Thermischer Ausdehnungskoeffizient – Was ist das?

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• Was ist der thermische Ausdehnungskoeffizient?

Was ist der thermische Ausdehnungskoeffizient?

Alle Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe bestehen aus Teilchen. Wenn sich die Temperatur erhöht, bewegen sich diese immer schneller. Dadurch benötigen sie mehr Platz. Der Stoff dehnt sich also aus und die Dichte nimmt gleichzeitig ab. Der thermische Ausdehnungskoeffizient $\alpha$ entscheidet darüber, wie stark diese Ausdehnung bei Temperaturänderung ist.

Bei Festkörpern schwingen die Teilchen nur sehr wenig hin und her. Bei steigenden Temperaturen nimmt die Längenänderung proportional zur spezifischen Wärmekapazität des Materials zu. Ein Stoff mit hoher spezifischer Wärmekapazität (z.B. Holz) dehnt sich also mehr aus als einer mit kleiner (z.B. Keramik).

Flüssigkeiten dehnen sich im Allgemeinen stärker aus als Feststoffe. Wasser nimmt eine absolute Sonderstellung ein. Es erreicht seine höchste Dichte bei $4^\circ C$ und dehnt sich beim Gefrieren ($0^\circ C$) wieder aus. Man bezeichnet dieses Phänomen als Dichteanomalie des Wassers.

Am stärksten dehnen sich Gase bei Wärmezufuhr aus, da die Teilchen frei beweglich sind. Der thermische Ausdehnungskoeffizient ist bei allen idealen Gasen gleich: $\alpha\approx 0,00341 \frac{1}{K}$.

Die Längen- oder Raumausdehnung geschieht allerdings nicht gleichmäßig, sondern hängt von der Temperatur und dem Umgebungsdruck ab. Die angegebenen Wärmedehnungskoeffizienten in Tabellen gelten in der Regel für Materialien unter Normaldruck und $20^\circ C$.