Bevezetés a szilárd testek hőtágulásába

A legtöbb anyag mérete megnő, ha a hőmérsékletét megnöveljük. Ezt a növekedést nevezzük hőtágulásnak. A növekedés általában olyan csekély, hogy szabad szemmel nehéz megfigyelni.

Végezzük el a következő egyszerű kísérletet: Vizsgáljuk meg egy olyan vasgolyó hőtágulását, amely szobahőmérsékleten éppen átfér egy szintén vasból készült gyűrűn. Ha a golyót felmelegítjük, akkor a hőtágulás következtében már nem fér át a gyűrűn. Melegítsük meg ezután a gyűrűt is. Talán vannak, akik meglepődnek, hogy a forró golyó átfér a forró gyűrűn, amit úgy is megfogalmazhatunk, hogy a gyűrűn lévő lyuk ugyanúgy kitágul, mintha anyaggal lenne kitöltve. Ez így is van, hiszen a gyűrűt elképzelhetjük úgy is, mintha egy nagyobb korongból koncentrikusan (közös középponttal) kivágnánk egy kisebbet. Melegítés hatására mindkét korong átmérője nő, és így a belső korong átmérő-növekedése egyben a külsőben lévő lyuk átmérőjének növekedését is megadja. Ugyanez érvényes akkor is, ha a lyuk egy test belsejében van, továbbá akkor is, ha a lyuk olyan nagy, hogy a környező szilárd test csak egy vékony héj. Így egy vékonyfalú lombik vagy üvegpalack hőtágulása ugyanakkora, mintha az egész test ugyanolyan méretű tömör üvegből lenne.

Hőtágulási kísérlet fémgolyóval és gyűrűvel