La plupart des corps solides, liquides et gazeux se dilatent lorsqu’ils sont chauffés et se contractent lorsqu’ils sont refroidis. Ce sont les gaz qui se dilatent le plus lorsqu’ils sont chauffés, et les solides qui se dilatent le moins.
Dilatation des corps solides
Si la température d’un corps solide varie d’une certaine valeur, sa longueur ou sa surface et son volume varient en conséquence. La longueur augmente avec l’augmentation de la température, la longueur diminue avec la diminution de la température.
L’augmentation de la longueur ou du volume d’un corps solide sous l’effet de la température est essentiellement due au fait que les atomes ou les molécules du corps solide oscillent plus fortement autour de leur position de repos lorsque la température augmente. Les distances entre les particules augmentent et le volume du corps augmente, tandis que les forces de cohésion qui maintiennent les atomes ou les molécules du corps solide ensemble diminuent.
Dans l’ingénierie, on essaie d’utiliser des combinaisons de matériaux appropriées pour éviter les tensions mécaniques dues aux dilatations thermiques (d’intensité variable). Par exemple, des joints de dilatation et des paliers lisses sont utilisés dans les structures de transition des ponts afin de minimiser les tensions dues à la température.
Dilatation des liquides
Lorsque la température d’un liquide varie d’une certaine valeur, son volume varie en conséquence. Lorsque la température augmente, le volume augmente, lorsque la température diminue, le volume diminue.
L’augmentation du volume des liquides due à la température est essentiellement due à l’augmentation de la vitesse des atomes ou des molécules dans le liquide. Les particules occupent donc plus d’espace dans le liquide et le volume augmente.
Si le volume d’une certaine quantité de liquide change, la densité du liquide change également. En général, la densité des liquides diminue lorsque la température augmente.
Dilatation des gaz
Lorsqu’ils sont chauffés, les gaz se dilatent beaucoup plus que les liquides. Si la pression d’un gaz reste constante pendant le réchauffement, il se dilate proportionnellement à la température absolue.
L’augmentation du volume des gaz sous l’effet de la température est essentiellement due, comme pour les liquides, à l’augmentation de la vitesse des atomes ou des molécules dans le gaz. Les particules occupent donc plus d’espace et le volume du gaz augmente. Expérimentalement, une expansion à pression constante peut être réalisée, par exemple, à l’aide d’un ballon (d’air) dans un bain d’eau ou d’un cylindre avec un piston mobile. Dans les deux cas, la quantité de particules de gaz à l’intérieur du récipient reste constante, il s’agit donc de systèmes fermés.