So how does a thermostat work? Most things get bigger when they heat up and smaller when they cool down (water is a notable exception: it expands when it heats up and when it freezes too). Mechanical thermostats use this idea (which is called thermal expansion) to switch an electric circuit on and and off. The two most common types use bimetallic strips and gas-filled bellows.

A traditional thermostat has two pieces of different metals bolted together to form what's called a bimetallic strip (or bimetal strip). The strip works as a bridge in an electrical circuit connected to your heating system. Normally the "bridge is down", the strip carries electricity through the circuit, and the heating is on. When the strip gets hot, one of the metals expands more than the other so the whole strip bends very slightly. Eventually, it bends so much that it breaks open the circuit. The "bridge is up", the electricity instantly switches off, the heating cuts out, and the room starts to cool.

Pero entonces, ¿qué sucede? A medida que la habitación se enfría, la tira también se enfría y vuelve a doblarse a su forma original. Tarde o temprano, vuelve a encajar en el circuito y hace que la electricidad fluya de nuevo, por lo que la calefacción vuelve a encenderse. Al ajustar el dial de temperatura, cambia la temperatura a la que el circuito se enciende y se apaga. Debido a que la tira de metal tarda un tiempo en expandirse y contraerse, la calefacción no se enciende y apaga constantemente cada pocos segundos, lo que sería inútil (y bastante irritante); dependiendo de qué tan bien aislada esté su casa y qué tan frío esté afuera, el termostato puede tardar una hora o más en volver a encenderse una vez que se apaga.

El ingeniero eléctrico Dr. Ray Franco ha recopilado excelentes fotografías de termostatos bimetálicos que muestran exactamente cómo funcionan.
Cómo se enciende y se apaga un termostato bimetálico

1. Un dial exterior le permite establecer la temperatura a la que se enciende y se apaga el termostato.
2. El dial está conectado a través de un circuito al sensor de temperatura (una tira bimetálica, que se muestra aquí de color rojo y azul), que enciende y apaga un circuito eléctrico al doblarlo más o menos.
3. La tira bimetálica ("dos metales") está hecha de dos tiras de metal separadas unidas entre sí: una pieza de latón (azul) atornillada a una pieza de hierro (roja).
4. El hierro se expande menos que el latón a medida que se calienta, por lo que la tira bimetálica se curva hacia adentro a medida que aumenta la temperatura.
5.La tira bimetálica forma parte de un circuito eléctrico (camino gris). Cuando la tira está fría, es recta, por lo que actúa como un puente a través del cual puede fluir la electricidad. El circuito está encendido y la calefacción también. Cuando la tira está más caliente, se dobla y rompe el circuito, por lo que no puede fluir electricidad. Ahora el circuito está apagado.
fuelles llenos de gas

El problema con las tiras bimetálicas es que tardan mucho en calentarse o enfriarse, por lo que no reaccionan rápidamente a los cambios de temperatura. Un diseño alternativo de termostato detecta los cambios de temperatura más rápidamente usando un par de discos de metal con un fuelle lleno de gas en el medio. Los discos tienen un área de superficie grande, por lo que reaccionan rápidamente al calor y están corrugados (tienen crestas) para que sean elásticos y flexibles. Cuando la habitación se calienta, el gas del fuelle se expande y fuerza a los discos a separarse. El disco interior empuja contra un microinterruptor en el medio del termostato apagando el circuito eléctrico (y la calefacción). A medida que la habitación se enfría, el gas del fuelle se contrae y los discos de metal se vuelven a juntar. El disco interior se aleja del microinterruptor, encendiendo el circuito eléctrico y volviendo a encender la calefacción. También puede encontrar termostatos de fuelle corrugado en otras aplicaciones (por ejemplo, automóviles más antiguos) y, en lugar de gasolina, a veces se llenan con un líquido volátil (de bajo punto de ebullición) como un alcohol diluido; el químico exacto en el interior depende del rango de temperaturas en el que necesitan operar.