Uno dei fenomeni fisici su cui si basano le più familiari misure della temperatura è la dilatazione termica
Questo fenomeno giustifica il fatto che nel costruire una rete ferroviaria, vengono lasciati degli spazi vuoti tra un binario e il successivo. Accorgimenti simili devono essere presi anche nel costruire un ponte, o una lunga campata.
Quando vengono riscaldati i corpi (quasi sempre) aumentano le loro dimensioni. Consideriamo ad esempio un'asta di lunghezza l0 a una temperatura iniziale T0. Portiamo l'asta a una temperatura finale T e quindi la variazione della sua temperatura sarà ΔT = T - T0.
L'asta si allungherà di una quantità pari a Δl.
E’ naturale convenire che l'allungamento Δl è direttamente proporzionale alla lunghezza iniziale dell'asta l0 e alla variazione della temperatura ΔT, ossia
Δl = λ l0 ΔT.
Ma di ciò abbiamo già dato una verifica sperimentale in laboratorio.
Il coefficiente di proporzionalità λ viene detto coefficiente di dilatazione termica lineare.
Dal momento che λ = Δl / (l0 · ΔT) la sua unità di misura sarà °C-1 oppure K-1 ed è l'allungamento di una barra avente lunghezza 1 m quando viene riscaldata di 1 °C.
Il coefficiente di dilatazione lineare dipende dalla sostanza che prendiamo in esame.
La legge della dilatazione lineare può essere anche riscritta in termini della lunghezza finale l dell'asta:
l = l0 + Δl = l0 + λ l0 ΔT = l0 (1+ λ Δt).
Con questa legge della dilatazione termica lineare possiamo ad esempio calcolare di quanto si allunga un binario ferroviario quando è soggetto a una certa escursione termica.