熱脹冷縮的原理及其在生活中的應用

1、熱脹冷縮的原理及其在生活中的應用物理與信息技術系2010級物理學2班 趙偉洪（201091014061）摘要 熱脹冷縮是物體的一種基本性質，物體在一般狀態(tài)下，受熱以后會膨脹，在受冷的狀態(tài)下會縮小。一般物體都具有這種性質。熱脹冷縮的原理也廣泛運用于我們的生活中。但水和部分金屬也會出現(xiàn)“冷脹熱縮“。關鍵詞 熱脹冷縮 運用在生活中，我們常常見到這些例子：踩癟的乒乓球在熱水中一燙就恢復了原狀；高壓電線夏天下垂多，冬天繃的較緊；有時候夏天路面會向上拱起產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因是什么呢？產(chǎn)生這些現(xiàn)象的根本原因就是熱脹冷縮。熱脹冷縮是生活中很常見的一種現(xiàn)象。熱脹冷縮是物體的一種基本性質，物體在一般狀態(tài)下，受熱以后

2、會膨脹，在受冷的狀態(tài)下會縮小。一般物體都具有這種性質。其實早在我國古代，人民就會利熱脹冷縮的原理了。據(jù)記載：兩千多年前李冰修都江堰時，要開山鑿石，擴大水道，因手工鑿山進展緩慢，他們就想出一個好辦法：沿天然石縫擴大縫道，向里面填入干柴，點火燃燒后，再澆水于巖石上，就容易鑿開山石。這種利用巖石熱脹冷縮不均勻易于崩裂的施工經(jīng)驗，在我國歷代水利工程中不斷為人們所采用。聰明的祖先們就是利用了熱脹冷縮的原理，修好了一條條大道，開鑿了一條條運河，完成了一次又一次建筑業(yè)中的壯舉。那么，又為什么會產(chǎn)生熱脹冷縮呢？這是由于物體內的粒子（原子）運動會隨溫度改變，當溫度上升時，粒子的振動幅度加大，振動的更快，振動距離

3、也更大，粒子（原子）之間間隙增大，令物體膨脹；但當溫度下降時，粒子的振動幅度便會減少，振動的比較緩慢，振動距離也縮小，粒子（原子）之間間隙也相應縮小，使物體收縮。而且，在相同的條件下，固體的膨脹程度最小，氣體的膨脹程度最小。但是，還有一個疑問：水結成冰時體積為什么會增大呢？對于一般物體，熱脹冷縮是成立的，主要是有與溫度升高，分子的動能增加，分子的平均自由程增加，所以表現(xiàn)為熱脹冷縮，但也有例外，對水來說，這并不是說熱脹冷縮就不成立。水在4時密度最大，但由于水包含有氫鍵（O-H），因此4之下就會發(fā)生反常膨脹現(xiàn)象，在溫度下降情況下，水中的氫鍵數(shù)量增加，導致體積隨溫度下降反而增大。銻、鉍、鎵等金屬也具

4、有遇熱收縮、受冷膨脹的現(xiàn)象。隨著溫度的變化，這兩種物質微觀結構即晶體結構和原子排布方式方式發(fā)生變化，溫度升高，原子排布更緊密些，從宏觀上看就是體積縮小，發(fā)生熱縮現(xiàn)象，反之，溫度降低，原子排布更疏松，從宏觀上看就是體積變大，且這種過程是連續(xù)的可逆的。鉍和銻的熱縮行為是物質本質因素決定的。在我們現(xiàn)在的生活中，熱脹冷縮原理的利用還是非常的廣泛。鋪鐵軌時要在銜接處留有縫隙，預留鐵軌受熱膨脹時將產(chǎn)生的長度。溫度升高時，固體內金屬原子之間的金屬鍵會受到影響而被部分削弱，使得金屬原子之間距離增大，從而表現(xiàn)為固體膨脹。不僅是鐵軌，高架橋中也留有縫隙。炎熱的夏天自行車胎不能打太足的氣，因為氣體的膨脹比輪胎的熱脹要快，所以當輪胎打的太脹時，氣體膨脹就沒有空間給它，那么它得壓強增大，導致輪胎爆裂。還有雙金屬片在生活中的應用，由于各組元層的熱膨脹系數(shù)不同，當溫度變化時，主動層的形變要大于被動層的形變，從而雙金屬片的整體就會向被動層一側彎曲，則這種復合材料的曲率發(fā)生變化從而產(chǎn)生形變。雙金屬片被廣泛用在繼電器，開關，控制器等上面。日光燈的啟輝器就是一個很好的例子。醫(yī)生用得體溫計和生活中的溫度計，蒸汽管要轉彎，都是運用了熱脹冷縮的原理。當然，萬事有利就有弊，所以，在生活中我們就要避免