Barra bimetálica
Es a nivel atómico que debemos buscar la explicación de la expansión térmica de la materia. La energía térmica contenida en los átomos se expresan en forma vibración alrededor de su posición promedio. Esta vibración depende de la temperatura de sus átomos vecinos. Una variación en la temperatura tiene el efecto de modificar el volumen. Esta propiedad aplica a cualquier tipo de material (sólido, líquido o gas). Esto explica parcialmente el aumento en el nivel del mar en el caso del calentamiento global, el vuelo de los globos aerostáticos cuando se calienta el aire que contienen, y la inclinación de la torre Eiffel varios centímetros en dirección opuesta al Sol.
Esta propiedad del material se caracteriza por un coeficiente de expansión térmica. La fórmula de abajo corresponde a la expansión lineal:
ΔL = α . L0 . ΔT
- ΔL la variación en longitud en metros (m);
- α el coeficiente de expansión lineal (en K-1 o en °C-1);
- L0 la longitud inicial en metros (m);
- ΔT = T - T0 la variación de temperatura (en K o en ºC).
La diferencia en el coeficiente de expansión de dos metales explica por qué se curvea la barra bimetálica en el lado con el coeficiente de expansión más pequeño. Esta propiedad se explota en varios diseños como el interruptor termosensible (ver la animación alarma de incendio). Esta peculiaridad es mayor mientras más larga es la barra bimetálica. Es esta amplificación la que se busca con una barra bimetálica en forma espiral como la que se usa en ciertos termómetros.
Este fenómeno de expansión térmica no es muy perceptible en objetos pequeños. Sin embargo, se debe considerar en estructuras grandes como puentes, edificios o incluso grandes masas de aire o agua.
