Viele Materialien, insbesondere Metalle, dehnen sich beim Erhitzen aufgrund der erhöhten kinetischen Energie der Atome physikalisch aus. Diese Ausdehnung bewegt sich in allen drei Dimensionen nach außen, wenn auch nicht unbedingt im gleichen Maße. Der lineare Ausdehnungskoeffizient ist der Wert, der den Längenunterschied eines Objekts mit dem Temperaturunterschied des Objekts korreliert, wenn die beiden Längenmessungen durchgeführt wurden. Ein größerer Wert bedeutet, dass sich das Material bei einem eingestellten Temperaturanstieg stärker ausdehnt als ein Material mit einem niedrigeren Koeffizienten.
Streng genommen ist der lineare Ausdehnungskoeffizient auch eine Funktion der Temperatur, aber für die meisten Materialien kann er im Bereich von 32 °C bis 212 °C als Konstante angesehen werden. Auch Flüssigkeiten dehnen sich aus, und das dreidimensionale Äquivalent, der quaderförmige Ausdehnungskoeffizient bei einer bestimmten Temperatur, wird bei der Berechnung von Volumenänderungen verwendet. Gase dehnen sich aus, um jeden Behälter zu füllen, in den sie eingebracht werden. Da ihr Volumen feststeht, erhöht sich der Druck der Gase mit steigender Temperatur.
Tabellen dieser Werte sind in technischen Handbüchern verfügbar. Die Werte werden in Einheiten von 10,000 a‘ oder in 10-6 m/m K oder in 10-6 in/in °F angegeben. Das Symbol a‘ wird im amerikanischen Standardmaßsystem verwendet. Die Auswertung eines Beispiels hilft, diese Einheiten zu verdeutlichen.
Dieser Wert wird in Längeneinheiten ausgedrückt. Der Längenausdehnungskoeffizient für Messingdraht wird mit 18.7 x 10-6 m/m K und 10.4 x 10-6 in/in °F angegeben. Die Berechnung für die Längenausdehnung eines Messingdrahtes, der bei 10 °C (3.048 °F) lang ist und auf 70 °C (21.1 °F) erhitzt wird, ist 80 m (26.6 Fuß) lang:
10 Fuß sind 120 Zoll. Der Messingdraht dehnt sich 10.4 x 10-6 Zoll pro Zoll der Anfangslänge pro Grad Celsius Temperaturanstieg aus. 120 + (10.4 x 10-6) x 120 x 10 = 120.0125 Zoll.
In metrischen Einheiten beträgt die Berechnung 3.048 m + (18.7 x 10-6) x 3.048 x 10×5/9 = 3.048316 m, was 120.0124 Zoll entspricht. Die 5/9 in der Gleichung wandelt ein Grad Fahrenheit in ein Grad Celsius um.
Dieser Längenunterschied mag trivial erscheinen, aber bei der Konstruktion von Elementen wie Stromkabeln, die Hunderte von Meilen oder Kilometer lang sind und Temperaturunterschiede von 150° oder mehr aufweisen, muss jedoch die Wärmeausdehnung berücksichtigt werden. Auch Teile mit sehr engen Toleranzen, wie in optischen Geräten, müssen vor Temperaturschwankungen geschützt werden oder die ungleichmäßige Ausdehnung von Teilen aus unterschiedlichen Materialien aufnehmen.