为什么拉伸和释放会改变橡皮筋的温度?

橡皮筋是用橡胶制成的,橡胶主要由长链分子聚合物组成。当橡皮筋处于松弛状态时,这些长链分子相互缠绕在一起。当橡皮筋处于拉伸状态时,这些相同的聚合物会展开并变直。

当我们拉伸橡皮筋时,橡皮筋内的聚合物展开、变直,这其实是降低了分子的熵。相反,当橡皮筋被松开时,它处于高熵状态,导致收缩的弹力被称为熵力。显然,作用在聚合物上的熵力在抵抗拉伸,所以当我们拉动橡皮筋时,我们就是在对材料做功。拉伸这个动作为橡皮筋提供能量,其中一些能量会导致聚合物移动得更快,但其余能量会以热量的形式释放出来,使橡皮筋变热。而当我们松开橡皮筋时,聚合物必须做一定程度的功来克服原本保持它们拉直的力。执行这项工作的能量来自周围的空气和高振动聚合物所产生的热量。随着聚合物恢复到高熵状态时,热量也会被消耗。因此一旦橡皮筋恢复到正常放松的状态,它就会降温(甚至比周围空气温度还低)。