2. Залежність розмірів фізичних тіл від температури

 

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 (\(1688–1742 рр.\))).

У нагрітому стані кулька не проходить крізь кільце.
Після охолодження кулька крізь кільце проходить.
 

Теплове розширення рідин:

Якщо налити в колбу воду і закрити її корком в який вставлена скляна трубка так, щоб частина рідини була в трубці, то нагрівши воду, помітимо, що рівень води в трубці підвищився. 

Теплове розширення газів:

Якщо взяти колбу заповнену повітрям і нагрівати, то повітря почне розширюватись частина його виходить з колби, про що свідчать бульбашки повітря біля отвору трубки.

Виникає питання: чому тіла при нагріванні збільшуються в об’ємі?
Зі збільшенням температури збільшується швидкість руху частинок речовини, в результаті чого збільшується середня відстань між частинками і, відповідно, збільшується об’єм тіла.
І навпаки, зі зниженням температури тіла рух частинок стає повільнішім, міжмолекулярні проміжки зменшуються і зменшується об’єм тіла.
Під час нагрівання на ту саму температуру не всі тіла  розширюються однаково.
Тверді тіла та рідини розширюються набагато менше, ніж гази.
Теплове розширення тіла залежить від речовини, з якої тіло виготовлене.

Існують речовини, об'єм яких на певних інтервалах температур під час охолодження збільшується, а під час нагрівання — зменшується (вода, чавун).
Вода, наприклад, має найбільшу густину при \(4 °С\) (точніше \(3,98 °\)С). 
Завдяки таким властивостям води річки, моря й океани не промерзають до дна навіть у сильні морози (вода за температури 4 °С має найбільшу густину, тому опускається на дно водойми).

Одним із чинників утворення вітру, що зумовлює зміну погоди, є те, що поверхня Землі прогрівається нерівномірно, тому повітря біля її поверхні розширюється також нерівномірно. 

Виникнення течій в морях і океанах — також результат нерівномірного прогрівання води.

Явище теплового розширення широко використовується в техніці та побуті.

Наприклад, для автоматичного вимкнення нагрівальних пристроїв (наприклад, чайника) використовують біметалічні пластинки. У разі збільшення температури одна металева смуга розширюється набагато більше, ніж друга смуга, виготовлена з іншого металу, тому пластинка вигинається й розмикає електричне коло.

Завдяки тепловому розширенню повітря в кімнаті прогрівається рівномірно. Теплове розширення слід обов’язково брати до уваги під час будівництва мостів і ліній електропередач, прокладання труб опалення, укладання залізничних рейок, виготовлення залізобетонних конструкцій.