热学第六章物态与相变.ppt

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1、第六章物态与相变§6.1物质的五种物态物态气态凝聚态，液态和固态（密度的数量级与分子密堆积时相同）等离子态超密态固态：有一定体积、一定形状，分为晶体非晶体两大类液态：有一定体积，但无定形，具有流动性超密态：密度数量级极大，自然界中的超密态仅存于宇宙星体中，如白矮星、中子星、黑洞等致密星。等离子态：由足够数量的自由带电粒子组成（也可包含一些中性粒子）的在宏观上呈电中性的物质系统。等离子体在宇宙中是物质存在的主要形式。构成物质的分子的聚合状态称物质的聚集态，简称物态。一、引言固体物质的主要特征是它保持自己一定的体积（与气态不同）和一定形状（与液态不同）的能力。§6.

2、1.2固态固体物理学近年来研究领域扩大到玻璃态，液晶，超流体，因此扩展成为凝聚态物理学。研究手段X射线衍射中子衍射扫描电子显微镜(SEM)透射电子显微镜(TEM)原子力显微镜电磁性质的测定等新材料二、晶体的宏观性质1、晶体具有规则的几何外形。晶面交线称为晶棱，晶棱汇集点称为顶点。晶面角守恒定律：晶体规则外形体现在属于同一晶种的两个对应晶面间或两晶棱间夹角均恒定不变。柏拉图体2、晶体具有各向异性：如力学性质（硬度，弹性模量等等），热学性质（热膨胀系数，导热系数等等），电学性质（介电常数，电阻率等等），光学性质（吸收系数，折射率等等）。3、晶体有固定的熔点和熔解热在

3、一定压强下，对纯净晶体加热，在还没有熔解时，温度逐渐升高，到达温度T0（熔点）时，晶体开始熔解，从这时开始，直到全部熔解这段时间固态与液态共存，虽继续加热，温度保持不变，晶体全部熔解成液体后再继续加热温度就升高。非晶体没有一定的熔点，在熔解过程中，随着温度一直升高，它首先变软，然后逐渐由稠变稀。三、单晶体和多晶体单晶体：在整块晶体中沿各个方向晶体结构周期性地、完整地重复。多晶体：微晶粒之间结晶排列方向杂乱无章。单晶体或多晶体：只要由同种材料制成，它在给定压强下的熔点、熔解热是确定。这是鉴别晶体、非晶体的最简单的方法。四、晶体的微观结构平移周期：从点阵中任何一个结

4、点出发，向任何方向延展，经过一定距离年如碰到另一结点，则经过相同距离后必碰到第三个结点，如此等等，这种距离称为平移周期。结点：表示晶体粒子质心所在位置的这些点称为结点。结点的总体称为空间点阵。原胞：取一结点为顶点，其边长等于平移周期的平行六面体作为基本单元这样的基本单元称为原胞。原胞各边的尺寸称为点阵常数。§6.2液体一、液体的微观结构1、液体的短程有序、长程无序结构用伦琴射线研究发现，液体分子在很小范围内（几个分子直径线度）在一个短暂的时间内排列保持一定的规则性，但不是象晶体那样在很大的范围内排列都是有规则，这就是短程有序、长程无序。液体的性质介于气体和固体之

5、间，一方面，它象固体那样具有一定的体积，不易压缩，另一方面，它又象气体那样，没有一定的开关，肯有流动性，而且，在物理性质上也是各向同性的，液体的这种宏观特性是由它的微观结构决定的。3、热运动（1）热振动：在平衡位置附近振动。在某一平衡位置上振动一短暂时间后就转到另一平衡位置上去振动。（2）定居时间τ：在一定T、P下，在平衡位置振动时间的平均值，对液态金属其值为10-10秒。通常外力作用时间总比定居时间长很多，在这时间内，分子已可以有很大的移动，因而液体在外力作用下流动，这就是流动性。（3）与温度关系:温度越高，分子运动越激烈，热运动的能量越大，定居时间越短。2、

6、分子排列分子排列是紧密的，气体d=10-9m,液体d~3×10-10m。相互作用力大，相互作用力与固体同数量级。但与固体相比，毕竟松散些。二、液晶某些有机化合物在加热时，并不直接由固态变为液态，而是要经过一个或几个介于固态和液态之间的状态，这种处在过渡状态的物质称为液晶。液晶的特征：流动性、连续性——（液体）光学、电磁学——各向异性特性（晶体）存在范围：T1（熔点）

7、膨胀系数大。一、热容量1、液体的热容量与固体差异小，与气体差异大，这是由于液体和固体内部热运动的情况相近，而液体和气体内部热运动的情况则相差较大，因此可以知道液体中分子的热运动主要形式是热振动。特点：§6.2.2、液体的彻体性质1、温度升高时液体体积增大的现象。原因有两个：引力与斥力非对称性；2、液体内部孔隙的存在（比如海棉体类型）叫体胀系数，比气体小，且随温度的升高而增大，随压强的增大而减小。三、热传导液体热传导的机构与非晶态固体近似，靠热振动传递能量（但κ很小）。二、热膨胀：规律：四、扩散液体中的扩散系数D较固体稍大（气体比固体、液体大十万倍），原因是液体中

8、热运动与固体类似。自扩散