Većina čvrstih objekata doživljava linearno širenje kada se temperatura promijeni. Linearno širenje je povećanje dužine objekta ili smanjenje dužine objekta. Obično se dužina objekta povećava kada temperatura raste, dok se dužina objekta smanjuje kada temperatura pada. Možda mislite da se linearno širenje može dogoditi samo na objektima kao što su tanke žice. Na primjer, pogledajte automobil koji je parkiran pored puta, pa je izložen suncu. Kada se automobil pregrije, željezna ploča može postati deblja ili se dužina stranice može povećati. Krovovi kuća od cinka također mogu doživjeti širenje. U ovom slučaju, kada se cink pregrije, rubovi cinka se povećavaju u širini, a cink može čak postati i deblji. Ista stvar se dogodila sa željezničkim tračnicama i željezom ili čelikom na mostu.
Većina čvrstih objekata se širi ili skuplja kada se temperatura objekta promijeni, tako da moramo znati kako promjene temperature utiču na širenje čvrstih objekata. Na primjer, praznina u željezničkim tračnicama. Željezničke tračnice su napravljene od čelika. Inženjeri su izračunali širinu praznine između svake šine. Tokom vrućeg dana, šina će se proširiti za nekoliko centimetara. Kada voz prođe pored šine, temperatura šine se također povećava, tako da se šina produži za koliko centimetara. Tokom hladnih noći, šine se skupljaju za koliko centimetara.
Na osnovu rezultata analize, inženjeri procjenjuju udaljenost između razmaka šina, tako da kada se temperatura šina poveća, šine se ne dodiruju i ne savijaju.
Da bismo lakše izveli formulu koja opisuje odnos između promjena temperature i veličine širenja dužine, razmotrimo primjer čvrstog tijela koje se širi, kao što je prikazano na slici ispod.
To = početna temperatura, T = konačna temperatura, Lo = početna dužina, ΔL = promjena dužine, L = dužina nakon širenja, ΔT = promjena temperature.
Kada je temperatura objekta = T o (objekt je još uvijek hladan), dužina objekta = L o . Kada je temperatura objekta = T (temperatura objekta se povećava), dužina objekta = L.
Na osnovu rezultata posmatranja i eksperimenata, promjene dužine objekta proporcionalne su promjenama temperature. Ako se temperatura povećava, dužina objekta se povećava. Obrnuto, kada se temperatura smanjuje, dužina objekta se smanjuje. Promjena dužine objekta također je proporcionalna dužini prvobitnog objekta (Lo). Ako su promjene temperature iste, objekti koji su, na primjer, dugi 10 metara bit će udvostručeni u dužini u poređenju s objektima koji su dugi samo 5 metara. Dakle, što je objekt duži, to je veće njegovo širenje.
Promjene dužine objekta (L) proporcionalne su promjenama temperature (ΔT): ΔL α ΔT
Promjene dužine objekta (ΔL) proporcionalne su dužini originalnog objekta (L o ): ΔL α L o
Promjene u dužini svakog objekta variraju. Iako su promjene temperature iste, širenje koje doživljava željezo nije isto kao i staklo. Slično je i s drugim objektima. Dakle, linearno širenje ovisi o koeficijentu linearnog širenja svakog objekta. Što je veći koeficijent linearnog širenja, veće je povećanje dužine. Što je manji koeficijent linearnog širenja, manje je povećanje dužine. Moglo bi se reći da je promjena dužine objekta proporcionalna koeficijentu linearnog širenja.
∆ L ∝ α
Tri gornja poređenja izražena su jednačinom:
Opis: ΔL = Promjena dužine, α = Koeficijent linearnog širenja (jedinice α = K -1 ili (Co ) -1 , Lo = Početna dužina, ΔT (T1 – To ) ΔT = Promjene temperature (konačna temperatura – početna temperatura)
Ukupna dužina objekta nakon širenja ili skupljanja može se dobiti sabiranjem početne dužine objekta (L o ) i promjene dužine objekta (ΔL ).
Opis: ΔL = dužina objekta nakon širenja ili skupljanja, Lo = Početna dužina objekta, ΔL = L – Lo = Promjena dužine, α = Koeficijent linearnog širenja (jedinice α = K-1 ili (Co)-1, ΔT = T – To = Promjena temperature, To = Početna temperatura, T = konačna temperatura.
Ako je promjena temperature (TTo ) negativna, onda je i promjena dužine (LLo ) negativna.
U ovom slučaju, dužina objekta se smanjuje. Obrnuto, ako je promjena temperature (TT o ) pozitivna, tada je i promjena dužine (LL o ) pozitivna. U ovom slučaju, objekti se povećavaju u dužini.
U nastavku slijedi vrijednost koeficijenta linearnog širenja čvrstih tijela na temperaturi od 20 °C. Oblik tečnih i gasovitih supstanci se mijenja tako da ove dvije vrste supstanci ne mogu doživjeti linearno širenje. Koeficijent linearnog širenja čvrstog tijela također ovisi o temperaturi. Na različitim temperaturama, koeficijent linearnog širenja čvrstih tijela također varira. Ako temperaturna razlika nije prevelika, razlika u koeficijentu linearnog širenja nije prevelika tako da se može zanemariti.
