WÄRMEAUSDEHNUNG

Wärme|ausdehnung,

 

thẹrmische Ausdehnung, bei Erwärmung im Allgemeinen auftretende Vergrößerung des Volumens (z. B. Gas, Flüssigkeit) oder der Länge (z. B. Stab) eines Körpers, die auf der mit zunehmender Temperatur stärker werdenden Wärmebewegung im Körper beruht. Bei Gasen erhöht sich dabei die mittlere kinetische Energie der Gasmoleküle und damit der Druck auf die Gefäßwände. In Festkörpern tritt die Wärmeausdehnung als Folge von Anharmonizitäten der Gitterschwingungen auf und ist aufgrund der Gitterstruktur bei bestimmten Kristallen richtungsabhängig.

 

Ein Maß für die Wärmeausdehnung ist der thermische Volumenausdehnungskoeffizient (kubischer Ausdehnungskoeffizient, Formelzeichen α oder γ):

 

α gibt die relative Änderung des Volumens V in Abhängigkeit von der Temperatur T bei konstantem äußerem Druck p an und wird meist auf das Volumen V₀ im Normzustand (T = 273,15 K, p = 101 325 Pa) bezogen.Rechnerisch erhält man α aus der Zustandsgleichung des Systems. Für ideale Gase ist α = 1 / T = 1/273,15 K und damit gleich dem Spannungskoeffizienten; reale Gase weichen im Allgemeinen wenig von diesem Wert ab. Gewisse Stoffe (z. B. Wasser, Wismut) zeigen in bestimmten Temperaturbereichen bei Temperaturerhöhung eine Volumenverringerung (im Fall von Wasser zwischen 0 ºC und 4 ºC, Anomalie des Wassers), haben also dort einen negativen Ausdehnungskoeffizienten. (Kompressibilität)

 

Für feste Körper lässt sich analog ein thermischer Längenausdehnungskoeffizient (linearer Ausdehnungskoeffizient) als relative Längenänderung in Abhängigkeit von der Temperatur definieren (näherungsweise gleich einem Drittel des kubischen Ausdehnungskoeffizienten). Innerhalb begrenzter Temperaturbereiche kann der lineare Ausdehnungskoeffizient als konstant betrachtet werden, und die Längenänderung verläuft etwa proportional zur Temperaturänderung. - Beispiele für praktische Anwendungen der Wärmeausdehnung sind das Flüssigkeitsthermometer sowie Bimetalle für temperaturempfindliche Regler und Schalter.