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水的反常膨胀水的反常膨胀也可用图所示的装置直接显示平底烧瓶瓶口通过橡胶塞和一根竖直细玻璃管相通,旁边插入一支温度计,用来测量瓶内水的温度烧瓶内装满着色的水后,用橡胶塞将瓶曰塞紧,做到瓶内没有残留空气,瓶口处也不漏气再用滴管向细玻璃管中注入少量着色的水,使水面一直达到细玻璃管的上部,并在细管外套一个橡皮圈做液面的标记将装满水的烧瓶放在圆形水槽中,向烧瓶周围投放冰和检的混合物,观察细玻璃管内液面的升降情况可以看到,随着水温下降,细玻璃管内液面明显下降,直到水温达到4°C时,液面最低当水温再下降时,细玻璃管内液面出现回升现象当烧瓶内水温降到0°C并出现冰凌时,液面有明显升高注意向烧瓶周围投放冰和盐的混合物后,开始时,液面会略有上升这不是水的反常膨胀,而是由于烧瓶遇冷收缩,容积减小,而水温还未降低的缘故一般物质由于温度影响,其体积为热胀冷缩但也有少数热缩冷胀的物质,如水,在某种条件下恰好与上面的情况相反实验证明,对0°C的水加热到4°C时,其体积不但不增大,反而缩小当水的温度高于4C时,它的体积才会随着温度的升高而膨胀因此,水在4°C时的体积最小,密度最大湖泊里水的表面,当冬季气温下降时,若水温在4°C以上时,上层的水冷却,体积缩小,密度变大,于是下沉到底部,而下层的暖水就升到上层来这样,上层的冷水跟下层的暖水不断地交换位置,整个的水温逐渐降低这种热的对流现象只能进行到所有水的温度都达到4°C时为止当水温降到4°C以下时,上层的水反而膨胀,密度减小,于是冷水层的停留在上面继续冷却,一直到温度下降到0°C时,上面的冷水层结成了冰为止以上阶段热的交换主要形式是对流当冰封水面之后,水的冷却就完全依靠水的热传导方式来进行热传递由于水的导热性能很差,因此湖底的水温仍保持在4°C左右这种水的反常膨胀特性,保证了水中的动植物,能在寒冷季节内生存下来这里还应注意到,冰在冷却时与一般物质相同,也是缩小的受热则膨胀,只有在0°C到4°C的范围内的水才显示出反常膨胀的现象来。