第十八章 相变的基本原理
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相变知识点总结一、相变的基本概念相变是指物质在一定条件下由一种物态转变为另一种物态的过程。
在常见的物质中,我们可以观察到凝固、熔化、汽化和凝结等相变现象。
从微观的角度来看,相变是由于物质微观结构发生改变所引起的。
在相变过程中,物质的分子和原子之间发生重新排列,从而导致了物质性质的改变。
1. 凝固:当物质从液态转变为固态时,称为凝固。
在凝固的过程中,物质的分子或原子重新排列成规则的晶体结构,形成了固体的状态。
例如,水在温度低于0℃时会凝固成冰。
2. 熔化:当物质从固态转变为液态时,称为熔化。
在熔化的过程中,物质的分子或原子逐渐失去有序排列,形成了液体的状态。
例如,冰在温度高于0℃时会熔化成水。
3. 蒸发:当物质从液态转变为气态时,称为蒸发。
在蒸发的过程中,液体表面的分子会获得足够的能量,从而克服表面吸附力,逸出液体表面成为气体。
例如,水在加热的过程中会发生蒸发。
4. 凝结:当物质从气态转变为液态时,称为凝结。
在凝结的过程中,气体中的分子会失去足够的能量,从而聚集在一起形成液滴。
例如,水蒸气在冷却的过程中会凝结成水滴。
二、相变的特点相变具有以下几个特点:1. 温度不变:在相变的过程中,物质的温度不发生变化。
这是因为相变过程中,吸收的热量用于克服分子间的相互作用力,而不是用于提高温度。
因此,相变过程中的温度保持不变。
2. 热量变化:相变过程中,物质吸收或释放的热量称为相变潜热。
相变潜热是使单位质量物质发生相变所需要的热量。
凝固和凝结过程中,物质释放热量;熔化和蒸发过程中,物质吸收热量。
3. 对外界压力的依赖性:相变的过程受外界压力的影响。
一般来说,增加外界压力会使物质的凝固点和熔化点升高,蒸发点和凝结点降低。
这是因为在高压下,分子活动受到限制,所以相变需要更高的温度或更低的温度才能发生。
三、相变的图像表示相变的过程可以用相变图来表示,相变图是表示物质在不同温度和压力条件下的各种物态之间的转变关系的图表。
相变原理(2009-03-15 12:09:38)忽视核外电子的规律运动,司空见惯的相变成了困惑人们的自然之谜。
摘要:核外电子随着温度的规律的运动是相变的直接原因。
(1)价和电子在平面稳定运转,伴生的价磁力指向稳定,物质呈固态。
(2)价和电子在窄小空间范围扭曲运转,伴生的价磁力方向不稳,物体塑性增加。
(3)价和电子在大范围空间扭曲运转,伴生的价磁力方晃动,物质呈液态。
(4)价和电子在空间呈球面绕行运转,价和电子包围整个球面,价磁力没有了方向,球面电子与相邻的球面电子相斥,使分子球之间推开距离,物质呈气态。
关键词:奥斯特实验小磁针伴生德布罗意波[事实] 随着温度升高,一般物体都是由固体相变成液体,由液体相变成气体。
所有纯净物质都有其固定的熔点、沸点;水在0℃结冰、100℃沸腾;锡在200℃电烙铁下就能熔化成液态,烙铁拿开,锡又立刻凝结成固体,温度与物质状态、特性相依相存。
[分析] 物质的相变与总是与温度精确的对应,千百年来人们不断在思索,温度是如何导致这样的变化?温度是怎样起作用的?这极具规律的对应绝不会是偶然的、孤立的。
这有规律的变化必然源于且服从更深层的规则的运动。
这个规则的运动,就是核外电子的规律的运动。
核外电子随着温度的规律的运动是相变的直接原因。
在J 1章我们谈到温度实质上就是核外电子运转的速度。
核外电子速率加快,宏观的表现就是温度升高。
温度升高到一定的程度,水能沸腾;钢铁能熔化,物质发生了相变。
难道电子的快速运动就能导致这样的相变、如何导致相变?相变虽然与温度直接相关,然而只有达到了某一特定值,相变才能发生,这是一个从量变到质变的过程,也是物质的内聚力急剧变化的过程,核外电子的规律运动导演了熔化的全过程,电子的规律运动是如何导致物质的内聚力的变化?我们学过力有三要素:大小、方向、作用点。
在物质的内部,构成物质的内力同样存在这三要素,而且这三要素在物质的相态上起着至关重要的作用。
在金属固体内部,价和电子在稳定的平面轨道上运转,价磁力方向与轨道平面垂直、力的方向十分稳定,各结构元的价磁力相互吸引,调适在固定的位臵,所有力的作用点专一,力的三要素稳定,于是就形成了这固体的稳定结构。
相变和热传导的基本物理学原理相变和热传导是物理学中非常重要的概念,对于许多领域的应用都具有极大的意义。
本文将介绍相变和热传导的基本物理学原理。
一、相变相变是指物质在一定温度和压力条件下,由于外部条件的改变,从一种物态转化为另一种物态的现象。
如水在0℃时从液态转化为固态即为凝固,而在100℃时从液态转化为气态即为汽化。
相变涉及到物质内部的能量、物理状态和化学组成等方面。
在相变过程中,物质的内能和热量不会改变,但是物质的体积和密度却会发生变化。
这是因为相变是由于物质内部微观状态的改变引起的宏观现象,涉及到分子之间的相互作用和微观结构的变化。
因此,相变是相对复杂的物理现象。
在相变过程中,物质会吸收或放出热量。
这是因为物质的内能会随着相变而发生改变,导致了热量的变化。
这个热量的变化可以用相变潜热来表示,其值与物质的种类和相变方式有关。
二、热传导热传导是指热的自发传递过程,是一种无需物质参与的过程。
它发生在物体内部或物体之间,是一种分子间的能量传递方式。
当一个物体的一部分温度高于其他部分时,热就会从高温部分向低温部分传递。
热传导涉及到热的能量与物质之间的相互作用,其传递方式可以分为三种: 热传导、对流传热和辐射传热。
热传导是指通过物质内部分子的热运动,将热量从高温区域传递到低温区域的过程。
它发生在固体、液体、气体等物体中,具有连续性和向心性等特点。
对流传热是指物体内部或物体之间由于密度差异引起的热传递。
它通常发生在流体中,如液体或气体内部的温度分布不均匀时。
辐射传热是指通过电磁波的传递,将热量从高温物体向低温物体传递的过程。
辐射传热不需要物质的参与,可以在真空中传递。
三、热力学定律热力学定律是描述热传导和相变等热力学过程的定律。
其中最有名的是热力学第一和第二定律。
热力学第一定律是能量守恒定律,它指出能量在热传导和相变等过程中不会被消失,而只会从一个物理系统转移到另一个物理系统。
热力学第二定律是热力学过程的一个核心定律,它定义了热量的流向和相变的方向。
相变知识点总结相变是物质在特定条件下由一种状态转变为另一种状态的过程。
常见的相变包括固态与液态之间的熔化,液态与气态之间的汽化,以及固态与气态之间的升华。
在这篇文章中,我们将通过逐步思考的方式来总结相变的知识点。
1.定义和基本概念:相变是物质由一种状态转变为另一种状态的过程。
在相变过程中,物质的化学性质保持不变,但物质的物理性质会发生改变。
相变一般伴随着能量的吸收或释放,例如熔化过程中的吸热和凝固过程中的放热。
2.相变的分类:根据物质的状态,相变可以分为固态相变、液态相变和气态相变。
固态相变包括熔化(固态转液态)和升华(固态转气态);液态相变包括汽化(液态转气态)和凝固(液态转固态);气态相变包括凝结(气态转液态)和升华(气态转固态)。
3.相变的条件:相变发生的条件包括温度和压力。
不同的物质有不同的相变温度和相变压力,这是由物质分子之间的相互作用力决定的。
在相变温度和相变压力范围内,物质可以自由转变其状态。
4.热力学图:相变可以用热力学图来表示。
热力学图是以温度为横坐标,以压力为纵坐标,将不同状态下的物质表示出来。
在热力学图中,相变曲线代表了相变发生的温度和压力范围,相变点是相变曲线上的特殊点,代表了相变发生的临界条件。
5.相变的应用:相变在生活中有着广泛的应用。
例如,汽车冷却系统中的水在汽化时吸收热量,有效降低了发动机的温度;冷冻食品中的冰在融化时吸收热量,保持食品的新鲜等。
6.相变的意义和研究:相变的研究对于理解物质的性质和改进材料的性能具有重要意义。
通过研究相变,我们可以深入了解物质的分子结构和相互作用,并应用于材料科学、能源领域等。
总结:相变是物质在特定条件下由一种状态转变为另一种状态的过程。
相变可以分为固态相变、液态相变和气态相变,其发生的条件取决于温度和压力。
相变在生活中有着广泛的应用,并且对于物质性质的理解和材料性能的研究具有重要意义。
通过本文的思维步骤,我们能够对相变的基本概念、分类、条件、热力学图、应用和意义有一个初步的了解。
相变的原理和规律引言相变,指物质在一定条件下经历从一种物态到另一种物态的过程。
相变是一个很有趣的现象,很多自然和人造系统都涉及相变过程。
比如,水在0° C以下会凝固成冰,而在100° C以上会沸腾成水蒸气。
相变不仅与热力学和物理学密切相关,还与生活和工业生产密切相关。
本文将探讨相变的原理和规律,涵盖熔化、升华、结晶和沸腾等多种相变过程。
熔化熔化指的是物质由固态变为液态的过程。
在熔化过程中,物质吸收热量,使得分子或原子间的结合减弱,从而使物质的形态由固态变为液态。
对于大多数物质而言,它们的熔点都是一个常数。
熔点是指固体和液体在平衡状态下的温度。
熔点与物质的性质密切相关,比如,有的物质熔点很低,比如水的熔点是0° C,而有的物质熔点很高,比如钨的熔点是3410° C。
升华升华指的是物质由固态变为气态的过程。
在升华过程中,物质吸收热量,使得物质的内部结构变得无序,从而使固体变为气体。
升华可以直接发生,也可以经过熔化先变成液体再升华。
比如,固体二氧化碳在常压下会升华成为气体,这个过程叫做干冰升华。
结晶结晶指的是物质由液态或气态变为固态的过程。
在结晶中,物质释放出热量,使得分子或原子间的结合变强,从而使物质的形态由液态或气态变为固态。
在结晶过程中,固体的结晶体通常由完整的晶胞构成。
晶胞是构成晶体的基本单元。
晶胞的形状有六种不同的几何体,分别是立方体、正四面体、正八面体、单斜体、正交体和三角柱体。
晶胞的大小与物质的物性有关。
比如,钠、银等一些金属的晶胞非常小,每立方厘米才能有兆个晶胞。
沸腾沸腾指的是物质从液态变为气态的快速过程。
在沸腾过程中,物质获得了足够的热量,并使其受热面上形成液体的饱和蒸汽,而且蒸汽不再沿着受热面在液体中扩散而是迅速形成气泡,这时液体中蒸汽气泡会在界面上成长,越来越大,最终破裂脱离液面成为气体。
沸腾的条件包括温度、压强和气体溶解度等。
沸腾过程中释放的热量也和物质的性质密切相关。
物理学中的相变现象解密相变现象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。
在物理学中,相变现象被广泛研究,并且在多个领域有着重要的应用。
本文将深入探讨相变现象的基本原理、不同类型的相变以及其在科学和工程中的应用。
一、相变现象的基本原理相变现象的基本原理可以通过热力学和统计物理的角度来解释。
根据热力学的第一定律,能量在相变过程中保持守恒,因此相变过程是一个能量转移的过程。
当物质经历相变时,其内部的分子或原子结构发生改变,从而导致其宏观性质的巨大变化。
统计物理学则从微观角度解释了相变现象。
在相变过程中,物质的微观结构发生变化,它们从一个有序的排列转变为另一种有序的排列。
这种有序与无序之间的转变引起了物质性质的巨变。
相变通常伴随着能量和熵的变化,其中能量是由微观粒子之间相互作用引起的,而熵则是描述系统的无序程度的物理量。
二、不同类型的相变在物理学中,相变可以分为几种不同类型,其中最常见的包括固-液相变、液-气相变和固-气相变。
下面将对每种相变类型进行详细介绍。
1. 固-液相变:固-液相变是指物质从固态转变为液态的过程。
当温度升高时,物质分子的热运动增加,使得固体内部的结构发生变化,从而形成液态。
固-液相变还涉及到一个重要的物理量-熔点,即在固状态和液状态之间转变的温度。
熔点是物质的特性之一,不同物质的熔点各不相同。
2. 液-气相变:液-气相变指的是物质从液态转变为气态的过程。
当温度升高或压强降低时,液体内部的分子能量增加,使得它们具有足够的能量逃离液体表面并形成气体。
液-气相变中的关键物理量是沸点,它是液体转变为气体的温度。
每种物质都有其独特的沸点。
3. 固-气相变:固-气相变是指物质从固态直接转变为气态的过程,而不经历液态。
这种相变现象称为升华。
在常规大气压下,某些物质的升华温度低于其熔点,因此它们在一定温度下会从固体转变为气体。
升华是某些物质特有的相变形式,如冰的升华在冷冻食品中有广泛的应用。
第十八章相变的基本原理相变是物质在一定条件下经历由一种状态向另一种状态的转变的过程。
在相变中,物质的一些性质会发生明显的改变,比如熔化、固化、汽化等。
相变是物质研究中非常重要的课题之一,也对日常生活产生了重要影响。
在本章中,我们将介绍相变的基本原理。
相变的基本原理可以通过热力学原理来解释。
根据热力学原理,物质的状态取决于其内能、熵和体积这三个宏观量。
而相变则是由于物质内能、熵和体积的改变而引起的。
首先,我们来看物质的内能。
内能是物质分子之间相互作用的结果,它包括分子的动能和势能。
当物质发生相变时,其内能也会发生变化。
例如,在熔化过程中,物质通过吸收热量增加其内能,从而使分子间的相互作用减弱,使固态结构破裂,成为液态。
而在凝固过程中,物质会释放热量,内能降低,从而使分子间的相互作用增强,形成固态。
因此,相变的内能变化可以用来解释相变的发生。
其次,我们来看物质的熵。
熵是描述物质无序度的物理量,它越大表示物质越无序。
相变时物质的熵也会发生变化。
在相变过程中,物质的有序度发生改变,从而使熵发生变化。
例如,在汽化过程中,液态分子变成气态分子,无序度增加,熵增加。
而在凝固过程中,气态分子变为固态分子,无序度减小,熵减小。
因此,相变的熵变化可以用来解释相变的原因。
最后,我们来看物质的体积。
相变时物质的体积也会发生变化。
例如,在熔化过程中,物质的体积会增大,而在凝固过程中,体积会减小。
相变时物质体积的改变反映了分子间相互作用的变化情况。
在相变过程中,分子间相互作用的变化导致了物质结构的改变,从而使体积发生变化。
综上所述,相变的基本原理是由于物质的内能、熵和体积的改变导致的。
在相变中,物质的内能发生变化,分子间相互作用的强度和有序度发生改变,从而使相变发生。
相变的基本原理是热力学原理的应用,可以解释相变的发生和性质变化。
相变不仅在物质科学研究中具有重要意义,也在日常生活中产生了深远影响。
例如,我们可以利用相变的原理来制冷、加热、加工材料等。
相变物质状态转变的基本原理相变物质是指在一定温度和压力条件下,可以在不改变化学成分的情况下,从一种状态转变为另一种状态的物质。
常见的相变物质包括水的液固相变(冰的融化)、液氮的液气相变等。
这些相变都遵循一些基本原理,本文将探讨这些基本原理。
1. 热力学平衡和相变相变物质在发生状态转变时,会经历热力学平衡状态。
在热力学平衡下,相变物质的两种状态(例如固体和液体)之间的自由能处于最小值。
当温度或压力发生变化时,相变物质状态转变会倾向于保持平衡。
2. 相变的热力学描述相变的热力学描述使用相变潜热和相图来进行分析。
相变潜热是指在相变过程中单位质量的物质吸收或释放的热能。
相图是描述相变物质状态转变的温度和压力关系的图表,通常用于表示不同相变状态之间的平衡线和相变点。
3. 熔化和凝固熔化是指固体物质受到热量作用下,温度上升达到熔点时转变为液体的过程。
在熔化过程中,固体物质的结构逐渐解除,形成自由活动的分子或离子。
凝固是指液体物质受到降温作用下,温度下降达到凝固点时转变为固体的过程。
在凝固过程中,液体物质的分子或离子逐渐减少自由度,重新排列形成有序的结构。
4. 升华和凝华升华是指固体物质受到热量作用下,温度上升达到升华点时转变为气体的过程。
在升华过程中,固体物质直接从固体状态转变为气体状态,绕过液体相。
凝华是指气体物质受到降温作用下,温度下降达到凝华点时由气体转变为固体的过程。
在凝华过程中,气体物质直接从气体状态转变为固体状态,绕过液体相。
5. 气化和液化气化是指液体物质受到热量作用下,温度上升达到气化点时转变为气体的过程。
在气化过程中,液体物质的分子逐渐克服相互之间的相互作用力,跃出液表面转变为气体状态。
液化是指气体物质受到降温作用下,温度下降达到液化点时转变为液体的过程。
在液化过程中,气体物质的分子逐渐减少自由度,因受到相互作用力而凝聚成液体状态。
6. 其他相变现象除了上述常见的相变现象外,还存在一些特殊的相变现象,如类似于水的液固相变的相变物质。
物理化学相变相变相的定义: 系统内性质完全相同的均匀部分称为相。
相与相之间,有界面隔开。
系统中的同一种物质在不同相之间的转变称为相变。
纯物质的相变通常在恒定温度,恒定压力下进行。
相变热为恒压热(Q p ),Q p =∆H , 焓变为: ()()αββαH H H −=∆摩尔相变焓为: nH H βαβα∆=∆m 比相变焓为: mHh βαβα∆=∆相变相变几种相态间的互相转化关系如下: 气相凝固 熔化(fus)固相 固相 晶型转变(trs) 液相若过程恒温恒压,相变前后系统均为凝聚态。
0W p V =−∆≈p Q H=∆U Q W ∆=+U H∆≈∆若相变产生气体,按理想气体处理 , p Q H=∆()g g g W p V p V V pV n RT =−∆=−−≈−=−凝聚相()g g H U pV U pV U n RT ∆=∆+∆≈∆+≈∆+相变B(β) T 2B(α) T 2 ()2m T H βα∆B(α) T 1 B(β) T 1()1m T H βα∆()αm H ∆()βm H ∆相变焓与温度的关系由图可知: ()()()()βαβαβαm 1m m 2m H T H H T H ∆+∆+∆=∆因为: ()TC H T T ,p m d )(12m ∫=∆αα()TC H T T ,p m d )(21m ∫=∆ββ相变焓与温度的关系温度压力均变化的情况 ∆H 3即 ∆vap H m (100 °C) H 2O (l) t 1 = 100°C p 1=101.325kPa H 2O (l) t 2 = 80°Cp 2=47.360 kPa H 2O (l) t 2 = 80°C p 1=101.325kPa H 2O (g) t 1 = 100°Cp 1=101.325kPaH 2O (g) t2 = 80°Cp 2=47.360 kPaH 2O (g) t 2 = 100°Cp 2=47.360kPa∆H 1 ∆H 2 ∆H 4 ∆H 5 ∆vap H m (80 0C)T p C H p,d )101.325kPa (l,ΔC 100C 80m 2o o ==∫对于液体: 对于气体: ==∫o o 80C 5m 100C Δ(g,47.360kPa)d p,H C p T ()(),,∴∆==∆=+=+=∫∫o o o o o o vap m vap m 100C80C m m 80C 100C 80C,47.360kPa 100C,101.325kPa (l,101.325kPa)d (g,47.360kPa)d p p H p H p C p T C p T 相变焓温度压力均变化的情况物理化学。