超精确阀门——热膨胀原理应用

化学家邀请了一位发明家来帮助解决一个难题。

“在我们的一个实验中，需要精确控制气流的流量，可现有的阀门均不能满足控制的要求。”化学家苦恼地说。

“当然了，”发明家说，“现有的阀门根本无法达到你那么苛刻的要求。”

“但是，试验中对气体的控制要求又不能降低。”

这是一个难以解决的问题。

突然，萃智先生出现了。

“只要稍微动动脑筋，”萃智先生说，“结合高中物理课程中的知识，这个问题很容易解决。”

于是，一个基于热膨胀原理的解决方案产生了：采用晶体结构的材料来做阀门的阀门体，利用热膨胀原理来实现精确的流量控制。这就是现在已经普遍使用的超精确阀门。

这个故事应用了热膨胀(thermal expansion)原理，该原理体现在两个方面：

1.利用热膨胀或热收缩的材料。

比如：过盈配合装配中，冷却内部件使之收缩，加热外部件使之膨胀，装配完成后恢复到常温，内、外件就实现了紧配合装配。水银温度计。

2.组合使用多种具有不同热膨胀系数的材料。

比如：双金属片传感器，使用两种不同膨胀系数的金属材料并连结在一 起，当温度变化时双金属片会发生弯曲。

热胀冷缩现象是我们非常熟悉的物理现象了，热膨胀可以是正向或者负向，其运动范围并不只限于热场，重力、气压、海拔高度或者光线的变化都可能引起热膨胀（收缩）：A）装配金属双环时可以让内环冷缩，外环热胀，等回复常温时内外环牢牢固定；B）双金属片开关；利用不同膨胀系数的材料的变形来形成通断；C）酒精温度计；热胀行温度测量仪；D）蒸汽机车；在热膨胀过程中会产生材料体积的变化（在某个方向上则为长度的变化），还能产生很大的推力和压力（胀力和缩力），可以利用这种效应来实现我们所需要的能力。当然，这种效应有的时候也会带来负面作用，我们在利用此原理的同时也应该考虑到这种负面作用，并提前进行预防。热胀冷缩是比较通俗的讲法，但水在摄氏4度到0度是个例外，这个特别性质的利用比较多，比如上面讲的无声冰爆破。