2010/04/26

熱膨張率

物質の熱による長さや体積の変化と機構を組み合わせることで、ものを動かす力として利用することができます(「Gerrit van Bakel」の作品のように)。

Wikipediaによると、熱膨張率とは、温度の上昇によって物体の長さ・体積が膨張する割合を、1K(℃)当たりで示したもの。

線膨張率(線膨張係数):温度の上昇に対応して長さが変化する割合

主な物質の線膨張率(×10−6/℃):
水銀 60
アルミニウム 23
黄銅 19
コンクリート 12
鉄・鋼 12.1(S30C:11.5)
無水ケイ酸 0.5
ダイヤモンド 1.1
パイレックスガラス 3.2
タングステン 4.3
炭化ケイ素 (SiC) 6.6
クロム 6.8
粘土 8
硬質ガラス 8.5
アランダム 8.7
白金 9
煉瓦 9.5
酸化マグネシウム 9.7
アンチモン 12
炭素鋼 10.8
ステンレス鋼 (SUS410) 10.4
ステンレス鋼 (SUS304) 17.3
コバルト 12.4
ニッケル 12.8
ビスマス 13.3
金 14.3
銅 16.8
フッ化カルシウム 19.5
ケイ素 24
マグネシウム 25.4
亜鉛 26.3
スズ 26.9
カドミウム 28.8
鉛 29.1
塩化ナトリウム 40.5
氷 (0℃) 50.7
硫黄 64
ナトリウム 75
カリウム 83
パラフィン 110
ゴム 110

1メートルのアルミの場合:
線膨張率は23、つまり23×0.000001/Kなので、1m=1000mmのアルミ棒であれば1度上がると0.023mm長くなる。
アルミ棒材100mで10度上がれば23mm長くなる。
A5052(O材:汎用アルミ)の引張力は195N/mm2=19.9kgf/mm2。1mm角材で約20kg持ち上げられる。10mm角なら2000kg程度なので、車1~2台(カローラ1台約1000kg)は持ち上げられる。
A7075(超超ジュラルミン)の引張力は55kgf/mm2。1mm角材で55kgの人間を持ち上げられる。
10倍の「てこ」を使えば、上記条件で230mmを約3.3mm角のアルミで55kgの人間を持ち上げられる。

その他の材料:
また、「バイメタル」(熱膨張率が異なる2枚の金属板を貼り合わせたもの)を使うことで、動く仕組みに用いることも可能。
あるいは、電気を流すことで収縮する「バイオメタル」がある。
製品としては:
バイオメタル・ファイバー」:
 ・収縮率5%
 ・径:0.05mm, 0.075mm, 0.1mm, 0.15mmの4タイプ
 ・引張り強度:0.2kgf, 0.45kgf, 0.8kgf, 1.8kgf(上記タイプごと)
 ・重量:12.5mg/m, 28mg/m, 50mg/m, 112mg/m


バイオメタル・へリックス」:
 ・収縮率50%(約半分の長さになる)
収縮率は大きいが、バイオメタル・ファイバーをコイル状(マイクロコイル・スプリング状)に加工したもので、そのため引張力は落ちる。

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