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 à l’intérieur de la matière se déplacent et deviennent plus actives à mesure que la température augmente. Cette activité oblige les particules à avoir besoin d’un espace supplémentaire entre elles, ce qui agrandit la taille d’un matériau. L’équation pour décrire ce concept est connue sous le nom de 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 est un résultat direct de cette dilatation thermique. La nécessité pour les objets de conserver leur forme sans distorsion majeure entraîne la pratique courante d’utiliser des métaux et des plastiques. Par exemple, un marteau doit conserver sa forme lorsque les températures augmentent pour éviter toute détérioration. Si ce principe est généralement vrai en fonction du type de matériau utilisé, certaines structures, comme les cristaux, peuvent posséder des coefficients de dilatation thermique différents selon la forme.
De même avec le concept de dilatation thermique négative, des conditions telles que le froid extrême provoquent la contraction des matériaux pour les raisons exactement opposées à la dilatation thermique régulière. Souvent, d’autres matériaux avec des coefficients différents sont nécessaires en conjonction avec ces solides. Un exemple serait une fenêtre, qui a besoin de raccords en caoutchouc pour empêcher l’expansion et la contraction du cadre métallique.
Plus le matériau est dur, plus la dilatation thermique est faible. Les liquides se dilateront plus facilement que les solides. Ceci est dû au fait que lorsque la liaison énergétique entre les particules augmente, la dilatation thermique diminue dans ces substances. 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 s’étendra pas exactement de la même manière dans chaque direction. Tout matériau comportant un certain nombre de 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 lorsqu’ils tentent de fabriquer un raccord qui n’aurait besoin de se dilater que dans une seule direction lorsqu’il est exposé à des changements de température.