第九章相变

温度高于临界温度Tk时，等温线上不出现水平部 分→要用压缩的方法使气体液化，首先需要使气 体的温度降到临界温度一下。
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右上图看出：氧、氮、氢、氦的临界温度很低。 当时被称为是“永久气体”或“真正气体”。
只要液体内部有可形成足够的汽化核的气体，且液 体的饱和蒸汽压等于或超过液体上方的气体压强，沸 腾现象就可发生。
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久经煮沸的液体因缺乏汽化核，致使被加热到沸 点以上温度时仍不能沸腾，这种液体称为过热液体。 当过热液体继续加热而使温度大大高于沸点时，极小 气泡中的饱和蒸汽压迅速增大使气泡膨胀非常之快， 甚至发生爆炸而将容器打破，这叫做暴沸。
分别表示1相和2相单位质量的体积（比体积）。由 第一定律
单位质量的物质由1 相转变为2 相时， 所吸收的相变潜热是：
l (u2 u1) p(v2 v1)
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用焓表示的相变潜热公式：
l (u2 pv2) (u1 pv1) h2 h1
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§9.2 气液相变
一、蒸发与凝结 饱和蒸气压 凝结：物质由汽相变为液相的过程。 汽化：物质从液相变为气相的过程，有蒸发和沸 腾两种方式。 蒸发：发生在任何温度下的液体表面的汽化过程。 （表面汽化）
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B点→气体开始液化状态。 C点→气体全部液化状态。 CD段→液体的等温压缩过程。 下图为实验测得的各种不同温度下的等温线。
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等温线族
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分析上图可得到一下结论：
温度升高，饱和蒸气压增大→气液相变水平线上 移；同时气、液比体积在接近
当温度到达某一值Tk时水平线消失，B、C 两点重合于K点， Tk称为临界温度，对应等温线 →临界等温线
人工降雨
暖云：大小水滴共存→雨 冷云：由冰晶组成→雨夹雪
混合云：由冰晶和Fra Baidu bibliotek滴组成→引入干冰或碘 化银粉末→人工降水
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若没有足够的凝结核，或凝结核过 小，即使蒸气压强超过该温度下的饱 和蒸气压，液滴仍不能形成并长大， 因而出现过饱和现象，这样的蒸气称 为过饱和蒸气压，或过冷蒸气。
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二、沸腾
自然界：只观察到一级和二级相变。
下面具体讨论一级相变的两个特征。
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1、相变时的体积变化 液相→气相:气相的体积大于液相的体积。
固相→液相时，对大多数物质是熔解时体 积增大，对少数物质是熔解时体积缩小。 例如：水、铋、灰铸铁等融化时体积缩小。
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2、相变潜热
设u1 和u2分别表示1相和2相单位质量的内能，v1和v2
沸腾：是在液体表面及液体内部同时发生的剧 烈的汽化现象。
分析小气泡的平衡条件。 泡内的压强是泡内气体的压强和这温度下的饱和 蒸气压这两部分之和。在平衡时泡内外的压强差应等 于由表面张力所引起的附加压强，
1
p0
RT
V
p
p
2
r
2
4
3
3
1
1
V3
1
V3
16
p
V 1/3
p0
RT
V
上式中P0是饱和蒸汽压，p是外界压强
相：是指在系统中物理性质均匀的部分，它和 其它部分之间有一定的分界面隔离开来。
相变是十分普遍的物理过程，在生产和科学 技术的各个部门（如热力工程、冶金工程、化 学工业、气象学等）中都广泛地涉及各种相变 过程。
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§9.1 单元系一级相变的普遍特征
相是指在系统中物理性质均匀的部分， 它和其它部分之间有一定的分界面隔离开来。
多元系：是含有两种或两种以上化学组分的系 统。
相变过程也就是物质结构发生突然变化的过程。
一级相变两个特点：相变时体积发生变化， 有相变潜热。
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二级相变：相变时体积不变且无相变潜热，但 热容、体膨胀系数、等温压缩率都发生突变。 例如，铁磁性物质在温度升高时转变为顺磁性 物质，氦在温度降低时由正常氦变为超流性氦。
第九章 相变
§9.1
§9.2 §9.3 §9.4
§9.5
§9.6 §9.7
单元系一级相变的 普遍特征 气液相变 克拉珀龙方程 临界温度很低气体 的液化 低温的获得* 范德瓦尔斯等温线 对比物态方程 固液相变 固气相变 三相图
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自然界中许多物质以固、液、气三种聚集态 存在着，它们在一定条件下可以平衡共存， 也可以相互转化。
气泡室（粒子物理学）：利用过热液体显示带电粒子 运动轨迹的仪器。
此时带电粒子充当汽化核。
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三、等温相变
这里讨论用等温压缩方法使CO2气体液化的过程。 可获得压缩过程中压强和体积的关系曲线-等温线。
实验结果如右图ABCD所示。
AB段→液化前气体的 等温压缩过程。
继续压缩出现液体。
BC段→气液两相平衡共存。 BC段对应压强→该温度下的饱和蒸气压
饱和蒸汽：与液体保持动态平衡的蒸汽叫饱和蒸 汽，它的压强叫做饱和蒸汽压。
影响饱和蒸汽压的因素：①液体是否容易蒸发； ②温度；③液面的形状等；④与体积无关；⑤与 是否存在其它气体无关。
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凹液面蒸气压小 逸出分子比平面少
凸液面蒸气压大 逸出分子比平面多
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凝结核、云及人工降雨
云室（原子核物理）：过饱和蒸气 →引入带电粒子和离子（充当凝结 核）→雾状轨迹（粒子轨迹）
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沸腾：沸点时在整个液体内部发生的汽化过程。 （立体汽化）
此时液体内部出现大量小气泡，气液分界面大大 增加。
从微观看：蒸发分子数=液体分子跑出液面的数目－ 蒸气分子进入液面的数目
影响蒸发的因素：①表面积；②温度；③通风等
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液面敞开时，液体不断蒸发→液体全部变为蒸气至
密闭容器里，液体不断蒸发→液体分子跑出液面 的数目=蒸气分子进入液面的数目至（动态平衡）。
如冰和水组成的系统，冰是一个相，水也 是一个相，共有两相。
对固体，不同的点阵结构，对应不同 的相，金刚石和石墨是碳的两个相。
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铁的四个固相：α铁、β铁、γ铁、δ铁 冰有七个固相等等。 相变：不同相之间的相互转变称为相 变.
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单元复相系：象冰和水组成的系统虽有两个相， 但只一种化学成分不同的物质，叫单元复相系
温度升高时，p0增大，必须增大V才可平衡。
当p=p0时，气泡胀大不能维持平衡。
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随着温度升高，气泡胀大。当p0=p时（气泡胀大 维持不了平衡），附在器壁上的气泡胀大，使其受 浮力挣脱器壁对其的吸力→气泡从液体中涌出→液 体在小气泡内汽化（立体汽化）→液体沸腾
沸点：就是其饱和蒸汽压等于液体上方气体压强 时的液体温度。外界气体压强为1.013×105 Pa时 的沸点称为沸点。