Dauguma kietų kūnų patiria linijinį plėtimąsi, kai keičiasi temperatūra. Linijinis plėtimasis yra objekto ilgio padidėjimas arba sumažėjimas. Paprastai objekto ilgis didėja, kai temperatūra kyla, o objekto ilgis mažėja, kai temperatūra krenta. Galite manyti, kad linijinis plėtimasis gali vykti tik tokiems objektams kaip ploni laidai. Pavyzdžiui, pažiūrėkite į automobilį, kuris stovi pakelėje, todėl yra veikiamas saulės. Kai automobilis perkaista, geležinė plokštė gali pastorėti arba padidėti šoninės dalies ilgis. Cinko namų stogai taip pat gali plėstis. Šiuo atveju, kai cinkas perkaitinamas, cinko kraštai paplatėja, o cinkas gali netgi pastorėti. Tas pats nutiko ir geležinkelio bėgiams bei geležiai ar plienui ant tilto.
Dauguma kietų kūnų plečiasi arba traukiasi, kai keičiasi jų temperatūra, todėl turime žinoti, kaip temperatūros pokyčiai veikia kietų kūnų plėtimąsi. Pavyzdžiui, tarpas geležinkelio bėgiuose. Geležinkelio bėgiai pagaminti iš plieno. Inžinieriai apskaičiavo tarpo tarp kiekvienų bėgių plotį. Karštą dieną bėgis išsiplės kelis centimetrus. Pravažiuojant traukiniui, bėgio temperatūra taip pat padidėja, todėl bėgis pailgėja kiek centimetrų. Šaltomis naktimis bėgiai susitraukia iki kiek centimetrų.
Remdamiesi analizės rezultatais, inžinieriai įvertina atstumą tarp bėgių tarpų, kad padidėjus bėgių temperatūrai, bėgiai nesiliestų vienas su kitu ir nesulinktų.
Kad galėtume gauti formulę, kuri nurodo temperatūros pokyčių ir ilgio plėtimosi dydžio ryšį, apžvelkime kietą objektą, kuris plečiasi, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau.
To = pradinė temperatūra, T = galutinė temperatūra, Lo = pradinis ilgis, ΔL = ilgio pokytis, L = ilgis po išsiplėtimo, ΔT = temperatūros pokytis.
Kai objekto temperatūra = T o (objektas vis dar šaltas), objekto ilgis = L o . Kai objekto temperatūra = T (objekto temperatūra kyla), objekto ilgis = L.
Remiantis stebėjimų ir eksperimentų rezultatais, objekto ilgio pokyčiai yra proporcingi temperatūros pokyčiams. Jei temperatūra kyla, objekto ilgis didėja. Ir atvirkščiai, kai temperatūra mažėja, objekto ilgis mažėja. Objekto ilgio pokytis taip pat yra proporcingas pradinio objekto ilgiui (Lo). Jei temperatūros pokyčiai yra vienodi, pavyzdžiui, 10 metrų ilgio objektų ilgis padvigubės, palyginti su objektais, kurie yra tik 5 metrų ilgio. Taigi, kuo ilgesnis objektas, tuo didesnis jo išsiplėtimas.
Objekto ilgio (L) pokyčiai yra proporcingi temperatūros pokyčiams (ΔT): ΔL α ΔT
Objekto ilgio ( ΔL) pokyčiai yra proporcingi pradinio objekto ilgiui (L₀ ) : ΔLαL₀
Kiekvieno objekto ilgio pokyčiai yra skirtingi. Nors temperatūros pokyčiai yra vienodi, geležies plėtimasis nėra toks pat kaip stiklo. Tas pats pasakytina ir apie kitus objektus. Taigi, linijinis plėtimasis priklauso nuo kiekvieno objekto linijinio plėtimosi koeficiento. Kuo didesnis linijinio plėtimosi koeficientas, tuo didesnis ilgio padidėjimas. Kuo mažesnis linijinio plėtimosi koeficientas, tuo mažesnis ilgio padidėjimas. Galima sakyti, kad objekto ilgio pokytis yra proporcingas linijinio plėtimosi koeficientui.
∆L∝α
Trys aukščiau pateikti palyginimai išreikšti lygtimi:
Aprašymas: ΔL = Ilgio pokytis, α = Linijinio plėtimosi koeficientas (vienetai α = K -1 arba (C o ) -1 , L o = Pradinis ilgis, ΔT (T 1 – T o ) ΔT = Temperatūros pokyčiai (galutinė temperatūra – pradinė temperatūra)
Bendrą objekto ilgį po išsiplėtimo arba susitraukimo galima gauti sudėjus pradinį objekto ilgį (L0 ) ir objekto ilgio pokytį (ΔL).
Aprašymas: ΔL = objekto ilgis po išsiplėtimo arba susitraukimo, Lo = Pradinis objekto ilgis, ΔL = L – Lo = Ilgio pokytis, α = Linijinio plėtimosi koeficientas (α vienetai = K-1 arba (Co)-1, ΔT = T – To = Temperatūros pokytis, To = pradinė temperatūra, T = galutinė temperatūra.
Jei temperatūros pokytis (TT o ) yra neigiamas, tai ilgio pokytis (LL o ) taip pat yra neigiamas.
Šiuo atveju objekto ilgis mažėja. Ir atvirkščiai, jei temperatūros pokytis (TT0 ) yra teigiamas, tai ilgio pokytis (LL0 ) taip pat yra teigiamas. Šiuo atveju objektai ilgėja.
Toliau pateikiama kietųjų kūnų linijinio plėtimosi koeficiento vertė, esant 20 °C temperatūrai. Skystųjų ir dujinių medžiagų forma pasikeičia taip, kad šių dviejų tipų medžiagos negali patirti linijinio plėtimosi. Kietojo kūnų linijinio plėtimosi koeficientas taip pat priklauso nuo temperatūros. Esant skirtingoms temperatūroms, kietųjų kūnų linijinio plėtimosi koeficientas taip pat kinta. Jei temperatūros skirtumas nėra per didelis, linijinio plėtimosi koeficiento skirtumas nėra per didelis, todėl jį galima ignoruoti.
