一般小学生
まとめ
- 温度の上昇によって物質を構成する原子や分子の熱運動が激しくなり、隣り合う粒子間の距離が広がることで体積が増加する現象。
- 膨張の度合いは物質の状態（気体＞液体＞固体）や種類によって異なり、金属ではアルミニウム、銅、鉄の順に大きい。
- 水は例外的に、液体から固体（氷）に変化する際に体積が増加するという特異な性質を持つ。
解説
物質の温度が上がると、内部の粒子が激しく振動したり移動したりするようになります。この熱運動のエネルギーが大きくなることで、粒子同士が押し合い、結果として物質全体の体積が大きくなります。これを熱膨張と呼びます。
物質の状態によって膨張のしやすさは異なります。粒子間の結合が最も弱い気体は熱膨張率が非常に大きく、温度変化に対して敏感に体積が変わります。一方、固体は粒子が強く結びついているため膨張率は小さいですが、精密な機械や建築物ではそのわずかな変化が大きな影響を及ぼします。金属の種類による膨張率の差を利用した「バイメタル」は、2種類の金属を貼り合わせることで、温度変化に応じて一定方向に曲がる仕組みになっており、サーモスタットなどの温度制御装置に応用されています。
小学生のみなさんへ
物の温度が上がると、その物の体積（大きさ）が少しだけ大きくなることがあります。これを「熱膨張」といいます。反対に、冷やすと小さくなることを「収縮」といいます。
身近なところでは、線路のつなぎ目にすき間があるのは、夏に熱くなってレールがのびても、ぶつかって曲がらないようにするためです。また、金属の種類によって、のびやすさがちがうという特ちょうもあります。
ただし、水だけは少し特別です。ふつうの物は、液体から固体になるときに小さくなりますが、水は氷になるときに少しだけ大きくなります。冷凍庫にペットボトルをそのまま入れると、ふくらんでしまうのはこのためです。
ルラスタコラム
大きな橋の道路にも、ギザギザした金属のつなぎ目がありますよね。あれも熱膨張を計算して作られています。夏と冬で橋の長さが何十センチも変わることがあるので、こわれないようにわざと動けるようにしているんですよ。
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