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“为什么水在4度密度最大呢” 的问题

已有 5963 次阅读 2014-7-8 19:54 |个人分类:镜子大全|系统分类:科普集锦| 密度

“为什么水在4度密度最大呢?”的问题
作者: mirror (*)
日期: 07/08/2014 00:06:35


首先4°C本身不是问题。原因为温标不过是个人工设定的尺度,为什么是4 而不是5没有什么意义。与其他的物质的沸点、凝固点等的常数之间相互比较有些意义。

因此这个问题抽象起来看的话,就是问物质(体)的热膨胀系数与温度变化的关系是什么样子?有没有热膨胀系数很低的,与温度变化关系不大的材料?这类的话题。

液体、固体中分(原)子的结合能的一般形式是为下面的图所示:近了相斥、远了相吸,再远了就脱离关系了。

 
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纵轴是结合能,横轴是分(原)子间的距离。由此可看出有个最低能量状态的间距。这一个图可以说是对应着一个温度座标。所谓升温膨胀,是说这个高温下的分布图比原来的稍高了一些,分布图朝右边移动了一点儿。因此最低能量状态下的分子间距就可以大一点儿。同族的元素单体,热膨胀系数的温度变化有相似性,其分布形状就是左右平移的样子。比如C、Si、Ge的晶体就是如此。

不同温度下物体的膨胀系数基本上都有文献可查,但一般人没有见过各种温度下的热膨胀系数,所以感到低温膨胀很稀奇。就晶体而言,晶格的膨胀系数可以通过晶格振动的理论算出来。在温度变化时,某个物性指标有个极值的现象应该是比较普遍的。对于“为什么”的回答,可以说分子振动频率的二次方和三次方项作用的竞争结果吧。这事儿知道的人也就知道了,不知道也没有什么。

刚布置下去作业:提出一些白天看星星的技术手段。

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就“是”论事儿,就“事儿”论是,就“事儿”论“事儿”。


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