熱膨張率（ねつぼうちょうりつ、、略: ）は、温度の上昇によって物体の長さ・体積が膨張（熱膨張）する割合を、温度当たりで示したものである。熱膨張係数（ねつぼうちょうけいすう）とも呼ばれる。温度の逆数の次元を持ち、単位は毎ケルビン（記号: ）である。列車の走行時にガタンゴトンと音がするのは、分岐器以外であれば、鉄の線膨張によるレールの歪みを防ぐ為にレール同士のつなぎ目に設けられた隙間に起因する。そのためこの音は気温の低い時の方がより大きくなる。物体の長さは温度上昇と元の長さに比例した量で伸び縮みする、すなわちという関係にあり、温度の上昇に対応して長さが変化する割合を線膨張率（線膨張係数）と言う。また、同様に体積の変化する割合を体積膨張率と言う。線膨張率を 、体積膨張率を とすると の関係がある。原子間の結合の強さで決まる物性値なので、材料の融点と相関がある。ある温度で体積変化を伴う相転移を起こす性質を利用して、使用温度領域で、線膨張が小さくなっている合金（アンバーまたはインバー合金）もある。なお、熱膨張率の異なる材料を組合せて使う場合や、一様な材料でも急な熱勾配が生じた場合、熱膨張の違いから熱応力が生じる。この熱応力により、材料にクラックなどが入って壊れることがあり、様々なものの故障原因のひとつとなっている。プルトニウムやなどの一部の物質は、温度の上昇により収縮するというを起こす。身近なところでは、水が0 ℃から3.98 ℃までの範囲で負膨張を起こす。近年では、理化学研究所が2005年に、マンガン窒化物をベースとした負膨張率の高い新素材の開発に成功している。固体の線膨張率 は、単位長さあたりにおける、温度による長さの変化率として定義される。物体の長さを 、温度を とすると、である。一般に、固体の線膨張率 はごく小さく、また温度によらずほぼ一定とみなせるので、温度が だけ変化したときの物体の長さ は次のように表せる。ここで は元の温度における物体の長さである。固体の体積膨張率 は、物体の体積 を用いて次のように定義される：ここで "V" は "l" を用いて "V" = "l" と表されるので、となる。つまり、体積膨張率 は線膨張率 の3倍に等しい。日常的な温度範囲では固体・液体の体積膨張率はごく小さく、温度によらずほぼ一定とみなせるため、固体・液体の体積 は次のように表せる：ここで は基準温度からの温度変化、 は基準温度における物体の体積である。気体の場合は体積ではなく密度でその状態を表すことが多い。ここで気体の質量を とすると、密度 は、となる。よって体積膨張率 は、と表せる。すなわち体積膨張率 は密度の温度による変化率によっても表せる。特に理想気体の場合は、その状態方程式を代入することでとなる。ここで は絶対温度である。温度変化による自由熱膨張（あるいは収縮）が拘束される場合に物体内に生じる応力を熱応力、ひずみを熱ひずみという。線膨張率 、ヤング率 の棒が、その両端を固定され長さが変化しない状態で だけ温度変化したとき、その棒に生じる熱応力 と熱ひずみ はとなる。

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