热胀冷缩的原理及其在生活中的应用

1、热胀冷缩的原理及其在生活中的应用物理与信息技术系2010级物理学2班 赵伟洪（201091014061）摘要 热胀冷缩是物体的一种基本性质，物体在一般状态下，受热以后会膨胀，在受冷的状态下会缩小。一般物体都具有这种性质。热胀冷缩的原理也广泛运用于我们的生活中。但水和部分金属也会出现“冷胀热缩“。关键词 热胀冷缩 运用在生活中，我们常常见到这些例子：踩瘪的乒乓球在热水中一烫就恢复了原状；高压电线夏天下垂多，冬天绷的较紧；有时候夏天路面会向上拱起产生这些现象的原因是什么呢？产生这些现象的根本原因就是热胀冷缩。热胀冷缩是生活中很常见的一种现象。热胀冷缩是物体的一种基本性质，物体在一般状态下，受热以后

2、会膨胀，在受冷的状态下会缩小。一般物体都具有这种性质。其实早在我国古代，人民就会利热胀冷缩的原理了。据记载：两千多年前李冰修都江堰时，要开山凿石，扩大水道，因手工凿山进展缓慢，他们就想出一个好办法：沿天然石缝扩大缝道，向里面填入干柴，点火燃烧后，再浇水于岩石上，就容易凿开山石。这种利用岩石热胀冷缩不均匀易于崩裂的施工经验，在我国历代水利工程中不断为人们所采用。聪明的祖先们就是利用了热胀冷缩的原理，修好了一条条大道，开凿了一条条运河，完成了一次又一次建筑业中的壮举。那么，又为什么会产生热胀冷缩呢？这是由于物体内的粒子（原子）运动会随温度改变，当温度上升时，粒子的振动幅度加大，振动的更快，振动距离

3、也更大，粒子（原子）之间间隙增大，令物体膨胀；但当温度下降时，粒子的振动幅度便会减少，振动的比较缓慢，振动距离也缩小，粒子（原子）之间间隙也相应缩小，使物体收缩。而且，在相同的条件下，固体的膨胀程度最小，气体的膨胀程度最小。但是，还有一个疑问：水结成冰时体积为什么会增大呢？对于一般物体，热胀冷缩是成立的，主要是有与温度升高，分子的动能增加，分子的平均自由程增加，所以表现为热胀冷缩，但也有例外，对水来说，这并不是说热胀冷缩就不成立。水在4时密度最大，但由于水包含有氢键（O-H），因此4之下就会发生反常膨胀现象，在温度下降情况下，水中的氢键数量增加，导致体积随温度下降反而增大。锑、铋、镓等金属也具

4、有遇热收缩、受冷膨胀的现象。随着温度的变化，这两种物质微观结构即晶体结构和原子排布方式方式发生变化，温度升高，原子排布更紧密些，从宏观上看就是体积缩小，发生热缩现象，反之，温度降低，原子排布更疏松，从宏观上看就是体积变大，且这种过程是连续的可逆的。铋和锑的热缩行为是物质本质因素决定的。在我们现在的生活中，热胀冷缩原理的利用还是非常的广泛。铺铁轨时要在衔接处留有缝隙，预留铁轨受热膨胀时将产生的长度。温度升高时，固体内金属原子之间的金属键会受到影响而被部分削弱，使得金属原子之间距离增大，从而表现为固体膨胀。不仅是铁轨，高架桥中也留有缝隙。炎热的夏天自行车胎不能打太足的气，因为气体的膨胀比轮胎的热胀要快，所以当轮胎打的太胀时，气体膨胀就没有空间给它，那么它得压强增大，导致轮胎爆裂。还有双金属片在生活中的应用，由于各组元层的热膨胀系数不同，当温度变化时，主动层的形变要大于被动层的形变，从而双金属片的整体就会向被动层一侧弯曲，则这种复合材料的曲率发生变化从而产生形变。双金属片被广泛用在继电器，开关，控制器等上面。日光灯的启辉器就是一个很好的例子。医生用得体温计和生活中的温度计，蒸汽管要转弯，都是运用了热胀冷缩的原理。当然，万事有利就有弊，所以，在生活中我们就要避免