Den molekylära bilden:
* Värme och molekylrörelse: Temperatur är ett mått på molekylernas genomsnittliga kinetiska energi i ett ämne. När du värmer ett fast, ökar du den kinetiska energin i dess molekyler. Detta betyder att molekylerna vibrerar mer kraftfullt och rör sig längre isär.
* Intermolekylära krafter: Molekyler i ett fast ämne hålls samman av starka intermolekylära krafter (som jonbindningar, kovalenta bindningar eller metallbindningar). Dessa krafter motstår den expansion som orsakas av ökad molekylrörelse, men de kan inte helt förhindra den.
* expansion: När molekylerna vibrerar mer kraftfullt, skjuter de mot varandra och ökar det genomsnittliga avståndet mellan dem. Detta ökade avstånd leder till en övergripande utvidgning av det fasta ämnet.
* sammandragning: Omvänt, när du kyler ett fast, minskar du den kinetiska energin hos dess molekyler. Detta minskar vibrationen och gör det möjligt för de intermolekylära krafterna att dra molekylerna närmare varandra, vilket resulterar i sammandragning.
Nyckelpunkter:
* Termisk expansionskoefficient: Graden till vilken ett fast ämne expanderar eller kontrakt med temperaturförändringar varierar beroende på materialet. Detta kvantifieras med dess termiska expansionskoefficient. Vissa material (som stål) expanderar mer än andra (som glas) för samma temperaturförändring.
* Praktiska applikationer: Den termiska expansionen av fasta ämnen har många praktiska tillämpningar:
* broar och byggnader: Expansionsfogar är integrerade i broar och byggnader för att rymma förändringarna i längd på grund av temperaturfluktuationer, vilket förhindrar skador.
* Termometrar: Vätskor expanderar mer än fasta ämnen. Detta är anledningen till att vätska-i-glas termometrar fungerar.
* bimetalliska remsor: Dessa remsor är gjorda av två metaller med olika termiska expansionskoefficienter. Vid uppvärmning böjs remsan på grund av de olika expansionshastigheterna och utgör grunden för termostater och andra enheter.
I huvudsak är utvidgningen och sammandragningen av fasta ämnen med temperaturförändringar en direkt följd av samspelet mellan den ökade molekylrörelsen orsakad av värme och de motståndande krafterna för intermolekylära bindningar.
