热学 第6章 物态与相变

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1、第六章物态与相变（简案）§6.1物质的五种物态一．物质的聚集态——物态气态凝聚态液态：（缔合性液体、非极性、极性、金属、量子液体）固态：非晶体（态）微观粒子无周期性（粘滞力很强的液体）晶体（态）威力按周期性排列，具有一定的对称性超密态密度数量级非常大（），与质子、中子相比；白矮星[白：（太阳）]；矮：尺寸小，天狼的是太阳半径的0.01倍中子星（超密状态：与质子、中子相同）黑洞（一个封闭的视界，很强的万有引力。黑：外界收不到它发出的任何波；洞：外围物质及辐射可吸积）等离子态自由带电粒子（天然等离子体存在于电离层以上空间）液晶态存在于一定温度范围内（）；具有流动性、连续性（液体）

2、；光学、电磁学各向异性（晶体）中子态        §6.1.2固态主要特征：一定的体积（与气体不同）和一定形状（与液体不同）分类：晶体非晶体（准晶、团簇及纳米材料等）一．晶体的宏观特性晶态：“分子”完全有序的周期性排列所形成的最稳定的固体状态。1．有规则的几何形状。晶面角守恒定律（单晶）2．各向异性3．确定的熔点二．微观特性1．空间点阵2．周期性3．对称性Not：原胞（晶胞）——晶系（七个系、十四种空间点阵类型）面心立方点阵[、结点为4、最邻近结点数（配位数）12、]体心立方点阵[、结点为2、最邻近结点数（配位数）8、]三．晶体中粒子的结合力使原子和原子、分子和分子结合起来

3、的作用力、称为化学键。离子键、共价键、金属键、范德瓦耳斯键、氢键结合力是决定晶体性质的主要因素四．晶体的热学性质热运动的主要形式：热振动、热缺陷；热振动为基本形式（热容量、热传导、热膨胀）              §6.2液体（）一．液体的微观结构1．分子排列（长程无序、短程有序）⑴是紧密的（相互作用与固体同数量级；熔解时体积增加10%（5%~10%）分子间平均距离比固体大3%）⑵短程有序单元：能反映一定的排列规则性的粒子的群体称为一个单元；短程有序：同一单元中粒子排列取向相同；长程无序：相邻单元中粒子的排列取向不同。2．热运动⑴平衡位置附近作热振动：在同一单元中平均震动次

4、，振动模式基本相同；在不同单元中振动模式各不相同。定居时间：在一定、下分子在平衡位置振动时间的平均值。如液态金属。⑵平衡位置在移动。短时迁移和比较长期的定居相互交替。是描述热振动及流动性的物理量（表征分子热运动和分子相互作用大小的物理量）分子排列越紧密、分子相互作用越大，分子不易移动大温度升高、热运动量增大小外力作用于液体的时间液体在外力相互作用下流动外力作用于液体的时间液体弹性形变、脆性断裂二．液体的彻体性质1．热传导：机构与固体相似，靠热振动传递能量。（很小）2．与固体相比、差异更大。3．扩散较固体大（热运动与固体类似）气体液体（为激活能）4．粘滞性⑴比气体大得多⑵（，相

5、互作用大，流动性小，粘滞性大）5．热膨胀原因：⑴引力与斥力非对称性⑵内部孔隙的存在三．水的结构与物理性质物质三态物理性质、决定因素比较 气体液体固体热运动形式无规则运动热振动、平衡位置移动热震动、热缺陷分子排列有序性完全无序短程有序、长程无序（青晶区）长程有序（长程取向有序）关联性无关联性径向分布函数局域关联曲线峰值随变尖锐的峰值决定物理性质的主要因素分子热运动热振动平衡位置的热运动分子间的相互作用（结合力）热膨胀原因温度升高、压强不变时分子运动范围变大（更无序）引力与斥力不对称内部孔隙热震动范围变大规律各方向不同（各向异性）热运动交换分子对分子振动范围变化 粘滞性原因碰撞交

6、换某种量平衡位置热运动（位置变化的次数影响流动性）规律 热传导原因同上热振动传递热振动相互联系自由电子气热运动规律伴随对流较固体小（单位体积声子热容量；、声子量）扩散机制自扩散原因同上自扩散与固体相似（平衡位置热运动）自扩散：同种粒子在点阵中的扩散异扩散：异种粒子在点阵中的扩散热缺陷的存在与运动规律（为浓度）系数及有关量~定居时间~移动一次的；~相邻结点间距离大小是液、固的十万倍比固体稍大 趋向均匀时间比存在对流几秒或几分可能几天或几月 五．表面性质1．表面张力、表面张力系数（表面能）2．表面层分子的作用：表面层（）（引力有效作用距离）内部表面层表面层内分子位能>液体内部位能

7、六．球形液面内外压强差1．附加压强平液面凸液面凹液面：作用在单位表面上表面张力的合力2．（球形）单液面内外的压强差3．弯曲双液面（球）内外压强差七．液面与固体接触处的表面现象1．润湿与不润湿2．接触角润湿不润湿3．毛细现象 §6.4气液相变（）§6.4.1相与相变提要:⑴应用热力学第二定律导克拉珀龙方程—克劳修斯方程⑵三相转化条件、规律及其应用。⑶着重讨论气、液相变，作相变曲线。⑷通过相变曲线和克—克方程，定性、定量讨论三相转化问题。一．相与元⑴相：系统中物理性质均匀部分称为一个“相”。特点：有明显的界