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气体可以热胀冷缩吗

气体可以热胀冷缩吗的答案是:可以

气体可以热胀冷缩吗

物体中包括固体、液体、气体在内,受热后都会程度不同地出现膨胀现象,也会在受冷时出现缩小现象。在固体、气体、液体三种物体中,通常气体热胀冷缩现象最为明显。

气体一般都是由分子构成的,气体遇热也就是温度增高,分子的运动速率加快,可使分子间的间隔变大,反之如此。并且,气体热胀冷缩的程度要比固体、液体大。

对于固体来说,它的基本单元是由质点(原子或离子)构成的点阵,这些质点在晶格点阵中围绕其平衡位置振动。这种振动不是左右对称的简谐振动,而是非简谐振动。当固体受热时,质点振动加剧,由于非简谐效应的存在,质点的平衡位置就会发生移动,导致相邻质点间的平均距离增大,于是,固体的体积就变大了。反过来,当温度降低时,由于质点振动减弱,质点之间的平均距离减小,固体的体积就变小了。

实验表明,水在4℃以上,仍然是遵循热胀冷缩规律的,从4℃以下,即4℃到0℃间才发生反常膨胀.水在4℃时,体积最小,密度最大。因而冰的密度略小于水的密度.所以可以浮在水面上。

水的反常膨胀现象,原因是水分子具有特殊的结构,液态水,除含有简单的水分子(H2O)外,同时还含有缔合分子(H2O)2和(H2O)3等,当温度在0℃水未结冰时,大多数水分子是以(H2O)3的缔合分子存在,当温度升高到3.98 ℃(101 kPa)时,水分子多以(H2O)2缔合分子形式存在,分子占据空间相对减小,此时水的密度最大。如果温度再继续升高在3.98 ℃以上,一般物质热胀冷缩的规律即占主导地位了。水温降到0 ℃时,水结成冰,水结冰时几乎全部分子缔合在一起成为一个巨大的缔合分子,在冰中水分子的排布是每一个氧原子有四个氢原子为近邻(两个共价键,两个氢键)。这样一种排布导致成一种敞开结构,也就是说冰的结构中有较大的空隙,所以冰的密度反比同温度的水小。

气体的热胀冷缩现象也随处可见。乒乓球如果不小心被踩瘪了,只要放在开水里一烫,瘪的地方就鼓起来了,说明乒乓球里的空气受热以后体积变大了。不过,气体的热胀冷缩需要在一个体积可以变化的空间里才能观察到(如气球里的气体),因为如果把气体释放在一个固定的空间里,它就会充满整个空间,这时如果我们升高温度,这个空间的大小并不会变化,但气体的压强会增大。

标签: 热胀冷缩 气体
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