การขยายเชิงเส้น การขยายเชิงเส้นเกิดขึ้นได้อย่างไร?

เมื่อร่างกายต้องเผชิญกับความแปรผันของอุณหภูมิ ขยายนั่นคือพวกเขาประสบกับการเพิ่มขึ้นหรือลดลงในมิติของพวกเขา เป็นที่น่าสังเกตว่ารูปแบบนี้มีขนาดเล็กมากและมักจะมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า จึงต้องใช้อุปกรณ์ เช่น กล้องจุลทรรศน์ เพื่อให้สามารถเห็นภาพได้
ร่างกายจะขยายตัวเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เป็นที่ทราบกันดีว่าเมื่ออุณหภูมิของร่างกายเปลี่ยนแปลงไป อะตอมที่ประกอบกันจะมีความปั่นป่วนมากขึ้น โดยระยะห่างเฉลี่ยระหว่างอะตอมจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นร่างกายจึงได้รับมิติใหม่นั่นคือมันขยายออก โดยทั่วไป ร่างกายทั้งหมดจะบวมขึ้นหลังจากได้รับความร้อนและหดตัวหลังจากที่อุณหภูมิลดลง
การขยายตัวเชิงเส้นคือการที่มีการเปลี่ยนแปลงในมิติเดียว นั่นคือ ความยาวของวัสดุ ลองนึกภาพสถานการณ์ต่อไปนี้: แท่งโลหะยาว L_ผม ที่อุณหภูมิ t_ผม, ถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิหนึ่ง t_ฉ. สิ่งที่สามารถเห็นได้ก็คือ แท่งหลังจากให้ความร้อนแล้วจะไม่มีความยาวเท่ากันอีกต่อไป นั่นคือ มีการเปลี่ยนแปลงในมิติ ในความยาว ขยายออก ดู:

โดยที่ ΔL = L_ฉ – หลี่_ผม คือความผันแปรของความยาว กล่าวคือ การขยายตัวเชิงเส้นของแท่ง และ Δt = t_ฉ – t_ผม คือความแปรผันของอุณหภูมิของแท่ง จากการทดลองปรากฎว่า:

- ความยาวเริ่มต้น (L_ผม) เป็นสัดส่วนกับอุณหภูมิเริ่มต้น (t_ผม);
- ความยาวสุดท้าย (L_ฉ) เป็นสัดส่วนกับอุณหภูมิสุดท้าย (t_ฉ);
- การขยายตัวเชิงเส้นขึ้นอยู่กับวัสดุที่ประกอบเป็นแท่ง
จากการค้นพบนี้ สมการต่อไปนี้สำหรับการขยายตัวเชิงเส้นของร่างกายถูกกำหนด: ΔL = ล_ผมα tโดยที่ α เรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นเป็นลักษณะคงที่ของวัสดุที่ประกอบขึ้นเป็นลำตัว ตัวอย่างเช่น สำหรับอะลูมิเนียม เรามี α = 0.000023 ต่อ °C (หรือ °C^-1) นี่หมายความว่าอะลูมิเนียมจะขยายความยาว 23 ล้านในทุกๆ 1°C ของการแปรผันใน อุณหภูมิของมันคือการขยายขนาดเล็กมากที่สามารถมองเห็นได้เฉพาะใน กล้องจุลทรรศน์.

โดย Marco Aurélio da Silva

ที่มา: โรงเรียนบราซิล - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-linear.htm