大多数固体物体在温度变化时都会发生线性膨胀。线性膨胀是指物体长度的增加或减少。通常情况下，物体长度随温度升高而增加，随温度降低而减少。你可能认为线性膨胀只会发生在细金属丝之类的物体上。例如，看看停在路边、暴露在阳光下的汽车。当汽车过热时，铁皮可能会变厚，或者说边长会增加。锌制屋顶也会发生膨胀。在这种情况下，当锌过热时，锌的边缘会变宽，甚至变厚。铁路轨道和桥梁上的钢铁也会发生同样的情况。
大多数固体物体会随着温度变化而膨胀或收缩，因此我们需要了解温度变化如何影响固体物体的膨胀。例如，铁轨之间的缝隙。铁轨由钢制成。工程师们已经计算出每根钢轨之间的缝隙宽度。在炎热的夏天，钢轨会膨胀几厘米。当火车经过时，钢轨的温度也会升高，因此钢轨会伸长多少厘米？在寒冷的夜晚，钢轨会收缩多少厘米？
根据分析结果，工程师们估算出钢轨间隙之间的距离，这样当钢轨温度升高时，钢轨就不会相互接触而发生弯曲。
为了帮助我们推导出表示温度变化与长度膨胀幅度之间关系的公式，请回顾下图所示的正在膨胀的固体物体。
To = 初始温度，T = 最终温度，Lo = 初始长度，ΔL = 长度变化量，L = 膨胀后的长度，ΔT = 温度变化量。
当物体温度为 T₀ （物体仍然很冷）时，物体长度为 L₀ 。当物体温度为 T（物体温度升高）时，物体长度为 L。
根据观察和实验结果，物体长度的变化与温度的变化成正比。温度升高，物体长度增加；反之，温度降低，物体长度减小。物体长度的变化也与物体的初始长度（L₀）成正比。例如，在温度变化相同的情况下，10米长的物体膨胀后的长度将是5米长物体的两倍。因此，物体越长，其膨胀幅度越大。
物体长度 (L) 的变化与温度变化 (ΔT) 成正比：ΔL ∝ ΔT
物体长度的变化量 (ΔL) 与物体的原始长度 (L₀) 成正比：ΔL ∝ L₀
不同物体的长度变化各不相同。即使温度变化相同，铁和玻璃的膨胀量也不一样。其他物体也是如此。因此，物体的线膨胀取决于其线膨胀系数。线膨胀系数越大，长度增加量越大；线膨胀系数越小，长度增加量越小。可以说，物体的长度变化与其线膨胀系数成正比。
∆L ∝ α
以上三个比较可以用一个等式表示：
说明：ΔL = 长度变化量，α = 线膨胀系数（单位 α = K -1或 (C o ) -1 ） ，L o = 初始长度，ΔT (T 1 – T o ) ΔT = 温度变化量（最终温度 – 初始温度）
物体经历膨胀或收缩后的总长度可以通过将物体的初始长度（L o）与物体长度的变化量（ΔL）相加得到。
说明：ΔL = 物体膨胀或收缩后的长度，Lo 物体的初始长度，ΔL = L – Lo = 长度变化量，α = 线膨胀系数（α 的单位为 K）-1 或（Co)-1，ΔT = T – To = 温度变化，To = 初始温度，T = 最终温度。
如果温度变化（TT o ）为负值，则长度变化（LL o ）也为负值。
在这种情况下，物体的长度会减小。相反，如果温度变化（TT<sub> o</sub> ）为正，则长度变化（LL<sub> o</sub>）也为正。在这种情况下，物体的长度会增加。
以下是固体在 20°C 温度下的线膨胀系数。液体和气体的形状会发生变化，因此这两种物质不会发生线膨胀。固体的线膨胀系数也取决于温度。在不同的温度下，固体的线膨胀系数也会有所不同。如果温度差异不大，线膨胀系数的变化也不大，可以忽略不计。
