愛打桌球的人都知道,不小心把桌球弄癟了,沒有關係,用開水燙癟的地方就會鼓起來,又可以繼續玩了。大概許多人都知道這其中的奧秘,這是由於桌球裡的空氣熱後體積膨脹,把原來癟的地方頂起來,桌球就修復好了。
氣體不僅有受熱膨脹的特性,而且遇冷還會收縮呢,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,物體的這種性質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套時,先用熱水燙一下塑料套,再往車把上套,由於熱膨脹,就比較容易地將塑料套套上。過一會兒,塑料套遇冷收縮,就能緊緊地套在車把上了。而燒開水時,水壺裡的水如果灌得太滿,水受熱後體積膨脹,會從壺裡溢出。因此就要想辦法防止熱脹冷縮造成的危害。比如:夏天架電線時要架得松一些,以防止冬天電線遇冷收縮時斷了;冬天鋪設鐵軌時,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,容易發生火車出軌事故;為了使橋梁有膨脹和收縮的餘地,同樣在橋梁上設置伸縮縫,以便不會發生翹曲;夏天不要把自行車內胎的氣打得太足,防止空氣受熱膨脹,使內胎爆裂,也是同樣的道理。
儘管大部分物體具有熱脹冷縮的性質,但是不同材料的物體熱脹冷縮的程度不相同。物體的這種性質在生活中給我們提供了幫助,把煮熱的雞蛋放在冷水中泡一泡,由於蛋殼和雞蛋白的收縮程度不一樣,就可以使兩者脫離開來,剝起來也就很容易了。在相同條件下,氣體膨脹得最多,液體膨脹得較多,固體膨脹得最少。知道了這個道理,對人們的生產和生活都是很有用的。建築上,廣泛採用的鋼筋混凝土,就是選用熱脹冷縮程度差不多的鋼材和混凝土材料,這樣才能保證建築物十會牢固。
在我們的生活中,物體熱脹冷縮的例子數不勝數,但並不是所有物體都是熱脹冷縮的。比如夏天我們為了快速冰鎮一下啤酒,可以將啤酒放在冰箱冷凍室中,但如果時間太長,啤酒瓶就會炸裂。這除了由於玻璃瓶冷縮外,還因啤酒中的水結冰後體積膨脹所造成。這與燒水時水受熱膨脹的情況恰好相反,如何解釋這種現象呢?
自然界中有少數物質的脾氣很古怪,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℃時的密度最大,體積最小。溫度逐漸下降時,它的體積反而在逐漸增大,結成0℃的冰時,它的體積不是縮小而是脹大,比原來大約要增大十分之一。由於4℃的水密度最大,所以在北方寒冷的冬天裡,河的表面結了厚厚的一層冰,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境。
水的這種反常膨脹的特性可以為人們所利用,如別具風味的凍豆腐,就是使豆腐中的水結冰後,體積膨脹把豆腐中原來的小孔撐大,當冰融化後,水從一個一個的小孔中流出來,豆腐裡就留下了無數個小孔,整塊豆腐呈泡沫塑料狀,這樣,凍豆腐經過烹調後,小孔裡盛滿了湯汁,吃起來味道就非常鮮美。
我國勞動人民很早就知道並利用了水的這種反常膨脹特性來開採石料。寒冷的冬季,往石間縫中註上水,等水凍成冰後,由於體積膨脹,把石頭撐得四分五裂,這樣開採起來就既省力又能提高效率。
但是水的反常膨脹有時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由於管中的水結冰,
而被撐裂;汽車司機在冬天的晚上收車後,常常把水箱裡的水放掉,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。