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과학

열팽창

열팽창과학
영문명
Thermal expansion
관찰량
길이, 면적 또는 부피의 변화
대표 계수
선팽창계수와 부피팽창계수
주의점
물질과 온도 구간에 따라 값이 달라짐
열팽창은 온도 변화에 따라 물체의 길이나 부피 등이 변하는 현상이다. 많은 물질은 가열하면 팽창하지만 크기 변화의 방향과 정도는 물질과 온도 구간에 따라 다르다. 열팽창계수는 그 민감도를 나타내는 양이다.

온도와 크기의 관계

많은 고체는 온도가 오르면 길이가 조금 늘어난다. 변화량이 작은 경우 길이 변화는 처음 길이와 온도 변화량, 선팽창계수의 곱으로 근사할 수 있다. 계수가 일정하다는 가정이 어느 온도 범위에서 적절한지 확인해야 한다.

항상 커지는 것은 아니다

가열하면 모든 물질이 언제나 팽창한다는 일반화는 맞지 않는다. 대기압 부근의 물은 약 0도에서 4도 사이에서 가열될 때 오히려 부피가 줄어드는 구간이 있다. 물질과 조건을 정하지 않고 팽창 방향을 단정하기 어렵다.

늘어날 공간이 없을 때

물체의 자유로운 팽창을 다른 구조가 막으면 내부에 응력이 생길 수 있다. 따라서 온도 변화의 영향은 크기가 얼마나 바뀌는지에만 한정되지 않는다. 이음부와 여유 공간, 서로 다른 재료의 결합 조건도 중요하다.

서로 다른 재료의 결합

두 재료의 팽창 정도가 다르면 함께 붙어 있을 때 변형이 일어날 수 있다. 바이메탈은 이런 차이를 이용하는 예다. 서로 다른 물질을 결합한 제품의 거동을 이해할 때 각 재료의 특성뿐 아니라 경계 조건도 살펴야 한다.

관련 문서

온도 / 열 / 고체 / 액체 / 유리 / 재료과학