📏 熱膨張の計算

📖 熱膨張の使い方と解説

金属やプラスチックなどの材料は、温度が上がると伸び、下がると縮みます。この計算ツールでは、線膨張係数・元の長さ・温度変化を入力するだけで、材料が何ミリ伸び縮みするか（熱膨張による伸び量）をすぐに求められます。配管や鉄道レール、機械部品の設計で必要な「逃がし量」の確認に役立ちます。

使い方

• 線膨張係数（1/K）：材料ごとに決まった値。鋼は約12×10⁻⁶、アルミは約23×10⁻⁶、銅は約17×10⁻⁶が目安です。
• 長さ（mm）：温度が変わる前の元の長さを入力します。
• 温度変化（℃）：使用後の温度から元の温度を引いた差。上昇なら正、下降なら負の値を入れます。
• 結果（伸び量）：プラスなら伸び、マイナスなら縮みを表します。元の長さに足せば、変化後の全長が分かります。

計算のしくみ・計算式

熱膨張による伸び量は、次の式で求めます。

ΔL ＝ α × L × ΔT
（ΔL：伸び量、α：線膨張係数、L：元の長さ、ΔT：温度変化）

線膨張係数とは「1℃の温度上昇あたり、長さがどれだけの割合で伸びるか」を示す数値です。たとえば線膨張係数12×10⁻⁶の鋼を、長さ10m（10,000mm）で40℃温めると、ΔL＝12×10⁻⁶×10,000×40＝4.8mm。つまり約4.8mm伸びる計算になります。橋の継ぎ目や長い配管では、この数ミリの伸びを逃がす隙間が欠かせません。

よくある質問

Q. 線膨張係数が分からないときは？

A. 一般的な目安として、鋼・鉄は約11〜13×10⁻⁶、ステンレスは約17×10⁻⁶、アルミは約23×10⁻⁶、銅は約17×10⁻⁶、コンクリートは約10×10⁻⁶です。正確な値は材料メーカーの仕様書（データシート）で確認してください。

Q. 温度が下がる場合も計算できますか？

A. できます。温度変化（ΔT）にマイナスの値を入れると、結果もマイナス（縮み）になります。式は伸びでも縮みでも同じで、符号で向きを表します。

Q. 体積や面積の膨張も求められますか？

A. このツールは長さ方向の膨張（線膨張）専用です。面積膨張は線膨張係数の約2倍、体積膨張は約3倍が近似の目安になります。

知っておくと役立つこと

• 長さが長いほど、温度差が大きいほど、伸び量は比例して増えます。短い部品では無視できても、長尺材では無視できない差になります。
• 異なる材料を組み合わせると、温度変化で膨張差が生じ、反りや緩み、ガラスの割れの原因になります。バイメタル温度計はこの差を逆に利用した仕組みです。
• 線膨張係数は厳密には温度で少しずつ変わります。広い温度範囲を扱うときは、使用温度域に合った係数を使うと精度が上がります。