第4讲 物态变化

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1、第4讲物态变化《热学》第4讲 物态变化§4.1 相与相变相:指的是热学系统中物理性质均匀的部分,一个相与其他部分之间有一定的分界面隔离开来。例如冰和水的混合物中,因为冰和水的物理性质不同,故为不同的相,但它们的化学成份相同。一种化学成分称为“一元”,因此冰水混合物称为单元二相系,而水和酒精的混合物就是二元单相系。相变:不同相之间的相互转变称为相变。00.01100374冰水汽L相变特点:伴随物态的变化;要吸收或放出的热量。L相变潜热:相变时吸收或放出的热量统称相变潜热。称为内潜热,称为外潜热。三相图:将同一种物质的汽化曲线

2、OK、熔解曲线(熔点随外界压强的变化关系)OL、升华曲线(固体上饱和气压随温度的变化关系)OS同时画在P-T图上,我们就能标出固、液、气三态存在的区域,这称为三相图。每条曲线对应着两态平衡共存的情况。三条曲线的交点O,对应三态平衡共存的状态,称为三相点。固液气汽临界点三相点图4-1-1如下图为水的三相图。水的水相点O是水、冰、水蒸气平衡共存的状态,其饱和水汽压、温度T=273.16开0.01℃,这是国际温标规定的基本固定点。因为水的三相点是唯一的,不像冰点和汽点那样会随外界压强的变化而变化。例如图4-1-1所示的P-T图线

3、中,表示了一定质量某种物质的不同物相所存在的区域。下面有关这种物质的几个说明中,哪些是正确的?()A.当时,可以存在升华现象B.在凝固过程中体积增大C.当时,可以存在沸腾现象D.当时,它是一种稳定的液体E.以上说法都不对分析:将液体和固体上方的饱和汽压随温度变化的曲线SK,升华曲线SO,以及熔点随温度变化的熔化曲线SL,同时画在P-T图上(图2-1-1),我们就能标出固、液、汽三态存在的区域;每条曲线对应着两态平衡共存的情况,三根曲线的交点S,对应着三态平衡共存的惟一状态,称为三相点,图线叫三相图。当时,这种物质从固态必须

4、经过液态才能变化为汽态,所以选项A不正确。在凝固过程中,看固态和液态之间的SL曲线,它们的熔点随压强的增加而升高,熔化过程中体积是膨胀的,凝固过程中体积是细小的,与水的反常膨胀不同,所以选项B也不正确,当时,这种物质不可能以液体存在,不论压强多大,它总不能凝结为液相,所以不存在沸腾现象,临界点的温度已高于任何情况下的沸点温度。选项C也不正确。当时,这种物质只有固态与汽态而不是一种稳定的液体。选项D也不正确。解:选项E正确。点评这是一道考查对物质三态变化的综合题,通过三相图,认识三态之间的变化和三相点与临界点的物理意义。第1

5、3页共13页第4讲物态变化《热学》§4.2 气液相变物质由液态转变为气态叫汽化,由气态转化为液态的过程叫液化。在一定压强下,单位质量液体变为同温度气体时所吸收的热量称为汽化热,一般用L表示;相应的一定压强下,单位质量的气体凝结为同温度液体时所放出的热量称为凝结热,数值也是L,在汽化和凝结过程中,吸收或放出的热量为Q=mL4.2、1、液体的汽化液体的汽化有蒸发和沸腾两种不同的形式。蒸发是发生在液体表面的汽化过程,在任何温度下都可以进行。沸腾是整个液体内部发生汽化过程,只在沸点下才能进行。①蒸发从微观上看,蒸发就是液体分子从液

6、面跑出来的过程。分子从液面跑出来时,需要克服液体表面层中分子的引力做功,所以只有那些热运动动能较大的分子可以跑出来。如果不吸热,就会使液体中剩余分子的平均动能减小,温度降低。另一方面蒸气分子不断地返回到液体中去,凝结成液体。因此液体分子蒸发的数量,是液体分子跑出液面的数量,减少蒸气分子进入液面的数量。对于液面敞开的情况,影响蒸发快慢的因素,主要有以下三种:一是液面的表面积,二是温度,三是液面上的通风情况。在液面敞开的情况下,液体会不断蒸发,直到液体全部转变为蒸起为止。在密闭的容器中,随着蒸发的不断进行,容器内蒸汽的密度不断

7、增大,这时返回液体中的蒸气分子数也不断增多,直到单位时间内跑出液面的分子数与反回液面的分子数相等时,宏观上看蒸发现象就停止了。这时液面上的蒸气与液体保持动态平衡,此时的蒸气叫做饱和蒸气,它的压强叫饱和蒸气压。饱和气压与液体的种类有关,在相同的温度下,易蒸发的液体的饱和汽压大,不易蒸发的液体的饱和汽压小。对于同一种液体,饱和汽压随温度的升高而增大。饱和汽压的大小还与液面的形状有关,对于凹液面,分子逸出液面所需做的功比平液面时小。反之,对于凸液面,如小液滴或小气泡,才会显示出来。饱和汽压的数值与液面上蒸汽的体积无关,与该体积中

8、有无其他气体无关。在汽化过程中,体积增大,要吸收大量的热量。单位质量的液体完全变成同温度下的蒸汽所吸收的热量,叫做该物质在该温度下的汽化热。如100℃水的汽化热。液体汽化时吸热,一方面用于改变系统的内能,同时也要克服外界压强作功。如果1mol液体和饱和汽的体积分别为,且<<,对饱和汽采用理想气体方程近似

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