Wärmeausdehnungskoeffizient: Metalle, Legierungen und allgemeine Materialien
Abbildung 1. Periodensystem [1]
Wärmeausdehnungskoeffizient von Metallen und Legierungen
|
Metall |
Wärmeausdehnung |
|
Admiralitätsmessing |
11.2 |
|
3 |
|
|
13.1 |
|
|
Aluminium Bronze |
9.0 |
|
Antimon |
5 |
|
Barium |
11.4 |
|
6.7 |
|
|
Beryllium Kupfer |
9.3 |
|
7.2 |
|
|
Messing |
10.4 |
|
Bronze |
10 |
|
Kalzium |
12.4 |
|
Gusseisen, grau |
5.8 |
|
Stahlguss, 3% C |
7.0 |
|
2.9 |
|
|
3.3 |
|
|
6.7 |
|
|
9.8 |
|
|
Kupfer-Basis-Legierung - Manganbronze |
11.8 |
|
Kupfer-Basis-Legierung - Nickel-Silber |
9.0 |
|
Kupfernickel |
9.0 |
|
6.8 |
|
|
19.4 |
|
|
5 |
|
|
Germanium |
3.4 |
|
7.9 |
|
|
3.3 |
|
|
Hastelloy C |
5.3 |
|
6.4 |
|
|
8.0 |
|
|
18.3 |
|
|
Invar |
0.67 |
|
3.3 |
|
|
Eisen, sphärisch perlitisch |
6.5 |
|
Eisen, rein |
6.8 |
|
15.1 |
|
|
15.6 |
|
|
14 |
|
|
12 |
|
|
Mangan Bronze |
11.8 |
|
Baustahl |
5.9 |
|
3.0 |
|
|
Monel |
7.8 |
|
5.3 |
|
|
7.2 |
|
|
Nickel-Knete |
7.4 |
|
3.9 |
|
|
Rotmessing |
10.4 |
|
Osmium |
2.8 |
|
5 |
|
|
Plutonium |
19.84 |
|
Kalium |
46 |
|
4.4 |
|
|
21 |
|
|
11 |
|
|
39 |
|
|
Rostfreier Stahl |
9.4 |
|
3.6 |
|
|
Thorium |
6.7 |
|
5.7 |
|
|
12.8 |
|
|
4.8 |
|
|
2.5 |
|
|
Uran |
7.4 |
|
4.4 |
|
|
14.6 |
|
|
19 |
|
|
3.2 |
Wärmeausdehnungskoeffizient gängiger Materialien
|
Produkt |
Temperatur Ausdehnung |
|
ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) thermoplastischer Kunststoff |
72 - 108 |
|
ABS -Glasfaserverstärkt |
31 |
|
Acetal - glasfaserverstärkt |
39 |
|
Acetale |
85 - 110 |
|
Acrylglas |
68 - 75 |
|
Bernstein |
50 - 60 |
|
Arsen |
4.7 |
|
Bakelit, gebleicht |
22 |
|
Barium-Ferrit |
10 |
|
Benzocyclobuten |
42 |
|
Messing |
18 - 19 |
|
Ziegelmauerwerk |
5 |
|
Bronze |
17.5 - 18 |
|
Kautschuk |
66 - 69 |
|
Gusseisen Grau |
10.8 |
|
Zelluloid |
100 |
|
Zelluloseacetat (CA) |
130 |
|
Celluloseacetatbutynat (CAB) |
96 - 171 |
|
Zellulosenitrat (CN) |
80 - 120 |
|
Chloriertes Polyvinylchlorid (CPVC) |
63 - 66 |
|
Chrom |
6 - 7 |
|
Lehmziegelstruktur |
5.9 |
|
Beton |
13 - 14 |
|
Struktur aus Beton |
9.8 |
|
Ebonit |
70 |
|
Epoxid - glasfaserverstärkt |
36 |
|
Epoxidharze, Gießharze und Verbindungen, ungefüllt |
45 - 65 |
|
Ethylen-Ethylacrylat (EEA) |
205 |
|
Ethylen-Vinylacetat (EVA) |
180 |
|
Fluorethylen-Propylen (FEP) |
135 |
|
Flussspat, CaF2 |
19.5 |
|
Glas, hart |
5.9 |
|
Glas, Platte |
9.0 |
|
Glas, Pyrex |
4.0 |
|
Granit |
7.9 - 8.4 |
|
Graphit, rein (Kohlenstoff) |
4 -8 |
|
Rotguss |
18 |
|
Eis, 0oCWasser |
51 |
|
Inconel |
11.5 - 12.6 |
|
Kalkstein |
8 |
|
Macor |
9.3 |
|
Marmor |
5.5 - 14.1 |
|
Mauerwerk, Ziegel |
4.7 - 9.0 |
|
Glimmer |
3 |
|
Monel-Metall |
13.5 |
|
Mörtel |
7.3 - 13.5 |
|
Nylon, allgemeine Zwecke |
50 - 90 |
|
Nylon, glasfaserverstärkt |
23 |
|
Phosphorbronze |
16.7 |
|
Gips |
17 |
|
Kunststoffe |
40 - 120 |
|
Polycarbonat - glasfaserverstärkt |
21.5 |
|
Polyester |
124 |
|
Polyester - glasfaserverstärkt |
25 |
|
Polyethylen (PE) |
108 - 200 |
|
Polyethylen (PE) - Hochmolekulares Gewicht |
108 |
|
Polyäthylenterephthalat (PET) |
59.4 |
|
Polypropylen (PP), ungefüllt |
72 - 90 |
|
Polypropylen - glasfaserverstärkt |
32 |
|
Polytetrafluorethylen (PTFE) |
112 - 135 |
|
Polyvinylchlorid (PVC) |
54 - 110 |
|
Porzellan, Industrie |
4 |
|
Quarz, geschmolzen |
0.55 |
|
Quarz, mineralisch |
8 - 14 |
|
Sandstein |
11.6 |
|
Saphir |
5.3 |
|
Wachs |
2 - 15 |
|
Wedgwood-Ware |
8.9 |
|
Holz, quer (rechtwinklig) zur Maserung |
30 |
|
Holz, Tanne |
3.7 |
|
Holz, parallel zur Maserung |
3 |
|
Holz, Kiefer |
5 |
Anmerkung: Die meisten Koeffizienten werden bei 25 Grad Celsius (77 Grad Fahrenheit) gemessen.
Wärmeausdehnungskoeffizient: FAQs
1. Was ist der thermische Ausdehnungskoeffizient?
Der Wärmeausdehnungskoeffizient bezieht sich auf die Geschwindigkeit, mit der sich ein Material ausdehnt oder zusammenzieht, wenn es Temperaturänderungen ausgesetzt ist. Er quantifiziert die Größenänderung eines Materials als Reaktion auf Temperaturveränderungen.
2. Wie wird der Wärmeausdehnungskoeffizient gemessen?
Wärmeausdehnungskoeffizienten werden üblicherweise mit Methoden wie der Dilatometrie oder der Interferometrie bestimmt, bei denen das Material kontrollierten Temperaturveränderungen ausgesetzt wird, was die Messung der anschließenden Dimensionsänderungen ermöglicht.
3. Warum ist der Wärmeausdehnungskoeffizient wichtig?
Die Kenntnis des Wärmeausdehnungskoeffizienten ist in verschiedenen Branchen von entscheidender Bedeutung, insbesondere im Bauwesen, im Ingenieurwesen und in der Werkstoffkunde. Er hilft bei der Vorhersage, wie Materialien auf Temperaturschwankungen reagieren, und verhindert strukturelle Schäden oder Ausfälle bei Anwendungen, die Temperaturschwankungen ausgesetzt sind.
4. Dehnen sich alle Materialien gleich schnell aus oder ziehen sie sich gleich schnell zusammen?
Nein, verschiedene Materialien weisen unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Zum Beispiel haben Metalle im Allgemeinen höhere Koeffizienten als Keramiken oder Polymere. Die Kenntnis dieser Unterschiede ist für die Auswahl von Materialien für bestimmte Anwendungen entscheidend.
5. Wie wirkt sich die Wärmeausdehnung auf Strukturen aus?
Thermische Ausdehnung kann Dimensionsänderungen in Strukturen verursachen, die zu Spannungen, Verformungen oder Rissen führen, wenn sich Materialien aufgrund von Temperaturschwankungen ungleichmäßig ausdehnen oder zusammenziehen. Dieses Phänomen muss bei architektonischen und technischen Entwürfen berücksichtigt werden.
6. Können Wärmeausdehnungskoeffizienten kontrolliert werden?
Es ist zwar schwierig, die einem Material innewohnenden thermischen Ausdehnungseigenschaften zu verändern, aber Ingenieure und Designer können die Auswirkungen durch konstruktive Überlegungen, Materialauswahl und die Verwendung von Verbundwerkstoffen mit maßgeschneiderten Eigenschaften abmildern.
7. Ist thermische Ausdehnung immer unerwünscht?
Während die thermische Ausdehnung bei einigen Anwendungen ein Problem darstellt, kann sie bei anderen von Vorteil sein. So nutzen beispielsweise Bimetallstreifen unterschiedliche Wärmeausdehnungsraten, um als Thermometer oder Schalter zu fungieren.
Referenz:
[1] National Center for Biotechnology Information (2024). Periodensystem der Elemente. Abgerufen am 8. Januar 2024 von https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/periodic-table/.
