物態(tài)變化:在物理學(xué)中,我們把物質(zhì)從一種狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)的過程,叫做物態(tài)變化。物態(tài)變化的過程(簡介):由于物態(tài)有三種(實際上有好幾種,但在這里我們只研究三種。
其他物態(tài)如:等離子態(tài)。),它們兩兩之間可以相互轉(zhuǎn)化,所以物態(tài)變化有6種:熔化、凝固、汽化、液化、升華、凝華(具體詳解見下面說明)。
1、物態(tài):由于構(gòu)成物質(zhì)的大量分子在永不停息地做無規(guī)則熱運動,且不同的分子做熱運動的速度不同,就形成了物質(zhì)的三種狀態(tài):固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài),在物理學(xué)中,我們把物質(zhì)的狀態(tài)稱為物態(tài)。
2、如何判斷發(fā)生的是哪種物態(tài)變化:關(guān)鍵是找到物質(zhì)在發(fā)生物態(tài)變化前后的兩種狀態(tài),再根據(jù)定義進行比較,就可以得出正確的結(jié)論。
重要性
物質(zhì)由一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的過程稱為物態(tài)變化(change of state)。
首先是物質(zhì)的固態(tài)和液態(tài),這兩者之間的關(guān)系,物質(zhì)從固態(tài)轉(zhuǎn)換為液態(tài)時,這種現(xiàn)象叫熔化,熔化要吸熱,比如冰吸熱熔化成水,反之,物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)換為固態(tài)時,這種現(xiàn)象叫凝固,凝固要放熱,比如水放熱凝固成冰。在這些從固態(tài)轉(zhuǎn)換為液態(tài)的固體又分為晶體和非晶體,晶體有熔點,就是溫度達到熔點時(持續(xù)吸熱)就會熔化,熔化時溫度一直等于熔點,完全融化后溫度才會上升。非晶體沒有固定的熔點,所以熔化過程中的溫度不定,如石蠟在融化過程中溫度不斷上升。晶體熔化時溫度不變,存在三種狀態(tài),例:冰熔化時,溫度為0℃,同時存在冰的固態(tài),水的液態(tài)和冰與水的固液共存態(tài)。
然后是物質(zhì)氣態(tài)與液態(tài)的變化關(guān)系,物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)換為氣態(tài),這種現(xiàn)象叫汽化,汽化又有蒸發(fā)和沸騰兩種方式,蒸發(fā)發(fā)生在液體表面,可以在任何溫度進行,是緩慢的。沸騰發(fā)生在液體表面及內(nèi)部,必須達到沸點,是劇烈的。汽化要吸熱,液體有沸點,當(dāng)溫度達到沸點時,溫度就不會再升高,但是仍然在吸熱;物質(zhì)從氣態(tài)轉(zhuǎn)換為液態(tài)時,這個現(xiàn)象叫液化,液化要放熱。例如水蒸氣液化為水,水蒸發(fā)為水蒸氣。加快液體的蒸發(fā)速度的方法一般有:1.增加液體的表面積;2.加快液體表面的空氣流速;3.提高液體的溫度;4.降低周圍環(huán)境的水蒸氣含量,使其無法飽和(就是使空氣干燥。)。
最后是我們不常見的物質(zhì)固態(tài)和氣態(tài)的關(guān)系,物質(zhì)從固態(tài)直接轉(zhuǎn)換為氣態(tài),這種現(xiàn)象叫做升華,然后是物質(zhì)直接從氣態(tài)轉(zhuǎn)換為固態(tài),這叫凝華,升華吸熱(想讓固體升華,不能讓那種固體達到其熔點,不然會先熔化再汽化),凝華放熱。
在發(fā)生物態(tài)變化之時,物體需要吸熱或放熱。當(dāng)物體由高密度向低密度轉(zhuǎn)化時,就是吸熱;由低密度向高密度轉(zhuǎn)化時,則是放熱。而吸熱或放熱的條件是熱傳遞,所以物體不與周圍環(huán)境存在溫度差,就不會產(chǎn)生物態(tài)變化。例如0℃的冰放在0℃的空氣中不會熔化。
這就是物態(tài)變化三者之間的關(guān)系,他們轉(zhuǎn)換的依據(jù)主要是溫度。
物質(zhì)從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài),從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)以及從固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)的過程,需要從外界吸收熱量;而物質(zhì)從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài),從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)以及從氣態(tài)直接變?yōu)楣虘B(tài)的過程中,向外界放出熱量。
等離子態(tài)
朗穆爾,1881——1957,于1925年首次提出“等離子態(tài)”概念。
固態(tài)在一定溫度下變成液態(tài),液態(tài)在一定溫度下變成氣態(tài),氣態(tài)繼續(xù)加溫將變成等離子態(tài)。這是氣體在約幾百萬度的極高溫或在其它粒子強烈碰撞下所呈現(xiàn)出的物態(tài),這時,電子從原子中游離出來而成為自由電子。等離子體就是一種被高度電離的氣體,但是它又處于與“氣態(tài)”不同的“物態(tài)”——“等離子態(tài)”。
太陽及其它許多恒星是極熾熱的星球,它們就是等離子體。宇宙內(nèi)大部分物質(zhì)都是等離子體。地球上也有等離子體:高空的電離層、閃電、極光等等。日光燈、水銀燈里的電離氣體則是人造的等離子體。
超固態(tài)
在140萬大氣壓下,物質(zhì)的原子就可能被“壓碎”。電子全部被“擠出”原子,形成電子氣體,裸露的原子核緊密地排列,物質(zhì)密度極大,這就是超固態(tài)。一塊乒乓球大小的超固態(tài)物質(zhì),其質(zhì)量至少在1000噸以上。
已有充分的根據(jù)說明,由原子構(gòu)成的質(zhì)量較小的恒星發(fā)展到后期階段的白矮星,由中子堆砌成的中子星,以及至今人們了解非常有限的黑洞都處于這種超固態(tài)。它的平均密度是水的幾萬到一億倍。
中子態(tài)
在更高的溫度和壓力下,原子核也能被“壓碎”。我們知道,原子核由中子和質(zhì)子組成,在更高的溫度和壓力下從原子核里放出的質(zhì)子,在極大的壓力下,質(zhì)子吸收電子,和電子結(jié)合成為中子。這樣一來,物質(zhì)的構(gòu)造發(fā)生了根本的變化,原來是原子核和電子,此時此刻卻都變成了中子。這樣的物質(zhì)呈現(xiàn)出中子緊密排列的狀態(tài),叫做“中子態(tài)”。
這種形態(tài)大部分存于一種叫“中子星”的星體中,它是由大質(zhì)量恒星晚年發(fā)生收縮而造成的,所以,中子星是小得可憐的、沒有生機的星球。
玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)
Bose-Einstein condensation (BEC)玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)是科學(xué)巨匠愛因斯坦在80年前預(yù)言的一種新物態(tài)。這里的“凝聚” 與日常生活中的凝聚不同,它表示原來不同狀態(tài)的原子突然“凝聚”到同一狀態(tài)(一般是基態(tài))。即處于不同狀態(tài)的原子“凝聚”到了同一種狀態(tài)。
軟物質(zhì)
1991年,諾貝爾獎獲得者、法國物理學(xué)家德熱納(P. G. De Gennes)在諾貝爾獎授獎會上以“軟物質(zhì)”為演講題目,用“軟物質(zhì)”一詞概括復(fù)雜液體等一類物質(zhì),得到廣泛認可。從此軟物質(zhì)這個詞逐步取代美國人所說的“復(fù)雜流體”,開始推動一門跨越物理,化學(xué),生物三大學(xué)科的交叉學(xué)科的發(fā)展。軟物質(zhì)如液晶、聚合物、膠體、膜、泡沫、顆粒物質(zhì)、生命體系等,在自然界、生命體、日常生活和生產(chǎn)中廣泛存在。它們與人們生活息息相關(guān),如橡膠、墨水、洗滌液、飲料、乳液及藥品和化妝品等等;在技術(shù)上也有廣泛應(yīng)用,如液晶、聚合物等;生物體基本上軟物質(zhì)組成,如細胞、體液、蛋白、DNA等。在我們?nèi)粘Kf的“軟”的概念里,主要的特征就是容易形變。在軟物質(zhì)這個名詞里也有類似的含義。
例如:
熔化:鐵變成鐵水,石蠟變成液態(tài),海波變成液態(tài)
凝固:鐵水變成鐵,液態(tài)瀝青放熱凝固,液態(tài)石蠟放熱凝固
汽化:沸騰,蒸發(fā),酒精揮發(fā)
液化:露,霧,“白氣”
升華:碘變成碘蒸氣,冰變成水蒸汽,樟腦片不見了
凝華:霜,霧凇,冰花 ,雪
除此之外,還有等離子態(tài)、超固態(tài)、中子態(tài)。
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