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Uma Calculadora CTE (Coeficiente de Expansão Térmica) ajuda engenheiros, cientistas de materiais e pesquisadores a determinar o quanto um material se expande ou contrai quando exposto a mudanças de temperatura. O coeficiente de expansão térmica (CTE) é uma propriedade crucial de materiais usados nas indústrias de construção, manufatura, aeroespacial e automotiva.
Entender o CTE de um material é essencial para prevenir estrutural falhas, projetando componentes resistentes ao calor e garantindo a compatibilidade entre materiais que sofrem variações de temperatura.
Esta calculadora simplifica o processo de determinar o quanto um material mudará de tamanho com base em seu valor CTE, comprimento inicial e variação de temperatura.
Fórmula
O coeficiente de expansão térmica (CTE) é calculado usando a seguinte fórmula:
Onde:
- CTE é o coeficiente de expansão térmica (expresso em graus Celsius ou graus Kelvin, normalmente denotado como 1/°C ou 1/K).
- ΔL é a mudança no comprimento (comprimento final - comprimento inicial, medido em metros ou outras unidades de comprimento).
- L0 é o comprimento original do material (em metros ou outras unidades de comprimento).
- ΔT é a mudança de temperatura (temperatura final - temperatura inicial, medida em graus Celsius ou Kelvin).
Esta fórmula permite aos usuários determinar o comportamento de expansão ou contração do material sob diferentes condições térmicas.
Valores CTE pré-calculados para materiais comuns
Para ajudar os usuários a consultar rapidamente os valores de CTE para vários materiais, aqui está uma tabela de coeficientes típicos de expansão térmica:
| Material | CTE (1/°C) × 10⁶ | CTE (1/K) × 10⁶ |
|---|---|---|
| Alumínio | 23.1 | 23.1 |
| Cobre | 16.5 | 16.5 |
| Aço (carbono) | 11.7 | 11.7 |
| Aço inoxidável | 16.0 | 16.0 |
| Concreto | 10.0 | 10.0 |
| Vidro | 5.0 | 5.0 |
| Silício | 2.6 | 2.6 |
Esta tabela fornece uma referência rápida para engenheiros e designers que precisam levar em conta a expansão térmica em seus projetos.
Exemplo
Vamos calcular a expansão de uma barra de alumínio que tem inicialmente 1.5 metro de comprimento quando a temperatura aumenta de 25°C para 75°C.
Dado:
- L0 = 1.5 metros
- ΔT = 75 - 25 = 50°C
- CTE para alumínio = 23.1 × 10⁻⁶ 1/°C
Aplicando a fórmula:
ΔL = CTE × L0 × ΔT
ΔL = (23.1 × 10⁻⁶) × (1.5) × (50) = 0.00173 metros (ou 1.73 mm)
Então, a barra de alumínio se expande em 1.73 mm quando exposta a um aumento de temperatura de 50°C.
Perguntas frequentes mais comuns
O CTE ajuda engenheiros a prever como os materiais irão se expandir ou contrair devido a mudanças de temperatura. Isso é crítico para integridade estrutural, ajuste de componentes e gerenciamento de estresse térmico em aplicações de engenharia.
Sim, o CTE de um material pode mudar com base na faixa de temperatura, processo de fabricação e pureza do material. Alguns materiais exibem expansão não linear em temperaturas extremas.