電線をよく観察すると、たるみのために下向きに曲がっていることに気づくでしょう。電線はなぜ単に張るのではなく、意図的に緩められているのでしょうか。東ヌサ・トゥンガラ州のフローレス島とレンバタ島の屋根のほとんどは亜鉛（Zn）でできています。昼夜を問わず、亜鉛の屋根は音を立てます。なぜ亜鉛は音を立てるのでしょうか。ジャワ島に住んでいると、鉄道の線路を見たことがあるかもしれません。レールの継ぎ目には隙間があります。レールの継ぎ目のこれらの隙間の役割は何でしょうか。膨張というテーマに関連して、考えたり質問したりできることはたくさんあります。
長さの拡張
ほとんどの固体は、温度が変化すると線膨張を起こします。これは、長さが増減することを意味します。一般的に、物体は温度が上昇すると長さが増し、温度が下がれば長さが減ります。線膨張は細いワイヤーのような物体にしか起こらないと思うかもしれません。例えば、道路脇に駐車して日光にさらされている車を考えてみましょう。車が過熱すると、金属板が厚くなったり、側面の長さが長くなったりすることがあります。亜鉛の屋根も線膨張を起こします。この場合、亜鉛が過熱すると、亜鉛の端が膨張し、亜鉛自体も厚くなることがあります。鉄道の線路や鉄橋、鋼橋でも同様のことが起こります。
ほとんどの固体は温度が変化すると膨張または収縮するため、温度変化が固体の膨張にどのように影響するかを理解する必要があります。これは、機器、建物、車両などの設計に非常に役立ちます。たとえば、鉄道のレールの隙間を考えてみましょう。鉄道のレールは鋼鉄でできています。技術者は、各レール間の隙間の幅を計算しています。暑い日には、レールは数センチメートル膨張します。列車がレールの上を通過すると、レールの温度も上昇し、レールが何センチメートル膨張するかがわかります。寒い夜には、レールは何センチメートル収縮するかがわかります。分析に基づいて、技術者はレールの温度が上昇したときにレール同士が接触して曲がらないように、レール間の距離を推定します。
温度変化と線膨張量の関係を示す公式を導き出すために、右図に示すように、膨張している固体物体を考えてみましょう。キャプション：To = 初期温度、T = 最終温度、Lo = 初期長さ、L = 膨張後の長さ、ΔL = 長さの変化、ΔT = 温度の変化。
物体の温度が T o (物体がまだ冷たい状態) のとき、物体の長さは L oです。物体の温度が T に上昇すると、物体の長さは L になります。観察と実験の結果に基づくと、物体の長さの変化は温度の変化に比例します。温度が上昇すると、物体の長さは増加します。逆に、温度が低下すると、物体の長さは減少します。物体の長さの変化は、物体の初期の長さ (L o ) にも比例します。温度変化の大きさが同じ場合、たとえば長さ 10 メートルの物体は、長さが 5 メートルの物体と比較して、長さが 2 倍になります。したがって、物体が長いほど、物体の膨張は大きくなります。
物体の長さの変化（ΔL）は、温度の変化（ΔT）に比例する。
物体の長さの変化（ΔL）は、物体の初期の長さ（L）に比例する。o）：
各物体の長さの変化は異なります。 温度変化 同様に、鉄の膨張はガラスの膨張とは異なります。他の物体についても同様です。したがって、線膨張は各物体の線膨張係数に依存します。各物体の線膨張係数は実験によって求められます。線膨張係数が大きいほど、長さの増加は大きくなります。線膨張係数が小さいほど、長さの増加は小さくなります。つまり、物体の長さの変化は線膨張係数に比例すると言えます。
上記の3つの比較は、以下の式で表されます。
膨張または収縮後の物体の全長は、物体の初期の長さ（L）を合計することで得られます。o）および物体の長さの変化（ΔL）。
温度が変化するとき（TT）o) が負の場合、長さの変化 (LL)o）も負の値です。この場合、物体の長さは減少します。逆に、温度変化（TT）がo）が正の場合、長さの変化（LL）oも正の値です。この場合、物体の長さは増加します。
以下は、20 ℃における固体の線膨張係数です。液体や気体は形状が変化するため、線膨張は起こりません。固体の線膨張係数は温度にも依存します。温度が異なると、固体の線膨張係数も変化します。温度差がそれほど大きくない場合は、線膨張係数の差もそれほど大きくないため、無視できます。
体積膨張
長さの膨張は固体のみが経験する現象であり、体積の膨張は固体、液体、気体を問わず、すべての物体が経験する現象である。体積膨張の式は、長さの膨張の式と類似している。
上記の体積膨張式は、物体（固体、液体、気体のいずれであっても）の体積変化が物体の初期体積よりも小さい場合にのみ有効です。物体の体積変化が物体の初期体積よりも大きい場合、体積膨張式は正確な結果を示しません。通常、固体物体の体積変化はそれほど大きくありません。一方、液体や気体の体積係数の値は非常に大きいです。また、気体の体積係数は温度変化によって容易に変化します。したがって、上記の式は固体物体の膨張にのみ使用されます。気体の体積変化を求める式は、高校2年生の気体分子運動論の単元で学習します。
