Les solides se développent lorsqu'ils sont chauffés car leurs particules constituantes (atomes ou molécules) gagnent de l'énergie cinétique. Cette augmentation de l'énergie cinétique fait vibrer les particules de vibrer plus vigoureusement et de se séparer, entraînant une augmentation du volume global du solide. Voici une ventilation du processus:
1. Structure moléculaire et forces intermoléculaires:
* atomes ou molécules: Les solides sont constitués d'atomes ou de molécules étroitement emballés maintenus ensemble par de fortes forces intermoléculaires. Ces forces peuvent être des forces ioniques, covalentes, métalliques ou van der Waals.
* vibration: Même à température ambiante, les particules dans un solide vibrent constamment autour de leurs positions fixes, maintenues ensemble par les forces intermoléculaires.
2. Absorption de chaleur et augmentation de l'énergie cinétique:
* Transfert d'énergie: Lorsque la chaleur est appliquée à un solide, l'énergie est transférée aux particules.
* Amplitude vibrationnelle: Cette énergie absorbée augmente l'énergie cinétique des particules, ce qui les fait vibrer avec une plus grande amplitude.
* Expansion: Alors que les particules vibrent plus vigoureusement, elles poussent les unes contre les autres et se séparent plus loin, ce qui fait augmenter le volume global du solide.
3. Facteurs influençant l'expansion:
* Température: Des températures plus élevées entraînent une plus grande expansion, car les particules ont plus d'énergie pour vibrer.
* Matériel: Différents matériaux ont différents coefficients d'expansion thermique. Ce coefficient indique combien un matériau se développe par degré Celsius (ou Fahrenheit) change de température.
* Pression: L'augmentation de la pression sur un solide peut contrer sa tendance à se développer, car les particules sont rapprochées.
4. Applications de l'expansion thermique:
* Thermomètres: Les thermomètres liquides en verre comptent sur l'expansion thermique des liquides (comme le mercure ou l'alcool) pour indiquer la température.
* ponts et bâtiments: Les ingénieurs tiennent compte de l'expansion thermique lors de la conception des ponts et des bâtiments pour prévenir les contraintes et les fissures en raison des fluctuations de température.
* bandes bimétalliques: Ces bandes sont faites de deux métaux différents avec des coefficients différents d'expansion thermique. Lorsqu'il est chauffé, la bande se plie en raison de l'expansion différentielle, qui est utilisée dans les thermostats et autres dispositifs.
5. Analogie:
Considérez un solide comme une collection de petits ressorts attachés les uns aux autres. Lorsqu'ils sont chauffés, les ressorts vibrent plus vigoureusement, s'étendant et augmentant la taille globale de la structure.
Remarque importante: L'expansion des solides est un changement physique, ce qui signifie que la composition chimique du matériau reste la même.
Dans l'ensemble, l'expansion des solides est le résultat direct d'une énergie cinétique accrue des particules, conduisant à une plus grande amplitude vibratoire et à une plus grande séparation entre elles.
