Pozytywne i negatywne wpływy zjawiska rozszerzalności cieplnej ciał stałych (lub cieczy, gazów) w przyrodzie i życiu człowieka.

Rozpatrując zagadnienie wpływu zjawiska rozszerzalności cieplnej ciał stałych na przyrodę i życie człowieka należy je w pierwszej kolejności omówić i scharakteryzować. Rozszerzalność cieplna (lub inaczej dylatacja temperaturowa) ciał stałych jest to zjawisko polegające na wzroście objętości ciała wraz ze wzrostem jego temperatury.

Przy obserwacji makroskopowej jest to proces nieskomplikowany, w skali mikroskopowej przedstawia się następująco:

Aby zrozumieć proces rozszerzalności temperaturowej należy przytoczyć wykres energii oddziaływania międzycząsteczkowego (charakterystykę energii w funkcji odległości):

Wykres E1 przedstawia energię potencjalną związaną z przyciąganiem (siły Van der Waalsa, które występują w przypadku elektryzowania przez indukcję papierków przez naelektryzowaną laskę, a następnie ich elektrostatyczne przyciąganie - są to siły krótko-zasięgowe). Wykres E2 przedstawia energię potencjalną wynikającą z odpychania, natomiast wykres E3 - energię całkowitą. Wykresy E1 i E2 nie są symetryczne względem poziomej osi, dlatego energia całkowita E3 ma swoje minimum. Zgodnie z ogólną zasadą atomy ciała stałego będą dążyły do osiągnięcia minimum energetycznego, a więc najniższej wartości energii E3 na naszym wykresie. Atomy jednak wykonują drgania, a ponieważ wykres E3 nie jest symetryczny, punkty 1 i 2 (środkowe linii definiujących odległość) nie będą leżały w minimum, lecz będą się od niego oddalać na prawo. Skoro więc odległości średnie wszystkich drgających atomów będą rosły, to rezultatem będzie zwiększenie się wymiarów całego ciała.

Ilościowo rozszerzalność liniową ciał stałych charakteryzuje się podając dla danego ciała liniowy współczynnik rozszerzalności cieplnej. Podaje on o jaką część długości początkowej zwiększa się długość ciała stałego przy wzroście temperatury o 1 Celsjusza. Jednak nie wszystkie ciała rozszerzają się w jednakowy sposób. Istnieje podział na ciała:
-izotropowe (rozszerzają się jednakowo we wszystkich kierunkach)
-anizotropowe (posiadają różne współczynniki rozszerzalności temperaturowej w różnych kierunkach, co wynika ze struktury krystalograficznej)

O zmianie objętości informuje nas natomiast objętościowy współczynnik rozszerzalności cieplnej (określa o jaką część zwiększa się objętość substancji gdy temperatura wzrasta o 1 Celsjusza. Jego wartość jest trzykrotnie większa od współczynnika liniowego (gdyż objętość to zmiana wymiarów w trzech kierunkach).

Wahania temperatury występują na wszystkich morzach, lądach i kontynentach - we wszystkich częściach świata. Dlatego na całym spotyka się również zjawisko rozszerzalności cieplnej. Uwzględnić je trzeba we wszystkich dziedzinach naszego codziennego życia a także w przyrodzie.

Przykładowo mosty mogą być nawet o kilkadziesiąt centymetrów dłuższe latem niż zimą. W związku z tym, ich konstrukcje zawierają stalowe "grzebienie" (widoczne na rysunku), za których pomocą łączy się poszczególne elementy mostu. Mostów nie przyczepia się też sztywno do podłoża, lecz pod jednym z końców umieszcza się stalowe walce, dzięki którym koniec ten może się toczyć, a sama konstrukcja mostu wskutek rozszerzenia lub zwężenia nie ulega naruszeniu.

Linie energetyczne i przewody telefoniczne są luźno zawieszone i tworzą charakterystyczne łuki, dzięki czemu w zimie, gdy ulegną skurczeniu nie zrywają się. Linie energetyczne trakcji kolejowych i tramwajowych muszą być natomiast sztywno naciągnięte, aby rozszerzalność cieplna nie zmieniała wysokości na której wiszą (inaczej nie byłaby możliwość dostawy prądu do lokomotywy).

Podczas wstawiania szyb w ramie okna muszą zostać wolne miejsca, aby w przypadku zmian temperatury i przez to rozmiaru, szkło nie pękało.

Linie ciepłownicze doprowadzające wodę na powierzchnie ziemi nie mogą być proste. Wykonuje się specjalne kolanka, co umożliwia swobodne zmiany rozmiarów i kątów skręcenia, dzięki czemu rury te są w mniejszym stopniu narażone na pękanie i wyginanie.

Szyny kolejowe i tramwajowe łączy się ze sobą pozostawiając pomiędzy nimi przerwy (czego wynikiem jest charakterystyczny stukot podczas jazdy pociągiem) dzięki czemu nie dochodzi do ich sezonowego wypaczania. (obecnie stosuje się ukośne nacięcia dzięki czemu nie słychać już stukotu).

W miejscach, w których różnice temperatur dochodzą do wartości ekstremalnych (np poszycia kadłubów promów kosmicznych, czy elementy silników samochodowych) stosuje się odpowiednie technologie, które zmniejszają współczynniki rozszerzalności cieplnej używanych materiałów (w stali współczynnik ten zmniejsza się poprzez dodanie niklu). Oraz dobiera się odpowiednie luzy, aby umożliwić współpracę różnych elementów, które w innym wypadku zakleszczyłyby się.
W technice człowiek wykorzystał zjawisko rozszerzalności cieplnej do produkcji tak zwanych bimetali. Czym są bimetale? Otóż różne metale rozgrzewają się inaczej. Jeśli więc połączymy trwale dwie metalowe płytki, jeden rozszerzy się bardziej a drugi mniej. W wyniku tego zjawiska płytka złożona z dwóch metali wygnie się w stronę tego mniej rozszerzalnego. Płytki takie wykorzystuje się przy produkcji termostatów, żelazek, czujników dopływu gazu, bezpieczników temperaturowych i tym podobnych przedmiotów. Schemat działania przedstawię na rysunku.

Gdy bimetal jest w temperaturze pokojowej, przez obwód płynie prąd. Gdy natomiast temperatura zwiększa się, bimetal wygina się i obwód zostaje przerwany, aż do ostygnięcia bimetalu.

Jeśli zaś chodzi o współczynnik rozszerzalności cieplnej i jego wpływ na przyrodę, to chciałabym przytoczyć jeden, choć zdaje się najważniejszy ze wszystkich fakt pływania lodu (ciała stałego) w wodzie. Jak wiadomo woda ma największą gęstość w temperaturze 4Celsjusza, a więc nawet w przypadku panujących niskich temperatur lód utrzymuje się na powierzchni, a nie tonie. Umożliwia to przetrwanie życia w głębokiej wodzie nawet przy bardzo mroźnych zimach i niskich temperaturach na powierzchni. Być może fakt ten zadecydował o tym, iż na Ziemi w ogóle mogło rozwinąć się życie.