18節：熱膨張

熱膨張は、物体の体積が温度の上昇に伴って増大する現象です。増加する体積は、次の式で表すことができます。

熱膨張には、棒状の物質の長さが増加する「線膨張」と、縦・横・奥行きの体積が増加する「体膨張」とがあります。

気体と液体の熱膨張は「体膨張」のみを、固体の熱膨張は「線膨張」と「体膨張」で考えます。また、固体と液体の膨張率は物質によって異なりますが、気体の膨張率はどの物質でも同じです。

線膨張率は、物体の温度を1℃上げたときの長さの増加量と、元の長さとの比です。たとえば、長さ10mmの物体が1℃上昇することで長さが10.1mmになった場合、線膨張率は0.01となります。

体膨張率は、物体の温度を1℃上げたときの体積の増加量と、元の体積との比です。たとえば一辺10mmの立方体が1℃上昇することで、一辺がそれぞれ10.1mmになったと仮定すると、体積は1000mm³から約1030.3mm³に増加します。この場合、体膨張率は0.0303となります。なお、同一の物体における体膨張率は、一般に線膨張率の約3倍とみなすことができます。