Теплове розширення тіл молекулярно-кінетична теорія пояснює так. Зі збільшенням температури збільшується швидкість руху частинок, з яких складається тіло. Середня відстань між частинками також збільшується, і, відповідно, збільшується об’єм тіла. І навпаки, зі зниженням температури тіла рух частинок стає повільнішім, міжмолекулярні проміжки зменшуються і, відповідно, зменшується об’єм тіла.
Зрозуміло, що не всі тіла під час нагрівання на ту саму температуру розширюються однаково. Дослідним шляхом з’ясовано, що тверді тіла та рідини розширюються набагато менше, ніж гази.
Теплове розширення тіла залежить від речовини, з якої складається тіло.
Існують речовини, об’єм яких на певному інтервалі температур під час нагрівання зменшується, а під час охолодження — збільшується. До таких речовин належать вода, чавун і деякі інші. Вода, наприклад, під час охолодження до 4 °С (точніше до 3,98 °С) стискується, як і більшість речовин. Однак починаючи з температури 4 °С і до замерзання (0 °С) вода розширюється. Саме завдяки цій властивості річки, моря й океани не промерзають до дна навіть у сильні морози. Адже саме за температури 4 °С вода має найбільшу густину і тому опускається на дно водойми. За температури ж 0 °С густина води є меншою, тому така вода залишається на поверхні й замерзає — перетворюється на лід. Оскільки густина льоду менша від густини води, лід розташовується на поверхні води та надійно захищає водойму від глибокого промерзання. Зазначені властивості води мають неабияке значення для життя різноманітних водоростей, риб та інших істот у водоймах.
Здатність тіл змінювати свої розміри під час змінення температури відіграє дуже важливу роль у природі. Про особливості теплового розширення води ви вже дізналися. Розглянемо інші приклади.
Поверхня Землі прогрівається нерівномірно. У результаті повітря поблизу її поверхні розширюється теж нерівномірно. Цей факт — один із чинників утворення вітру, що, в свою чергу, зумовлює зміну погоди. Нерівномірне прогрівання води в морях і океанах спричиняє виникнення течій, які суттєво впливають на клімат. Різке коливання температури в гірських районах викликає розширення та стискання гірських порід. Це відбувається нерівномірно, тому виникають тріщини, що спричиняють руйнування гір, а отже, зміну рельєфу.
Явище теплового розширення широко використовується в техніці та побуті. Так, для автоматичного вимикання та вмикання електричних пристроїв використовують біметалеві пластинки. Дія таких пластинок заснована на тому, що різні метали по-різному розширюються під час нагрівання. Теплове розширення повітря допомагає рівномірно прогріти квартиру, остудити продукти в холодильнику, провітрити помешкання (чому і як це відбувається, ви дізнаєтесь із на наступних уроках.
