При підвищенні температури тверді тіла розширюються. Це пояснюється тим, що під час їх нагрівання збільшуються проміжки між молекулами та інтенсивність коливань молекул або атомів, що містяться у вузлах кристалічних ґраток. При рівномірному нагріванні тверде тіло розширюється в усіх напрямах.

Унаслідок теплового розширення дроти ліній електропередач улітку провисають сильніше, ніж взимку, а викрутити гвинт із нагрітої деталі стає значно важче. Тому особливості розширення твердих тіл під час нагрівання потрібно враховувати в різних конструкціях та механізмах. Так, на стиках трамвайних або залізничних рейок залишають проміжки, щоб під час нагрівання (влітку або внаслідок руху потягу) рейки не деформувалися через розширення.

Із спостережень можна зробити висновок, що як правило, тверді тіла, рідини й гази під час нагрівання розширюються, а під час охолодження — стискаються.

У тому, що тверді тіла розширюються під час нагрівання, можна переконатися за  допомогою пристрою Ґравезанда (винайшов нідерландський фізик Вільгельм Якоб Ґравезанд (1688–1742рр.)). 

Під час нагрівання твердого тіла збільшується інтенсивність коливань молекул у вузлах кристалічних ґраток. Відстань, на яку вони зміщуються під час коливань від середніх положень, зростає, тіло набуває більшого об’єму. При рівномірному нагріванні тверде тіло розширюється в усіх напрямах. 

При підвищенні температури рідини розширюються значно сильніше, ніж тверді тіла, але менше, ніж гази. Збільшення об’єму спостерігається з подальшим підвищенням температури. 

У разі підвищення температури газу збільшується його тиск на стінки посудини (газ розширюється), а при охолоджені тиск зменшується. 

Лінійні розміри тіла, температура якого змінилася на величину Δt, обчислюються за формулою 

l = l0 • (1 + αl • Δt),

де ∆l = l - l0 — зміна довжини тіла; ∆t = t - t0 — зміна температури тіла; l0 — початкова довжина тіла при температурі t0.

Об’єм рідини, температура якої змінилася на величину Δt, обчислюється за формулою 

V = V0 • (1 + αv • Δt).

Запитання для самоперевірки

1. Поясніть особливості теплового розширення твердих тіл і рідин при зміні температури.

2. На підставі молекулярно-кінетичних уявлень про будову речовини поясніть зростання тиску газу при збільшенні температури.

3. Чим зумовлене лінійне та об’ємне теплове розширення тіл?

4. Від чого залежить тепловий коефіцієнт лінійного розширення? Тепловий коефіцієнт об’ємного розширення?

5. За якою формулою розраховуються лінійні розміри тіла при зміні температури?

6. За якою формулою визначається об’єм рідини при зміні температури?

7. Наведіть приклади негативного впливу теплового розширення тіл у техніці та запропонуйте шляхи його зменшення.

8. Наведіть приклади використання теплового розширення тіл у техніці.

Домашній експеримент

Порожню пластмасову пляшку об’ємом 0,5 л без пробки покладіть у холодильник (можна в морозильник) на 2—3 год. У прозору склянку налийте воду, підігріту до 40—50 °С. Дістаньте пляшку й поставте її горлом у воду. Спостерігайте, що відбувається. Запишіть та поясніть.

Задача

1. На скільки збільшиться довжина алюмінієвого дроту лінії електропередачі літом при температурі 30 °С, якщо зимою при температурі 0 °С її довжина становить 150 м?