Definizione di dilatazione termica

Per aprire il coperchio troppo stretto di un vaso di conserva si può sovente riuscire nell'intento ponendolo sotto un getto di acqua calda. Sia il metallo del coperchio sia il vetro del vaso si dilatano quando l'acqua calda accresce l'energia dei loro atomi. Siccome però nei metalli gli atomi hanno oscillazioni più ampie che nel vetro, il coperchio metallo si espande un po' di più rispetto al vetro. Questo fenomeno è detto dilatazione termica. Ad esempio, i comuni termometri, che presentano un liquido contenuto in un tubo di vetro, funzionano perché i liquidi come il mercurio si dilatano in misura differente (maggiore) rispetto al vetro che li contengono. Inoltre, se la temperatura di una barra metallica di lunghezza L viene elevata di una temperatura ΔT, la sua lunghezza risulta aumentare di una quantità: ΔL = LαΔT
dove α è una costante chiamata coefficiente di dilatazione lineare. Il valore di α dipende dalla sostanza e ha come unità di misura il K-1 o il °C-1. Sebbene α vari con la temperatura, per comodità a temperature ordinarie può essere considerato costante. La dilatazione termica di un solido tridimensionale, invece, bisogna dire che si applica a qualsiasi dimensione lineare, incluse la larghezza, lo spessore, le diagonali etc. Infatti, se tutte le dimensioni del solido si dilatano con la temperatura, anche il volume di quel solido si espande. Per i liquidi l'unico parametro di espansione significativo è quello del volume. Se si incrementa di una quantità ΔT la temperatura di un solido o di un liquido di volume V, l'incremento di volume che si ottiene è: ΔV = VβΔT
dove β è il coefficiente di dilatazione volumica del solido o del liquido. I coefficienti di dilatazione volumica e lineare per un solido sono legati tra di loro dalla relazione: β = 3α