Väčšina pevných telies zažíva lineárnu rozťažnosť pri zmene teploty. Lineárna rozťažnosť je zväčšovanie dĺžky objektu alebo zmenšovanie dĺžky objektu. Zvyčajne sa dĺžka objektu zväčšuje so zvyšujúcou sa teplotou, zatiaľ čo dĺžka objektu sa zmenšuje pri jej poklese. Možno si myslíte, že lineárna rozťažnosť sa môže vyskytnúť iba na objektoch, ako sú tenké drôty. Pozrite sa napríklad na auto, ktoré je zaparkované na kraji cesty, takže je vystavené slnku. Keď sa auto prehreje, železný plech sa môže zhrubnúť alebo sa môže zväčšiť dĺžka strany. Strechy domov zo zinku sa tiež môžu rozťahovať. V tomto prípade, keď sa zinok prehreje, okraje zinku sa zväčšujú na šírku a zinok sa môže dokonca zhrubnúť. To isté sa stalo so železničnými koľajnicami a železom alebo oceľou na moste.
Väčšina pevných objektov sa rozťahuje alebo zmršťuje, keď sa mení ich teplota, takže potrebujeme vedieť, ako zmeny teploty ovplyvňujú rozťahovanie pevných objektov. Napríklad medzera v železničných koľajniciach. Železničné koľaje sú vyrobené z ocele. Inžinieri vypočítali šírku medzery medzi jednotlivými koľajnicami. V horúcom dni sa koľajnica roztiahne o niekoľko centimetrov. Keď okolo prechádza vlak, teplota koľajnice sa tiež zvýši, takže sa koľajnica natiahne o koľko centimetrov. V chladných nociach sa koľajnice zmršťujú o koľko centimetrov.
Na základe výsledkov analýzy inžinieri odhadujú vzdialenosť medzi medzerami koľajníc tak, aby sa koľajnice pri zvyšovaní teploty koľajníc navzájom nedotýkali a neohýbali.
Aby sme odvodili vzorec, ktorý vyjadruje vzťah medzi zmenami teploty a veľkosťou dĺžkového rozťaženia, pozrime sa na pevný objekt, ktorý zažíva rozťažnosť, ako je znázornené na obrázku nižšie.
To = počiatočná teplota, T = konečná teplota, Lo = počiatočná dĺžka, ΔL = zmena dĺžky, L = dĺžka po roztiahnutí, ΔT = zmena teploty.
Keď je teplota objektu = T o (objekt je stále studený), dĺžka objektu = L o . Keď je teplota objektu = T (teplota objektu sa zvyšuje), dĺžka objektu = L.
Na základe výsledkov pozorovaní a experimentov sú zmeny dĺžky objektu úmerné zmenám teploty. Ak sa teplota zvyšuje, dĺžka objektu sa zväčšuje. Naopak, keď sa teplota znižuje, dĺžka objektu sa zmenšuje. Zmena dĺžky objektu je tiež úmerná dĺžke pôvodného objektu (Lo). Ak sú zmeny teploty rovnaké, objekty, ktoré majú napríklad dĺžku 10 metrov, budú mať dvojnásobnú dĺžku v porovnaní s objektmi, ktoré majú dĺžku iba 5 metrov. Čím je teda objekt dlhší, tým väčšia je jeho rozťažnosť.
Zmeny dĺžky objektu (L) sú úmerné zmenám teploty (ΔT): ΔL α ΔT
Zmeny dĺžky objektu (ΔL) sú úmerné dĺžke pôvodného objektu (L o ): ΔL α L o
Zmeny dĺžky každého objektu sa líšia. Hoci zmeny teploty sú rovnaké, rozťažnosť železa nie je rovnaká ako u skla. Podobne je to aj s inými objektmi. Lineárna rozťažnosť teda závisí od koeficientu lineárnej rozťažnosti každého objektu. Čím väčší je koeficient lineárnej rozťažnosti, tým väčší je nárast dĺžky. Čím menší je koeficient lineárnej rozťažnosti, tým menší je nárast dĺžky. Dalo by sa povedať, že zmena dĺžky objektu je úmerná koeficientu lineárnej rozťažnosti.
∆ L ∝ α
Tri vyššie uvedené porovnania sú vyjadrené v rovnici:
Popis: ΔL = Zmena dĺžky, α = Koeficient lineárnej rozťažnosti (jednotky α = K -1 alebo (Co ) -1 , Lo = Počiatočná dĺžka, ΔT (T1 – To ) ΔT = Zmeny teploty (konečná teplota – počiatočná teplota)
Celkovú dĺžku objektu po roztiahnutí alebo zmrštení možno získať sčítaním počiatočnej dĺžky objektu (L o ) a zmeny dĺžky objektu (ΔL ).
Popis: ΔL = dĺžka objektu po roztiahnutí alebo zmrštení, Lo = Počiatočná dĺžka objektu, ΔL = L – Lo = Zmena dĺžky, α = Koeficient lineárnej rozťažnosti (jednotky α = K-1 alebo (Co)-1, ΔT = T – To = Zmena teploty, To = Počiatočná teplota, T = konečná teplota.
Ak je zmena teploty (TT o ) záporná, potom je záporná aj zmena dĺžky (LL o ).
V tomto prípade sa dĺžka objektu zmenšuje. Naopak, ak je zmena teploty (TT o ) kladná, potom je kladná aj zmena dĺžky (LL o ). V tomto prípade sa dĺžka objektov zväčšuje.
Nasleduje hodnota koeficientu lineárnej rozťažnosti pevných telies pri teplote 20 °C. Tvar kvapalných a plynných látok sa mení tak, že tieto dva typy látok nemôžu podliehať lineárnej rozťažnosti. Koeficient lineárnej rozťažnosti pevného telesa závisí aj od teploty. Pri rôznych teplotách sa koeficient lineárnej rozťažnosti pevných telies tiež mení. Ak teplotný rozdiel nie je príliš významný, rozdiel v koeficiente lineárnej rozťažnosti nie je príliš významný, takže ho možno zanedbať.
