Η θερμική διαστολή είναι το φαινόμενο κατά το οποίο η διάσταση (μήκος, επιφάνεια, όγκος) ενός σώματος αυξάνεται όταν αυξάνεται η θερμοκρασία του. Αυτό συμβαίνει επειδή η αύξηση της θερμοκρασίας προσδίδει ενέργεια στα μόρια ή τα άτομα του υλικού, αυξάνοντας την κινητική τους ενέργεια. Ως αποτέλεσμα, τα μόρια κινούνται με μεγαλύτερη ταχύτητα και σε μεγαλύτερες αποστάσεις το ένα από το άλλο, οδηγώντας σε αύξηση του συνολικού όγκου του υλικού.
**Στα Στερεά:**
Στα στερεά, τα άτομα ή τα μόρια είναι διατεταγμένα σε μια σταθερή κρυσταλλική δομή και ταλαντώνονται γύρω από συγκεκριμένες θέσεις ισορροπίας. Όταν ένα στερεό θερμαίνεται, η ενέργεια που προσλαμβάνει αυξάνει το πλάτος των ταλαντώσεων των ατόμων. Αν και οι δυνάμεις μεταξύ των ατόμων παραμένουν ισχυρές, η αυξημένη ταλάντωση οδηγεί σε μια μικρή αύξηση της μέσης απόστασης μεταξύ τους. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του μήκους (γραμμική διαστολή), της επιφάνειας (επιφανειακή διαστολή) και του όγκου (ογκομετρική διαστολή) του στερεού. Η διαστολή στα στερεά είναι σχετικά μικρή σε σύγκριση με τα υγρά και τα αέρια.
**Στα Υγρά:**
Στα υγρά, τα μόρια είναι πιο ελεύθερα να κινούνται σε σχέση με τα στερεά, αλλά εξακολουθούν να βρίσκονται σε σχετική εγγύτητα μεταξύ τους. Όταν ένα υγρό θερμαίνεται, η κινητική ενέργεια των μορίων του αυξάνεται σημαντικά. Τα μόρια κινούνται πιο γρήγορα και με μεγαλύτερη δύναμη, ξεπερνώντας εν μέρει τις ελκτικές δυνάμεις μεταξύ τους, με αποτέλεσμα να απομακρύνονται περισσότερο το ένα από το άλλο. Αυτό οδηγεί σε μια αύξηση του όγκου του υγρού (ογκομετρική διαστολή). Η διαστολή των υγρών είναι γενικά μεγαλύτερη από αυτή των στερεών. Ένα αξιοσημείωτο παράδειγμα είναι η ανώμαλη διαστολή του νερού, όπου μεταξύ 0°C και 4°C, το νερό συστέλλεται αντί να διαστέλλεται.
**Στα Αέρια:**
Στα αέρια, τα μόρια βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση το ένα από το άλλο και κινούνται χαοτικά και με μεγάλη ταχύτητα, με πολύ ασθενείς ελκτικές δυνάμεις μεταξύ τους. Όταν ένα αέριο θερμαίνεται, η κινητική ενέργεια των μορίων του αυξάνεται δραματικά. Εάν το αέριο βρίσκεται σε ένα δοχείο με σταθερή πίεση (π.χ. ένα μπαλόνι), η αυξημένη κίνηση των μορίων οδηγεί σε πολύ μεγάλη αύξηση του όγκου του, καθώς τα μόρια χρειάζονται περισσότερο χώρο για να κινηθούν. Εάν το αέριο βρίσκεται σε δοχείο με σταθερό όγκο, η αυξημένη κινητική ενέργεια των μορίων μεταφράζεται σε αύξηση της συχνότητας και της δύναμης των συγκρούσεων με τα τοιχώματα του δοχείου, οδηγώντας σε αύξηση της πίεσης. Η θερμική διαστολή στα αέρια είναι η μεγαλύτερη από όλες τις καταστάσεις της ύλης.
