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熱脹冷縮與熱縮冷脹的原理


實(shí)驗(yàn)室k / 2019-04-15

       乒乓球癟了,用開水燙燙癟的地方就會(huì)鼓起來。這是由于乒乓球里的空氣熱后體積膨脹,把原來癟的地方頂起來,乒乓球就修復(fù)好了。氣體不僅有受熱膨脹的特性,而且遇冷還會(huì)收縮呢,這就是平常人們所說的熱脹冷縮。

       自然界中許許多多的物體都具有熱脹冷縮的性質(zhì),物體的這種性質(zhì)給人們的生活帶來了許多方便,也帶來了一些麻煩。比如,往自行車的車把上套塑料袋時(shí),先用熱水燙一下塑料套,再往車把上套,由于熱膨脹,就比較容易地將塑料套套上。過一會(huì)兒,塑料套遇冷收縮,就能緊緊地套在車把上了。而燒開水時(shí)、水壺里的水如果灌得太滿,水受熱后體積膨脹,會(huì)從壺里溢出。因此就要想辦法防止熱脹冷縮造成的危害。比如:夏天架電線時(shí)要架得松一些,以防止冬天電線遇冷收縮時(shí)斷了;冬天鋪設(shè)鐵軌時(shí),鐵軌間要留有一定的空隙,也是為了防止夏天鐵軌受熱,膨脹使銜接處凸起來,容易發(fā)生火車出軌事故;為了使橋梁有膨脹和收縮的余地,同樣在橋梁上設(shè)置伸縮縫,以便不會(huì)發(fā)生翹曲;夏天不要把自行車內(nèi)胎的氣打得太足,防止空氣受熱膨脹,使內(nèi)胎爆裂,也是同樣的道理。


       在我們的生活中,物體熱脹冷縮的例子數(shù)不勝數(shù),但并不是所有物體都是熱脹冷縮的。比如夏天我們?yōu)榱丝焖俦?zhèn)一下啤酒,可以將啤酒放在冰箱冷凍室中,但如果時(shí)間大長(zhǎng),啤酒瓶就會(huì)炸裂。這除了由于玻璃瓶冷縮外,還因啤酒中的水結(jié)冰后體積膨脹所造成。這與燒水時(shí)水受熱膨脹的情況恰好相反,如何解釋這種現(xiàn)象呢?

       自然界中有少數(shù)物質(zhì)的牌氣很古怪,它們不是熱脹冷縮,而是熱縮冷脹,也叫反常膨脹。4℃以下的水就具有這種非同尋常的特性。水在4℃時(shí)的密度最大,體積最小。溫度逐漸下降時(shí),它的體積反而在逐漸增大,結(jié)成0℃的冰時(shí),它的體積不是縮小而是脹大,比原來大約要増大十分之一。

       由于4℃的水密度最大,所以在北方寒冷的冬天里,河的表面結(jié)了厚厚的一層冰,但在冰層的下面,水溫總保持在4℃左右,這為水中生物提供了生存的良好環(huán)境。

       水的這種反常膨脹的特性可以為人們所利用,如別具風(fēng)味的凍豆腐,就是使豆腐中的水結(jié)冰后,體積膨脹把豆腐中原來的小孔撐大,當(dāng)冰融化后,水從一個(gè)一個(gè)的小孔中流出來,豆腐里就留下了無數(shù)個(gè)小孔,整塊豆腐呈泡沫塑料狀,這樣,凍豆腐經(jīng)過烹調(diào)后,小孔里盛滿了湯汁,吃起來味道就非常鮮美。


       我國(guó)勞動(dòng)人民很早就知道并利用了水的這種反常膨脹特性來開采石料。寒冷的冬季,往石間縫中注上水,等水凍成冰后,由于體積膨脹,把石頭撐得四分五裂,這樣開采起來就既省力又能提高效率。

       但是水的反常膨脹有時(shí)也給人們的生活帶來了一些麻煩。比如在冬天,室外的自來水管常會(huì)由于管中的水結(jié)冰,而被撐裂;汽車司機(jī)在冬天的晚上收車后,常常把水箱里的水放掉,也是防止水箱凍裂。因此,北方的冬季特別要做好保暖防凍措施。


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