Til þess að einfalda svarið er best að líta á kristall málms, til dæmis járnkristall. Ímyndum okkur að við höfum reglulegan hreinan kristall úr járnatómum. Venjulegt járn er samsett úr mörgum slíkum einkristöllum sem þjappast saman, ásamt fjölda aðskotaatóma.
Ef við lítum á eitt atóm í einkristallinum okkar er því haldið í kristallsgrindinni á sínum stað með kröftum sem aðallega koma frá næstu atómum í kring. Þessir kraftar eru rafkraftar sem verða til vegna dreifingar rafeindanna í kringum atómin. Við gerum ráð fyrir að atómið okkar haldist í grindinni þar sem kraftar hinna atómanna á það styttast út, í jafnvægispunkti sem við nefnum grindarsæti. Í raun verðum við að lýsa kerfinu með skammtafræði sem segir okkur að jafnvel við alkul hreyfist atómið aðeins til um þennan jafnvægispunkt. Það sveiflast örlítið eins og massi hengdur í gorm. Þessar sveiflur atómanna í grindinni geta borist um hana við hærra hitastig og eru þá kallaðar hljóðeindir.
Þegar kristallinn er hitaður aukast þessar sveiflur atómanna, hljóðeindunum fjölgar, og það slaknar örlítið á kröftunum milli atómanna. Við það getur meðalfjarlægð atómanna aukist og kristallinn þanist út, en þetta köllum við hitaþenslu. Ef við hitum kristallinn enn meir geta kraftarnir minnkað það mikið að þeir nægi ekki til þess að halda honum saman. Við það bráðnar kristallinn eða gufar beint upp. Hér verður að bæta við að möguleg þensla er háð því hvernig kraftarnir eru háðir staðsetningu í kristallinum.
Vökvar eða loftegundir geta þanist út við hitun vegna aukinna árekstra atómanna sem ekki er haldið á ákveðnum stað eins og í kristallinum. Við hitun er varma breytt í hreyfiorku atómanna og þau öðlast að jafnaði meiri hraða en fyrir hitun.
Nú er efni oft safn flóknari sameinda í stað atóma sem öll eru eins, hvort sem um kristall, vökva eða gas er að ræða. Kraftarnir í þannig efni eru oft flóknari en kraftar milli eins atóma. Því getur það vel gerst að hlutir dragist saman við hitun á einhverju stuttu hitabili. Þekkt dæmi um slíkt er vatn á bilinu 0 upp í 4 gráður Celcius. Einnig tekur vatnið í ísmola minna rúmmál þegar molinn bráðnar við 0 gráður en ísinn við sama hitastig, þótt mikilli orku hafi verið dælt inn í ísmolann til að bræða hann. Um þetta má lesa nánar í svari Halldórs Svavarssonar við spurningunni Hvers vegna frýs vatn?
Mismunandi efni þenjast mismikið út. Þegar menn hanna flókna hluti úr margs konar efni þannig að þeir þoli hitabreytingar verður því að gera ráðstafanir til að þeir skemmist ekki við hitun eða kælingu. Dæmi um slíkt eru mannvirki eins og brýr og hús auk margs konar véla og tækja.
Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.
Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar
um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að
svara öllum spurningum.
Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að
svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki
nægileg deili á sér.
Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.
Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!
Sólin
Rís 05:15 • sest 21:38
Tunglið
Rís 01:18 • Sest 04:30
Flóð
Árdegis: 07:36 • Síðdegis: 19:53
Fjara
Árdegis: 01:39 • Síðdegis: 13:42
