V určitém okamžiku základního vzdělání jste pravděpodobně slyšeli o základním pravidle, že stoupá horký vzduch. To je snadno zapamatovatelné, ale důvod proč nemusí být. Horký vzduch stoupá v důsledku tepelné roztažnosti, jejíž principy lze otestovat pomocí řady jednoduchých experimentů. Experimenty s tepelnou roztažností jsou vhodné pro děti, i když experimenty využívající oheň nebo jiné zdroje tepla by měly být prováděny pouze pod dohledem rodiče, učitele nebo jiného důvěryhodného dospělého.
Tančící molekuly
Teplota je vytvářena „tancem“ atomů a molekul. Když jsou vystaveni energii dodávané teplem, rozruší se a pohybují se, přičemž zabírají více místa, než kdyby byli stále. To lze otestovat působením tepla pod miniaturní horkovzdušný balón nebo padák. Když se molekuly vzduchu rozšíří a tančí tímto způsobem, vzduch se zesvětlí a stoupá. Takto můžeme říci, že se molekuly při zahřátí rozruší.
Prsten a míč
Vzduch není jediná věc, která se při zahřátí rozpíná. Kovy také podléhají tepelné roztažnosti. U tohoto experimentu budete muset zakoupit míč a prsten. Sada obsahuje dvě rukojeti podobné šroubováku. Na konci jednoho je kovová koule. Na konci druhého je prsten, kterým koule jen stěží zapadá. Tento přístroj je k dispozici ve vědeckých obchodech i online. Vložte kuličku skrz kroužek. Pohybujte jím tam a zpět, abyste ukázali, že se míč snadno pohybuje dovnitř a ven z díry. Vložte kuličku ještě jednou a zahřejte ji svíčkou nebo zapalovačem. Jakmile je zahřátý, zkuste jej vyjmout z prstence. Zjistíte, že míč se rozšířil a nebude schopen projít kruhem, dokud nevychladne.
Expanze balónu
Vezměte balón a protáhněte otvor přes horní část prázdné láhve kečupu. Láhev vložte do nádoby s horkou vodou. Umístěním kamene na dno láhve to pomůže zvážit. Počkejte asi minutu, než se láhev zahřeje. Všimnete si, že jak se vzduch uvnitř lahve ohřívá, balón se začíná rozpínat. Je to proto, že vzduch uvnitř lahve se rozšířil.
Balón a svíčka
Tento experiment skvěle navazuje na základní experiment s expanzí balónku. Vyhodit do vzduchu balón a uvázat konec. Umístěte ji nad hořící svíčku a počkejte, až vybuchne. Vzduch uvnitř se rychle rozšířil a vyskočil z balónu. Nyní nafoukněte další balón a naplňte ho na část cesty vodou, než konec uvázat. Umístěte balón nad svíčku. Nebude to praskat, protože voda uvnitř balónku absorbuje teplo. Protože voda absorbuje teplo, vzduch se neroztahuje, a tím udržuje balón neporušený.