Лінійне теплове розширення

Коефіцієнт лінійного теплового розширення визначається як відношення зміни лінійних розмірів матеріалу до зміни температури. Отже, це відносна зміна довжини на градус зміни температури. Знехтувавши тиском, можна записати:

де - лінійний розмір (наприклад, довжина) і - зміна лінійного розміру на одиницю зміни температури.

відносна зміна лінійного розміру, котра може розглядатись як відносна деформація, може бути записана:

Це рівняння добре працює до тих пір, поки можна вважати коефіцієнт лінійного розширення сталим в діапазоні температур . Якщо коефіцієнт лінійного розширення змінюється, то рівняння слід інтегрувати.

Об'ємне теплове розширення []

Для твердих, можна знехтувати впливом тиску на матеріал, і об'ємний коефіцієнт теплового розширення може бути записаний

де - об'єм матеріалу, і інтенсивність зміни об'єму із зміною температури.

Це означає, що приріст об'єму буде відбуватись за деякою фіксованою пропорцією. Наприклад, сталевий блок з об'ємом 1 м³ може розширитися до 1,02 м³, при підвищенні температури на 50 К. Це розширення 2%, або 0,04% на кожен К. Якщо ми знаємо коефіцієнт теплового розширення, ми можемо розрахувати величину об'єму тіла при зміні температури.

У розглянутому вище прикладі вважається, що коефіцієнт температурного розширення не залежить від температури. Для невеликих змін температури це є задовільним наближенням, хоча це не завжди вірно. Якщо коефіцієнт об'ємного розширення суттєво змінюється з температурою, то рівняння повинні бути проінтегровані:

тут - початкова температура і коефіцієнт об'ємного теплового розширення як функція температури T.

Температу́рний коефіціє́нт об'є́много розши́рення ( або ) — характеристика речовини, яка визначає відносну зміну об'єму при зміні температури на 1 градус.

Вимірюється в обернених градусах Кельвіна K^-1.

Температурний коефіцієнт об'ємного розширення визначається, як

Для ідеального газу:

.

Це значення задає порядок величини теплового розширення для будь-яких тіл. При кімнатній температурі температурний коефіцієнт об'ємного розширення ідеального газу лежить в області 3 10^-3 K^-1.

Температурний коефіцієнт об'ємного розширення для більшості речовин додатній, хоча існують певні речовини, які стискаються при підвищенні температури в певному інтервалі температур. Серед них найважливіша — вода. Вода має від'ємний температурний коефіцієнт об'ємного розширення в інтервалі від нуля до 4 °C. Цій обставині, а також тому, що лід легший за воду, ми завдячуємо тим, що лід на воді утворюється на поверхні води, а не в глибині.

Використовується також утричі менший температурний коефіцієнт лінійного розширення (), який визначається як відносна зміна довжини тіла при підвищенні температури на 1 градус.