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1、冷胀热缩水在由0温度升高时，出现了一种特殊的现象。人们通过实验得到了t曲线，即水的密度随温度变化的曲线。在温度由0上升到4的过程中，水的密度逐渐加大；温度由4继续上升的过程中，水的密度逐渐减小；水在4时的密度最大。水在0至4的范围内，呈现出“冷胀热缩”的现象，称为反常膨胀。水的反常膨胀现象可以用氢键、缔合水分子理论予以解释。冷胀热缩：我们知道，如果物体所受外界压力不变，大多数物体的体积都随温度的升高而增大，即热胀冷缩。与大多数物质的性质相反，在 0到4的温度范围内，水的体积却随温度的升高而减小，这就是说，水在0到4之间是冷涨热缩。水的这一反常性质，对江河湖泊中的动植物的生命有着重要的影响和意义
2、。当寒冷的冬天来临后，随着气温的降低，江河湖泊中的水温也随之下降。考虑某一湖泊，设其全部湖水处于某一温度如10，再设湖面上空气的温度为-10，于是湖表面的水就会变冷，比如说温度降到9，这部分水因变冷而收缩，其密度比底下较暖的水为大，因而沉入下面密度较小的水中，下面的 10的水上升。冷水的下沉引起一个混合过程，此过程一直持续到湖泊中的所有水冷却到4为止。但是表面的水还要被冷空气继续冷却降温，表面水的温度进一步降低，又比如降到3，这部分水的体积不但不缩小反而膨胀，即表面水的密度比下面小，因而就浮在水面上不再下沉。对流和混合此时都停止了（当然扩散不会停止），表面下的水基本上靠热传导散失内能.水是热的
3、不良导体，这样散热是比较慢的。表面水的温度，先于下面的水降至0、开始结冰。冰的密度比水小，所以一直浮在水面上而不下沉。冰下面的水，从上到下温度为0到4，从上到下逐渐结冰。由于通过热传导而向上散热，比较慢,并且有地热由底下向上传导，因此冻结的速度是缓慢的。若湖泊的水很深，湖水是不会被冻透的，湖泊中生存的动植物就可以在靠近湖底的4的水中安然过冬，免遭冻死的厄运。如果水的性质也像其它大多数物质那样，在全部温度范围内都是热胀冷缩的，那么温度较高的水不断升到水面，向空气散热，湖泊中水的冻结就会从底部开始，从而容易导致湖泊中的水全部冻结。这样一来，就毁掉了湖泊中的一切经不起冻结的生命。青铜、纯铁、锑、铋、镓都是冷胀热缩的物质。
