いう言葉を聞いたことがあると思います。多くの方は、小学校理科で空気を温める実験で熱膨張を経験していると思います。熱により材料の体積が膨張する(大きくなる)ことです。材料は温度によって、伸びたり縮んだりします。従って、温度変化が大きな環境で使用する機械や製品の場合、熱膨張を考慮した設計が必要です。熱膨張を考慮した代表的な設計の事例として、鉄道のレールがあります。レールは一本物ではなく、短い複数のレールを繋ぎあわせて作ります。等の理由以外に、熱膨張の影響を避ける目的があります。レールは夏場には高温となり伸びます。そのため「遊間」という継ぎ目を作り、隙間を設けています。この隙間がそれぞれのレールが伸びた際にぶつからない役割を果たします。隙間がなければ夏場に膨張したレールがぶつかり合い、逃げ場を失ったレールが曲がったり、盛り上がったりします。これは重大な事故に繋がります。従って、設計を行う場合、温度変化を考慮した設計が必要となってきます。レールの場合は隙間が必要ですが、機能上必ずしも隙間を必要としている訳ではありません。隙間がない場合は、温度の変化により、その物体の内部に応力が発生します。以下のように常温(T1)から高温(T2)になった場合、材料は伸びます。T2:上昇後温度の公式で伸びた量を計算することができます。線膨張係数は材質毎に決まっています。伸びる係数のことです。以下に主な材質の線膨張係数を示します。分だけ縮めたことと同じとなります。縮めたため、内部にはひずみが発生します。熱ひずみεはε=α(T2-T1)の式で求められます。従って、材料内に発生する応力はフックの法則によりσ=Eε=Eα(T2-T1)となります。