當物質受熱時，內部會因為溫度升高而使分子振動得更快，分子間的距離變大，使得物質膨脹。當溫度下降時，物質內部分子振動得較慢，分子間的距離變小，使得物質收縮。大多數物質，包括固體、液體及氣體都具有熱脹冷縮的特性，以同體積而言，氣體膨脹最大，液體次之，固體最少。少數的特殊例子：水在一般狀況下也是熱脹冷縮，但在溫度從4℃到0℃時，卻是遇熱收縮，遇冷膨脹，即「冷脹熱縮」，這個奇妙的特性在大自然界中扮演很重要的角色。冬天時，當戶外氣溫低至0℃以下時，湖水結冰、體積冷脹、密度變小，即結冰的湖水比水的密度要小，所以，浮在水面上，使整個水面結冰，冰面下的水仍會保持一定的水溫，使得生活在水中的生物得以過冬。水是冷脹熱縮嗎?這樣說其實並不正確喔！水在4℃以上，都是熱脹冷縮的，但在4℃以下，因為要準備結冰，體積會慢慢的開始隨溫度下降而膨脹(熱縮冷脹)，在人的日常生活中，也有很多溶液具熱脹冷縮的特性。
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