非一日之寒 有一句话叫什么非一日之寒


节选自《自然奥秘探索》杂志

在生活的点滴中,我们常以“冰冻三尺非一日之寒”来比喻事物的形成非一朝一夕之功,而是经过长时间的酝酿与积累。这句话的背后,其实隐藏着水结成冰的深刻物理原理。

为何选择水结成一定厚度的冰需要较长时间来阐述事物形成的漫长过程呢?这要从水的特殊物理属性说起。

水在4℃时密度最大

大多数物体都会随温度变化而膨胀或收缩,但水的特性却与众不同。在特定的温度范围内,它的行为似乎违反了常规。具体来说,固态的冰和4℃以上的液态水,遵循一般的热胀冷缩规律;但在4℃至0℃之间,水的表现却与众不同,不是热胀冷缩,而是呈现出冷胀热缩的特性,因此在4℃时,水的密度达到最大。

水的反常膨胀

物质的密度取决于其内部分子的间距。分子间距越大,物质密度越小;反之,间距越小,密度则越大。研究发现,水和冰的结构中存在一种特殊的化学键——氢键。这种氢键在冰中的每个H₂O分子与其他H₂O分子之间形成立体结构,导致水的分子排列并非紧密,而是相对疏松。

当水温从0℃逐渐上升时,这一过程并不简单。水温在0℃至4℃之间,由于氢键的影响,水的密度随温度升高而增大;但超过4℃后,氢键的影响减弱,水分子的热运动加剧,导致水的密度随温度进一步升高而减小。这种热胀冷缩的现象在水中表现得尤为明显。

水结冰的缓慢过程

冬天,当气温降至0℃以下时,水的表面开始结冰。由于水的密度在4℃时达到最大,因此水中的温度会逐渐降至4℃,并保持这一温度直到所有水的密度达到平衡。这一过程中,水与冰之间的温度交换是逐渐的,因此冰层厚度的增加是缓慢的。成语“冰冻三尺非一日之寒”正是对这一缓慢结冰过程的生动描述。

这一自然现象告诉我们,许多自然过程都需要一个酝酿和积累的过程,不能一蹴而就。我们在认识事物时,也应遵循这一规律。

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中学物理知识:热胀冷缩、分子的运动