Qu'est-ce que l'expansion thermique?
En raison des changements de température, la matière change de volume. Ce concept est connu sous le nom de dilatation thermique. Lorsqu'une substance se réchauffe, les particules se déplacent dans la matière et deviennent plus actives à mesure que la température augmente. Cette activité fait que les particules ont besoin d'espace supplémentaire entre elles, ce qui augmente la taille d'un matériau. L'équation pour décrire ce concept s'appelle le coefficient de dilatation thermique et peut être définie par le fait que le degré de dilatation est divisé par le changement de température dans un matériau.
L'utilisation de certains matériaux solides dans la construction et l'ingénierie découle directement de cette dilatation thermique. La nécessité pour les objets de conserver leur forme sans déformation majeure se traduit par la pratique courante consistant à utiliser des métaux et des plastiques. Par exemple, un marteau doit conserver sa forme lorsque la température augmente pour éviter toute dégradation. Bien que ce principe soit généralement vrai en fonction du type de matériau utilisé, certaines structures, telles que les cristaux, peuvent posséder différents coefficients de dilatation thermique en fonction de la forme.
De même avec le concept de dilatation thermique négative, des conditions telles que le froid extrême provoquent la contraction des matériaux pour des raisons exactement opposées à la dilatation thermique régulière. Souvent, d'autres matériaux ayant des coefficients différents sont nécessaires en conjonction avec ces solides. Un exemple serait une fenêtre, qui a besoin de raccords en caoutchouc pour empêcher la dilatation et la contraction du cadre en métal.
Plus le matériau est dur, plus la dilatation thermique est faible. Les liquides se dilatent plus facilement que les solides. Ceci est dû au fait que, lorsque la liaison énergétique entre les particules augmente, la dilatation thermique de ces substances diminue. De plus, certains matériaux changent de taille en raison de l'absorption ou de la désorption d'eau ou de solvants.
Un type d'expansion connu sous le nom d'expansion anisotrope peut se produire dans certains types de matériaux. Cela signifie que le solide ne se développera pas exactement de la même manière dans chaque direction. Tout matériau comportant plusieurs couches, tel que le graphite, se dilate généralement plus facilement de manière perpendiculaire avec les couches plutôt que verticalement contre les couches. Cela peut être bénéfique pour les concepteurs qui tentent de réaliser un raccord qui n'aurait besoin de se dilater que dans une direction lorsqu'il est exposé aux changements de température.