高中物理競(jìng)賽教程(超詳細(xì))第十六講物態(tài)變化

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1、第四講　物態(tài)變化　　§4.1　相與相變　　相:指的是熱學(xué)系統(tǒng)中物理性質(zhì)均勻的部分，一個(gè)相與其他部分之間有一定的分界面隔離開(kāi)來(lái)。例如冰和水的混合物中，因?yàn)楸退奈锢硇再|(zhì)不同，故為不同的相，但它們的化學(xué)成份相同。一種化學(xué)成分稱為"一元"，因此冰水混合物稱為單元二相系，而水和酒精的混合物就是二元單相系?！　∠嘧儯翰煌嘀g的相互轉(zhuǎn)變稱為相變。　　相變特點(diǎn)：伴隨物態(tài)的變化；要吸收或放出的熱量?！　∠嘧儩摕幔合嘧儠r(shí)吸收或放出的熱量統(tǒng)稱相變潛熱?！　　　》Q為內(nèi)潛熱，稱為外潛熱?！　∪鄨D：將同一種物質(zhì)的汽化曲線OK、熔解曲線(熔點(diǎn)隨外界壓強(qiáng)的變化關(guān)系)OL、

2、升華曲線(固體上飽和氣壓隨溫度的變化關(guān)系)OS同時(shí)畫在P-T圖上，我們就能標(biāo)出固、液、氣三態(tài)存在的區(qū)域，這稱為三相圖。每條曲線對(duì)應(yīng)著兩態(tài)平衡共存的情況。三條曲線的交點(diǎn)O，對(duì)應(yīng)三態(tài)平衡共存的狀態(tài)，稱為三相點(diǎn)?！　∪缦聢D為水的三相圖。水的水相點(diǎn)O是水、冰、水蒸氣平衡共存的狀態(tài)，其飽和水汽壓、溫度T=273.16開(kāi)0.01℃，這是國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定的基本固定點(diǎn)。因?yàn)樗娜帱c(diǎn)是唯一的，不像冰點(diǎn)和汽點(diǎn)那樣會(huì)隨外界壓強(qiáng)的變化而變化?！　±鐖D4-1-1所示的P-T圖線中，表示了一定質(zhì)量某種物質(zhì)的不同物相所存在的區(qū)域。下面有關(guān)這種物質(zhì)的幾個(gè)說(shuō)明中，哪些是正確的？()

3、　　A.當(dāng)時(shí)，可以存在升華現(xiàn)象　　B.在凝固過(guò)程中體積增大　　C.當(dāng)時(shí)，可以存在沸騰現(xiàn)象　　D.當(dāng)時(shí)，它是一種穩(wěn)定的液體　　E.以上說(shuō)法都不對(duì)　　分析:將液體和固體上方的飽和汽壓隨溫度變化的曲線SK，升華曲線SO，以及熔點(diǎn)隨溫度變化的熔化曲線SL，同時(shí)畫在P-T圖上(圖2-1-1)，我們就能標(biāo)出固、液、汽三態(tài)存在的區(qū)域；每條曲線對(duì)應(yīng)著兩態(tài)平衡共存的情況，三根曲線的交點(diǎn)S，對(duì)應(yīng)著三態(tài)平衡共存的惟一狀態(tài)，稱為三相點(diǎn)，圖線叫三相圖。當(dāng)時(shí)，這種物質(zhì)從固態(tài)必須經(jīng)過(guò)液態(tài)才能變化為汽態(tài)，所以選項(xiàng)A不正確。在凝固過(guò)程中，看固態(tài)和液態(tài)之間的SL曲線，它們的熔點(diǎn)隨壓強(qiáng)

4、的增加而升高，熔化過(guò)程中體積是膨脹的，凝固過(guò)程中體積是細(xì)小的，與水的反常膨脹不同，所以選項(xiàng)B也不正確，當(dāng)時(shí)，這種物質(zhì)不可能以液體存在，不論壓強(qiáng)多大，它總不能凝結(jié)為液相，所以不存在沸騰現(xiàn)象，臨界點(diǎn)的溫度已高于任何情況下的沸點(diǎn)溫度。選項(xiàng)C也不正確。當(dāng)時(shí)，這種物質(zhì)只有固態(tài)與汽態(tài)而不是一種穩(wěn)定的液體。選項(xiàng)D也不正確。　　解:選項(xiàng)E正確。　　點(diǎn)評(píng)這是一道考查對(duì)物質(zhì)三態(tài)變化的綜合題，通過(guò)三相圖，認(rèn)識(shí)三態(tài)之間的變化和三相點(diǎn)與臨界點(diǎn)的物理意義。　　§4．2　氣液相變　　物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)叫汽化，由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)的過(guò)程叫液化。在一定壓強(qiáng)下，單位質(zhì)量液體變?yōu)橥瑴囟葰?/p>

5、體時(shí)所吸收的熱量稱為汽化熱，一般用L表示；相應(yīng)的一定壓強(qiáng)下，單位質(zhì)量的氣體凝結(jié)為同溫度液體時(shí)所放出的熱量稱為凝結(jié)熱，數(shù)值也是L，在汽化和凝結(jié)過(guò)程中，吸收或放出的熱量為　　Q=mL　　4．2、1、液體的汽化　　液體的汽化有蒸發(fā)和沸騰兩種不同的形式。蒸發(fā)是發(fā)生在液體表面的汽化過(guò)程，在任何溫度下都可以進(jìn)行。沸騰是整個(gè)液體內(nèi)部發(fā)生汽化過(guò)程，只在沸點(diǎn)下才能進(jìn)行。　?、僬舭l(fā)　　從微觀上看，蒸發(fā)就是液體分子從液面跑出來(lái)的過(guò)程。分子從液面跑出來(lái)時(shí)，需要克服液體表面層中分子的引力做功，所以只有那些熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能較大的分子可以跑出來(lái)。如果不吸熱，就會(huì)使液體中剩余分子的平均

6、動(dòng)能減小，溫度降低。另一方面蒸氣分子不斷地返回到液體中去，凝結(jié)成液體。因此液體分子蒸發(fā)的數(shù)量，是液體分子跑出液面的數(shù)量，減少蒸氣分子進(jìn)入液面的數(shù)量。　　對(duì)于液面敞開(kāi)的情況，影響蒸發(fā)快慢的因素，主要有以下三種：一是液面的表面積，二是溫度，三是液面上的通風(fēng)情況。在液面敞開(kāi)的情況下，液體會(huì)不斷蒸發(fā)，直到液體全部轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝馂橹?。　　在密閉的容器中，隨著蒸發(fā)的不斷進(jìn)行，容器內(nèi)蒸汽的密度不斷增大，這時(shí)返回液體中的蒸氣分子數(shù)也不斷增多，直到單位時(shí)間內(nèi)跑出液面的分子數(shù)與反回液面的分子數(shù)相等時(shí)，宏觀上看蒸發(fā)現(xiàn)象就停止了。這時(shí)液面上的蒸氣與液體保持動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)的蒸氣

7、叫做飽和蒸氣，它的壓強(qiáng)叫飽和蒸氣壓?！　★柡蜌鈮号c液體的種類有關(guān)，在相同的溫度下，易蒸發(fā)的液體的飽和汽壓大，不易蒸發(fā)的液體的飽和汽壓小。對(duì)于同一種液體，飽和汽壓隨溫度的升高而增大。飽和汽壓的大小還與液面的形狀有關(guān)，對(duì)于凹液面，分子逸出液面所需做的功比平液面時(shí)小。反之，對(duì)于凸液面，如小液滴或小氣泡，才會(huì)顯示出來(lái)。飽和汽壓的數(shù)值與液面上蒸汽的體積無(wú)關(guān)，與該體積中有無(wú)其他氣體無(wú)關(guān)。　　在汽化過(guò)程中，體積增大，要吸收大量的熱量。單位質(zhì)量的液體完全變成同溫度下的蒸汽所吸收的熱量，叫做該物質(zhì)在該溫度下的汽化熱。如100℃水的汽化熱。液體汽化時(shí)吸熱，一方面用于改

8、變系統(tǒng)的內(nèi)能，同時(shí)也要克服外界壓強(qiáng)作功。如果1mol液體和飽和汽的體積分別為，且<<，對(duì)飽和汽采用理想氣體方程近似處理，