보고서를 쓰는 이유

인터넷에서 기차가 다니는 철도가 열을 받아 팽창하다 그 부피가 일정 이상으로 커져 철로가 엿가락처럼 흐트러져 있는 사진을 본 적이 있다. 물체가 열이 받으면 부피가 늘어나는 것은 알고 있었으나 그 정확한 이유와 정도는 알지 못했는데 찾아본 결과 ‘팽창계수’가 물체마다 달라서임을 알게 되었다. 이것을 보면서 하나의 소재인 철로도 팽창계수 때문에 선로를 이탈하는데, 열대, 온대, 한대 지방에 있는 건축물들이 팽창계수가 존재함에도 무너지지 않고 버틸 수 있는 이유가 궁금해졌다. 이에 평소에 내가 관심 있었던 건축분야에서도 이 원리를 어떻게 다루게 되어 활용되는지 궁금해 보고서를 쓰게 되었다.

서론

1) 팽창계수의 정의

-팽창계수란 무엇인가?

평창계수란 간단히 말하면 온도가 오를때마다 그 부피가 팽창하고 온도가 낮아질때마다 부피가 수축하는 것을 말한다. 좀더 자세히 말하면 온도 변화(1°C 또는 1K)에 따라 재료의 단위 길이 또는 부피가 팽창하거나 수축하는 비율을 나타내는 고유 물성치를 말한다.

-팽창게수의 종류

팽창계수에도 종류가 있다

• 선팽창계수

선팽창계수란, 고체가 열을 받아 팽창할 때 고체의 단위길이당 길이의 변화를 말하며, 다음과 같다.

이때 L은 고체의 원래 길이, ΔT는 온도 변화량, ΔL은 길이 변화량이다.

2. 부피팽창계수

부피팽창계수란, 고체가 열을 받아 팽창할 때 고체의 단위 부피당 부피의 변화량을 말하며 다음과 같다.

β=3α(이때 α는 선팽창계수이다)

-팽창계수로 인한 문제점

(엔진블럭, 베어링등등 사례 넣기)

팽창계수로인해 발생하는 문제점은 많다. 일단 대표적으로 다른 나라나 기온 차이가 심한 나라끼리의 무역에서 팽창계수로 인해 물품의 수치가 줄거나 늘기 때문이다. 또한 조금 지난 이슈지만 한번 기차 철도가 팽창계수로 인해 크게 휘어져 기차 운행에 문제를 야기하기도 하였다.

-팽창계수를 고려한 사례

방금 위에 말한 사례처럼 철도같은경우는 일부러 철도 사이에 간격을 주어서 여름철에 철도끼리 끼어서 휘는 것을 방지한다. 또한 열에 영향으로 인한 팽창계수 수치가 낮은 물질을 사용하여 이를 방지할수 있다. 수치로는 간략하게 이정도가 있다.

본론1

팽창계수가 발생하는 원인

물질이 열을 받아 내부 입자의 운동에너지가 증가하면서 입자 간 거리가 멀어지기 때문이다. 열을 받은 분자는 열진동으로 인해 서로의 거리가 멀어지고 이 힘으로 인해 부피가 커진다.

반대로 온도가 저하되면 진동이 가라앉고 수축하게 된다.

이로인해 팽창계수가 발생한다.

본론2

팽창계수를 고려하여 지어진 건축물의 원리

보통 팽창계수가 별거 아닌 작용같지만 이는 매우 중요한 작용이다. 때문에 다양한 구조물들은 이를 고려하여 짓기도 한다.

처음으로 우리가 가장 잘 알고있는 에펠탑이 있다. 이는 설계 당시 팽창계수를 고려하여 격자형 구조를 이용해 중간중간 빈공간을 활용하였고, 리벳 접합을 사용하였다. 이는 용접과 다르게 금속의 미세한 움직임이나 진동을 어느정도 유연하게 받아낼수 있다. 두 번째는 다리이다. 다리는 큰 사고가 일어날 수 있는 만큼 정밀한 계산이 필요한 구조이다. 그런 다리에서도 팽창계수를 고려하여 설계를 한다. 다리에서는 신축이음 장치를 사용한다. 신축 이음 장치란 교량의 상판 사이나 교량과 도로가 만나는 지점에 설치되어, 온도 변화와 외부 하중에 의한 구조물의 변형을 흡수하는 핵심 부속 장치를 뜻한다.

본론3

본론4

결론(+생각과 태도 변화)

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2)