的线性膨胀当物体在一个维中进行膨胀，由于温度变化，主要发生。这是由于材料的特性或其几何形状。
例如，在金属丝或金属棒中，当温度升高时，由于热膨胀而使长度变化最大。
鸟栖息在电线上。资料来源：
上图中的鸟类栖息的电缆在温度升高时会伸长。相反，它们在冷却时会收缩。例如，形成铁路轨道的钢筋也会发生同样的情况。
什么是线性膨胀？
化学键能与原子间距离的关系图。资料来源：自制。
在固体材料中，原子在平衡点附近或多或少地保持其相对位置固定。然而，由于热搅动，它们总是在其周围振荡。
随着温度升高，热摆动也增加，导致中间摆动位置发生变化。这是因为结合电位并非完全是抛物线形，并且在最小值附近具有不对称性。
下图概述了化学键能与原子间距离的关系。它还显示了两个温度下的振荡总能量，以及振荡中心如何移动。
线性膨胀公式及其系数
为了测量线性膨胀，我们从要测量其膨胀的物体的初始长度L和初始温度T开始。
假设此对象是一个条，其长度为L，并且横截面尺寸远小于L。
首先使物体经受温度变化ΔT，使得一旦建立了与热源的热平衡，物体的最终温度将为T′＝ T +ΔT。
在此过程中，对象的长度也将更改为新值L'= L +ΔL，其中ΔL是长度的变化。
线性膨胀系数α定义为每单位温度变化的长度的相对变化之间的商。以下公式定义了线性膨胀系数α：
线性膨胀系数的尺寸是温度的倒数。
温度增加了管状固体的长度。这就是所谓的线性膨胀。资料来源：lifeder.com
各种材料的线性膨胀系数
接下来，我们将列出一些典型材料和元件的线性膨胀系数。该系数是在正常大气压下基于25°C的环境温度计算得出的；并且其值在100°C以下的ΔT范围内被认为是恒定的。
线性膨胀系数的单位为（°C）-1。
-钢：α= 12∙10 -6（°C）-1
-铝：α= 23∙10 -6（°C）-1
-金：α= 14∙10 -6（°C）-1
-铜：α= 17∙10 -6（°C）-1
-黄铜：α= 18∙10 -6（°C）-1
-铁：α= 12∙10 -6（°C）-1
-玻璃：α=（7至9）∙10 -6（°C）-1
-汞：α= 60.4∙10 -6（°C）-1
-石英：α= 0.4∙10 -6（°C）-1
-钻石：α= 1.2∙10 -6（°C）-1
-铅：α= 30∙10 -6（°C）-1
-橡木：α= 54∙10 -6（°C）-1
-PVC：α= 52∙10 -6（°C）-1
-碳纤维：α= -0.8∙10 -6（°C）-1
-混凝土：α=（8至12）∙10 -6（°C）-1
大多数材料随着温度的升高而拉伸。但是，某些特殊材料（例如碳纤维）会随着温度的升高而收缩。
线性膨胀的实例
例子1
一根两头电线之间悬挂着一条铜缆，在凉爽的天气中，温度为20°C，其长度为12 m。查找在炎热的天气中35°C时的经度值。
解
从线性膨胀系数的定义开始，并且知道对于铜，该系数为：α= 17∙10 -6（°C）-1
铜电缆的长度增加了，但是只有3 mm。换句话说，电缆从12,000 m变为12,003 m。
例子2
在一个铁匠铺中，一条铝棒以800摄氏度的高度从炉中出来，长度为10.00 m。一旦冷却到18摄氏度的室温，确定条形将持续多长时间。
解
换句话说，条一旦冷却，其总长度为：
9.83米
例子3
钢铆钉的直径为0.915厘米。在铝板上打一个0.910厘米的孔。这些是环境温度为18°C时的初始直径。
为了使铆钉穿过孔，必须将板加热到最低温度？其目的是当熨斗恢复到室温时，铆钉将紧贴板中。
例如图3。资料来源：自己阐述。
解
尽管板是表面，但我们对孔的直径（一维量）的膨胀感兴趣。
我们将D 0称为铝板的原始直径，将D称为铝板一旦加热的直径。
求解最终温度T，我们有：
以上操作的结果是257°C，这是板必须被加热到使铆钉穿过孔的最低温度。
例子4
上一练习的铆钉和板一起放在烤箱中。确定钢铆钉穿过铝板孔必须达到的最低烤箱温度。
解
在这种情况下，铆钉和孔都会膨胀。但是钢的膨胀系数为α= 12∙10 -6（°C）-1，而铝的膨胀系数为α= 23∙10 -6（°C）-1。
然后，我们寻找最终温度T，以使两个直径一致。
如果我们称铆钉1和铝板2，我们发现最终温度T使得D 1 = D 2。
如果求出最终温度T，则剩下：
接下来，我们放置相应的值。
结论是，烤箱必须至少为520.5°C，铆钉才能穿过铝板上的孔。
参考文献
- Giancoli，D.，2006年。《物理：应用原理》。第六版。学徒大厅。238–249。
- 鲍尔，W。2011。《工程与科学物理学》。卷1. Mac Graw Hill。 422-527。