De fleste faste objekter opplever lineær utvidelse når temperaturen endres. Den lineære utvidelsen er at lengden på objektet øker eller lengden på objektet reduseres. Vanligvis øker lengden på objektet når temperaturen øker, mens lengden på objektet reduseres når temperaturen synker. Du tenker kanskje at lineær utvidelse bare kan forekomme på objekter som tynne ledninger. Se for eksempel på en bil som er parkert ved siden av veien, slik at den er utsatt for solen. Når bilen overopphetes, kan jernplaten bli tykkere, eller sidelengden kan øke. Tak på hus laget av sink kan også oppleve utvidelse. I dette tilfellet, når sink overopphetes, øker kantene på sinken i bredde, og sinken kan til og med bli tykkere. Det samme skjedde med jernbanesporene og jernet eller stålet på broen.
De fleste faste objekter utvider seg eller krymper når temperaturen på objektet endres, så vi må vite hvordan temperaturendringene påvirker utvidelsen av faste objekter. For eksempel et gap i jernbanesporene. Jernbanespor er laget av stål. Ingeniørene hadde beregnet bredden på gapet mellom hver skinne. På en varm dag vil skinnen utvide seg noen få centimeter. Når den passeres av et tog, øker også skinnetemperaturen, slik at skinnen strekker seg til hvor mange centimeter. På kalde netter krymper skinnene til hvor mange centimeter.
Basert på resultatene av analysen estimerer ingeniørene avstanden mellom skinneåpningene, slik at når skinnetemperaturen øker, berører ikke skinnene hverandre og blir bøyd.
For å hjelpe oss med å utlede en formel som angir forholdet mellom temperaturendringer og størrelsen på lengdeutvidelsen, se på et fast objekt som opplever utvidelse, som vist i figuren nedenfor.
To = starttemperatur, T = slutttemperatur, Lo = startlengde, ΔL = lengdeendring, L = lengde etter utvidelse, ΔT = temperaturendring.
Når objekttemperaturen = T0 ( objektet er fortsatt kaldt), er objektlengden = L0 . Når objektets temperatur = T (objektets temperatur øker), er objektets lengde = L.
Basert på resultatene fra observasjoner og eksperimenter, er endringene i objektets lengde proporsjonale med temperaturendringene. Hvis temperaturen øker, øker objektets lengde. Omvendt, når temperaturen synker, reduseres objektets lengde. Endringen i lengden på et objekt er også proporsjonal med lengden på det opprinnelige objektet (Lo). Hvis temperaturendringene er de samme, vil objekter som er 10 meter lange, for eksempel, bli doblet i lengde sammenlignet med objekter som bare er 5 meter lange. Så jo lengre objektet er, desto større utvidelse vil objektet.
Endringer i objektlengde (L) er proporsjonale med temperaturendringer (ΔT): ΔL α ΔT
Endringer i lengden på et objekt (ΔL) er proporsjonale med lengden på det opprinnelige objektet (L o ): ΔL α L o
Endringer i lengden på hvert objekt varierer. Selv om temperaturendringene er de samme, er utvidelsen som jern opplever ikke den samme som glass. Det samme gjelder for andre objekter. Så den lineære utvidelsen avhenger av den lineære utvidelseskoeffisienten til hvert objekt. Jo større den lineære utvidelseskoeffisienten er, desto større er lengdeøkningen. Jo mindre den lineære utvidelseskoeffisienten er, desto mindre er lengdeøkningen. Man kan sies at endringen i lengden på et objekt er proporsjonal med den lineære utvidelseskoeffisienten.
∆ L ∝ α
De tre sammenligningene ovenfor er uttrykt i en ligning:
Beskrivelse: ΔL = Lengdeendringen, α = Koeffisienten for lineær utvidelse (enheter α = K⁻¹ eller (C₂ ) ⁻¹ , L₂ = Startlengde, ΔT (T₁ – T₂ ) ΔT = Temperaturendringen (slutttemperatur – starttemperatur)
Den totale lengden på et objekt etter utvidelse eller krymping kan fås ved å legge sammen objektets opprinnelige lengde (L o ) og endringen i lengde på objektet (ΔL).
Beskrivelse: ΔL = objektets lengde etter utvidelse eller krymping, Lo = Objektets opprinnelige lengde, ΔL = L – Lo = Lengdeendringen, α = Koeffisienten for lineær utvidelse (enheter av α = K-1 eller (Co)-1, ΔT = T – To = Temperaturendring, To = Starttemperaturen, T = slutttemperaturen.
Hvis temperaturendringen (TT₂ ) er negativ, er også lengdeendringen (LL₂ ) negativ.
I dette tilfellet reduseres objektets lengde. Omvendt, hvis temperaturendringen (TT₂ ) er positiv, er også lengdeendringen (LL₂ ) positiv. I dette tilfellet øker objektenes lengde.
Følgende er verdien av den lineære utvidelseskoeffisienten for faste objekter ved en temperatur på 20 °C. Formen på flytende og gassformige stoffer endres slik at disse to stofftypene ikke kan oppleve lineær utvidelse. Den lineære utvidelseskoeffisienten for et fast objekt avhenger også av temperaturen. Ved forskjellige temperaturer varierer også den lineære utvidelseskoeffisienten for faste objekter. Hvis temperaturforskjellen ikke er for betydelig, er forskjellen i den lineære utvidelseskoeffisienten ikke så betydelig at den kan ignoreres.
