金属のぼう張

• 金属を加熱すると長さや体積が増加し、冷却すると減少する現象。
• 液体や気体に比べて体積変化が極めて小さいため、針やストローを用いた拡大装置で観察を行う。
• 金属の種類によって膨張率が異なる性質を利用し、バイメタルなどの温度制御装置に応用される。

解説

物質は一般に、温度が上がると熱運動が激しくなり、粒子間の間隔が広がるため体積が増加します。金属においてもこの「熱膨張」が起こりますが、その変化は液体よりもはるかに小さく、肉眼で直接捉えることは困難です。そのため、実験では加熱した金属棒の微小な伸びを針に伝え、その針に刺したストローを回転させることで、変化を視覚的に拡大して確認します。

また、金属の種類によって膨張する割合（熱膨張率）には差があります。例えば、アルミニウム、銅、鉄の順に膨張しやすさが異なります。この膨張率の差を利用したのが「バイメタル」です。膨張率の異なる2枚の金属板を貼り合わせると、加熱した際に膨張率の大きい方がより長く伸びようとするため、膨張率の小さい方へと曲がります。この仕組みは、一定の温度に達すると回路を遮断するサーモスタットとして、電気コタツやアイロンなどの家電製品に広く活用されています。