Dilatazione lineare. Come si verifica la dilatazione lineare?

Quando i corpi sono soggetti a una variazione di temperatura essi dilatare, cioè subiscono un aumento o una diminuzione delle loro dimensioni. Vale la pena notare che questa variazione è molto piccola e che spesso non è percepibile ad occhio nudo, richiedendo quindi un'attrezzatura, come un microscopio, per poterla visualizzare.
I corpi si dilatano quando la loro temperatura aumenta. È noto che quando c'è una variazione della temperatura corporea, gli atomi che la costituiscono sono più agitati, con ciò aumenta la distanza media tra loro. Pertanto, il corpo acquisisce nuove dimensioni, cioè si espande. In generale, tutti i corpi si gonfiano dopo essere stati riscaldati e si contraggono dopo aver abbassato la temperatura.
L'espansione lineare è quella in cui c'è variazione in una sola dimensione, cioè la lunghezza del materiale. Immagina la seguente situazione: una barra di metallo di lunghezza L_io alla temperatura t_io, viene riscaldato ad una certa temperatura t_f. Quello che si vede è che la barra, dopo il riscaldamento, non è più della stessa lunghezza, cioè ha subito una variazione di dimensione, di lunghezza, si è dilatata. Guarda:

Dove ΔL = L_f – L_io è la variazione di lunghezza, cioè l'espansione lineare della barra. e t = t_f – t_io è la variazione di temperatura della barra. Sperimentalmente si scopre che:
- la lunghezza iniziale (L_io) è proporzionale alla temperatura iniziale (t_io);
- la lunghezza finale (L_f) è proporzionale alla temperatura finale (t_f);
- l'espansione lineare dipende dal materiale che compone la barra.
Attraverso questi risultati, è stata determinata la seguente equazione per l'espansione lineare dei corpi: L = L_ioα t, dove α è chiamato coefficiente di espansione lineare, è una caratteristica costante del materiale che compone il corpo. Ad esempio, per l'alluminio abbiamo α = 0,000023 per °C (o °C^-1), ciò significa che l'alluminio si dilata 23 milionesimi della sua lunghezza ad ogni 1°C di variazione in la sua temperatura, cioè una piccolissima dilatazione che forse si può vedere solo in microscopio.

di Marco Aurélio da Silva

Fonte: Scuola Brasile - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-linear.htm