금속 열팽창계수(Coefficient of Thermal Expansion) 계산

열팽창 계수(CTE)는 금속 재료를 가열 시 특정 재료의 길이(또는 부피)가 변경되는 능력을 나타낸다. 작은 온도 범위에서 재료의 길이 변화는 온도 변화에 비례하며 비례 계수는 선팽창계수 α에 해당한다 . 재료의 이 계수가 클수록 온도 증가에 따라 더 많이 팽창합니다.

또한 등방성 재료의 경우 부피팽창계수  β = 3α  입니다 .

 

그림 1. 선팽창 모식도

 

온도 변화에 따른 선팽창 식은 아래와 같다.

 

(식 1) ΔL = α⋅Lo⋅ΔT

 

ΔL : 길이 변화, Lo : 초기 재료 길이

ΔT : 온도 변화

α : Coefficient of Thermal Expansion(CTE)

 

그림 2. 부피팽창 모식도

 

등방성재료의 경우 온도상승에 따른 부피팽창은 식 2와 같다.

 

(식 2) ΔV=3⋅α⋅Vo⋅ΔT

 

ΔV : 부피 변화, Vo : 초기 재료의 부피

β = 3 α : 부피팽창계수

 

각종 금속재료의 열팽계수(Coefficient of Thermal Expansion)는 아래 표와 같다.

표 1. 각종 금속의 열팽창계수

 

선팽창 계산

초기 온도 (℃) :

최종 온도 (℃) :

선팽창계수, α (x10⁻⁶K⁻¹) :

재료 초기 길이, Lo (mm) :

     

재료 최종 길이 (mm) :

길이 변화, ΔL (mm) :

 

부피팽창 계산

부피팽창계수, β (x10⁻⁶K⁻¹) :

재료 초기 부피, Vo (mm3) :

     

재료 최종 부피 (mm3) :

부피 변화, ΔV (mm3) :

 

부피팽창 계산시 필요한 초기 온도와 최종 온도는 위의 선팽창 계산기의 입력값을 사용하므로 입력후 사용한다.