相变过程

第九章相变过程相变过程是物质从一个相转变为另一个相的过程。

一般相变前后相的化学组成不变，因而相变是个物理过程不涉及化学反应。

从狭义讲，相变仅限于同组成的两相之间的结构变化；但广义概念，相变应包括过程前后相组成发生变化的情况。

第一节相变的热力学分类一.一级相变热力学特点：1.相变时，两相的自由焓相等（即G1=G2，dG=0）。

∵G = U+pV-TSdG = dU+pdV+Vdp-TdS-SdT = 0假设是可逆过程且只做体积功，由热力学第一定律，内能增量为dU = TdS-pdV∴dG = TdS-pdV+pdV+Vdp-TdS-SdT∴dG = Vdp-SdT2.相变的时候，两相的自由焓一阶导数不连续。

恒压条件下，自由焓对温度求导，（∂G1/∂T）P≠(∂G2/∂T)P而恒压下，（∂G/∂T）=-S∴S1≠S2∴两相的熵发生不连续的变化（即没有相变潜热）。

温度T一定时，（∂G1/∂p）T≠(∂G2/∂p)T而温度T一定时，（∂G/∂p）=V∴V1≠V2∴有体积效应所以，相变时，有相变潜热，有体积效应。

二. 二级相变热力学特点：1.两相的自由焓相等。

2.两相自由焓的一阶导数是连续的（即相变时，没有相变潜热，没有体积效应）。

3.自由焓的二阶导数不连续。

P一定时，（∂2G/∂T2）P=-(∂S/∂T)P=-(C p/T),即二级相变时，C p1≠C p2，也就是两相的热容不等。

T一定时，（∂2G/∂p2）T=(∂V/∂p)T=(1/V)*(∂V/∂p)T*V,而K=(1/V)*(∂V/∂p)TK为等温压缩系数，所以K1≠K2；即二级相变时，两相的等温压缩系数是变化的。

（∂2G/∂p*∂T）=(∂V/∂T)p=(1/V)*(∂V/∂T)p*V,而α=(1/V)*(∂V/∂T)p 为等压 热膨胀系数，所以α1≠α2；即二级相变时，两相的等压热膨胀系数是变化的。

第二节 液——固相变（熔体结晶）一.核化均匀熔体实际上必须冷却到比熔点更低的一个温度才开始析晶。

第九章相变过程相变过程是物质从一个相转变为另一个相的过程。

一般相变前后相的化学组成不变，因而相变是个物理过程不涉及化学反应。

从狭义讲，相变仅限于同组成的两相之间的结构变化；但广义概念，相变应包括过程前后相组成发生变化的情况。

第一节相变的热力学分类一.一级相变热力学特点：1.相变时，两相的自由焓相等（即G1=G2，dG=0）。

∵G = U+pV-TSdG = dU+pdV+Vdp-TdS-SdT = 0假设是可逆过程且只做体积功，由热力学第一定律，内能增量为dU = TdS-pdV∴dG = T dS-pdV+pdV+Vdp-TdS-SdT∴dG = Vdp-SdT2.相变的时候，两相的自由焓一阶导数不连续。

恒压条件下，自由焓对温度求导，（∂G1/∂T）P≠(∂G2/∂T)P而恒压下，（∂G/∂T）=-S∴S1≠S2∴两相的熵发生不连续的变化（即没有相变潜热）。

温度T一定时，（∂G1/∂p）T≠(∂G2/∂p)T而温度T一定时，（∂G/∂p）=V∴V1≠V2∴有体积效应所以，相变时，有相变潜热，有体积效应。

二. 二级相变热力学特点：1.两相的自由焓相等。

2.两相自由焓的一阶导数是连续的（即相变时，没有相变潜热，没有体积效应）。

3.自由焓的二阶导数不连续。

P一定时，（∂2G/∂T2）P=-(∂S/∂T)P=-(C p/T),即二级相变时，C p1≠C p2，也就是两相的热容不等。

T一定时，（∂2G/∂p2）T=(∂V/∂p)T=(1/V)*(∂V/∂p)T*V,而K=(1/V)*(∂V/∂p)TK为等温压缩系数，所以K1≠K2；即二级相变时，两相的等温压缩系数是变化的。

（∂2G/∂p*∂T）=(∂V/∂T)p=(1/V)*(∂V/∂T)p*V,而α=(1/V)*(∂V/∂T)p为等压热膨胀系数，所以α1≠α2；即二级相变时，两相的等压热膨胀系数是变化的。

第二节液——固相变（熔体结晶）一.核化均匀熔体实际上必须冷却到比熔点更低的一个温度才开始析晶。

第九章相变过程内容提要在一定条件（温度、压力或特定的外场等）下，物质将以一种与外界条件相适应的聚集状态或结构形式存在，这种形式就是相。

相变是指在外界条件发生变化的过程中，物相于某一特定的条件下（或临界值时）发生突变。

突变可以体现为：（1）从一种结构变化为另一种结构，例如气相、液相和固相间的相互转变，或在固相中不同晶体结构或聚集状态之间的转变；（2）化学成分的不连续变化，例如固溶体的脱溶分解或溶液的脱溶沉淀；（3）某些物理性质突变，如顺磁体－铁磁体转变，顺电体－铁电体转变，正常导体－超导体转变等，反映了某一种长程有序相的出现或消失；又如金属－非金属转变，液态－玻璃态转变等，则对应于构成物相的某一种粒子（电子或原子）在两种明显不同的状态（如扩展态与局域态）之间的转变。

上述三种变化可以单独地出现，也可以两种或三种变化兼而有之。

如脱溶沉淀往往是结构与成分的变化同时发生，铁电相变则总是和结构相变耦合在一起的，而铁磁相的沉淀析出则兼备三种变化。

相变在无机材料领域中十分重要。

例如陶瓷、耐火材料的烧成和重结晶，或引入矿化剂控制其晶型转化；玻璃中防止失透或控制结晶来制造各种微晶玻璃；单晶、多晶和晶须中采用的液相或气相外延生长；瓷釉、搪瓷和各种复合材料的熔融和析晶；以及新型铁电材料中由自发极化产生的压电、热释电、电光效应等都可归之为相变过程。

相变过程中涉及的基本理论对获得特定性能的材料和制订合理工艺过程极为重要，目前已成为研究无机材料的重要课题。

相变理论要解决的问题是：（1）相变为何会发生？（2）相变是如何进行的?前一个问题的热力学答案是明确的，但不足以解决具体问题，有待于微观理论将一些参量计算出来。

后一个问题的处理则涉及物理动力学（physical kinetics）、晶格动力学、各向异性的弹性力学，乃至于远离平衡态的形态发生（morphogenesis）。

这方面的理论还处于从定性或半定量阶段向定量阶段过渡的状态。

物态变化和相变规律物质在不同的条件下，会发生相应的物态变化，如固体、液体和气体之间的相互转变。

这些物态变化是由一系列相变规律所控制和决定的。

本文将详细介绍物态变化和相变规律的相关知识。

一、固体到液体的相变规律固体到液体的相变称为熔化，也就是物质从固态转变为液态的过程。

这个过程中，物质的分子或离子通过热运动获得足够的能量，使得其相互之间的排列结构发生改变。

固体熔化的温度称为熔点。

在常压下，固体的熔点和液体的沸点是恒定的。

相变过程中，物质吸收的热量等于熔解时释放的热量，即熔解热。

不同物质的熔解热各不相同，熔解热可以通过实验测定获得。

二、液体到气体的相变规律液体到气体的相变称为汽化，也就是物质从液态转变为气态的过程。

当液体获得足够的热量时，其中的分子或离子速度增加，能够克服表面张力和吸引力，从而从液体跃入气体状态。

液体的汽化速率受到温度、压力和液体表面积的影响。

在恒定的温度下，增加液体的压强可以增加汽化速率。

而在恒定的压强下，增加液体的温度也可以增加汽化速率。

液体汽化过程中，吸收的热量称为汽化热。

三、气体到液体的相变规律气体到液体的相变称为液化，也就是物质从气态转变为液态的过程。

当气体失去足够的热量时，其中的分子或离子速度减慢，无法克服吸引力和表面张力，在气体之间形成液滴。

液化的温度称为气体的沸点。

液化过程是气体凝聚成液体的过程，液化过程中释放的热量称为液化热。

四、固体到气体的相变规律固体到气体的相变称为升华，也就是物质从固态直接转变为气态的过程。

当固体吸收足够的热量时，其中的分子或离子直接从固态跃入气态，无需经过液态的中间步骤。

固体升华过程中吸收的热量称为升华热。

相比于熔解和液化过程，升华过程对应的温度较低。

总结起来，物态变化是物质在温度、压力等条件下发生的相变过程。

固体熔化为液体，液体汽化为气体，气体液化为液体，固体升华为气体。

这些相变过程需要吸收或释放热量，同时受到温度和压力的影响。

掌握物态变化和相变规律的知识，对于理解物质的性质和应用具有重要意义。

物质的相变过程物质的相变是指物质在一定条件下从一种物态转变为另一种物态的过程。

相变是物质中分子、原子或离子自发排列或重新排列，以形成具有新的物理性质的不同物态。

本文将介绍物质的三种常见相变过程：固态到液态的熔化、液态到气态的蒸发和气态到液态的冷凝。

1. 熔化熔化是物质从固态到液态的相变过程。

当物质受到足够的能量供应时，其分子之间的相互作用力被克服，原子、离子或分子能够摆脱原来的位置自由运动。

物质在熔化过程中吸收热量，而温度保持不变直到物质完全熔化。

此时，物质的粒子排列变得无序，密度通常会增加。

2. 蒸发蒸发是物质从液态到气态的相变过程。

当液体受热时，分子能量增加，部分分子的能量超过液体表面的蒸气压，从而从液体表面逸出成为气体。

蒸发是一个吸热过程，因为分子脱离液体时需要克服液体分子间的吸引力。

蒸发速率受温度和液体表面积的影响，速度越快，温度越高，液体表面积越大，蒸发速率就越大。

3. 冷凝冷凝是物质从气态到液态的相变过程。

当气体受冷时，分子能量减小，分子之间的吸引力使气体分子聚集在一起，形成液滴。

冷凝是一个放热过程，因为气体分子减少动能时会释放热量。

冷凝速率受温度和气体分子浓度的影响，速率越快，温度越低，浓度越高，冷凝速率就越大。

物质的相变过程是一个能量变化的过程。

在物质从一种物态转变为另一种物态的过程中，能量的转移与物质的粒子排列重新组合密切相关。

这些相变过程在自然界和日常生活中无处不在，如固体冰融化为液体水、烧开的水蒸发成为水蒸汽、凝结在冷玻璃上的水珠等等。

我们常常利用物质的相变过程来帮助调控温度、调节湿度以及进行各种实验或工业生产操作。

总结：物质的相变过程包括熔化、蒸发和冷凝三种常见形态的转变。

熔化是固态到液态的转变，液体在受热时蒸发成为气体，而气体在受冷时冷凝成为液体。

不同相变过程受温度、能量和分子间相互作用等因素的影响，了解这些过程有助于我们更好地理解物质的性质和行为。

物态变化物质的相变过程物态变化是指物质由固态、液态、气态之间相互转化的过程。

这种变化过程又称为相变，是由于物质的分子或原子之间的相互作用力的变化引起的。

在相变过程中，无论是外界温度的改变还是外加压力的改变，都会对物质的相态产生影响。

1. 固态到液态的相变固体到液体的相变过程称为熔化或熔化相变。

当固态物质受到足够高的温度时，分子或离子的热运动增强，克服了分子或离子之间的相互作用力，固体内部的结构逐渐解体。

当达到一定温度时，固体的结构完全崩溃，固体就转化为液体。

这个温度称为熔点。

不同物质的熔点各不相同，是物质的一个特性。

2. 液态到固态的相变液体到固体的相变过程称为凝固或凝固相变。

当液态物质受到足够低的温度时，分子或离子的热运动减弱，分子或离子之间的相互作用力逐渐增强。

当达到一定温度时，液体的结构重新排列，形成规则的晶格结构，转化为固体。

这个温度称为凝固点。

不同物质的凝固点也是物质的特性之一。

3. 液态到气态的相变液体到气体的相变过程称为蒸发或汽化相变。

当液态物质受到足够高的温度时，分子或离子的热运动增强，其中一部分分子或离子获得足够的能量克服液体表面的吸附力，从液体中脱离，进入气态。

这个过程又称为蒸发。

蒸发可以发生在液体表面的任意位置，不需要整个液体都达到同样的温度。

液体的蒸气压越大，蒸发速度越快。

当液体的蒸气压等于外界的气压时，液体就开始沸腾，液体内部的分子都能够脱离液体表面进入气体，此时液体处于饱和状态。

液体的沸点是指在特定大气压下，液体开始沸腾的温度。

4. 气态到液态的相变气体到液体的相变过程称为凝结或液化相变。

当气态物质受到足够低的温度时，分子或离子的热运动减弱，其中一部分分子或离子失去足够的能量，被液体吸引后重新形成液体。

这个过程发生在气体中的分子或离子凝结成液滴的过程，称为凝结。

液滴会在气体中形成云、雾、露水等。

5. 固态到气态的相变固体直接向气体转变的相变过程称为升华。

当固态物质受到足够高的温度时，分子或离子具有足够的能量直接从固体表面挥发，进入气态，而不经过液态。

热的变化相变过程与热量传递热是一种能量的形式，它可以改变物质的状态和性质。

热量的传递是指物质内部或不同物质之间由于温度差异而发生的能量传递过程。

而热的变化相变过程是物质状态的改变，其中热量的传递起到了至关重要的作用。

本文将探讨热的变化相变过程以及热量传递的相关知识。

一、热的变化相变过程热的变化相变过程是指物质状态在温度改变的同时发生的转变。

在这个过程中，物质的内部结构发生了改变，从而引起了物质状态的变化。

常见的相变过程包括凝固、熔化、汽化和凝华。

1. 凝固：当物质的温度降低到一定程度时，固态物质内部的分子或原子开始重新排列，形成固态结构。

这个过程称为凝固。

凝固是从液态到固态的相变过程。

例如，水在0°C以下会凝固成冰。

2. 熔化：当物质的温度升高到一定程度时，固态物质内部的分子或原子开始获得足够的能量，使得原来规则排列的固态结构解体，转变为无规则运动的液态。

这个过程称为熔化。

熔化是从固态到液态的相变过程。

例如，冰在0°C以上会熔化成水。

3. 汽化：当物质的温度升高到一定程度时，液态物质内部分子或原子获得的能量足够大，可以克服液态的分子间吸引力，进行自由运动，从而形成气体状态。

这个过程称为汽化。

汽化是从液态到气态的相变过程。

例如，水在100°C以上会汽化成水蒸气。

4. 凝华：当物质的温度降低到一定程度时，气态物质内部分子或原子失去足够的能量，会减缓运动，逐渐聚集在一起，形成液滴、露珠或晶体。

这个过程称为凝华。

凝华是从气态到液态或固态的相变过程。

例如，水蒸气在低温下可以直接凝华成水或冰。

二、热量传递热量传递是热能在物质之间传递的过程。

它是由于温度差异而产生的，使得高温物质的热能流向低温物质的过程。

热量传递有三种方式：传导、对流和辐射。

1. 传导：传导是指热量通过物质内部传递的方式。

当物质被加热时，其分子或原子会以更快的速度运动，相互碰撞，从而使得热能传递至相邻的分子或原子。

§2.7 相变化过程
相变化过程
相变化过程是指系统中发生的聚集态的变化过程。

如液体的气化，气体的液化，液体的凝固，固体的熔化，固体的升华,气体的凝华以及固体不同晶型间的转化等。

1. 相变焓ΔH
系统的相变在定温、定压下进行，且Ｗ′＝0时，由式(2-15)可知相变热在量值上等于系统的焓变，即相变焓。

可表述为
(2-39)
式(1-39)中，α、β——物质的相态。

通常汽化焓用ΔvapＨm表示，熔化焓用ΔfusＨm表示，升华焓用ΔsubＨm表示，晶型转变焓用ΔtrsＨm表示。

(1)相变化过程的体积功
若系统在定温、定压下由α相变到β相，则过程的体积功，由式(2-5)有
(2)相变化过程的ΔU
2. 相变化与温度的关系
通常文献给出线性物质在熔点下的熔化焓和正常沸点下的蒸发焓的数据。

但有时需要其它温度下的相变数据，这可以通过某已知温度下的相变焓和及相变前后两种相的热容随温度的变化的函数据关系进行计算。

（ 2．7．4式）
已知一定压力P下，T1时的ΔαβHm(T1),求ΔαβHm(T2),。

物质的相变过程相变是物质在一定条件下从一种状态转变为另一种状态的过程，包括固态、液态和气态之间的相互转化。

在这个过程中，物质的微观结构发生了改变，而宏观上我们可以观察到物质的性质也发生了变化。

本文将探讨物质的相变过程及其相关性质和应用。

一、固态到液态的相变固态到液态的相变称为熔化，也称为熔化过程。

当温度升高时，固体粒子的热运动会增强，固体的结构变得不稳定，最终导致固态物质转变为液态。

这个过程中，温度保持不变，直到物质完全熔化，才会再次升温。

在固态到液态的相变过程中，物质的一些性质也会发生变化。

比如，密度通常会增加，因为固体分子之间的间距变小。

另外，熔化会吸收热量，因此在熔化过程中，温度不会升高，这被称为熔解潜热。

熔解潜热是物质特有的性质，对于不同物质来说，其数值不同。

固态到液态的相变通常发生在特定的温度，称为熔点。

不同物质的熔点各不相同，这是由于物质特有的分子结构和相互作用力所致。

例如，水的熔点是0摄氏度，而金属铁的熔点则高达1538摄氏度。

对于纯物质来说，熔点是一个固定的数值，但对于混合物而言，熔点会发生范围的变化。

二、液态到固态的相变液态到固态的相变被称为凝固，也称为冻结过程。

在这个过程中，液体的分子减缓运动，逐渐形成有序的固态结构。

类似于固态到液态的相变，凝固也具有凝固潜热。

凝固潜热是指在液体凝固为固体时放出的热量。

与熔点类似，液态到固态的相变也发生在特定的温度点上，称为凝固点。

凝固点与熔点相同的物质称为常凝固点物质，而凝固点与熔点不同的物质被称为变凝固点物质。

例如，水的凝固点和熔点都是0摄氏度，而氧气的凝固点是-218摄氏度。

液态到固态的相变是许多实际应用中重要的过程，例如冷冻食品、制备纯净晶体等。

此外，溶液中的溶质浓度也会在凝固过程中发生变化，这对于一些化学合成和分离纯化过程具有重要意义。

三、液态到气态的相变液态到气态的相变称为汽化，也称为蒸发过程。

在液体表面，一部分分子由于热运动而具有较高的能量，能够克服液体表面的吸引力而转化为气体状态。

相变材料的相变过程一、引言相变是物质在一定条件下由一种物态转变为另一种物态的过程。

相变材料是一类具有特殊相变性质的材料，其具有在温度、压力等外界条件改变时发生相变的能力。

相变材料的相变过程是相变材料特性的核心，本文将以相变材料的相变过程为标题，对其进行详细探讨。

二、相变过程的分类相变过程可以分为一级相变和二级相变两种。

一级相变是指物质在相变温度下发生液固或气固相变，其过程中物质的温度保持不变。

二级相变是指物质在相变温度附近发生液固或气固相变，其过程中物质的温度会发生变化。

三、一级相变的相变过程1. 液固相变：当物质从液态转变为固态时，其分子间距离变小，分子排列更加有序。

在相变过程中，物质释放出一定的潜热，即凝固潜热。

相变开始时，物质的温度保持不变，直到所有液体完全凝固为止。

2. 气固相变：当物质从气态转变为固态时，其分子间距离变小，分子排列更加有序。

在相变过程中，物质释放出一定的潜热，即凝固潜热。

相变开始时，物质的温度保持不变，直到所有气体完全凝固为止。

四、二级相变的相变过程1. 液固相变：当物质从液态转变为固态时，其分子间距离变小，分子排列更加有序。

在相变过程中，物质释放出一定的潜热，即凝固潜热。

相变开始时，物质的温度会发生变化，直到所有液体完全凝固为止。

2. 气固相变：当物质从气态转变为固态时，其分子间距离变小，分子排列更加有序。

在相变过程中，物质释放出一定的潜热，即凝固潜热。

相变开始时，物质的温度会发生变化，直到所有气体完全凝固为止。

五、相变过程的应用相变材料的相变过程具有一定的应用价值。

首先，相变过程可以用于温度调节。

相变材料可以在相变温度附近吸收或释放热量，实现温度的稳定调节。

其次，相变过程可以用于储能。

相变材料在相变过程中具有较大的潜热，可以将能量储存起来，并在需要时释放出来。

此外，相变过程还可以用于传感器、温控器等领域。

六、结论相变材料的相变过程是其特性的重要体现，一级相变和二级相变分别对应不同的相变过程特点。

物理学中的相变现象相变是物质由一种状态转变为另一种状态的过程，它在物理学中具有重要的意义。

相变现象不仅广泛存在于日常生活中，还在科学研究和技术应用中发挥着重要作用。

本文将介绍物理学中的相变现象，包括相变的定义、分类、基本原理、应用以及未来的研究方向。

一、相变的定义与分类相变指的是物质由一种相转变为另一种相的过程。

根据物质的性质和相变发生时的条件，相变可以分为凝固、熔化、汽化、凝析、升华和融解等不同类型。

1. 凝固：凝固是指物质从液态转变为固态的过程。

当物质受到足够的冷却或压力增加时，其分子将逐渐排列成规则的晶体结构，形成固体。

2. 熔化：熔化是固体物质在受热条件下由固态转变为液态。

当物质受到足够的加热时，分子的热运动增加，晶体结构逐渐破坏，从而形成液体。

3. 汽化：汽化是指液体物质在受热条件下由液态转变为气态。

当液体受到足够的加热时，其分子热运动增强，液体表面上的分子逐渐脱离，形成气体。

4. 凝析：凝析是气体物质在降温条件下由气态转变为液态。

当气体受到足够的冷却时，分子之间的相互作用增强，逐渐形成液滴。

5. 升华：升华是指固体物质在受热条件下由固态直接转变为气态，无液态过程。

当固体受到足够的加热时，分子热运动增强，直接从固态跳过液态，形成气体。

6. 融解：融解是指固体物质在受热条件下由固态转变为液态。

与熔化不同的是，融解是指非晶态或非晶态固体的相变过程。

二、相变的基本原理相变背后有着深入的物理原理，其中最重要的是热力学和统计物理学。

热力学研究了相变过程中的能量变化和物质的热力学性质，而统计物理学则从分子的角度解释了相变现象。

在物质的相变过程中，能量的改变起着关键作用。

相变过程中，物质吸收或释放潜热（latent heat），这是因为在相变过程中，分子之间的相互作用被改变所导致的。

根据热力学的第一定律，能量在相变过程中是守恒的，即吸热和放热的能量之和等于零。

统计物理学通过分子和宏观性质之间的关联来解释相变现象。