Ausdehnungskoeffizient

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Der Ausdehnungskoeffizient beschreibt die relative Veränderung der Ausmaße eines Materials durch seine Wärmeausdehnung pro Grad Celsius Temperaturerhöhung. Man unterscheidet den Längenausdehnungskoeffizienten (α) und den Raumausdehnungskoeffizienten (γ).

Inhaltsverzeichnis

Spiegelträgermaterial

Im Teleskopbau spielt der Ausdehnungskoeffizient eine wichtige Rolle für die Auswahl geeigneter Spiegelträger. Die Oberflächen von Glassorten mit einem hohen Ausdehnungskoeffizienten verändern ihre Form bei einer Temperaturänderung stärker als die Oberflächen von Glassorten mit einem niedrigen Ausdehnungskoeffizienten. Als Beispiel hier die (Längenausdehnungskoeffizienten einiger gebräuchlicher Glassorten. Der Ausdehnungskoeffizient beschreibt in diesem Fall die Längenveränderung über eine Materiallänge von einem Meter bei einer Erwärmung um 1°C (1K):

Tabelle: Ausdehnungskoeffizienten
gebräuchlicher Spiegelträgermaterialien
Bezeichnung α in 10-6 m/m/K
Fensterglas 7,6
Geräteglas 4,5
BK7 7.1
Borosilikatglas, Pyrex, Duran 50 3,25 bis 4,4
Quarzglas 0,51
Glaskeramik (Zerodur) 0,1
Sital, ULE < 0.01

Es sei noch angemerkt, dass das Problem der Verformung der Oberfläche des Spiegelträgers nur so lange besteht, wie der Spiegel noch nicht vollständig ausgekühlt ist. Ein perfekter Spiegel ist nach seiner vollständigen Auskühlung zwar geringfügig kleiner und er hat eine geringfügig kürzere Brennweite als der selbe Spiegel bei einer höheren Temperatur, seine Form ist aber wieder perfekt.

Materialien für Tubus- und Montierungsbau

Auch alle weiteren Materialien, die zum Bau eines Tubus benötigt werden unterliegen der Wärmeausdehnung. Dieser Umstamd kann durchaus Auswirkungen auf die Justierung des Gerätes oder Fokuslage bei Langzeitfotografie haben.

Tabelle: Ausdehnungskoeffizienten gebräuchlicher
Materialien im Tubus- und Montierungsbau
Bezeichnung α in 10-6 m/m/K Anmerkungen
Aluminium (rein) 23,8
Stahl 11,5
Ni-Stahl (36Ni, Invar) 1,0
Holz 8,0 Holz wird bei Erwärmung oft auch trockener. Daher
kann die Ausdehnung stark durch die entgegengesetzt
wirkende Schwindung überlagert sein.
Kohlefasern -1 bis +10 Stark abhängig von der Faserrichtung.
CFK 0,2 Durch wechselnde Faserrichtung kann der Wert
von α nahe Null eingestellt werden.

Beispiel: Wie verändert sich die Länge von Aluminium-Trusses, die bei Zimmertemperatur (20°C) eine Länge von 1200mm aufweisen, wenn sie in einer Winternacht ins Freie (-15°C) gebracht werden?

Temperaturänderung: 20°C -(-15°C) = -35°C entspricht -35°K
Wärmeausdehnungskoeffizient Aluminium: 23,8 * 10-6 m/m/K
Länge der Trusses 1,2m
23.8 * 10-6 * -35 * 1.2 = -0.0009996
-0.0009996m = -0.9996mm

Die Trusses sind demnach bei einer Temperatur von -15°C ca einen Millimeter kürzer als bei Zimmertemperatur.

Siehe auch

Weblinks

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