4.3.3 液体性质

§3．3　液体性质

3．3．1、液体的宏观特性及微观结构

液体的性质介于固体与气体之间，一方面，它像固体一样具有一定的体积，不易压缩；另一方面，它又像气体一样，没有一定的形状，具有流动性，在物理性质上各向同性。

液体分子排列的最大特点是远程无序而短程有序，即首先液体分子在短暂时间内，在很小的区域(与分子距离同数量级)作规则的排列，称为短程有序；其次，液体中这种能近似保持规则排列的微小区域是由诸分子暂时形成的，其边界和大小随时改变，而且这些微小区域彼此之间的方位取向完全无序，表现为远程无序。因而液体的物理性质在宏观上表现为各向同性。

液体分子间的距离小，相互作用力较强，分子热运动主要表现为在平衡位置附近做微小振动，但其平衡位置又是在不断变化的，因而，宏观上表现为液体具有流动性。

3．3．2、液体的热膨胀

液体没有一定的形状，只有一定的体积，因此对液体只有体膨胀才有意义。实验证明，液体的体积跟温度的关系和固体的相同，也可以用下面的公式表示：

式中是在0℃时的体积，是液体在t℃时的体积，β是液体的体胀系数，一般液体的体胀系数比固体大1～2个数量级，并且随温度升高有比较明显的增大。

液体除正常的热膨胀外，还有反常膨胀的现象，例如水的反常膨胀，水在4℃时体积最小，密度最大，而4℃以下体积反而变大，密度变小，直到0℃时结冰为止，正是由于水的这一奇特的性质，使得湖水总是从湖面开始结备，随着气温下降，冰层从湖面逐渐向下加厚，也亏得这一点，水中的生物才安然地度过严冬。

3．3．3、物质的密度和温度的关系

固体和液体的体积随温度而变化，这将引起物体的密度变化，设某物体的质量为m，它在0℃时的体积为，则0℃时该物体的密度是。设物体在t℃时密度，体积，则

。

又有，式中β是固体或液体的体膨胀系数，代入表达式得

。

例1  一支水银温度计，它的石英泡的容积是0.300cm3，指示管的内径是0.0100cm，如果温度从30.0℃升高至40.0℃，温度计的水银指示线要移动多远？(水银的体胀系数/℃)

解：查表可得石英的线胀系数/℃，则其体胀系数为/℃。与水银的体胀系数/℃相比很小可忽略不计，所以当温度升高时，可以认为石英泡的容积不变，只考虑水银的膨胀，水银体积的增量

水银体积的增量△V，这是在水银指示管中水银上升的体积，所谓水银指示线移动的长度，就是水银上升的高度，即

说明　有些仪器，例如液体温度计，就是利用液体体积的热膨胀特性作为测量依据的。由于体胀系数β与测量物质的种类有关，而且即使是同种物质，β还与温度及压强有关，因此在使用这些仪器时，应考虑到由于β的变化而引起的测量误差。例如一支水银温度计，在冰点校准为0℃，在水的沸点校准为100℃，然后将二者间均分100份，刻上均匀刻度。严格地说，这种刻度是不准确的。由于β值随温度的升而增大，所以在高温处刻度应该稀一些，在低温处应该密一些；如果均匀刻度，则在测高温时读数会偏高，而在低温时读数会偏低。不过这种差别并不大，一般可以忽略。