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熱膨張と密度
材料の熱膨張は、商業的に大きな損害をもたらす可能性がある。 例えば建築では、温度変化による長さの変化を補うためにエキスパンション・ジョイントを設けなければならない。さらに、接触している材料の膨張係数を互いに一致させなければならない。 セラミック本体と釉薬の膨張係数が違いすぎると、いわゆる「クモの巣状のひび割れ」が生じ、古い磁器皿でしばしば観察される。
膨張はすべての空間方向で起こるため、質量は一定のまま密度が変化する。 異方性材料の場合、膨張は方向に依存するので、膨張の方向を特定しなければならない。 その結果、密度や体積膨張係数を決定するためには、すべての空間方向を考慮しなければなりません。
熱膨張の定義
熱膨張係数 熱膨張係数は、1ケルビンの温度変化に対する長さの相対的変化として定義される：
α= ∆L/(L0 *∆T)
mit:
∆L：長さ変化［m］
L0：出力長［m］
∆T：温度変化［K］
K-1（「ケルビンあたり」）のα単位で表示される。 これは温度依存性であるため、考慮する温度範囲によって変化するが、その程度は小さいことが多い。 その大きさは通常10-6 K-1であるため、「ppm K-1」で示されることが多い。
膨張係数の低い材料は、例えば石英ガラスや金属インバーで、膨張係数は1ppm K-1未満である。 膨張係数が大きいのはポリマーである（最大約200ppm K-1）。 温度範囲によっては負の膨張を示す材料もある。
相変化
同じ材料でも相によって膨張係数は異なる。 例えば、ガラス 転移温度以上のポリマーの膨張係数は、それ以下のものよりも大きい。
90℃までは立方晶-空間中心の結晶構造が安定し（α-鉄）、906℃から1401℃までは最も立方晶密度の高い（β-鉄）、1539℃を超えると再び立方晶-空間中心の結晶構造（δ-鉄）に戻る。 最も立方晶密度の高い充填の空間充填率（74％）は、立方晶中心の充填の空間充填率（68％）よりも大きいので、相転移には密度のジャンプがあり、したがって長さのジャンプもある。 これらは鉄合金の相転移を検出するのに使われる：
膨張係数の測定
選択すべき測定方法は、試料の凝集状態、測定する試料の膨張係数の大きさ、考慮する温度範囲によって異なります。 試料の機械的特性も、適切な試料の作製、ひいては測定方法の選択において考慮しなければなりません。
液体
液体の膨張や密度は、一般にピクノメーターによって測定される。
この場合、一定体積の試料を温度制御し、質量を測定する。
通常、液体は温度の上昇とともに膨張する。 よく知られている例外は、4℃で密度が最大になる水である（「水の異常」）。
さらに、いわゆる曲げ 振動 法が用いられる。
この場合、密度は、調査対象の液体で満たされた曲げ振動子の固有振動数の測定から計算される。
液体は、適切な液体容器を使用して、プッシュロッド式希釈計で測定することもできます。 プッシュロッドダイラトメーター.この場合、液体から気体が漏れたり、容器から気体が漏れたりしないようにします。
ソリッドボディ
固形物は通常、（プッシュロッド式）ダイラトメーターまたは熱機械分析装置（TMA）を用いて測定される。 熱機械分析装置(TMA).この場合、試料をオーブンに入れ、プッシュロッドで接触させる。試料の長さの変化はプッシュロッドによってセンサーに伝えられる。使用するオーブンによっては、-263～+2800℃の 温度 範囲をカバーできる。温度範囲に応じて、石英ガラス、酸化アルミニウム、グラファイト製のプッシュロッドが使用されます。センサーとしては、差動 トランス （LVDT – linear variable differential transformers）、最近では光学式エンコーダーが主に使用されています。
試料が加工しにくかったり、壊れやすかったり、変形しやすかったりして、接触する押し棒の力に耐えられない場合、 光学式ダイラトメーターとも呼ばれる。 加熱顕微鏡が使われる。この場合、プッシュロッド式ダイラトメーターと同様、試料は炉の中に置かれる。試料はカメラで観察され、その画像が測定される。画像解析により、膨張（ここでは2次元でも）だけでなく、形状や融解の変化も観察することができます。 接触角を計算することができる。
粉末試料は専用のアダプターで測定する。
この場合、密閉された空気が抜けるようにし ますが、試料は抜けません （液体の測定に似ています）。
試料の圧縮度（嵩密度、振動密度、タッピング密度） も観察する必要があります。
特に膨張係数の低い材料は、干渉 法を用いて測定される。
この場合、単色光は試料から反射され、第二のビームと干渉する （マイケルソン干渉計の原理）。
長さの変化は、使用する光の波長と干渉の回数に起因する。
このような測定装置は レーザーダイラトメーター.
