熱膨張
液体の膨張は、一般的に容器内で測定される。容器内で液体が膨張すると、液体とともに容器も膨張する。したがって、観察された液体の水位上昇から算出される体積増加は、その体積の実際の増加ではない。容器に対する液体の膨張は、見かけの膨張 (apparent expansion) と呼ばれ、液体の実際の膨張は、真の膨張や絶対膨張 (real expansion, absolute expansion) と呼ばれる。元の体積に対する温度の単位上昇あたりの液体体積の見かけの増加比率は「見かけの膨張率」と呼ばれている。
小さく均一な温度上昇の場合、これらの影響が相加的となる。液体の体積増加(実際の膨張)は、液体の見かけの体積増加(見かけの膨張)と容器の体積増加を合計したものと等しくなる。そのため実験では2つの膨張率が同時に測定される。
液体の膨張測定も、同様に容器の膨張を考慮しなければならない。例えば、頸部を部分的に満たすだけの液体が入った細首フラスコを熱浴に入れると、頸部にある液柱の高さが当初は下がり、続いてすぐフラスコと液体と熱浴の系全体が温まるまでその高さの上昇が起こる。液柱の高さの初期の落下は、液体の初期収縮によるものではなく熱浴に最初に接触したフラスコの膨張によるものである。その後すぐにフラスコ内の液体がフラスコ自体によって加熱され、膨張し始める。液体は一般的に固体より大きな膨張を有するため、フラスコ内の液体膨張は最終的にフラスコの膨張を超えて、フラスコ内の液面が上昇する原因となる。液柱の高さの直接測定は、液体の見かけの膨張の測定である。液体の絶対膨張は、見かけの膨張に容器膨張の補正を行なった値となる。
大形構造物を設計する場合、土地調査でテープやチェーンを使って距離を測定する場合、高温材料を鋳造する金型を設計する場合、ほか温度によるサイズの大幅な変化が予想される応用工学においては、その物質の膨張および収縮を考慮しなければならない。
また熱膨張は、機械用途で部品を互いに密着させる場合にも使用される。例えば内径を軸の直径より僅かに小さく作っておき、次にそれを軸に収められるよう加熱して、軸に押し込んだ後に冷却させるという、いわゆる焼きばめが行われている。焼きばめは、金属部品をあらかじめ150 °C - 300 °Cの間に熱して行う一般的な産業手法であり、それによって部品を膨張させ、別部品への挿入または取り外しを可能にする。
線膨張率の非常に小さい合金が幾つか存在し、ある温度範囲で物理的寸法の変化が小さいことを要求する用途で使われている。そのうちの1つがインバー36で、膨張は約0.6×10 K相当である。これらの合金は、幅広い温度変動が起こるであろう航空宇宙用途に有用である。
プランジャー装置は、実験室で金属棒の線膨張を見定めるのに用いられる。この装置は両端が閉じた金属製シリンダー(蒸気套と呼ばれる)で構成されており、そこには蒸気用の入口と出口が付いている。棒を加熱するための蒸気は、ゴム管で入口と繋がっているボイラーより供給される。シリンダーの中心には温度計を挿入するための穴が付いている。測定対象の棒は蒸気套内に置かれる。一端は自由だが、もう一端は固定ねじで押さえつけられている。棒の位置をマイクロメータのねじ尺または球面計(英語版)によって決定する。
熱が引き起こす膨張は、大半の工学分野で計算に入れておく必要がある。幾つか例を挙げる。
金属製の窓枠にはゴム製スペーサーが必要になる。
ゴムタイヤは、路面や天候によって加熱ないし冷却されたり、機械的な屈曲や摩擦によって加熱されるため、幅広い温度帯で良好に機能する必要がある。
金属製の温水加熱配管では、長い直線を使ってはいけない(右写真のように迂回箇所を作って膨張の影響を分散させる)。
鉄道や橋などの大型構造物は、座屈しないよう構造物に伸縮継手を入れておく必要がある。
車のエンジンが冷えているうちは性能が悪い理由の一つは、通常の動作温度に達するまで部品同士の間隔が大きくて非効率になってしまうためである。
伸縮補正振子とも呼ばれるすのこ型振子(英語版)は、異種金属を組み合わせることで(互いの熱膨張を相殺させることにより)温度変化があっても一定の振子長を保つ。
暑い日には送電線が垂れ下がり、寒い日はピンと張る。これは金属が熱で膨張するためである。
伸縮継手は、配管システムの熱膨張を吸収する。
精密工学ではほとんどの場合、技士は製品の熱膨張に注意を払う必要がある。例えば走査型電子顕微鏡を使う場合、1 °Cくらいの小さな温度変化が試料に対する焦点の位置を変えてしまう可能性がある。
液体温度計は液体(通常は水銀やアルコール)が管内に封入されており、温度変化により体積が膨張した際には一方向だけに流れる仕組みである。
熱膨張が異なる2枚の金属片を使ったバイメタル式温度計は、温度変化によって曲がり方が変化する性質を応用して温度を計測する。