De meeste vaste objecten ondergaan lineaire uitzetting bij temperatuurveranderingen. Lineaire uitzetting betekent dat de lengte van het object toeneemt of afneemt. Meestal neemt de lengte van het object toe bij een stijgende temperatuur, terwijl de lengte afneemt bij een dalende temperatuur. Je zou denken dat lineaire uitzetting alleen kan voorkomen bij objecten zoals dunne draden. Kijk bijvoorbeeld naar een auto die langs de weg geparkeerd staat en in de zon staat. Wanneer de auto oververhit raakt, kan de ijzeren plaat dikker worden of de lengte ervan toenemen. Daken van zink kunnen ook uitzetten. In dit geval, wanneer zink oververhit raakt, nemen de randen van het zink in breedte toe en kan het zink zelfs dikker worden. Hetzelfde gebeurt met spoorrails en het ijzer of staal van een brug.
De meeste vaste objecten zetten uit of krimpen wanneer de temperatuur van het object verandert. Daarom moeten we weten hoe temperatuurveranderingen de uitzetting van vaste objecten beïnvloeden. Neem bijvoorbeeld een opening tussen de rails. Rails zijn gemaakt van staal. Ingenieurs hebben de breedte van de opening tussen elke rail berekend. Op een warme dag zet de rail een paar centimeter uit. Wanneer er een trein overheen rijdt, stijgt de temperatuur van de rail, waardoor de rail met hoeveel centimeter uitzet. Op koude nachten krimpt de rail met hoeveel centimeter.
Op basis van de analyse schatten de ingenieurs de afstand tussen de rails, zodat de rails elkaar niet raken en niet verbuigen wanneer de temperatuur van de rails stijgt.
Om een formule af te leiden die het verband tussen temperatuurveranderingen en de mate van lengtetoename weergeeft, bekijk dan een vast voorwerp dat uitzet, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.
To = begintemperatuur, T = eindtemperatuur, Lo = beginlengte, ΔL = lengteverandering, L = lengte na uitzetting, ΔT = temperatuurverandering.
Als de temperatuur van het object T₀ is ( het object is nog koud), is de lengte van het object L₀ . Als de temperatuur van het object T₀ is (de temperatuur van het object stijgt), is de lengte van het object L.
Op basis van observaties en experimenten blijkt dat de lengteverandering van een object evenredig is met de temperatuurverandering. Als de temperatuur stijgt, neemt de lengte van het object toe. Omgekeerd geldt dat wanneer de temperatuur daalt, de lengte van het object afneemt. De lengteverandering van een object is ook evenredig met de lengte van het oorspronkelijke object (Lo). Bij gelijke temperatuurveranderingen zal een object van bijvoorbeeld 10 meter lang twee keer zo lang worden als een object van slechts 5 meter lang. Hoe langer het object, hoe groter de uitzetting ervan.
Veranderingen in objectlengte (L) zijn evenredig met veranderingen in temperatuur (ΔT): ΔL α ΔT
Veranderingen in de lengte van een object (ΔL) zijn evenredig met de lengte van het oorspronkelijke object (Lo ) : ΔL = αLo
De lengteveranderingen van objecten variëren. Hoewel de temperatuurveranderingen gelijk zijn, is de uitzetting die ijzer ondergaat niet hetzelfde als die van glas. Hetzelfde geldt voor andere objecten. De lineaire uitzetting hangt dus af van de uitzettingscoëfficiënt van elk object. Hoe groter de uitzettingscoëfficiënt, hoe groter de lengtetoename. Hoe kleiner de uitzettingscoëfficiënt, hoe kleiner de lengtetoename. Je zou kunnen zeggen dat de lengteverandering van een object evenredig is met de uitzettingscoëfficiënt.
∆ L ∝ α
De drie bovenstaande vergelijkingen worden in een vergelijking weergegeven:
Beschrijving: ΔL = De lengteverandering, α = De lineaire uitzettingscoëfficiënt (eenheden α = K⁻¹ of (C₀ ) ⁻¹ ) , Lo = Initiële lengte, ΔT (T₁ – To ) = De temperatuurverandering (eindtemperatuur – begintemperatuur)
De totale lengte van een object na uitzetting of krimp kan worden verkregen door de oorspronkelijke lengte van het object (L₀ ) en de lengteverandering van het object (ΔL) bij elkaar op te tellen.
Omschrijving: ΔL = lengte van het object na uitzetting of inkrimping, Lo = De oorspronkelijke lengte van het object, ΔL = L – Lo = De lengteverandering, α = De coëfficiënt van lineaire uitzetting (eenheden van α = K-1 of (Co)-1, ΔT = T – To = Temperatuurverandering, To = De begintemperatuur, T = de eindtemperatuur.
Als de temperatuurverandering (TT o ) negatief is, dan is de lengteverandering (LL o ) ook negatief.
In dit geval neemt de lengte van het object af. Omgekeerd, als de temperatuurverandering (TT o ) positief is, dan is de lengteverandering (LL o ) ook positief. In dit geval neemt de lengte van de objecten toe.
Hieronder staat de waarde van de lineaire uitzettingscoëfficiënt van vaste stoffen bij een temperatuur van 20 °C. De vorm van vloeibare en gasvormige stoffen verandert, waardoor deze twee soorten stoffen geen lineaire uitzetting ondergaan. De lineaire uitzettingscoëfficiënt van een vaste stof is ook afhankelijk van de temperatuur. Bij verschillende temperaturen varieert de lineaire uitzettingscoëfficiënt van vaste stoffen. Als het temperatuurverschil niet te groot is, is het verschil in de lineaire uitzettingscoëfficiënt ook niet significant genoeg om te verwaarlozen.
