Көптеген қатты денелер температура өзгерген кезде сызықтық кеңеюді сезінеді. Сызықтық кеңею дегеніміз - дененің ұзындығының артуы немесе азаюы. Әдетте, дененің ұзындығы температура жоғарылаған кезде артады, ал температура төмендеген кезде дененің ұзындығы азаяды. Сызықтық кеңею тек жұқа сымдар сияқты заттарда ғана болуы мүмкін деп ойлауыңыз мүмкін. Мысалы, жол жиегінде тұрақта тұрған, сондықтан ол күнге ашық көлікті қарастырыңыз. Көлік қызып кеткенде, темір пластина қалыңдауы немесе бүйірінің ұзындығы артуы мүмкін. Мырыштан жасалған үйлердің шатырлары да кеңеюі мүмкін. Бұл жағдайда, мырыш қызып кеткенде, мырыштың шеттері ені ұлғаяды, ал мырыш тіпті қалыңдауы мүмкін. Теміржол рельстерімен және көпірдегі темір немесе болатпен де дәл осындай жағдай болды.
Қатты денелердің көпшілігі дене температурасы өзгерген кезде кеңейеді немесе кішірейеді, сондықтан температураның өзгеруі қатты денелердің кеңеюіне қалай әсер ететінін білуіміз керек. Мысалы, теміржол рельстеріндегі саңылау. Теміржол рельстері болаттан жасалған. Инженерлер әр рельс арасындағы саңылаудың енін есептеген. Ыстық күні рельс бірнеше сантиметрге кеңейеді. Пойызбен өткенде, рельс температурасы да артады, сондықтан рельс қанша сантиметрге созылады. Суық түндерде рельстер қанша сантиметрге дейін кішірейеді.
Талдау нәтижелеріне сүйене отырып, инженерлер рельс саңылаулары арасындағы қашықтықты бағалайды, осылайша рельс температурасы жоғарылаған кезде рельстер бір-біріне тиіп, майысып қалмайды.
Температураның өзгеруі мен ұзындықтың кеңею шамасы арасындағы байланысты көрсететін формуланы шығаруға көмектесу үшін, төмендегі суретте көрсетілгендей, кеңеюді бастан кешіріп жатқан қатты денені қарастырыңыз.
To = бастапқы температура, T = соңғы температура, Lo = бастапқы ұзындық, ΔL = ұзындықтың өзгеруі, L = кеңеюден кейінгі ұзындық, ΔT = температураның өзгеруі.
Нысан температурасы = T o болғанда (нысан әлі суық), нысан ұзындығы = L o . Нысан температурасы = T болғанда (нысан температурасы артады), нысан ұзындығы = L.
Бақылаулар мен тәжірибелердің нәтижелеріне сүйене отырып, нысан ұзындығының өзгеруі температураның өзгеруіне пропорционалды. Егер температура жоғарыласа, нысан ұзындығы артады. Керісінше, температура төмендеген кезде нысан ұзындығы азаяды. Нысан ұзындығының өзгеруі бастапқы нысанның ұзындығына (Lo) да пропорционалды. Егер температура өзгерістері бірдей болса, мысалы, ұзындығы 10 метр болатын нысандардың ұзындығы небәрі 5 метр болатын нысандармен салыстырғанда екі есе артады. Демек, нысан неғұрлым ұзын болса, нысанның кеңеюі соғұрлым үлкен болады.
Нысан ұзындығының өзгеруі (L) температураның өзгеруіне пропорционалды (ΔT): ΔL α ΔT
Нысанның ұзындығының өзгеруі (ΔL) бастапқы нысанның ұзындығына пропорционалды (Lo ) : ΔL α Lo
Әрбір заттың ұзындығының өзгеруі әртүрлі. Температураның өзгеруі бірдей болғанымен, темірдің кеңеюі шыны сияқты емес. Басқа заттар да солай. Демек, сызықтық кеңею әрбір заттың сызықтық кеңею коэффициентіне байланысты. Сызықтық кеңею коэффициенті неғұрлым үлкен болса, ұзындықтың артуы соғұрлым үлкен болады. Сызықтық кеңею коэффициенті неғұрлым кіші болса, ұзындықтың артуы соғұрлым кіші болады. Заттың ұзындығының өзгеруі сызықтық кеңею коэффициентіне пропорционалды деп айтуға болады.
∆ L ∝ α
Жоғарыдағы үш салыстыру теңдеуде көрсетілген:
Сипаттамасы: ΔL = Ұзындықтың өзгеруі, α = Сызықтық кеңею коэффициенті (бірліктер α = K -1 немесе (C o ) -1 , L o = Бастапқы ұзындық, ΔT (T 1 – T o ) ΔT = Температураның өзгеруі (соңғы температура – бастапқы температура)
Заттың кеңею немесе кішіреюден кейінгі жалпы ұзындығын заттың бастапқы ұзындығын (Lo) және заттың ұзындығының өзгеруін (ΔL) қосу арқылы алуға болады.
Сипаттамасы: ΔL = кеңейгеннен немесе кішірейгеннен кейінгі нысанның ұзындығы, Lo = Нысанның бастапқы ұзындығы, ΔL = L – Lo = Ұзындықтың өзгеруі, α = Сызықтық кеңею коэффициенті (α бірліктері = K-1 немесе (Co)-1, ΔT = T – To = Температураның өзгеруі, Тo = Бастапқы температура, T = соңғы температура.
Егер температураның өзгеруі (TT o ) теріс болса, онда ұзындықтың өзгеруі (LL o ) да теріс болады.
Бұл жағдайда заттың ұзындығы азаяды. Керісінше, егер температураның өзгеруі (TT o ) оң болса, онда ұзындықтың өзгеруі (LL o ) да оң болады. Бұл жағдайда заттардың ұзындығы артады.
Төменде 20 °C температурадағы қатты денелердің сызықтық кеңею коэффициентінің мәні келтірілген. Сұйық және газ тәрізді заттардың пішіні бұл екі зат түрі сызықтық кеңеюді сезінбейтіндей етіп өзгереді. Қатты дененің сызықтық кеңею коэффициенті температураға да байланысты. Әртүрлі температураларда қатты денелердің сызықтық кеңею коэффициенті де өзгереді. Егер температура айырмашылығы тым маңызды болмаса, сызықтық кеңею коэффициентіндегі айырмашылық тым маңызды емес, сондықтан оны елемеуге болады.
