Γραμμική διαστολή. Πώς συμβαίνει η γραμμική διαστολή;

Όταν τα σώματα υφίστανται μεταβολή της θερμοκρασίας, διαστέλλω, δηλαδή, υποφέρουν αύξηση ή μείωση στις διαστάσεις τους. Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτή η παραλλαγή είναι πολύ μικρή και ότι συχνά δεν είναι αντιληπτή με γυμνό μάτι, απαιτώντας έτσι εξοπλισμό, όπως ένα μικροσκόπιο, για να είναι σε θέση να το οπτικοποιήσει.
Τα σώματα διαστέλλονται όταν αυξάνεται η θερμοκρασία τους. Είναι γνωστό ότι όταν υπάρχει μια διακύμανση της θερμοκρασίας του σώματος, τα άτομα που το συνθέτουν αναδεύονται, με αυτό αυξάνεται η μέση απόσταση μεταξύ τους. Επομένως, το σώμα αποκτά νέες διαστάσεις, δηλαδή επεκτείνεται. Σε γενικές γραμμές, όλα τα σώματα διογκώνονται αφού θερμανθούν και συστέλλονται αφού μειωθεί η θερμοκρασία τους.
Η γραμμική επέκταση είναι εκείνη στην οποία υπάρχει διακύμανση σε μία μόνο διάσταση, δηλαδή το μήκος του υλικού. Φανταστείτε την ακόλουθη κατάσταση: μια μεταλλική ράβδο μήκους L_Εγώ σε θερμοκρασία t_Εγώ, θερμαίνεται σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία t_φά. Αυτό που μπορεί να φανεί είναι ότι η ράβδος, μετά τη θέρμανση, δεν έχει πλέον το ίδιο μήκος, δηλαδή έχει υποστεί παραλλαγή στη διάστασή της, στο μήκος της, έχει επεκταθεί. Κοίτα:

Όπου ΔL = L_φά - Λ_Εγώ είναι η διακύμανση του μήκους, δηλαδή, η γραμμική επέκταση της ράβδου. Και Δt = t_φά - τ_Εγώ είναι η διακύμανση της θερμοκρασίας της ράβδου. Πειραματικά αποδεικνύεται ότι:
- το αρχικό μήκος (L_Εγώ) είναι ανάλογη με την αρχική θερμοκρασία (t_Εγώ);
- το τελικό μήκος (L_φά) είναι ανάλογη με την τελική θερμοκρασία (t_φά);
- η γραμμική επέκταση εξαρτάται από το υλικό που αποτελεί τη ράβδο.
Μέσα από αυτά τα ευρήματα, προσδιορίστηκε η ακόλουθη εξίσωση για γραμμική επέκταση των σωμάτων: ΔL = Λ_Εγώα τ, όπου ονομάζεται α γραμμικός συντελεστής επέκτασης, είναι ένα σταθερό χαρακτηριστικό του υλικού που αποτελεί το σώμα. Για παράδειγμα, για αλουμίνιο έχουμε α = 0,000023 ανά ° C (ή ° C^-1), αυτό σημαίνει ότι το αλουμίνιο διαστέλλει 23 εκατοστά του μήκους του σε κάθε 1 ° C διακύμανσης σε τη θερμοκρασία του, δηλαδή, μια πολύ μικρή διαστολή που μπορεί να φανεί μόνο μικροσκόπιο.

Από τον Marco Aurélio da Silva

Πηγή: Σχολείο της Βραζιλίας - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-linear.htm