熱膨脹

熱膨脹是大多數材料變熱時會略微變大、變冷時會收縮的傾向。這就是為什麼橋樑和鐵軌要預留小縫隙、金屬瓶蓋泡熱水後會變鬆、以及電線在夏日會下垂得更多的原因。

當材料變熱，它的粒子振動得更劇烈，平均而言彼此稍微推得更遠，於是整個物體變大。對一根桿子而言，長度變化遵循 ΔL = alpha L_0 ΔT，其中 L_0 是原長、ΔT 是溫度變化、alpha 是線膨脹係數（材料的一種性質）。對體積而言，ΔV = beta V_0 ΔT，而對固體來說 beta 幾乎正好是 3 倍的 alpha。

有個著名而重要的例外是水：在 0°C 到 4°C 之間，它反其道而行，越冷反而越膨脹。這種「反常膨脹」使冰的密度比液態水小，因此冰會浮起、池塘由上往下結冰——這正是魚能熬過冬天的原因。不同材料膨脹率的差異也被善加利用：雙金屬片會隨溫度彎曲，用來讓恆溫器開關切換。