เครื่องคำนวณการขยายตัวทางความร้อนของเหล็ก
คำนวณว่าชิ้นส่วนโลหะจะขยายหรือหดตัวตามอุณหภูมิ ป้อนความยาว การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ และวัสดุ จากนั้นจะได้ค่าการเปลี่ยนแปลงความยาว ความยาวสุดท้าย และการขยายตัวต่อเมตร
การขยายตัวเนื่องจากความร้อน
การขยายตัวเชิงเส้น ΔL = α L ΔT ค่าสัมประสิทธิ์เป็นค่าเฉลี่ยใกล้เคียงอุณหภูมิห้อง และจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยที่อุณหภูมิสูง
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นเนื่องจากความร้อน
| วัสดุ | α (×10⁻⁶/°C) | α (×10⁻⁶/°F) | การขยายตัวของ 10 m ที่ ΔT 50 °C |
|---|---|---|---|
| เหล็กกล้าคาร์บอน | 12.0 | 6.7 | 6.0 mm |
| สเตนเลส 304 | 17.3 | 9.6 | 8.7 mm |
| สเตนเลส 316 | 16.0 | 8.9 | 8.0 mm |
| สเตนเลส 430 | 10.4 | 5.8 | 5.2 mm |
| เหล็กกล้าเครื่องมือ | 11.5 | 6.4 | 5.8 mm |
| เหล็กหล่อ | 10.5 | 5.8 | 5.2 mm |
| อะลูมิเนียม | 23.1 | 12.8 | 11.6 mm |
| ทองแดง | 16.5 | 9.2 | 8.2 mm |
| ทองเหลือง | 19.0 | 10.6 | 9.5 mm |
| ไทเทเนียม | 8.6 | 4.8 | 4.3 มม. |
| โลหะผสมนิกเกิล | 13.0 | 7.2 | 6.5 มม. |
| อินวาร์ 36 | 1.2 | 0.7 | 0.6 มม. |
| คอนกรีต | 12.0 | 6.7 | 6.0 มม. |
| แก้ว | 9.0 | 5.0 | 4.5 มม. |
คำถามที่พบบ่อย
จะคำนวณการขยายตัวเนื่องจากความร้อนของเหล็กได้อย่างไร?
คูณค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนด้วยความยาวเริ่มต้นและด้วยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ: delta-L = alpha x L x delta-T สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอน alpha มีค่าประมาณ 12 x 10^-6 ต่อองศาเซลเซียส
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของเหล็กคือเท่าใด?
เหล็กกล้าคาร์บอนมีค่าประมาณ 12 x 10^-6 /°C สแตนเลส 304 สูงกว่ามากที่ 17.3 เฟอร์ริติก 430 คือ 10.4 และอินวาร์ 36 มีค่าเพียง 1.2 — ซึ่งเป็นเหตุผลที่ใช้อินวาร์ในที่ที่ความเสถียรของมิติมีความสำคัญ
คานเหล็กขยายตัวเท่าใด?
คานเหล็กกล้าคาร์บอนยาว 10 ม. เมื่อได้รับความร้อน 40 °C จะขยายตัวประมาณ 4.8 มม. นั่นคือเหตุผลที่ใช้ข้อต่อขยายและรูเจาะร่องในโครงสร้างยาวและท่อส่ง
หน่วยอุณหภูมิมีความสำคัญหรือไม่?
เฉพาะขนาดขององศาเท่านั้น การเปลี่ยนแปลง 1 °C เท่ากับการเปลี่ยนแปลง 1.8 °F ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์ต่อ °F คือค่าต่อ °C หารด้วย 1.8 ใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิ ห้ามใช้อุณหภูมิสัมบูรณ์ที่มีค่าชดเชยเด็ดขาด
เครื่องมือที่เกี่ยวข้อง: ความสามารถในการรับน้ำหนัก · ช่วงคาน · ตัวเลือกคาน · การแอ่นตัว · น้ำหนักโลหะ · เครื่องคำนวณทั้งหมด
Thermal Expansion Calculator for Steel
Calculate the dimensional changes in steel components due to temperature variations. Understand and plan for thermal expansion or contraction in engineering and construction projects.
Thermal Expansion Results
Thermal Expansion Visualization
Understanding Thermal Expansion in Steel
What is Thermal Expansion?
Thermal expansion is the tendency of matter to change its dimensions in response to a change in temperature. Most materials expand when heated and contract when cooled. The change in length, area, or volume is proportional to the original dimension and the temperature change.
For engineering applications involving steel, accounting for thermal expansion is crucial in:
- Bridge design and expansion joints
- Railway track installation
- Piping systems and steam lines
- Building facades and structural elements
- Precision machine components
- Industrial equipment subject to temperature variations
How Thermal Expansion is Calculated
The basic formulas for calculating thermal expansion are:
Linear expansion: ΔL = α × L₀ × ΔT
Area expansion: ΔA = 2α × A₀ × ΔT
Volume expansion: ΔV = 3α × V₀ × ΔT
Where:
ΔL, ΔA, ΔV = Change in length, area, or volume
α = Coefficient of linear thermal expansion
L₀, A₀, V₀ = Initial length, area, or volume
ΔT = Temperature change
The coefficient of thermal expansion (α) varies between different types of steel based on their composition and structure.
Thermal Expansion Coefficients for Steel
The thermal expansion coefficient describes how much a material expands per unit length for each degree of temperature increase.
| Steel Type | Coefficient (α) in 10⁻⁶/°C | Temperature Range |
|---|---|---|
| Carbon Steel | 11.7 | 20-100°C |
| Mild Steel | 13.0 | 20-100°C |
| Stainless Steel 304 | 10.8 | 20-100°C |
| Stainless Steel 316 | 16.0 | 20-100°C |
| Structural Steel | 14.0 | 20-100°C |
| Tool Steel | 12.0 | 20-100°C |
| Low Expansion Steel | 10.0 | 20-100°C |
Note: These values may vary slightly depending on the exact composition and production method of the steel.
Practical Considerations for Engineers
- Expansion Joints: For long steel structures, expansion joints should be provided at appropriate intervals to accommodate thermal movement.
- Fixing Points: Consider where the structure is fixed and where it's free to move to predict the direction of expansion.
- Thermal Stress: If a component is constrained and cannot expand freely, thermal stress will develop according to: σ = E × α × ΔT (where E is Young's modulus).
- Differential Expansion: When different materials are joined, their different expansion rates can cause bending or warping.
- Temperature Range: Design for the full range of temperatures the structure will experience, not just average conditions.
Using This Calculator
- Select the object type (linear, area, or volume)
- Enter the initial dimensions
- Specify the initial and final temperatures
- Choose the steel type or enter a custom thermal expansion coefficient
- Indicate if the element has movement constraints
- Click "Calculate Thermal Change" to see results
The calculator will display the expected dimensional changes and, if requested, detailed analysis including thermal stress calculations for constrained elements.