熱脹冷縮這種現(xiàn)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？ 物體，包括固體、液體、氣體在內，受熱后都會程度不同地出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，也會在受冷時出現(xiàn)縮小現(xiàn)象。在固體、氣體、液體三種物體中，通常氣體熱脹冷縮現(xiàn)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。  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(fā)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。  高鐵的無縫鋼軌不怕熱脹冷縮現(xiàn)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(jù)當?shù)貧庀筚Y料進行調整，最終得出熱脹冷縮造成鋼軌形變的數(shù)值區(qū)間。然后，再根據(jù)這樣的數(shù)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(jié)器，它也可以幫助鋼軌釋放出因熱脹冷縮產生的能量。  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(tài)的水銀（或酒精）的熱脹冷縮特性。  為什么水不遵循熱脹冷縮的規(guī)律？ 實驗表明，水在4℃以上，仍然是遵循熱脹冷縮規(guī)律的，從4℃以下，即4℃到0℃間才發(fā)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(xiàn)象，原因是水分子具有特殊的結構，液態(tài)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(shù)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(jù)空間相對減小，此時水的密度最大。如果溫度再繼續(xù)升高在3.98 ℃以上，一般物質熱脹冷縮的規(guī)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。  氣體的熱脹冷縮 氣體的熱脹冷縮現(xiàn)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。  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(huán)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。 |
