為什么物體會熱脹冷縮

　　說到熱脹冷縮，詳細(xì)大家都有所了解，我們在中學(xué)的時候都有學(xué)到過，物體都遵循著熱脹冷縮的原理，物體遇到熱就會膨脹變大，而遇到溫度低的東西就會縮小，那么為什么會出現(xiàn)這種性質(zhì)呢？熱脹冷縮的原理是什么呢？一起來了解一下吧。

　　為什么物體會熱脹冷縮 篇1

　　熱脹冷縮是物體的一種基本性質(zhì)，即受熱以后物體的體積會膨脹，冷卻時其體積會縮小。世界上大多數(shù)物體都具有這種性質(zhì)。

　　物質(zhì)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。對于固體來說，它的基本單元是由質(zhì)點（原子或離子）構(gòu)成的點陣，這些質(zhì)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(dāng)固體受熱時，質(zhì)點振動加劇，由于非簡諧效應(yīng)的存在，質(zhì)點的平衡位置就會發(fā)生移動，導(dǎo)致相鄰質(zhì)點間的平均距離增大，于是，固體的體積就變大了。反過來，當(dāng)溫度降低時，由于質(zhì)點振動減弱，質(zhì)點之間的平均距離減小，固體的體積就變小了。

　　我們經(jīng)常能看到固體的冷縮現(xiàn)象。比方說，金屬鐵有熱脹冷縮的特性，因此我們在鋪設(shè)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。同樣，公路上鋪設(shè)的水泥也會熱脹冷縮，所以我們會發(fā)現(xiàn)，公路上每隔一段距離就會留著一個間隙。

　　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。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。

　　為什么物體會熱脹冷縮 篇2

　　對于一般物體，熱脹冷縮是成立的。當(dāng)物體溫度升高時，分子的動能增加，分子的平均自由程增加，所以表現(xiàn)為熱脹；同理，當(dāng)物體溫降低時，分子的動能減小，分子的平均自由程減少，所以表現(xiàn)為冷縮。但也有例外，比如說水，這并不是說熱脹冷縮對水不成立啦~！而是水中存在氫鍵，在溫度下降情況下，水中的氫鍵數(shù)量增加，導(dǎo)致體積隨溫度下降體積反而增大！

　　原理分析

　　根據(jù)物質(zhì)粒子最小的原子結(jié)構(gòu)來看，物質(zhì)的熱脹冷縮應(yīng)該是由物質(zhì)原子的內(nèi)部加速運動形成的。從原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來講，當(dāng)原子受熱后，核內(nèi)質(zhì)子和中子以及核外電子呈現(xiàn)為粒子運動的加速狀態(tài)。首先來說，由于原子核的自轉(zhuǎn)以及電場的作用，牽引了核外電子圍繞原子核做公轉(zhuǎn)運動。原子核的自轉(zhuǎn)速度決定著外圍電子受離心力大小的變化，這也決定著原子內(nèi)核與電子層軌道之間的距離和電場的高低。只有原子核的自旋和外層電子的公轉(zhuǎn)受到外部能量的激發(fā)，才會構(gòu)成原子內(nèi)部的離心力和電場力的變化，從而也就體現(xiàn)了物質(zhì)熱脹冷縮的自然現(xiàn)象。

　　1，由于物質(zhì)的原子核以及核外電子層的提速運動，使其產(chǎn)生了很強的離心力，這個離心力又使核外電子層與原子核的間距拉大。當(dāng)原子核與核外電子層的距離拉大后，其原子核與核外電子層間的電場力就會降低，而低能級最外層軌道的電子就會脫離原子內(nèi)部電場的束縛成為溢出的游離電子，從而也就構(gòu)成了原子的等離子態(tài)。原子核與核外電子層距離的這一變化，也是物質(zhì)的熱膨脹變化系數(shù)。然而，物質(zhì)的熱膨脹系數(shù)不會無限度的變化，當(dāng)達(dá)到最大的極限時，原子的內(nèi)部運動就會停留在穩(wěn)定的運動平衡狀態(tài)。在一定的溫度極限下原子核與核外電子層之間建立了一種極其穩(wěn)定的電力場，核外電子不再溢出，電場之間的距離不再擴(kuò)大，原子停止膨脹繼而從原物質(zhì)的固體轉(zhuǎn)為液態(tài)。

　　2，當(dāng)物質(zhì)的溫度降低后，原子內(nèi)部的'運動速度開始逐漸的下降，原子核的自轉(zhuǎn)速度降低，其對核外電子的離心力作用也將逐漸的減小繼而使原子核與核外電子層之間的距離變小電場加大，此時原子又會吸引外部空間的游離電子來補齊電子外層軌道的缺位電子而達(dá)到原子非等離子體的原始平衡狀態(tài)。同時，物質(zhì)又從液態(tài)逐漸的過渡到固態(tài)，這就是物質(zhì)的熱脹冷縮原理。

　　在我們的教科書中，也提到了關(guān)于對原子的熱能和光能的激發(fā)作用。原子核與核外電子層之間的電場距離是隨溫度變化的，也是一種變量狀態(tài)。物質(zhì)受外部能量的激發(fā)可使原子的內(nèi)部產(chǎn)生動態(tài)變化，原子核的最外層電子最容易受到能量的激發(fā)而成為飄逸的自由電子，也就是我們平常所說的物質(zhì)等離子態(tài)，上述的兩個條件是必備的。當(dāng)物質(zhì)在受熱達(dá)到極點后可從固態(tài)到液態(tài)，液態(tài)到固態(tài)的這一物理轉(zhuǎn)變過程，這個過程必須使原子的內(nèi)部產(chǎn)生質(zhì)變。物體的熱脹冷縮顯現(xiàn)了物質(zhì)原子的內(nèi)部物理變化，否然的話，物質(zhì)的熱脹冷縮原理就很難講清楚的。

　　變化程度

　　一般來說，氣體熱脹冷縮最顯著，液體其次，固體最不顯著。因為氣體分子之間的引力比液體和固體分子之間的引力小，受溫度的影響就更容易一些。

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