Ein Verbundstab ist ein Gerät, das das Prinzip der thermischen Ausdehnung und Kontraktion demonstriert, ein grundlegendes Konzept in der Thermodynamik. Dieses Gerät wurde von dem englischen Uhrmacher John Harrison als Teil seines Marinechronometers erfunden, einem Navigationsgerät, das es Seeleuten ermöglichte, die geografische Länge auf See zu bestimmen. Der Stab besteht aus zwei verbundenen Metallplatten, einer aus reinem Kupfer und der anderen aus Stahl. Bei gleicher Temperatur bleiben sie gerade, da sich beide Metalle gleichmäßig ausdehnen oder zusammenziehen. Wenn sie jedoch erhitzt werden, dehnen sich die beiden Metalle aufgrund ihrer unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten unterschiedlich stark aus, was dazu führt, dass sie sich beide biegen. Auf mikroskopischer Ebene nimmt die kinetische Energie der Moleküle zu, wenn die Metalle erhitzt werden. Dies führt dazu, dass die Moleküle schneller vibrieren und mehr Platz einnehmen. Beide Platten wachsen, aber da sich Kupfermoleküle bis zu 40 % mehr ausdehnen als Stahl, wird die Kupferplatte länger als die Stahlplatte, was dazu führt, dass sich beide leicht in Richtung des Stahls krümmen. Das Experiment kann umgekehrt werden, indem die Platten gekühlt werden, wodurch die Moleküle kinetische Energie verlieren und die Platten sich zusammenziehen. Da sich die Metalle unterschiedlich stark zusammenziehen, biegen sie sich leicht in Richtung des Kupfers und bieten so eine greifbare Veranschaulichung der thermischen Kontraktion.