Wärmeausdehnungs-Rechner
Berechnen Sie die lineare ΔL = αL₀ΔT, die flächige ΔA ≈ 2αA₀ΔT und die volumetrische ΔV = βV₀ΔT Wärmeausdehnung für über 20 Materialien. Sofortige Ergebnisse mit Schritt-für-Schritt-Lösungen.
Schnellvorlagen
Wählen Sie ein Material aus, geben Sie L₀ und ΔT ein, um die Ausdehnung zu berechnen. Geben Sie für Benutzerdefiniert α direkt ein.
ΔL (Änderung)
m
ΔL in mm
mm
Endlänge L
m
% Änderung
%
Schritt-für-Schritt
Select material, enter dimensions and ΔT. For volume of liquids, switch to the Flüssigkeits dropdown.
ΔL / ΔA / ΔV
unit
Endwert
unit
% Änderung
%
Schritt-für-Schritt
Was ist Wärmeausdehnung?
Die Wärmeausdehnung ist die Tendenz von Materie, ihr Volumen bei Erwärmung zu vergrößern. Wenn die Temperatur steigt, vibrieren Atome und Moleküle stärker und nehmen mehr Platz ein., pushing each other apart and causing the material to occupy more space. This effect occurs in solids, liquids, and gases.
Bei Festkörpern unterscheiden wir drei Arten: linear (change in one dimension), area (change in two dimensions), and volumetric (change in all three dimensions). Engineering applications must account for thermal expansion in bridges, rails, pipelines, and precision instruments.
Linear, Fläche, and Volumetrisch Expansion
Die drei Ausdehnungsarten hängen durch die isotrope Natur der meisten Materialien zusammen. of most materials. If a material expands by factor α in every direction:
| Typ | Formel | Koeffizient | Beziehung |
|---|---|---|---|
| Linear | ΔL = α·L₀·ΔT | α | — |
| Fläche | ΔA ≈ 2α·A₀·ΔT | 2α | 2 × lineares α |
| Volumetrisch (solid) | ΔV ≈ 3α·V₀·ΔT | β = 3α | 3 × lineares α |
| Volumetrisch (liquid) | ΔV = β·V₀·ΔT | β (direct) | Direkt gemessen |
Koeffizient Table for Common Materials
| Material | α (×10⁻⁶/°C) | β = 3α (×10⁻⁶/°C) |
|---|---|---|
| Aluminium | 23.1 | 69.3 |
| Stahl (Kohlenstoff) | 11.0 | 33.0 |
| Beton | 12.0 | 36.0 |
| Kupfer | 17.0 | 51.0 |
| Glas (Pyrex) | 3.3 | 9.9 |
| Glass (window) | 8.5 | 25.5 |
| Titan | 8.6 | 25.8 |
| Wolfram | 4.5 | 13.5 |
| Quarz (geschmolzen) | 0.59 | 1.77 |
| Wasser (liquid) | — | 210 (β direct) |
| Ethanol | — | 1100 (β direct) |
Anomalous Expansion of Wasser
Wasser behaves unusually between 0°C and 4°C — it contracts as temperature rises (negative β in this range), reaching maximum density at exactly 4°C. Below 4°C, it expands as it cools, and below 0°C, ice is about 9% less dense than liquid water.
This anomaly is crucial for aquatic life: lakes freeze from the top down (ice floats), preserving liquid water beneath. The thermal expansion calculator's water preset uses β ≈ 210×10⁻⁶/°C (valid above 4°C at ~20°C reference).
Technische Anwendungen (Brücken, Schienen, Rohre)
Brücken: Steel bridge girders can expand tens of millimetres across a seasonal temperature range of 50°C+. Expansion joints (roller bearings and sliding plates) allow free movement without buckling.
Eisenbahnen: Continuous welded rail (CWR) is pre-stressed during installation at a neutral temperature so that rail stress remains compressive in summer and tensile in winter, avoiding buckling and cracking.
Rohrleitungen: Expansion loops and bellows compensate for thermal growth in steam lines and oil pipelines that operate at high temperatures relative to their installation conditions.
Bimetallstreifen: Two metals with different α are bonded together. When heated, the strip bends toward the metal with the lower α. Used in thermostats and circuit breakers.
Berechnungsbeispiele
Beispiel 1 — Stahlbrücke, 100m, +30°C
Example 2 — Aluminium rod, 1m, +100°C
Example 3 — Beton area, 10m², +40°C
Example 4 — Wasser tank, 1000L, +50°C