Gdy ciała poddawane są zmianom temperatury, rozszerzać, to znaczy, że cierpią na zwiększenie lub zmniejszenie swoich wymiarów. Warto zauważyć, że ta zmienność jest bardzo mała i często nie jest dostrzegalna gołym okiem, przez co do jej wizualizacji potrzebny jest sprzęt, taki jak mikroskop.
Ciała rozszerzają się, gdy wzrasta ich temperatura. Wiadomo, że gdy występuje zmiana temperatury ciała, tworzące ją atomy są bardziej wzburzone, przez co zwiększa się średnia odległość między nimi. Dlatego ciało zyskuje nowe wymiary, czyli rozszerza się. Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie ciała puchną po podgrzaniu i kurczą się po obniżeniu ich temperatury.
Ekspansja liniowa to taka, w której występuje zmienność tylko w jednym wymiarze, to jest w długości materiału. Wyobraź sobie następującą sytuację: metalowy pręt o długości Lja w temperaturze tja, jest podgrzewany do określonej temperatury tfa. Widać, że sztabka po podgrzaniu nie jest już tej samej długości, to znaczy, że uległa zmianie w swoim wymiarze, w swojej długości rozszerzyła się. Popatrz:
Gdzie ΔL = Lfa – Lja jest zmiennością długości, czyli liniową ekspansją pręta. I Δt = tfa – tja to zmiana temperatury paska. Eksperymentalnie okazuje się, że:
- długość początkowa (Lja) jest proporcjonalna do temperatury początkowej (tja);
- ostateczna długość (Lfa) jest proporcjonalna do temperatury końcowej (tfa);
- rozszerzalność liniowa uzależniona jest od materiału, z którego wykonana jest kostka.
Dzięki tym odkryciom wyznaczono następujące równanie rozszerzalności liniowej ciał: L = Ljaα t, gdzie α nazywa się współczynnik rozszerzalności liniowej, jest stałą cechą materiału, z którego zbudowana jest karoseria. Na przykład dla aluminium mamy α = 0,00023 na °C (lub °C-1), oznacza to, że aluminium rozszerza się o 23 milionowe części swojej długości przy każdym 1°C zmiany jego temperatura, to znaczy bardzo małe rozszerzenie, które można zobaczyć tylko w mikroskop.
Autor: Marco Aurélio da Silva
Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-linear.htm
