为什么物体会热胀冷缩

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为什么物体会热胀冷缩

热胀冷缩是物体的一种基本性质,即受热以后物体的体积会膨胀,冷却时其体积会缩小。世界上大多数物体都具有这种性质。

物质是由原子组成的,原子在时刻不停地运动着,运动的速度会随温度改变,这是物体热胀冷缩的根本原因。对于固体来说,它的基本单元是由质点(原子或离子)构成的点阵,这些质点在晶格点阵中围绕其平衡位置振动。这种振动不是左右对称的简谐振动,而是非简谐振动。

当固体受热时,质点振动加剧,由于非简谐效应的存在,质点的平衡位置就会发生移动,导致相邻质点间的平均距离增大,于是,固体的体积就变大了。反过来,当温度降低时,由于质点振动减弱,质点之间的平均距离减小,固体的体积就变小了。

我们经常能看到固体的冷缩现象。比方说,金属铁有热胀冷缩的特性,因此我们在铺设铁轨时,必须保留一定的间隙,以防止气温升高时,铁轨因受热膨胀伸长而相互推挤变形。同样,公路上铺设的水泥也会热胀冷缩,所以我们会发现,公路上每隔一段距离就会留着一个间隙。

液体同样存在热胀冷缩,比方说,我们常用的温度计,就利用了液态的水银(或酒精)的热胀冷缩特性。气体的热胀冷缩现象也随处可见。乒乓球如果不小心被踩瘪了,只要放在开水里一烫,瘪的地方就鼓起来了,说明乒乓球里的空气受热以后体积变大了。

不过,气体的热胀冷缩需要在一个体积可以变化的空间里才能观察到(如气球里的气体),因为如果把气体释放在一个固定的空间里,它就会充满整个空间,这时如果我们升高温度,这个空间的大小并不会变化,但气体的压强会增大。

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