一般小学生
まとめ
- 物質が占める空間の大きさである体積が、温度の上昇や下降、あるいは固体・液体・気体といった状態の変化に伴って増減する現象。
- 一般に、温度が上がると物質を構成する粒子の運動が激しくなり、粒子間の距離が広がることで体積が増加する（熱膨張）。
- 多くの物質は液体から固体になるときに体積が減少するが、水は氷になるときに体積が増加するという例外的な性質を持つ。
解説
物質の体積は、温度変化によって敏感に反応します。固体や液体に比べて、気体は温度変化による体積の変化が非常に大きいのが特徴です。これは、気体分子が自由に飛び回っており、温度上昇によるエネルギー増加が直接的に分子間の距離に反映されやすいためです。
また、物質の状態が変わる「状態変化」の際にも体積は大きく変わります。通常、粒子が規則正しくならぶ固体状態の方が、自由に動き回る液体状態よりも体積は小さくなります。しかし、水の場合は特殊です。水分子は水素結合によって、氷の結晶になる際に隙間の多い構造を作るため、液体（水）のときよりも体積が約1.1倍に膨張します。冬場に水道管が凍って破裂するのは、この体積変化による強い圧力が原因です。
小学生のみなさんへ
ものには「体積」という、しめている大きさがあります。この大きさは、温度が変わったり、水が氷になったりするときに変わります。これを「体積変化」といいます。
ふつう、ものは温めると大きくなり、冷やすと小さくなります。これを「熱膨張」と呼びます。例えば、空気や水も温めるとふくらみます。でも、水だけは少し特別です。水は氷になるとき、ふつうのものとは反対に、大きさが少し増えてしまいます。冷凍庫にペットボトルを水でいっぱいにして入れておくと、こおったときにふくらんでしまうのはこのためです。
また、2種類のちがう金属をはり合わせた「バイメタル」という板もあります。温めると、片方の金属がより大きくのびようとするので、板がぐにゃりと曲がります。これを利用して、温度を調節する機械などに使われています。
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