
物体(在一定压力下)温度上升1℃时体积增大的数值跟它在0℃时体积数值相比所得的值。
体胀系数是物理学中描述物体体积随温度变化的重要参数,指在压强不变的条件下,单位温升引起的物体体积相对变化量,其定义公式为: $$ beta = frac{1}{V} left( frac{partial V}{partial T} right)_p $$ 其中$beta$表示体胀系数,$V$为物体体积,$T$为温度,$p$为压强。该系数单位为$^circ C^{-1}$或$K^{-1}$。
根据《物理学名词》第三版的定义,体胀系数适用于固体、液体和气体,但不同物态的计算方式存在差异。例如理想气体的体胀系数可通过状态方程推导为$beta=frac{1}{T}$,而固体通常需通过实验测定具体数值。在实际工程中,该参数被广泛应用于热力系统设计、材料热变形分析等领域,《工程热力学》指出桥梁接缝预留量、输油管道补偿器的设计均需精确计算体胀系数。
需注意体胀系数与线胀系数的区别:前者表征三维体积变化,后者仅描述单维线性膨胀,两者关系满足$beta approx 3alpha$($alpha$为线胀系数)。该近似关系在《材料科学基础》中被明确说明,适用于各向同性材料的小范围温变场景。
体胀系数(Coefficient of Volume Expansion)是描述物体温度变化时体积变化程度的物理量,其定义和特性如下:
体胀系数表示物体在压力恒定的条件下,温度每升高1℃时,体积变化量与其在0℃时原始体积的比值。公式为: $$ alpha = frac{V_t - V_0}{V_0 cdot t} $$ 其中:
当温度变化范围较小时,可直接用以下公式计算体积变化: $$ V_2 = V_1 left[ 1 + alpha (t_2 - t_1) right] $$ 适用于固体和液体,因其膨胀系数较小,线性近似成立。
物质类型 | 体胀系数(℃⁻¹) | 特点 |
---|---|---|
铁 | ~3.6×10⁻⁵ | 固体,膨胀程度小 |
水 | ~2.1×10⁻⁴(20℃时) | 液体,非线性变化 |
空气 | ~3.66×10⁻³(理想气体) | 气体,膨胀显著 |
注:部分网页(如)将“体胀系数”误作成语,实际为物理学术语,需注意区分。
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