Majoritatea obiectelor solide experimentează o dilatare liniară atunci când temperatura se schimbă. Dilatarea liniară reprezintă creșterea lungimii obiectului sau scăderea lungimii acestuia. De obicei, lungimea obiectului crește atunci când temperatura crește, în timp ce lungimea obiectului scade atunci când temperatura scade. Ați putea crede că dilatarea liniară poate apărea doar la obiecte precum firele subțiri. De exemplu, uitați-vă la o mașină parcată pe marginea drumului, expusă la soare. Când mașina se supraîncălzește, placa de fier poate deveni mai groasă sau lungimea laturii poate crește. Acoperișurile caselor din zinc se pot dilata, de asemenea. În acest caz, când zincul este supraîncălzit, marginile zincului cresc în lățime, iar zincul poate deveni chiar mai gros. Același lucru s-a întâmplat și cu șinele de cale ferată și cu fierul sau oțelul de pe pod.
Majoritatea obiectelor solide se dilată sau se micșorează atunci când temperatura obiectului se schimbă, așa că trebuie să știm cum afectează schimbările de temperatură dilatarea obiectelor solide. De exemplu, un spațiu în șinele de cale ferată. Șinele de cale ferată sunt fabricate din oțel. Inginerii au calculat lățimea spațiului dintre fiecare șină. Într-o zi călduroasă, șina se va dilata cu câțiva centimetri. Când trece pe lângă ea un tren, temperatura șinei crește și ea, astfel încât șina se extinde cu câți centimetri. În nopțile reci, șinele se micșorează la câți centimetri.
Pe baza rezultatelor analizei, inginerii estimează distanța dintre golurile șinelor, astfel încât, atunci când temperatura șinei crește, șinele să nu se atingă între ele și să se îndoiască.
Pentru a ne ajuta să obținem o formulă care să stabilească relația dintre schimbările de temperatură și magnitudinea expansiunii longitudinale, să analizăm un obiect solid care se confruntă cu expansiunea, așa cum se arată în figura de mai jos.
To = temperatura inițială, T = temperatura finală, Lo = lungimea inițială, ΔL = modificarea lungimii, L = lungimea după dilatare, ΔT = modificarea temperaturii.
Când temperatura obiectului = T o (obiectul este încă rece), lungimea obiectului = L o . Când temperatura obiectului = T (temperatura obiectului crește), lungimea obiectului = L.
Pe baza rezultatelor observațiilor și experimentelor, modificările lungimii obiectului sunt proporționale cu modificările temperaturii. Dacă temperatura crește, lungimea obiectului crește. Invers, atunci când temperatura scade, lungimea obiectului scade. Modificarea lungimii unui obiect este, de asemenea, proporțională cu lungimea obiectului inițial (Lo). Dacă modificările de temperatură sunt aceleași, obiectele care au 10 metri lungime, de exemplu, își vor dubla lungimea în comparație cu obiectele care au doar 5 metri lungime. Așadar, cu cât obiectul este mai lung, cu atât expansiunea obiectului este mai mare.
Modificările lungimii obiectului (L) sunt proporționale cu modificările temperaturii (ΔT): ΔL α ΔT
Modificările lungimii unui obiect (ΔL) sunt proporționale cu lungimea obiectului original (L o ): ΔL α L o
Modificările lungimii fiecărui obiect variază. Deși schimbările de temperatură sunt aceleași, dilatarea experimentată de fier nu este aceeași ca cea a sticlei. La fel și în cazul altor obiecte. Deci, dilatarea liniară depinde de coeficientul de dilatare liniară al fiecărui obiect. Cu cât coeficientul de dilatare liniară este mai mare, cu atât creșterea lungimii este mai mare. Cu cât coeficientul de dilatare liniară este mai mic, cu atât creșterea lungimii este mai mică. S-ar putea spune că modificarea lungimii unui obiect este proporțională cu coeficientul de dilatare liniară.
∆ L ∝ α
Cele trei comparații de mai sus sunt exprimate într-o ecuație:
Descriere: ΔL = Variația lungimii, α = Coeficientul de dilatare liniară (unități α = K -1 sau (C o ) -1 , L o = Lungimea inițială, ΔT (T 1 – T o ) ΔT = Variațiile de temperatură (temperatura finală – temperatura inițială)
Lungimea totală a unui obiect după dilatarea sau contracția poate fi obținută prin adunarea lungimii inițiale a obiectului (L₂o ) și a modificării lungimii obiectului (ΔL).
Descriere: ΔL = lungimea obiectului după dilatare sau micșorare, Lo = Lungimea inițială a obiectului, ΔL = L – Lo = Schimbarea lungimii, α = Coeficientul de dilatare liniară (unități de α = K-1 sau (Co)-1, ΔT = T – To = Schimbarea temperaturii, To = Temperatura inițială, T = temperatura finală.
Dacă schimbarea de temperatură (TT₂o ) este negativă, atunci și schimbarea de lungime (LL₂o ) este negativă.
În acest caz, lungimea obiectului scade. Invers, dacă schimbarea temperaturii (TT₂o ) este pozitivă, atunci schimbarea lungimii (LL₂o ) este, de asemenea, pozitivă. În acest caz, obiectele cresc în lungime.
În continuare este prezentată valoarea coeficientului de dilatare liniară a obiectelor solide, la o temperatură de 20 °C. Forma substanțelor lichide și gazoase se modifică, astfel încât aceste două tipuri de substanțe nu pot experimenta dilatarea liniară. Coeficientul de dilatare liniară al unui obiect solid depinde și de temperatură. La temperaturi diferite, coeficientul de dilatare liniară al obiectelor solide variază, de asemenea. Dacă diferența de temperatură nu este prea semnificativă, diferența dintre coeficientul de dilatare liniară nu este prea semnificativă pentru a putea fi ignorată.
