Bimetallstreifen

Die Erklärung für die Wärmeausdehnung von Stoffen muss auf atomarer Ebene gesucht werden. Die in den Atomen enthaltene Wärmeenergie drückt sich in Form einer Schwingung um ihre Durchschnittsposition aus. Diese Schwingung hängt von der Temperatur und den benachbarten Atomen ab. Eine Temperaturschwankung hat eine Veränderung des Volumens zur Folge. Diese Eigenschaft gilt für alle Stoffe (fest, flüssig, gasförmig). Auf ihr beruht teilweise der Anstieg des Meeresspiegels im Falle der Klimaerwärmung, das Aufsteigen von Heißluftballons wenn man die in ihnen enthaltene Luft erwärmt und die Neigung des Eiffelturms um mehrere Zentimeter in entgegengesetzter Richtung zur Sonne.

Diese Eigenschaft von Stoffen zeichnet sich durch einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aus. Die Formel unten entspricht einer linearen Ausdehnung: 

ΔL = α . L₀  . ΔT

• ΔL die Längenänderung in Metern (m);
• α der lineare Ausdehnungskoeffizient (K^-1 oder °C^-1);
• L₀ die Anfangslänge in Metern (m);
• ΔT = T - T₀ die Temperaturänderung (K oder °C).

Dass zwei Metalle unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben ist die Erklärung dafür, dass sich das Bimetall in die Richtung verbiegt, an der der Ausdehnungskoeffizient niedriger ist. Diese Eigenschaft wird in zahlreichen Vorrichtungen wie in temperaturempfindlichen Schaltern (siehe die Animation Feueralarm) ausgenutzt. Die Krümmung ist umso beträchtlicher, je länger das Bimetall ist. Genau diese Verstärkung strebt man bei spiralförmigen Bimetallen an, wie sie in manchen Thermometern genutzt werden. 

Das Phänomen der Wärmeausdehnung ist bei kleinen Objekten nur wenig wahrnehmbar. Es muss jedoch bei großen Strukturen wie Brücken, Hochhäusern oder sogar großen Luft- oder Wassermassen berücksichtigt werden.