Большасць цвёрдых аб'ектаў адчуваюць лінейнае пашырэнне пры змене тэмпературы. Лінейнае пашырэнне — гэта павелічэнне даўжыні аб'екта або памяншэнне даўжыні аб'екта. Звычайна даўжыня аб'екта павялічваецца пры павышэнні тэмпературы, тады як даўжыня аб'екта памяншаецца пры яе паніжэнні. Можна падумаць, што лінейнае пашырэнне можа адбывацца толькі ў такіх аб'ектах, як тонкія драты. Напрыклад, паглядзіце на аўтамабіль, які стаіць на ўзбочыне дарогі, таму ён знаходзіцца пад уздзеяннем сонца. Калі аўтамабіль пераграваецца, жалезная пласціна можа стаць таўсцейшай, або даўжыня боку можа павялічыцца. Дахі дамоў з цынку таксама могуць адчуваць пашырэнне. У гэтым выпадку, калі цынк пераграваецца, краю цынку павялічваюцца ў шырыню, і цынк можа нават стаць таўсцейшым. Тое ж самае адбылося з чыгуначнымі пуцямі і жалезам або сталлю на мосце.
Большасць цвёрдых аб'ектаў пашыраюцца або сціскаюцца пры змене тэмпературы аб'екта, таму нам трэба ведаць, як змены тэмпературы ўплываюць на пашырэнне цвёрдых аб'ектаў. Напрыклад, шчыліна ў чыгуначных шляхах. Чыгуначныя шляхі зроблены са сталі. Інжынеры разлічылі шырыню шчыліны паміж кожнай рэйкай. У спякотны дзень рэйка пашыраецца на некалькі сантыметраў. Калі міма рэйкі праязджае цягнік, тэмпература рэйкі таксама павялічваецца, таму рэйка расцягваецца на колькі сантыметраў. У халодныя ночы рэйкі сціскаюцца на колькі сантыметраў.
На падставе вынікаў аналізу інжынеры ацэньваюць адлегласць паміж прамежкамі паміж рэйкамі, каб пры павышэнні тэмпературы рэйкі не дакраналіся адна да адной і не згіналіся.
Каб дапамагчы нам вывесці формулу, якая вызначае сувязь паміж зменамі тэмпературы і велічынёй пашырэння, разгледзім цвёрдае цела, якое пашыраецца, як паказана на малюнку ніжэй.
To = пачатковая тэмпература, T = канчатковая тэмпература, Lo = пачатковая даўжыня, ΔL = змена даўжыні, L = даўжыня пасля пашырэння, ΔT = змена тэмпературы.
Калі тэмпература аб'екта = T o (аб'ект усё яшчэ халодны), даўжыня аб'екта = L o . Калі тэмпература аб'екта = T (тэмпература аб'екта павялічваецца), даўжыня аб'екта = L.
Зыходзячы з вынікаў назіранняў і эксперыментаў, змены даўжыні аб'екта прапарцыйныя зменам тэмпературы. Калі тэмпература павышаецца, даўжыня аб'екта павялічваецца. І наадварот, калі тэмпература паніжаецца, даўжыня аб'екта памяншаецца. Змена даўжыні аб'екта таксама прапарцыйная даўжыні зыходнага аб'екта (Lo). Калі змены тэмпературы аднолькавыя, аб'екты даўжынёй, напрыклад, 10 метраў, будуць удвая большыя ў параўнанні з аб'ектамі даўжынёй усяго 5 метраў. Такім чынам, чым даўжэйшы аб'ект, тым большае яго пашырэнне.
Змены даўжыні аб'екта (L) прапарцыйныя зменам тэмпературы (ΔT): ΔL α ΔT
Змены даўжыні аб'екта (ΔL) прапарцыйныя даўжыні зыходнага аб'екта (L o ): ΔL α L o .
Змены даўжыні кожнага аб'екта розныя. Нягледзячы на тое, што змены тэмпературы аднолькавыя, пашырэнне, якое адчувае жалеза, не такое ж, як у шкла. Гэтак жа і з іншымі аб'ектамі. Такім чынам, лінейнае пашырэнне залежыць ад каэфіцыента лінейнага пашырэння кожнага аб'екта. Чым большы каэфіцыент лінейнага пашырэння, тым большае павелічэнне даўжыні. Чым меншы каэфіцыент лінейнага пашырэння, тым меншае павелічэнне даўжыні. Можна сказаць, што змена даўжыні аб'екта прапарцыйная каэфіцыенту лінейнага пашырэння.
∆ L ∝ α
Тры вышэйзгаданыя параўнанні выражаны ў раўнанні:
Апісанне: ΔL = Змена даўжыні, α = Каэфіцыент лінейнага пашырэння (адзінкі α = K -1 або (Co ) -1 , Lo = Пачатковая даўжыня, ΔT (T1 – To ) , ΔT = Змена тэмпературы (канчатковая тэмпература – пачатковая тэмпература)
Агульную даўжыню аб'екта пасля пашырэння або сціскання можна атрымаць, склаўшы пачатковую даўжыню аб'екта (L o ) і змену даўжыні аб'екта (ΔL ).
Апісанне: ΔL = даўжыня аб'екта пасля пашырэння або сціскання, Lo = Пачатковая даўжыня аб'екта, ΔL = L – Lo = Змена даўжыні, α = Каэфіцыент лінейнага пашырэння (адзінкі α = K-1 або (Сo)-1, ΔT = T – To = Змена тэмпературы, To = Пачатковая тэмпература, T = канчатковая тэмпература.
Калі змяненне тэмпературы (TTo ) адмоўнае, то змяненне даўжыні (LLo ) таксама адмоўнае.
У гэтым выпадку даўжыня аб'екта памяншаецца. І наадварот, калі змяненне тэмпературы (TT o ) дадатнае, то змяненне даўжыні (LL o ) таксама дадатнае. У гэтым выпадку даўжыня аб'ектаў павялічваецца.
Ніжэй прыведзена значэнне каэфіцыента лінейнага пашырэння цвёрдых цел пры тэмпературы 20 °C. Форма вадкіх і газападобных рэчываў змяняецца такім чынам, што гэтыя два тыпы рэчываў не могуць адчуваць лінейнага пашырэння. Каэфіцыент лінейнага пашырэння цвёрдага целы таксама залежыць ад тэмпературы. Пры розных тэмпературах каэфіцыент лінейнага пашырэння цвёрдых цел таксама змяняецца. Калі розніца тэмператур не занадта значная, розніца ў каэфіцыенце лінейнага пашырэння не занадта значная, таму ёю можна занядбаць.
