1升水和1升水混合得到两升水吗?

是不是觉得爸爸这个问题肯定有陷阱?是的,你们想想看,假如这两个1升的水的温度不一样会怎么样?水的热胀冷缩规律很特别,它在4摄氏度的时候密度最大。高于4度,温度越高越膨胀,低于4度,温度越低越膨胀。

温度高膨胀容易理解,分子不容易受束缚。温度低时膨胀,是因为对水来说温度低时,水分子之间会形成氢键,相当于水分子们手拉手,手拉手以后以后就不能紧密堆积,分子间有一定空隙。这个道理就像地铁上挤满人时拉着手的人都会被挤得分开一样。

那么0度的1升水和8度的1升水混合起来呢?相对于4度时,原先0度和8度的水都处在膨胀状态,混合以后两个1升都略微收缩了一点,最后混合的体积会小于2升。

这个低于4度的水的冷膨胀性质对水里的动物的生存有太大的帮助了,冰和冷水浮在上面保护了下面的4度水接触不到冷空气。如果没有这个性质,冬天时冷水不断下沉从底部结冰,温水上升接触表面冷空气,这样的对流会使得整个池塘或湖水结冰。

我们再来思考一下,假如水在高一点的温度下是理想的线性热胀冷缩呢?1升20度的水和1升30度的水混合会不会得到2升?

讨论了以后,我们觉得1升的热水比1升的冷水质量少,混合以后的温度比25度略低,所以冷水膨胀的体积比热水收缩的体积少,最后的体积也是略小于2升。这个结果爸爸不是太肯定,我们去问问姑姑和姑父,他们是热物理的专家。