用力拉扯橡皮筋会发生什么？

一个关于热力学的小实验操作非常简单，可以在家里完成。(然而，不幸的是，解释并不简单* _ *)

这张照片来自皮克斯拜。

你需要的材料很简单:一条普通的橡皮筋。用双手握住橡皮筋。当橡皮筋松开时，首先用你的嘴唇感受它的温度。然后突然拉伸它(只是小心不要弄断它)，然后用你的嘴唇触摸橡皮筋。你会有什么感觉？

答案是人们会认为橡皮筋越来越热了。

接下来，保持橡皮筋拉伸几秒钟，等待它恢复到正常温度，然后突然拉近双手之间的距离，让橡皮筋放松。此时，用你的嘴唇去感受它。

这一次，橡皮筋会变冷。

在热成像下观察这一过程也很直观。橡皮筋拉伸时会发热:

当拉伸的橡胶带回到室温时，突然松弛将再次降低温度:

此外，你可以在橡皮筋的下端挂一个重物，让它伸展，然后用吹风机/热风枪加热。这一次，应该看到加热的橡胶带有缩短的趋势。

利用橡皮筋受热收缩的特性，还可以制造一种小型装置:橡皮筋热机。环形框架上对称固定有由橡胶带制成的“辐条”，中间增加一根转轴。然后在车轮的一侧进行加热，加热位置“辐条”收缩，导致整个“车轮”的重心移动，因此车轮会移动。(然而，这种热机效率低，没有实用价值)

上面的活动图片都来自应用科学，原始视频:https://www.youtube.com/watch? v = lfmrvxb 154 w

在这段视频中，大脑发达的博主试图利用橡皮筋拉伸时的吸热/放热来制作冰箱...从理论上讲，这的确有道理，但实际效果仍然微不足道。

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那么，中间发生了什么？

这实际上是一个经典的热力学课堂实验。老师通常用它来帮助学生理解熵、焓、吉布斯*能等概念。不过，我估计听过这两个概念的人可能比听过熵的人少得多，而且引入这么多新概念会更复杂，所以下面只是一个粗略的类比来帮助人们理解

一种(我认为)更简单的理解方法是用大家都比较熟悉的理想气体的状态方程进行类比。可以认为橡胶带和气体等弹性体在这方面具有相似的性质。拉伸橡皮筋和压缩气体的热力学定律是相似的。

橡胶的高弹性属于熵弹性。橡胶带中有许多长的聚合物分子链，它们之间有一些交联。在松弛状态下，分子链有更大的“*运动”空间，可以扭曲出各种构象。当受到外力拉伸时，这些分子链排列得更加有序，“*运动”的空间减少，这一过程的熵减少。然而，当外力消除时，是熵导致橡皮筋反弹。气体的弹性实际上是熵弹性，但是降低气体熵的过程是压缩而不是拉伸。

快速拉伸橡皮筋的过程可以被认为是大量气体的绝热压缩。这两个过程都使用外力来降低系统的熵，同时提高温度。(在快速拉伸过程中，热交换是不可能的，因此它被认为是一个近似绝热的过程)

加热也是如此。橡皮筋在拉伸状态下的收缩可以看作是从有序到无序的变化。系统的熵增加，这可以与气体受热膨胀的过程相比。如果拉伸长度保持不变，加热后需要更强的拉力来抵抗回弹，这类似于同等体积条件下，温度越高气体压力越高。

需要引入更多的热力学概念和定量计算来详细解释这一过程。那些对进一步解释感兴趣的人可以在这里看到。

我真的不想再看热力学了。