为什么会有热胀冷缩的现象?

题目

为什么会有热胀冷缩的现象?

答案

这个问题相当复杂了,气体的情况比较简单,对于气体,可以忽略分子势能,只考虑分子动能,温度升高就是气体分子的平均动能变大,分子平均动能边大之后分子的碰撞就更剧烈了,对容器器壁的碰撞也更剧烈,这也就是说气体压强会变大,要使压强不变,就只能让体积变大来抵消温度升高导致的碰撞剧烈问题.
对于液体和固体,必须同时考虑分子的动能和势能,温度升高导致的液体平均分子动能升高,根据能量均分定理,热力学平衡系统内,每个自由度能量均分,势能也应该同时增加,这样分子间距离就应该变大来增加势能,也就是热涨冷缩了.
当然这种讨论是建立在理想模型上的,如果考虑物质的结构和量子力学,讨论更复杂.因而也有特殊例子不是热涨冷缩的,比如水在四摄氏度到零摄氏度过程中,是越冷体积越大的.