物体的热胀冷缩

物质一般由原子或者分子构成，因为分子也是原子组成的，所以下面我们统一说成“原子”；温度的微观解释，是微观粒子的热运动。热胀冷缩的经典力学原理：温度升高后，原子核的振动更剧烈，核外电子的运动速度也会变快，由于电子离心力作用，原子核与电子层的距离会拉大，宏观体现就是热胀冷缩；当达到一定程度，将导致物体的物态发生改变。

经典力学中提到电子绕核运动的离心力，虽然能得到正确的结果，但是在量子力学中，这个解释是有缺陷。因为量子力学中没有实体的电子，电子将以电子云的形态出现，只是在温度升高时，电子云的范围会扩张，结论和经典力学的分析一致。

不过，热胀冷缩并非绝对，因为影响原子间平均距离的，除了原子本身外，还有和相邻原子间形成的化学键或者共价键！比如液态水中存在氢键，在标准大气压下，氢键的影响会导致液态水在0~4℃的区间内，会发生和“热胀冷缩”相反的现象！

任何宏观物体从微观的角度看，都由其内部的大量分子和原子所构成。按照热力学理论，所有的分子和原子即便不受任何外力的作用，也都处于一定的热运动状态，其热运动的激烈程度与该物体的温度相关。只有当物体温度降为绝对零度（亦即通常的摄氏温度零下273度）时，物体内部的分子和原子热运动将会停止。但热力学第三定律告诉我们，绝对零度是达不到的。因此物体分子的热运动只存在激烈程度上的差异，而绝对不会停止。

那么物体的体积与这种热运动有很大关系。简单说，分子间隙的大小，就会影响到体积。而热运动则对分子间隙有很大影响。在固体的情况下，其内部的分子和原子因为结合力的作用，一般不能离开固定位置，只能在平衡位置附近振动。但温度越高，则振动的幅度越大，分子间因为互相碰撞，也使彼此间的距离增大，也就是间隙增大。最后的宏观效果，就是使物体的整个体积有所增大。这就是热涨的原因。

流体的情况类似，虽然其形状不固定，但会采取容器的形状。其内部的分子不固定，可以自由移动，随着温度的升高，自由分子运动的激烈程度增高，彼此间的碰撞也将更加激烈，最后导致分子间隙增大，体积也就增大。如果容器的体积固定，则流体内部的压力会随温度的升高而增大。遇到开放的容器，就会转变为体积的增大。

PS：未经同意不得转载（图片来源网络）