Većina čvrstih tijela doživljava linearno širenje kada se temperatura promijeni. Linearno širenje je povećanje duljine tijela ili smanjenje duljine tijela. Obično se duljina tijela povećava kada temperatura raste, dok se duljina tijela smanjuje kada temperatura pada. Možda mislite da se linearno širenje može dogoditi samo na objektima poput tankih žica. Na primjer, pogledajte automobil koji je parkiran uz cestu, pa je izložen suncu. Kada se automobil pregrije, željezna ploča može postati deblja ili se duljina stranice može povećati. Krovovi kuća od cinka također se mogu širiti. U ovom slučaju, kada se cink pregrije, rubovi cinka se povećavaju u širini, a cink može čak postati i deblji. Isto se dogodilo sa željezničkim tračnicama i željezom ili čelikom na mostu.
Većina čvrstih predmeta se širi ili skuplja kada se temperatura predmeta promijeni, stoga moramo znati kako promjene temperature utječu na širenje čvrstih predmeta. Na primjer, razmak u željezničkim tračnicama. Željezničke tračnice izrađene su od čelika. Inženjeri su izračunali širinu razmaka između svake tračnice. Za vrućeg dana tračnica će se proširiti za nekoliko centimetara. Kada prolazi vlak, temperatura tračnica se također povećava tako da se tračnica isteže za koliko centimetara. Za hladnih noći tračnice se skupljaju za koliko centimetara.
Na temelju rezultata analize, inženjeri procjenjuju udaljenost između razmaka tračnica, tako da kada temperatura tračnica poraste, tračnice se ne dodiruju i ne savijaju.
Kako bismo lakše izveli formulu koja opisuje odnos između promjena temperature i veličine širenja duljine, promotrimo čvrsto tijelo koje se širi, kao što je prikazano na slici ispod.
To = početna temperatura, T = konačna temperatura, Lo = početna duljina, ΔL = promjena duljine, L = duljina nakon širenja, ΔT = promjena temperature.
Kada je temperatura objekta = T o (objekt je još uvijek hladan), duljina objekta = L o . Kada je temperatura objekta = T (temperatura objekta se povećava), duljina objekta = L.
Na temelju rezultata opažanja i eksperimenata, promjene duljine objekta proporcionalne su promjenama temperature. Ako se temperatura povećava, duljina objekta se povećava. Suprotno tome, kada se temperatura smanjuje, duljina objekta se smanjuje. Promjena duljine objekta također je proporcionalna duljini izvornog objekta (Lo). Ako su promjene temperature iste, objekti dugi 10 metara, na primjer, bit će udvostručeni u duljini u usporedbi s objektima dugim samo 5 metara. Dakle, što je objekt dulji, to je veće njegovo širenje.
Promjene duljine objekta (L) proporcionalne su promjenama temperature (ΔT): ΔL α ΔT
Promjene duljine objekta (ΔL) proporcionalne su duljini izvornog objekta (L o ): ΔL α L o
Promjene duljine 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, to je veće povećanje duljine. Što je manji koeficijent linearnog širenja, to je manje povećanje duljine. Moglo bi se reći da je promjena duljine objekta proporcionalna koeficijentu linearnog širenja.
∆ L ∝ α
Tri gornje usporedbe izražene su jednadžbom:
Opis: ΔL = Promjena duljine, α = Koeficijent linearnog širenja (jedinice α = K -1 ili (Co ) -1 , Lo = Početna duljina, ΔT (T1 – To ) ΔT = Promjene temperature (konačna temperatura – početna temperatura)
Ukupna duljina objekta nakon širenja ili skupljanja može se dobiti zbrajanjem početne duljine objekta (L o ) i promjene duljine objekta (ΔL ).
Opis: ΔL = duljina objekta nakon širenja ili skupljanja, Lo = Početna duljina objekta, ΔL = L – Lo = Promjena duljine, 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 (TT o ) negativna, tada je i promjena duljine (LL o ) negativna.
U ovom slučaju, duljina objekta se smanjuje. Obrnuto, ako je promjena temperature (TT o ) pozitivna, tada je i promjena duljine (LL o ) pozitivna. U ovom slučaju, objekti se povećavaju u duljini.
Slijedi vrijednost koeficijenta linearnog širenja čvrstih tijela pri temperaturi od 20 °C. Oblik tekućih i plinovitih tvari mijenja se tako da ove dvije vrste tvari ne mogu doživjeti linearno širenje. Koeficijent linearnog širenja čvrstog tijela također ovisi o temperaturi. Pri različitim temperaturama, koeficijent linearnog širenja čvrstih tijela također varira. Ako temperaturna razlika nije prevelika, razlika u koeficijentu linearnog širenja nije prevelika pa se može zanemariti.
