物质的热学性质：热膨胀、冷压缩、比热容和热传导

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：在自然界中，物质的热学性质主要表现在热膨胀、冷压缩、比热容、热传导等几个方面。体胀系数和线胀系数是物质热膨胀的一个重要参量。根据帕斯卡定律，就容易使一液态物质系统处于均压的压强下。这是由物质的压缩性决定的。在一定温度下，增加单位压强时所增加的体积与原有体积之比，称为等温压缩系数，用KT表示。等温压缩系数KT和绝热压缩系数KS总是因物质不同而异，但在压强变化范围不大时可认为是常数。

在自然界中，物质的热学性质主要表现在热膨胀、冷压缩、比热容、热传导等几个方面。热学性质不仅限于系统的体积、温度和压强的变化，还与电阻温度有一定的联系。

1.热膨胀

热膨胀是物质的一个主要热学性质。它有利于人们的日常生活和生产，但也不利于一些生产设备的正常工作。如热膨胀可用于烹调，使食品变为松软可口；又如热膨胀可使温度计中的汞柱升高，从而可利用温度计检测人体的体温。但温度膨胀也可使铁轨弯曲，危害列车正常运行，故在铺设铁轨时都要留有一定的间隙，给热胀冷缩留有余地。因此，热膨胀会使物体的体积及固体某一取向的长度有一定的增量。

在热学实验中，定义温度每升高1K，由单一物质构成的物体的体积增量和物体原来体积之比为该物质的体膨胀系数（简称为体胀系数）；而固体某一取向的长度增量和原长度之比为该固体在特定取向上的线膨胀系数（简称为线胀系数）。体胀系数和线胀系数是物质热膨胀的一个重要参量。体胀系数主要用于反映液体的热膨胀现象，常见液体的体胀系数见表1-1；线胀系数主要用于反映固体的热膨胀现象，常见固体的线胀系数见表1-2。

表1-1 常见液体的体胀系数

（续）

注：表中系数摘自于相关资料手册，β为体胀系数。

表1-2 常见固体的线胀系数

（续）

注：1.表中系数摘自于相关资料，α为线胀系数。

2.表中Cu（铜）的原子量为63.54，Zn（锌）的原子量为65.38，60%铜和40%锌混合后为黄铜；表中Sn（锡）的原子量为118.6，75%铜和25%锡混合后为青铜；表中Ni（镍）的原子量为58.69，60%铜和40%镍混合后为康铜；表中Fe（铁）的原子量为55.84，36%镍和64%铁混合后为因钢。

2.压缩性

实验表明：处于等温压缩状态的物质是较难压缩的，即使在较大压强时，其液体体积也没有多大变化，固态物质也不会明显压缩。因此，液体具有传递压强的作用。根据帕斯卡定律，就容易使一液态物质系统处于均压的压强下。但在固体的某一面上施加压强，在它的其他面上受到的压强就不一致了。这是由物质的压缩性决定的。

经验和理论证明，物质系统的压缩性总是与压强和温度相关联的，即物质系统在压强作用下体积的变化，是压强和温度的函数。在等温或绝热过程中，体积V随压强p变化。在一定温度下，增加单位压强时所增加的体积与原有体积之比，称为等温压缩系数，用K_T表示。在绝热条件下，增加单位压强时所增加的体积与原有体积之比，称为绝热压缩系数，用K_S表示。等温压缩系数K_T和绝热压缩系数K_S总是因物质不同而异，但在压强变化范围不大时可认为是常数。常见液体的等温压缩系数见表1-3。

表1-3 常见液体的等温压缩系数

注：表中数据摘自相关资料手册。

在现实生活和生产中，压强变化引起物质的体积变化，对人的生理有很大影响。如乘坐飞机发生高度变化时，由于气体的压力变化，人会感到耳内鼓气或压气。再如潜水员必须在减压舱中才能沉入深海。但在有些的气体传播中，压缩和膨胀是频繁交替进行的。

物质的热学性质：热膨胀、冷压缩、比热容和热传导

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