液态金属的体积热膨胀效应

液态金属作为常温液体的一种，具有体积随温度而改变的特性，即大部分物质所具有的热胀冷缩行为。液态金属最为经典的应用之一是作为膨胀式温度计，水银温度计是其中最具代表性的一种。图2.1所示即为通常所用的水银温度计，在金属的液态温度范围，即凝固点至沸点范围，对于水银即汞来说是-39℃至357℃，可以测量温度，简单直观，使用方便，是人们日常生活的必需品。

图2.1　常用的水银温度计(www.xing528.com)

对于大部分物质而言，物体受热后会膨胀，受冷后则缩小。不同材料在不同状态下的膨胀率有所不同。对于液态金属来说，在其液态温度范围内，是符合热胀冷缩特性的，但在液体凝固成固体的相变过程中，其密度则会减小，体积增加，产生热缩冷胀的效应；在完全凝固后又恢复热胀冷缩。因此，在液态金属的液态范围内，可以通过热体积特性来达到测量温度的目的。通常使用的温度计具有一个盛放液态金属的玻璃泡，足量的液态金属置于此处供使用；玻璃泡上方为细玻璃管，在金属体积随温度变化时会在玻璃管中表现为高度的变化；玻璃管外部制作有刻度，用以指示当前温度。在温度计使用前要进行温度标定，通常采用标准大气压下的沸水温度作为100℃，冰水混合物温度作为0℃，然后将水银在玻璃管中二者之间的高度差平均分为100等分，标明刻度，即可使用。

液态金属温度计使用简单，制作方便，有一定的稳定性。除水银温度计，根据液态金属不同的凝固点与沸点，还可以制造不同温度范围的温度计。

需要指出的是，水银温度计由于自身毒性及潜在的泄露危险，正逐步被淘汰。作为替代品，工业界发展出了用镓或其合金制成的温度计，在使用方式和方便性方面与水银温度计相似。甚至，科学家还在碳纳米管中充入液态镓，制作出了世界上最小的温度计，借助电子显微镜读取金属镓液柱的变化来获得温度值，这种纳米温度计在电子线路、毛细血管的温度检测方面有潜在应用价值。