino, ma servono anche macchinari in grado di tenerlo immobile e vincolato lateralmente, permettendo la dilatazione termica solo lungo una direzione scelta, come proprio nel caso del coefficiente di dilatazione termica lineare. Replicare questi esperimenti in casa non è impossibile, ma serve prestare molta attenzione, ed i risultati potrebbero non essere ottimali.

89

Guarda il video

99

Consigli

Non dimenticare mai:
  • Effettuare i test con l'ausilio di professionisti del settore
  • Prendere le dovute precauzioni prima di procedere
Alcuni link che potrebbero esserti utili:

Potrebbe interessarti anche

Segnala contenuti non appropriati

Tipo di contenuto
Devi scegliere almeno una delle opzioni
Descrivi il problema
Devi inserire una descrizione del problema
Si è verificato un errore nel sistema. Riprova più tardi.
Segnala il video che ritieni inappropriato
Devi selezionare il video che desideri segnalare
Verifica la tua identità
Devi verificare la tua identità
chiudi
Grazie per averci aiutato a migliorare la qualità dei nostri contenuti

Guide simili

Superiori

Appunti di fisica: la dilatazione termica

La scuola è un luogo fondamentale dove poter studiare e approfondire le varie materie. Tra le tantissime materie troviamo l'italiano, la storia, la geografia, l'arte e la matematica. Quest'ultima è importante per calcolare al meglio qualsiasi cosa....
Superiori

Come calcolare il coefficiente angolare di una retta

Il coefficiente angolare di una retta esprime la pendenza di una retta rispetto all'asse delle ascisse, ovvero l'inclinazione rispetto all'asse delle x. In questa guida, attraverso pochi e semplici passaggi, ci occuperemo di spiegarvi come procedere per...
Superiori

Come calcolare la capacità termica di un corpo

La capacità termica specifica è la quantità di calore necessaria per modificare la temperatura di una sostanza. L'acqua ad esempio, per aumentare la sua temperatura, richiede più tempo a bollire rispetto all'alcol. In altre parole, l'acqua ha una...
Superiori

Come calcolare il coefficiente binomiale

Lo sappiamo, una volta iniziato il percorso scolastico, la matematica rischia di diventare una di quelle materie che ci accompagnerà per un lungo periodo. Cominciamo a studiarla alle elementari, per poi sperimentare argomenti sempre più complessi via...
Superiori

Come calcolare la trasmittanza termica periodica

Nel corso dei cinque anni delle scuole superiori l'algebra, o la fisica, è una delle materie più toste da affrontare. Infatti bisogna aguzzare l'ingegno e la logica per risolvere i problemi. Come calcolare la trasmittanza termica periodica è uno dei...
Superiori

Come calcolare il rendimento di una macchina termica

La termodinamica è una branca incredibilmente ampia della fisica. All'interno di tale branca vengono passate in rassegna tutte quelle trasformazioni che avvengono tra calore e lavoro, con il primo che si trasforma nel secondo e viceversa. Tra i dispositivi...
Superiori

Come si calcola il coefficiente angolare della retta passante per due punti

Il coefficiente angolare di una retta è un coefficiente numerico, solitamente indicato con la lettera m, che esprime una misura della pendenza della retta rispetto all'asse x, o a qualsiasi retta orizzontale, e che appare direttamente nell'equazione...
Superiori

Come trovare il coefficiente angolare di una retta

Eccoci ad affrontare la geometria analitica; un ramo della matematica molto importante, da studiare bene per poter affrontare gli esercizi e riuscire a risolverli senza alcuna difficoltà. Affinché si possa avere successo nei risultati, è necessario...