Flestir fastir hlutir þenjast út línulega þegar hitastig breytist. Línulega þensla er hvort lengd hlutarins eykst eða lengd hans minnkar. Venjulega eykst lengd hlutarins þegar hitastigið hækkar, en lengd hlutarins minnkar þegar hitastigið lækkar. Þú gætir haldið að línuleg þensla geti aðeins átt sér stað á hlutum eins og þunnum vírum. Til dæmis, skoðaðu bíl sem er lagður við vegkantinn, þannig að hann er útsettur fyrir sólinni. Þegar bíllinn ofhitnar getur járnplatan þykknað eða hliðarlengdin aukist. Þök húsa úr sinki geta einnig þenst út. Í þessu tilfelli, þegar sink ofhitnar, aukast brúnir sinksins í breidd og sinkið getur jafnvel þykknað. Hið sama gerðist með járnbrautarteinana og járnið eða stálið á brúnni.
Flestir fastir hlutir þenjast út eða minnka þegar hitastig hlutarins breytist, þannig að við þurfum að vita hvernig hitastigsbreytingarnar hafa áhrif á útþenslu fastra hluta. Til dæmis bil í járnbrautarteinunum. Járnbrautarteinar eru úr stáli. Verkfræðingarnir höfðu reiknað út breidd bilsins á milli hverrar teina. Á heitum degi þenst teininn út um nokkra sentimetra. Þegar lest ekur fram hjá honum eykst hitastig teinanna einnig þannig að teininn lengist um hversu marga sentimetra. Á köldum nóttum minnka teinarnir um hversu marga sentimetra.
Byggt á niðurstöðum greiningarinnar áætla verkfræðingarnir fjarlægðina á milli bilanna í teinunum, þannig að þegar hitastig teinanna hækkar snertast teinarnir ekki hver við annan og beygist.
Til að hjálpa okkur að reikna út formúlu sem segir til um sambandið milli hitabreytinga og stærðar lengdarþenslu, skoðum við fastan hlut sem þenst út, eins og sýnt er á myndinni hér að neðan.
To = upphafshitastig, T = lokahitastig, Lo = upphafslengd, ΔL = breyting á lengd, L = lengd eftir útvíkkun, ΔT = breyting á hitastigi.
Þegar hitastig hlutar = T o (hluturinn er enn kaldur), þá er lengd hlutar = L o . Þegar hitastig hlutarins = T (hitastig hlutarins hækkar), þá er lengd hlutarins = L.
Samkvæmt niðurstöðum athugana og tilrauna eru breytingar á lengd hlutarins í réttu hlutfalli við breytingar á hitastigi. Ef hitastigið eykst, eykst lengd hlutarins. Aftur á móti, þegar hitastigið lækkar, minnkar lengd hlutarins. Breyting á lengd hlutarins er einnig í réttu hlutfalli við lengd upprunalega hlutarins (Lo). Ef breytingar á hitastigi eru þær sömu, munu hlutir sem eru til dæmis 10 metra langir tvöfaldast að lengd samanborið við hluti sem eru aðeins 5 metra langir. Því lengri sem hluturinn er, því meiri er útþensla hans.
Breytingar á lengd hlutar (L) eru í réttu hlutfalli við breytingar á hitastigi (ΔT): ΔL α ΔT
Breytingar á lengd hlutar (ΔL) eru í réttu hlutfalli við lengd upprunalega hlutarins (L o ): ΔL α L o
Breytingar á lengd hvers hlutar eru mismunandi. Þó að hitabreytingarnar séu þær sömu, þá er útþensla járns ekki sú sama og gler. Eins og með aðra hluti. Þannig er línulega útþensla háð línulegri útþenslustuðli hvers hlutar. Því hærri sem línulega útþenslustuðullinn er, því meiri er lengdaraukningin. Því minni sem línulega útþenslustuðullinn er, því minni er lengdaraukningin. Hægt væri að segja að breyting á lengd hlutar sé í réttu hlutfalli við línulega útþenslustuðulinn.
∆ L ∝ α
Þrjár samanburðarleiðirnar hér að ofan eru tjáðar í jöfnu:
Lýsing: ΔL = Breyting á lengd, α = Línuleg útvíkkunarstuðull (einingar α = K -1 eða (C o ) -1 , L o = Upphafslengd, ΔT (T 1 – T o ) ΔT = Breytingar á hitastigi (lokahitastig – upphafshitastig)
Heildarlengd hlutar eftir útvíkkun eða rýrnun er hægt að fá með því að leggja saman upphafslengd hlutarins (L o ) og breytinguna á lengd hlutarins (ΔL).
Lýsing: ΔL = lengd hlutarins eftir útvíkkun eða minnkun, Lo = Upphafslengd hlutarins, ΔL = L – Lo = Lengdarbreytingin, α = Línuleg útvíkkunarstuðullinn (einingar af α = K-1 eða (Co)-1, ΔT = T – To = Hitastigsbreyting, To = Upphafshitastig, T = lokahitastig.
Ef hitastigsbreytingin (TTo ) er neikvæð, þá er lengdarbreytingin (LLo ) einnig neikvæð.
Í þessu tilviki minnkar lengd hlutarins. Ef hitastigsbreytingin (TT o ) er hins vegar jákvæð, þá er lengdarbreytingin (LL o ) einnig jákvæð. Í þessu tilviki lengjast hlutir.
Eftirfarandi er gildi línulegrar útþenslustuðuls föstra hluta við 20°C. Lögun fljótandi og gaskenndra efna breytist þannig að þessar tvær gerðir efna geta ekki upplifað línulega útþenslu. Línuleg útþenslustuðull fösts hlutar er einnig háður hitastigi. Við mismunandi hitastig er línuleg útþenslustuðull föstra hluta einnig breytilegur. Ef hitastigsmunurinn er ekki of mikill, þá er munurinn á línulegri útþenslustuðlinum ekki svo mikill að hægt sé að hunsa hann.
