Већина чврстих објеката доживљава линеарно ширење када се температура промени. Линеарно ширење је повећање дужине објекта или смањење дужине објекта. Обично се дужина објекта повећава када температура расте, док се дужина објекта смањује када температура пада. Можда мислите да се линеарно ширење може догодити само на објектима као што су танке жице. На пример, погледајте аутомобил који је паркиран поред пута, тако да је изложен сунцу. Када се аутомобил прегреје, гвоздена плоча може постати дебља или се дужина странице може повећати. Кровови кућа од цинка такође могу доживети ширење. У овом случају, када се цинк прегреје, ивице цинка се повећавају у ширини, а цинк може чак постати и дебљи. Исто се догодило са железничким шинама и гвожђем или челиком на мосту.
Већина чврстих објеката се шири или скупља када се температура објекта промени, тако да морамо знати како промене температуре утичу на ширење чврстих објеката. На пример, размак у железничким пругама. Железничке пруге су направљене од челика. Инжењери су израчунали ширину размака између сваке шине. Током врућег дана, шина ће се проширити за неколико центиметара. Када прође воз, температура шине се такође повећава, тако да се шина протеже за колико центиметара. Током хладних ноћи, шине се скупљају за колико центиметара.
На основу резултата анализе, инжењери процењују растојање између размака шина, тако да када се температура шина повећа, шине се не додирују и не савијају.
Да бисмо извели формулу која показује везу између промена температуре и величине ширења дужине, размотрите чврсто тело које се шири, као што је приказано на слици испод.
To = почетна температура, T = коначна температура, Lo = почетна дужина, ΔL = промена дужине, L = дужина након ширења, ΔT = промена температуре.
Када је температура објекта = T o (објекат је још увек хладан), дужина објекта = L o . Када је температура објекта = T (температура објекта се повећава), дужина објекта = L.
На основу резултата посматрања и експеримената, промене дужине објекта су пропорционалне променама температуре. Ако се температура повећава, дужина објекта се повећава. Супротно томе, када се температура смањује, дужина објекта се смањује. Промена дужине објекта је такође пропорционална дужини оригиналног објекта (Lo). Ако су промене температуре исте, објекти који су, на пример, дугачки 10 метара биће удвостручени у поређењу са објектима који су дугачки само 5 метара. Дакле, што је објекат дужи, то је веће његово ширење.
Промене дужине објекта (L) су пропорционалне променама температуре (ΔT): ΔL α ΔT
Промене дужине објекта (ΔL) су пропорционалне дужини оригиналног објекта (L o ): ΔL α L o
Промене у дужини сваког објекта варирају. Иако су промене температуре исте, ширење које доживљава гвожђе није исто као и ширење стакла. Слично је и са другим објектима. Дакле, линеарно ширење зависи од коефицијента линеарног ширења сваког објекта. Што је већи коефицијент линеарног ширења, веће је повећање дужине. Што је мањи коефицијент линеарног ширења, мање је повећање дужине. Могло би се рећи да је промена дужине објекта пропорционална коефицијенту линеарног ширења.
∆ L ∝ α
Три горе наведена поређења су изражена једначином:
Опис: ΔL = Промена дужине, α = Коефицијент линеарног ширења (јединице α = K -1 или (C o ) -1 , L o = Почетна дужина, ΔT (T 1 – T o ) ΔT = Промене температуре (коначна температура – почетна температура)
Укупна дужина објекта након ширења или скупљања може се добити сабирањем почетне дужине објекта (L o ) и промене дужине објекта (ΔL ).
Опис: ΔL = дужина објекта након ширења или скупљања, Lo = Почетна дужина објекта, ΔL = L – Lo = Промена дужине, α = Коефицијент линеарног ширења (јединице α = K-1 или (Цo)-1, ΔT = T – To = Промена температуре, Тo = Почетна температура, Т = коначна температура.
Ако је промена температуре (TT o ) негативна, онда је и промена дужине (LL o ) негативна.
У овом случају, дужина објекта се смањује. Супротно томе, ако је промена температуре (TT o ) позитивна, онда је и промена дужине (LL o ) такође позитивна. У овом случају, објекти се повећавају у дужини.
У наставку је вредност коефицијента линеарног ширења чврстих тела, на температури од 20 °C. Облик течних и гасовитих супстанци се мења тако да ове две врсте супстанци не могу доживети линеарно ширење. Коефицијент линеарног ширења чврстог тела такође зависи од температуре. На различитим температурама, коефицијент линеарног ширења чврстих тела такође варира. Ако температурна разлика није превише значајна, ни разлика у коефицијенту линеарног ширења није превише значајна да би се могла занемарити.
