انبساط گرمایی Thermal expansion

بیشتر مواد با گرم شدن منبسط می‌شوند و با سرد شدن منقبض. علتش این است که ذره‌های ماده با دمای بالاتر انرژی بیشتری دارند و ارتعاششان شدیدتر می‌شود، پس به طور میانگین از هم دورتر می‌ایستند. این اثر برای جامدات کم، برای مایعات بیشتر و برای گازها بسیار زیاد است. برای ارتباط آن با مفهوم دما آن را بخوانید.

انبساط گرمایی چگونه حساب می‌شود؟

برای یک میله، افزایش طول با رابطهٔ زیر داده می‌شود:

α ضریب انبساط طولی ماده است. برای فولاد حدود ۱۲ در میلیونم بر درجه، برای آلومینیوم حدود ۲۳ و برای شیشهٔ پیرکس خیلی کم است (حدود ۳). برای مثال، ریل آهنی به طول ۱۰۰ متر با ۴۰ درجه گرم شدن حدود ۵ سانتی‌متر بلندتر می‌شود.

انبساط گرمایی چه پیامدهایی دارد؟

• ریل‌ها، پل‌ها و جاده‌ها درز انبساط دارند تا در گرما کج نشوند.
• سیم‌های برق در تابستان شل‌تر آویزان می‌شوند.
• دماسنج جیوه‌ای یا الکلی بر پایهٔ انبساط مایع کار می‌کند.
• ترموستات دو‌فلزی از انبساط متفاوت دو فلز بهره می‌برد.
• شیشهٔ معمولی با گرمای ناگهانی می‌ترکد، چون ناهمگون منبسط می‌شود.

آب چرا استثناست؟

آب میان صفر تا حدود ۴ درجهٔ سلسیوس با گرم شدن منقبض می‌شود و چگالی بیشینه‌اش در حدود ۴ درجه است. یخ هم از آب مایع سبک‌تر است و روی آن می‌ماند. این ویژگی باعث می‌شود دریاچه‌ها از بالا یخ بزنند و موجودات زیر یخ زنده بمانند. این یکی از دلایل اهمیت آب برای حیات است.

در ستاره‌شناسی

آینهٔ تلسکوپ بازتابی باید پیش از رصد به دمای هوای محیط برسد، وگرنه انبساط و انقباض ناهمگون سطح آن تصویر را تار می‌کند. فضاپیماها هم که در هر گردش میان آفتاب و سایه دمای بسیار متفاوتی می‌بینند، برای تحمل این تغییر ابعاد طراحی می‌شوند.

پرسش‌های رایج

### انبساط گرمایی چیست؟
انبساط گرمایی افزایش اندازهٔ ماده با گرم شدن است. علتش دور شدن میانگین ذره‌های ماده از هم است.

### چرا ریل قطار درز دارد؟
ریل در گرما بلند می‌شود و اگر درز نباشد خم و کج می‌شود. درز اجازه می‌دهد انبساط بدون آسیب باشد.

### چرا درِ شیشهٔ مربا را با آب داغ باز می‌کنند؟
در فلزی با آب داغ سریع‌تر از شیشه منبسط می‌شود و شل می‌شود، پس باز کردنش آسان‌تر می‌شود.

### کدام مواد بیشتر منبسط می‌شوند؟
گازها بیش از مایعات و مایعات بیش از جامدات منبسط می‌شوند، چون ذره‌هایشان آزادتر حرکت می‌کنند.