热膨胀repengzhang

在压强不变的情况下，由于温度变化而引起物体(固体、液体或气体)的体积(或长度、面积)发生变化的现象。通常物体在受热时体积增加（膨胀），冷却时体积减小（收缩）。膨胀的程度用膨胀系数表示。发生热膨胀现象的原因是温度升高时，构成物体的分子或原子的运动加剧了。从微观看，固体的热膨胀主要是固体中相邻原子间的平均距离增大引起的。两相邻原子间的势能是原子核间距离的函数，势能曲线是一条非对称曲线（如图示）。设一个原子核位于原点o，其相邻的原子核相对原点的距离为r,r₀为其平衡位置，水平直线E₁(T₁)、E₂(T₂)与横轴的距离代表一定温度T₁、T₂时原子的总能量。当温度为T₁时，原子在r_a与rb间绕平衡位置振动，它在r₀处时的势能最小，动能最大，在ra或rb处时，势能等于总能量，动能为零。由于势能曲线形状不对称，使得相邻原子核间的平均距离r₁大于平衡时的距离r₀。当温度升高到T₂时，它们的平均距离r₂又比r₁大。温度越高，振动能量越大，原子间的平均距离也越大，结果就使得整块固体胀大。在同样条件下，固体的热膨胀比液体的热膨胀小得多，大多数液体的热膨胀是气体热膨胀的1/2～1/3，固体热膨胀只是气体热膨胀的几百分之一或几千分之一。
热膨胀现象非常普遍，在技术上既可利用它造福人类，又要防止它带来破坏和灾难。如利用水银或酒精随温度升高而膨胀的性质可以造成温度计；用铆钉把两个金属机件紧密结合起来，就是利用了铆钉冷却时不能自由收缩，因而产生了很大的应力作用在机件上，把机件紧压在一起；日光灯起辉器里的双金属片，使用了膨胀系数不同的两种金属，在受热或降温时，它分别弯向不同的一侧，从而可以接通或断开电路；使用厚壁玻璃容器时，要防止因加热不均匀而炸裂；当温度升高1℃时，如果铁棒不能自由膨胀，则铁棒内将产生数值近1亿帕的应力，为防止这种应力造成破坏，在铺设铁路时，钢轨间要留有间隙；精密仪器要采用膨胀系数小的材料，如石英、殷钢。石英的膨胀极其微小，把石英容器加热到摄氏几百度后，立刻扔到冷水中，它也不会损坏。殷钢是一种含有大量镍的合金钢，用它制造的轴杆，当温度升高1℃时，只增长原长的百万分之一。钟表的精密零件就使用了殷钢。

热膨胀

因温度改变而引起的固体、液体和气体的胀缩变化。大多数物质在温度升高时，体积(或长度、面积)增加。也有少数物质在一定的温度范围内(例如水在0—4℃间)温度上升时，体积反而缩小。

热膨胀

thermal expansion