1. Calore e movimento molecolare:
* Quando si riscalda un materiale, stai essenzialmente aumentando l'energia cinetica dei suoi atomi e molecole. Questo li fa vibrare più velocemente e muoversi in modo più vigoroso.
* Mentre le molecole si muovono di più, tendono ad occupare un volume maggiore, portando all'espansione.
2. Espansione termica:
* Espansione lineare: I solidi si espandono in tutte e tre le dimensioni (lunghezza, larghezza e altezza). Questo si chiama espansione lineare. La variazione di lunghezza (ΔL) è proporzionale alla lunghezza originale (L), alla variazione della temperatura (ΔT) e al coefficiente di espansione lineare (α) per il materiale:ΔL =αlΔt.
* Espansione del volume: Liquidi e gas si espandono in tutte e tre le dimensioni, con conseguente espansione del volume. La variazione del volume (ΔV) è proporzionale al volume originale (V), alla variazione della temperatura (ΔT) e al coefficiente di espansione del volume (β) per il materiale:ΔV =βvΔt.
3. Forze intermolecolari:
* Anche la forza delle forze intermolecolari tra molecole svolge un ruolo.
* Forze più forti (come nei solidi) comporta una minore espansione per una determinata variazione di temperatura.
* Forze più deboli (come nei gas) comporta un'espansione più significativa.
4. Eccezioni e considerazioni:
* L'acqua è un'eccezione notevole: L'acqua si espande quando si blocca, motivo per cui il ghiaccio galleggia. Ciò è dovuto ai legami idrogeno che formano una struttura cristallina che occupa più spazio rispetto all'acqua liquida.
* Cambiamenti di fase: I materiali possono anche cambiare fasi (solido, liquido, gas) a causa delle variazioni di temperatura. Queste variazioni di fase comportano significativi variazioni del volume.
In sintesi, l'espansione e la contrazione dei materiali con variazioni di temperatura sono una conseguenza diretta dell'aumento o ridotto energia cinetica di atomi e molecole all'interno del materiale, portando a cambiamenti nella spaziatura media tra di loro.
