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Calculating Linear Expansion With ΔL = L0αΔT
Most materials grow slightly longer when heated and shrink slightly shorter when cooled — the
linear thermal expansion equation, ΔL = L0αΔT, finds exactly how much. Enter the original
length, pick (or enter) a coefficient of expansion, and give the starting and ending temperature,
and this calculator finds the change in length.
Every material expands and contracts at its own rate. This is why engineers add expansion joints
to bridges and sidewalks, and why railroad tracks historically left small gaps between rails — a
long steel rail can grow by several millimeters on a hot day, and something has to absorb that
movement.
The Formula
ΔL=L0×α×ΔT
Where ΔL is the change in length, L0 is the original length, α (alpha) is the
material’s coefficient of linear thermal expansion (per degree Celsius), and ΔT is the
temperature change.
Worked Example
A 10-meter steel rail (coefficient of expansion 0.000012 per °C) heats up from -10°C to
30°C:
Temperature change: 30−(−10)=40°C.
Change in length: 10×0.000012×40=0.0048 m, or about 4.8 millimeters —
the rail grows from 10 m to 10.0048 m.
Cooling the same rail back down to -10°C would shrink it by the same amount, back to its original
10 meters.
Key Factors to Consider
Different materials expand at very different rates, which is why the coefficient value
matters so much. Metals like aluminum and copper generally expand more per degree than steel,
while materials like glass and concrete expand relatively little — choosing the correct
coefficient for the specific material is the single biggest factor in getting an accurate
result.
This formula computes LINEAR (one-dimensional) expansion, which is different from volumetric
(three-dimensional) expansion. For an object expanding in all three dimensions (like a liquid
filling a container), the volumetric expansion coefficient is roughly three times the linear
coefficient for the same material — using the wrong one gives a result off by that same rough
factor.
Real-world engineering deliberately plans around thermal expansion, rather than trying to
prevent it. Expansion joints in bridges, sidewalks, and railroad tracks are specifically
designed to absorb this predictable length change — trying to rigidly constrain a material
against its natural thermal expansion can build up enormous internal stress and cause structural
damage or failure.
The coefficient of expansion itself can vary somewhat with temperature range and specific
material composition/alloy. The published coefficient values used here are good general
approximations for the temperature ranges most everyday and engineering applications operate in
— for a very precise, safety-critical application, consulting a material-specific engineering
reference for the coefficient at the exact temperature range involved is worthwhile.
Common Mistakes
Using a volumetric coefficient in a linear formula, or vice versa. These two figures for
the same material differ by roughly a factor of three — plugging a volumetric coefficient
straight into this linear equation overstates the length change by about that same factor.
Forgetting to convert temperatures to a consistent scale before subtracting. Mixing
Fahrenheit and Celsius values when computing ΔT produces a temperature change that’s wrong by a
large margin, since the two scales don’t share the same degree size.
Assuming thermal expansion is negligible for short lengths or small temperature swings. Even
a modest length can shift by a measurable amount over a wide seasonal temperature range — this
is exactly why expansion joints exist even on short spans of bridge deck or sidewalk.
Useful to Know
Curious about the energy required to actually cause that temperature change, not just its
length effect? Heat Energy Calculator calculates the heat needed to raise or lower a
material’s temperature.
Working with a gas instead of a solid, where volume, pressure, and temperature are all linked?
Ideal Gas Law Calculator covers that relationship directly.
Cómo Calcular la Dilatación Lineal Con ΔL = L0αΔT
La mayoría de los materiales se alargan ligeramente cuando se calientan y se acortan ligeramente cuando se enfrían — la ecuación de dilatación térmica lineal, ΔL = L0αΔT, encuentra exactamente cuánto. Introduce la longitud original, elige (o introduce) un coeficiente de dilatación, y proporciona la temperatura inicial y final, y esta calculadora encuentra el cambio en la longitud.
Cada material se dilata y contrae a su propio ritmo. Por eso los ingenieros añaden juntas de dilatación a puentes y aceras, y por qué las vías de ferrocarril históricamente dejaban pequeños espacios entre los rieles — un riel de acero largo puede crecer varios milímetros en un día caluroso, y algo tiene que absorber ese movimiento.
La Fórmula
ΔL=L0×α×ΔT
Ejemplo Resuelto
Un riel de acero de 10 metros (coeficiente de dilatación 0.000012 por °C) se calienta de -10°C a 30°C:
Cambio de temperatura: 30 - (-10) = 40°C.
Cambio en la longitud: 10 × 0.000012 × 40 = 0.0048 m, o aproximadamente 4.8 milímetros — el riel crece de 10 m a 10.0048 m.
Enfriar ese mismo riel de vuelta a -10°C lo encogería en la misma cantidad, de vuelta a su longitud original de 10 metros.
Factores Clave a Considerar
Distintos materiales se dilatan a ritmos muy diferentes, que es por lo que el valor del
coeficiente importa tanto. Los metales como el aluminio y el cobre generalmente se dilatan más
por grado que el acero, mientras que materiales como el vidrio y el concreto se dilatan
relativamente poco — elegir el coeficiente correcto para el material específico es el factor
individual más importante para obtener un resultado preciso.
Esta fórmula calcula la dilatación LINEAL (unidimensional), que es distinta de la dilatación
volumétrica (tridimensional). Para un objeto que se dilata en las tres dimensiones (como un
líquido llenando un contenedor), el coeficiente de dilatación volumétrica es aproximadamente tres
veces el coeficiente lineal para el mismo material — usar el incorrecto da un resultado con ese
mismo factor aproximado de error.
La ingeniería en el mundo real planifica deliberadamente en torno a la dilatación térmica, en
lugar de intentar prevenirla. Las juntas de dilatación en puentes, aceras y vías de ferrocarril
están específicamente diseñadas para absorber este cambio predecible de longitud — intentar
restringir rígidamente un material contra su dilatación térmica natural puede acumular un enorme
estrés interno y causar daño o falla estructural.
El propio coeficiente de dilatación puede variar algo según el rango de temperatura y la
composición/aleación específica del material. Los valores de coeficiente publicados usados
aquí son buenas aproximaciones generales para los rangos de temperatura en los que operan la
mayoría de las aplicaciones cotidianas y de ingeniería — para una aplicación muy precisa y
crítica para la seguridad, vale la pena consultar una referencia de ingeniería específica del
material para el coeficiente en el rango de temperatura exacto involucrado.
Errores Comunes
Usar un coeficiente volumétrico en una fórmula lineal, o viceversa. Estas dos cifras para el
mismo material difieren aproximadamente en un factor de tres — introducir un coeficiente
volumétrico directamente en esta ecuación lineal sobreestima el cambio de longitud en
aproximadamente ese mismo factor.
Olvidar convertir las temperaturas a una escala consistente antes de restar. Mezclar valores
Fahrenheit y Celsius al calcular ΔT produce un cambio de temperatura incorrecto por un margen
grande, ya que las dos escalas no comparten el mismo tamaño de grado.
Asumir que la dilatación térmica es insignificante para longitudes cortas o fluctuaciones de
temperatura pequeñas. Incluso una longitud modesta puede cambiar en una cantidad medible en un
amplio rango de temperatura estacional — exactamente por eso existen juntas de dilatación
incluso en tramos cortos de tablero de puente o acera.
Útil Saber
¿Tienes curiosidad sobre la energía necesaria para causar realmente ese cambio de temperatura,
no solo su efecto en la longitud? Calculadora de Energía Térmica calcula el calor necesario para
elevar o bajar la temperatura de un material.
¿Trabajas con un gas en lugar de un sólido, donde el volumen, la presión y la temperatura están
todos vinculados? Calculadora de la Ley de los Gases Ideales cubre esa relación directamente.
ΔL is the change in length, L0 is the original length, α (alpha) is the material’s coefficient of linear thermal expansion, and ΔT is the temperature change. It tells you how much a material’s length grows or shrinks when its temperature changes.
Why do materials expand when heated?
Heating a material makes its atoms vibrate more and, on average, sit slightly farther apart, so the material itself grows very slightly. This is why bridges include expansion joints and railroad tracks leave small gaps -- to accommodate this movement without buckling.
What if the material is cooling instead of expanding?
The calculation works the same way -- if the final temperature is lower than the initial temperature, the result comes out negative, meaning the material contracts (shrinks) rather than expands.
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