열팽창
열팽창(熱膨脹, thermal expansion)이란 물질이 열을 받았을 때 그 부피가 커지는 현상을 말한다. 이유는 물질을 이루는 입자들이 열을 받음으로 인해 운동에너지가 커져 입자 운동이 활발해지기 때문이다. 금속의 경우 열팽창 될 때 변형되는 길이(Δl)는 변한 온도(ΔT), 섭씨 0도에서의 원래 금속 길이(l)와 1차비례하며 계수는 α로 표시한다. 식은 다음과 같다.
Δl=lα*ΔT
부피도 마찬가지로 위의 식에서 길이 l 대신 부피 V를, 계수 α 대신 β를 넣어서 표시하면 된다. 즉, ΔV=Vβ*ΔT이다. β=3α라는 근사가 있다.
이 근사에 대해서 정육면체로 상황을 단순화하면, 팽창한 부피 V' = V+ΔV = (1+β*ΔT)V이며, V'= (L'_x)(L'_y)(L'_z) = (1+α*ΔT)^3(L_x)(L_y)(L_z) = (1+α*ΔT)^3 * V이다. 따라서 (1+β*ΔT)=(1+α*ΔT)^3이며, α가 매우 작은 값이므로 α^n (n이 2이상일 때)를 0으로 처리(infinitesimal, 무한소)하여 (1+β*ΔT)=(1 + 3α*ΔT) 즉 β=3α이다.
액체의 열팽창 편집
액체는 고체와는 달리 일정한 모양이 없기 때문에 액체의 열팽창인 경우에는 체적 팽창만이 생각된다. 액체의 팽창계수는 고체의 경우와 동일하게 정의된다. 즉, 액체의 온도를 1K만큼 높였을 때에 체적이 팽창하는 비율이 그 액체의 팽창 계수이다. 액체의 체적 팽창 계수를 자세히 조사해 보면 온도에 따라서 조금씩 다른 값을 갖고 있다. 보통은 20°C의 값을 나타낸다. 또한, 알코올 온도계나 수은 온도계는 이들 액체의 규칙적인 체적 팽창을 이용한 것이다.
물의 열팽창 편집
액체의 온도를 올리면 그 체적은 팽창한다. 그러나 물만은 특별해서 0°C에서 4°C까지는 온도를 올리면 체적이 작아지는 성질이 있다. 그러나 4°C 이상은 보통의 액체와 같이 온도의 상승과 함께 체적도 증가한다. 체적이 변해도 질량에는 변화가 없으므로 물은 4°C일 때 밀도가 가장 크다.
