Calcolo dilatazione termica LINEARE e VOLUMETRICA

Calcolo dilatazione termica LINEARE e VOLUMETRICA

Calcolo dilatazione termica

Calcolo dilatazione termica

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La dilatazione termica è il fenomeno fisico che si realizza quando in un corpo (liquido, gassoso o solido) si verifica un aumento di volume all’aumentare della temperatura.

A livello atomico, si spiega con la variazione dell’oscillazione degli atomi attorno ad un punto di equilibrio, che normalmente viene identificato con la lunghezza di legame. In realtà l’oscillazione non è simmetrica, ma è maggiore nel senso dell’allontanamento dal punto di equilibrio. A livello microscopico ciò si traduce in un aumento del volume del materiale con l’aumento della temperatura.

Come si deduce dal nome, il materiale si dilata in risposta all’aumento di temperatura. Nel caso l’andamento di tale dilatazione in funzione della variazione di temperatura sia lineare (come è per la maggior parte dei materiali per piccole variazioni – vedi sviluppo in serie di Taylor) resta definito il coefficiente di dilatazione termica. Nei corpi solidi, avvengono tre tipi di dilatazione: dilatazione cubica, dilatazione superficiale e dilatazione lineare.

Wikipedia

La definizione di wikipedia è una buona rappresentazione del fenomeno fisico che sta dietro il calcolo della dilatazione termica. In ingegneria conoscere bene queste formule e poterle applicare con facilità può essere utile in molti casi pratici. In edilizia, a dir la verità, è poco utilizzata, in quanto le variazioni di dimensione derivanti dal un ΔT si applicano ad elementi “corti”, invece strutture con elementi “lunghi”, ad esempio nelle travi da ponte, possono nascere delle coazioni derivanti appunto dalle dilatazioni termiche, che vanno valutate in sede progettuale.

Un’altra breve considerazione sull’influenza delle dilatazioni termiche hanno sulle opere civili, riguarda l’accostamento di materiali diversi. Accostare materiali con un coefficiente di dilatazione simile, porta a degli innegabili vantaggi, e in genere si cerca di fare questo, prendiamo ad esempio il cls e l’acciaio, sono stati accoppiati per formare il cemento armato, anche perchè hanno, appunto, un comportamento molto simile se soggette ad una differenza di temperatura.

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Calcolo dilatazione termica monoassiale

ΔT x L0 x α = ΔL

Dove:

ΔT= differenza di temperatura (T-T0)

L0= lunghezza iniziale

α = è il coefficiente di dilatazione lineare (e si misura in K−1).

ΔL= dilatazione termica lineare

La lunghezza finale si trova aggiungendo a quella iniziale “L0” la dilatazione avvenuta ΔL.

Calcolo dilatazione termica volumetrica

ΔT x V0 x k = ΔV

Dove:

ΔT=differenza di temperatura (T-T0)

V0= volume iniziale

k= è il coefficiente di dilatazione cubica. Esso esprime l’aumento volumetrico di un corpo, avente un volume iniziale unitario di 1 m³, quando la sua temperatura aumenta di 1 °C.

ΔV=dilatazione termica volumetrica

Il volume finale si trova aggiungendo a quello iniziale “V0” la dilatazione avvenuta ΔV.

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