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          為什么物體會熱脹冷縮_熱脹冷縮的原理是什么?

          來源:十萬個為什么 作者: 熱度:
            熱脹冷縮這種現象在實際生活中十分常見,而人們也會利用物體的熱脹冷縮來生產生活,那么,為什么物體會熱脹冷縮?熱脹冷縮的原理是什么?下面就來探究一下,物體受熱后膨脹,受冷時縮小的原因吧。

          為什么物體會熱脹冷縮,熱脹冷縮的原理是什么

            為什么物體會熱脹冷縮?

            物體,包括固體、液體、氣體在內,受熱后都會程度不同地出現膨脹現象,也會在受冷時出現縮小現象。在固體、氣體、液體三種物體中,通常氣體熱脹冷縮現象最為明顯。

            我們都知道,物質是由原子組成的,原子在時刻不停地運動著,運動的速度會隨溫度改變,這是物體熱脹冷縮的根本原因。

            物體受熱后,溫度就會升高,組成物質的分子的運動會隨之逐漸活躍起來,分子之間的間隔也就漸漸拉開,于是,整個物體就膨脹起來了,物體受冷時,分子之間的間隔也就漸漸縮小,物體也就會縮小。

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            固體的熱脹冷縮

            對于固體來說,它的基本單元是由質點(原子或離子)構成的點陣,這些質點在晶格點陣中圍繞其平衡位置振動。這種振動不是左右對稱的簡諧振動,而是非簡諧振動。當固體受熱時,質點振動加劇,由于非簡諧效應的存在,質點的平衡位置就會發生移動,導致相鄰質點間的平均距離增大,于是,固體的體積就變大了。反過來,當溫度降低時,由于質點振動減弱,質點之間的平均距離減小,固體的體積就變小了。

            金屬鐵有熱脹冷縮的特性,因此我們在鋪設鐵軌時,必須保留一定的間隙,以防止氣溫升高時,鐵軌因受熱膨脹伸長而相互推擠變形。

            水泥公路上每隔一段距離就會留著一個間隙。這樣就不會因為熱脹冷縮,讓地面開裂。

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            高鐵的無縫鋼軌不怕熱脹冷縮現象嗎?

            都說鐵軌留有縫隙,防止熱脹冷縮,但是大家都知道高鐵采用的是無縫鋼軌,難道高鐵的鐵軌不怕熱脹冷縮嗎?

            首先,高鐵鐵軌建設者們要固定鐵軌,將軌道與枕木緊緊地固定住,這樣一來就可以形成一部分的力量來作為鋼軌的內應力。進而會抵消掉一部分熱脹冷縮產生的應力,不會讓軌道變形。

            第二,建設之初,就要根據當地氣象資料進行調整,最終得出熱脹冷縮造成鋼軌形變的數值區間。然后,再根據這樣的數值進行設計,預留出熱脹冷縮的形變值。

            第三,在大約1.5公里以內的地方會有一個伸縮調節器,它也可以幫助鋼軌釋放出因熱脹冷縮產生的能量。

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            液體的熱脹冷縮

            液體同樣存在熱脹冷縮,比方說,我們常用的溫度計,就利用了液態的水銀(或酒精)的熱脹冷縮特性。

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            為什么水不遵循熱脹冷縮的規律?

            實驗表明,水在4℃以上,仍然是遵循熱脹冷縮規律的,從4℃以下,即4℃到0℃間才發生反常膨脹.水在4℃時,體積最小,密度最大。因而冰的密度略小于水的密度.所以可以浮在水面上。

            水的反常膨脹現象,原因是水分子具有特殊的結構,液態水,除含有簡單的水分子(H2O)外,同時還含有締合分子(H2O)2和(H2O)3等,當溫度在0℃水未結冰時,大多數水分子是以(H2O)3的締合分子存在,當溫度升高到3.98 ℃(101 kPa)時,水分子多以(H2O)2締合分子形式存在,分子占據空間相對減小,此時水的密度最大。如果溫度再繼續升高在3.98 ℃以上,一般物質熱脹冷縮的規律即占主導地位了。水溫降到0 ℃時,水結成冰,水結冰時幾乎全部分子締合在一起成為一個巨大的締合分子,在冰中水分子的排布是每一個氧原子有四個氫原子為近鄰(兩個共價鍵,兩個氫鍵)。這樣一種排布導致成一種敞開結構,也就是說冰的結構中有較大的空隙,所以冰的密度反比同溫度的水小。

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            氣體的熱脹冷縮

            氣體的熱脹冷縮現象也隨處可見。乒乓球如果不小心被踩癟了,只要放在開水里一燙,癟的地方就鼓起來了,說明乒乓球里的空氣受熱以后體積變大了。不過,氣體的熱脹冷縮需要在一個體積可以變化的空間里才能觀察到(如氣球里的氣體),因為如果把氣體釋放在一個固定的空間里,它就會充滿整個空間,這時如果我們升高溫度,這個空間的大小并不會變化,但氣體的壓強會增大。

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            人會熱脹冷縮嗎?

            看完了熱脹冷縮的概念及原理,有人會問,人會熱脹冷縮嗎?這個問題分為兩部分,一部分是身高,一部分是體重,下面就來說說。

            人也是由分子組成, 所以分子之間的距離會隨溫度變化,人也可以熱脹冷縮。但是,大家不要忽略了人是恒溫動物,因此,即使外面環境溫差大,人體的溫度變化并不大,所以,熱脹冷縮對于人來說并不是很明顯。

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