Stellen wir uns anstelle eines kreisförmigen Lochs ein quadratisches Loch vor. Sie können ein quadratisches Loch auf zwei Arten erhalten, Sie können es aus einem vollständigen Blatt herausschneiden oder Sie können eines erhalten, indem Sie ein Blatt in 9 kleine Quadrate schneiden und das mittlere wegwerfen. Da die 8 äußeren Quadrate beim Erhitzen alle größer werden, muss auch das innere Quadrat (das Loch) größer werden:

Dasselbe passiert mit einem runden Loch.

Dies ist für die Menschen verwirrend, da die wichtigste Erfahrung, die sie mit Sachen machen, die beim Erhitzen größer werden, das Kochen ist. Wenn Sie ein Loch in der Mitte eines Kekses lassen und es kochen, wird der Keks größer und das Loch kleiner. Der Grund dafür ist jedoch, dass der Cookie nicht so fest ist. Es ist eher wie eine Flüssigkeit, es verformt sich. Und wie Ilmari Karonen betont, dehnt sich das Cookie-Blatt nicht stark aus, sodass Reibungskräfte am Werk sind.

Die Antwort von David Zaslavski ist richtig und vollständig. Aber ich möchte eine andere Sichtweise auf das Problem vorschlagen.

Denken Sie an die ausgeschnittene Scheibe und stellen Sie sich vor, Sie heizen sie auch genau so, wie Sie die Platte erhitzen. Nach dem Erhitzen passt die Scheibe genau in das Loch, als ob sie zuerst erhitzt und dann ausgeschnitten worden wäre. Daher wird sich das Loch ausdehnen.

Gute Frage! Unter der Annahme, dass die Scheibe gleichmäßig und isotrop ist (in verschiedenen Richtungen gleich), dehnt sich das Loch im gleichen Verhältnis wie das Metall aus. Sie können dies sehen, weil die Wärmeausdehnungsgleichung

$$ \ mathrm {d} L = L \ alpha \ mathrm {d} T $$

für alle mit dem verknüpften Längen gilt Metall, einschließlich des Umfangs des Lochs, da der Rand des Lochs aus Metall besteht. Und wenn sich der Umfang des Lochs vergrößert, vergrößert sich auch der Durchmesser.

Wenn Sie eine Scheibe mit verschiedenen Bereichen haben, die aus verschiedenen Metallarten bestehen, oder wenn das Metall, aus dem Ihre Scheibe besteht, anisotrop ist Kristallstruktur (so dass sie sich durch verschiedene Faktoren in verschiedene Richtungen ausdehnt), dann ist die Analyse komplizierter. In beiden Fällen würde das Loch jedoch immer noch größer werden, da die Gesamtgröße der Größe immer noch eine Erweiterung darstellt.

Um das Loch zum Schrumpfen zu bringen, müssten Sie ein Material mit einem Negativ verwenden Wärmeausdehnungskoeffizient $ \ alpha < 0 $, was bedeutet, dass er kleiner wird, wenn die Temperatur höher wird. In diesem Fall würde die gesamte Disc beim Erhitzen schrumpfen. Wikipedia hat einen Eintrag zu diesen Materialien (h / t Kevin Reid).

Wenn Sie in einem Autohaus gearbeitet haben, kennen Sie die Antwort bereits.

Wenn eine Achse in einem Kugellager stecken bleibt, können Sie sie herausziehen, indem Sie das Lager mit a erwärmen Schweißbrenner. Das gesamte Lager, einschließlich des Lochs in der Mitte, dehnt sich aus und ermöglicht es Ihnen, die Achse frei zu ziehen.

Ich bin Maschinist. Wir erhitzen üblicherweise Löcher, um sie in verschiedenen Anwendungen zu erweitern. Zum Beispiel, um Lager zu installieren, die eine Presspassung erfordern. Wir verwenden flüssigen Stickstoff, um auch die Lager einzufrieren. Wenn beide Objekte zu Umgebungstemperaturen zurückkehren, schrumpft das Loch. Wir können sogar innerhalb einer gewissen Toleranz kontrollieren, wie viel. Betrachten Sie auf atomarer Ebene, was geschieht. Am Ende des Tages? Erhitze ein Loch und es dehnt sich aus. Wenn es abkühlt, schrumpft es.

Ich denke, dass hier eine wichtige Annahme am Werk ist. Das Loch wird sich ausdehnen, solange das Material ausreichend steif ist. Da die meisten Dinge, die wir erweitern möchten, starr sind (z. B. Glasdeckel und Achslager) und eine Scheibe wahrscheinlich aus einer vergleichsweise starren Legierung wie Stahl besteht, kann man allgemein sagen, dass sich das Loch ausdehnen würde . Aber ich denke, Sie könnten auch eine Scheibe erstellen, in der das Loch schrumpfen würde; Ich würde erwarten, dass ein Loch in einer Scheibe aus einem formbaren Material mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten (wie Gold oder Blei) schrumpft.

Ich weiß, dass es bereits beantwortet wurde. Nur eine andere Perspektive. Wenn ein fester Körper erwärmt wird, dehnt er sich aus, als ob wir durch eine Lupe schauen - alles sieht größer aus, einschließlich des Lochs in der Scheibe.
Daher dehnt sich das Loch in der Scheibe aus, wenn es erhitzt wird.