该体积膨胀是涉及在体内的三维空间的变化的物理现象。大多数物质受热时体积或尺寸会增加；这是一种称为热膨胀的现象，但是也有一些物质在加热时会收缩。
尽管对于固体而言体积变化相对较小，但它们在技术上具有重要意义，尤其是在需要连接不同膨胀材料的情况下。
某些固体的形状在加热时会变形，并可能在某些方向上膨胀并在其他方向上收缩。但是，当仅在一定数量的维度上存在膨胀时，会针对此类扩展进行分类：
- 当特定尺寸的变化（例如身体的长度，宽度或高度）占主导地位时，就会发生线性膨胀。
- 表面膨胀是其中三个维度的变化占主导的一种。
- 最后，体积膨胀意味着人体三个维度的变化。
与热膨胀有关的基本概念
热能
物质是由连续运动的原子组成的，它们要么运动，要么振动。原子移动的动能（或运动）称为热能，它们移动得越快，它们所具有的热能就越多。
热
热是宏观上在两种或多种物质之间或从一种物质转移到另一种物质的热能。这意味着热的物体可以放弃其部分热能，并影响靠近它的物体。
传递的热能数量取决于附近物体的性质以及将它们隔开的环境。
温度
温度的概念是研究热量影响的基础，一个物体的温度是其将热量传递给其他物体的能力的量度。
如果相互之间没有热流，则相互接触或被合适的介质（导热体）隔开的两个物体将处于相同的温度。同样，如果热量从X流到Y，则X体的温度将高于Y体。
热膨胀的基本特性是什么？
显然，这与温度变化有关，温度越高，膨胀越大。它还取决于材料的内部结构，在温度计中，汞的膨胀远大于包含它的玻璃的膨胀。
热膨胀的根本原因是什么？
温度升高意味着物质中单个原子的动能增加。在固体中，与气体不同，原子或分子紧密相连，但是它们的动能（以小的，快速的振动形式）使原子或分子彼此分离。
相邻原子之间的这种分离变得越来越大，并导致固体尺寸的增加。
对于大多数物质，在正常条件下，没有发生热膨胀的优选方向，并且温度升高将使固体的尺寸在每个方向上增加一定比例。
线性膨胀
膨胀的最简单例子是在一维（线性）中的膨胀。通过实验发现，物质的长度ΔL的变化与温度的变化ΔT和初始长度Lo成正比（图1）。我们可以通过以下方式表示：
DL = aLoDT
其中，α是比例系数，称为线性膨胀系数，是每种材料的特性。表A中显示了该系数的一些值。
对于随着温度升高每摄氏度经历较大膨胀的材料，线性膨胀系数较高。
表面扩张
当一个平面处于固体中时，使该平面成为经历热膨胀的平面（图2），则面积ΔA的变化由下式给出：
DA = 2aA0
其中ΔA是初始面积Ao的变化，T是温度的变化，α是线性膨胀系数。
体积膨胀
与前面的情况一样，体积变化量ΔV可以通过以下关系式近似得出（图3）。该方程通常写如下：
DV = bVoDT
其中β是体积膨胀系数，大约等于3∝ Λ∝ τ∝ ßλ∝ 2，显示了某些材料的体积膨胀系数的值。
通常，物质会随着温度的升高而膨胀，水是该规则最重要的例外。当温度高于4ºC时，水会膨胀。
但是，当温度在4°C到0°C范围内下降时，它也会膨胀。当将水放入冰箱中时，会观察到这种效果；当水冻结时，水会膨胀，由于膨胀，很难从容器中取出冰。
例子
体积膨胀的差异会在加油站产生有趣的影响。一个例子是汽油滴入在炎热的天气刚充满的油箱中。
倾倒时，汽油会冷却钢制储罐，并且汽油和储罐都会随着周围空气的温度而膨胀。但是，汽油膨胀的速度比钢快得多，导致汽油从油箱中泄漏出来。
汽油与装有汽油的油箱之间的膨胀差会在读取油位表时引起问题。当压力表变空时，油箱中的汽油剩余量（夏季）要比冬季少得多。
警告灯亮起时，两个站点的汽油量相同，但是由于汽油在夏季膨胀，因此质量较低。
例如，您可以考虑容量为60L的全钢气罐。如果油箱和汽油的温度为15ºC，当温度达到35ºC时会洒出多少汽油？
由于温度升高，油箱和汽油的体积将增加，但是汽油的增加将超过油箱。因此，溢出的汽油将随您的体积变化而变化。然后可以使用体积膨胀方程式来计算体积变化：
那么，由于温度升高而溢出的体积为：
将这三个方程式合而为一，我们有：
从表2中获得体积膨胀系数的值，代以值：
尽管与60升的油箱相比，泄漏的汽油量相对而言微不足道，但其效果令人惊讶，因为汽油和钢材的膨胀非常快。
参考书目
- Yen Ho Cho，TaylorR。固体热膨胀ASM International，1998年。
- H. Ibach，《 HansLüth固态物理学：材料科学原理概论》 Springer科学与商业媒体，2003年。
- Halliday D.，Resnick R.，Krane K. Physics，第1卷。Wiley，2001年。
- Martin C. Martin，Charles A. Hewett古典物理学爱思唯尔元素，2013年。
- Zemansky Mark W.热与热力学。社论阿吉拉尔（Aguilar），1979年。