相变自然界中许多物质都以固液气三种集聚态存在然而

第七章相变

自然界中许多物质都以固、液、气三种集聚态存在，然而物质的三态可以互相转化并为物质本的性所决定。例如，常态下液体的水可变成水蒸汽，也可变成冰，而且冰可直接变成汽。都非常形象地说明了这种联系。显然，这一系列转化都与物质内部微粒的热运动有着密切关系。物质为什么会发生物态变化？物态变化的条件什么？物态变化的规律是什么？这正是本章的内容。

1-1单元第一级相变的主要特征

教学目的和要求：理解“相变”等概念，理解“相变潜热”的物理意义。掌握单元系一级相变的普遍特点和简单规律。

一、几个概念

1.何谓相？

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。

例如：冰和水的混合物，冰块和水有分界面，冰块里水物理性质三均匀的，液体中的水物理性质也是均匀的。那么，冰释一个相，水也是一个相。

2.单元复相系

(1)单元：一种学化物质

(2)单元单相：一种化学物质一个相的体系

例如：冰总是水的单元单相系

水、水蒸汽没有混合，是两个单元相性

(3)单元复相系：一种化学物质，有两个或以上的相。这样的体系为单元复相系例如，冰水混合物是水的单元：相系

开着的水也是水的一个单元二相系

3.相变：物体的相变发生变化叫相变

相变是在一定的温度和压强下进行的。例如，在1atm和100℃时，水由液体相变成汽相，但若P不是1atm时，沸点也不再是100℃。高压锅就是这样。4.二级相变：没有什么积的变化，也没有相变潜热，人有热容易膨胀系数，高温压缩系数发生突变。

5.一级相变：相变时，又体积变化和相变潜热，这两个特征是一级相变的重要体征。

研究单元系一级相变。由于在一级相变时，可以认为是多相平衡共存，所以，相变所处的状态是单元复相系。

二、一级相变

1.相变时的体积变化

一般情况下，气象的体积比固体相的体积大，但反常膨胀也睡一种不可忽略的现象。

铅字中加锑。铋等金属，水的反常膨胀。

2.相变潜热。

设 u1,u2分别代表1相和2相的单位质量的内能。

v1,v2分别代表1相和2相的单位质量的体积（称作比容）

（1）那么，在单元2项2系的一级相变中，相变中伴随着两种能量的变化。

①内能变化 1→2相

u1→u2

②克服恒定外部压强所做的体积功， p(v2→v1)

因为一级相变是等温的，因此，这两种能量的变化被温度恒定所掩盖。好比这两种变化潜伏在等温之中。所以把内潜的变化叫内潜热。

克服恒定外部压强的体积功，称为外潜热。

③把二者之和称为相变潜热，记作 l。

汽化热，熔解热，升华热等都是相变潜热。

L=U2-U1+P（U2-U1）

（2）用熔表示相变潜热：

l=u2-u1+pv2-pv1

=(u2+pv2)-(u1+pv1)

那么Δh= l = h2-h1

即：一级相变的潜热等于两相焓之差。

7-2 气液相变

一、气化和凝结

气化：物质从液态变为气态的过程称为气化，它有蒸发和沸腾两种形式。

蒸发发生在任何温度下的液体表面，沸腾则发生在沸点时的整个液体中。

凝结：物质由蒸气变为液体的过程称为凝结。

1、蒸发与凝结

液体表面分子永不停息地做热运动，热运动能足够大的分子可以挣脱其它分子的吸引逸出并扩散到空间中。

蒸发：逸出液面的分子数多于被液面俘获的分子数时的物质迁移称为蒸发。

凝结：逸出液面的分子数少于被液面俘获的分子数时的物质迁移称为凝结。

我们说蒸发是在一种力学、热学相互作用不同的化学相互作用下发生的现象。其空间压强处处相等（力学平衡条件）、温度处处相等（热学平衡条件），但分子数密度并不处处相等（化学平衡条件）。

液体蒸发时，从液体表面上跑出的分子要克服液体表面分子对它的吸引力作功，故需吸收热量。

蒸发热：单位质量液体在一定温度下蒸发为蒸气时所吸收的热量称为蒸发热。

液体温度越低，蒸发热越大。

蒸发致冷：若外界不供热或供热不够，液体蒸发时温度降低，称为蒸发致冷。

2、饱和蒸气及饱和蒸气压

在密闭的容器里，液体汽化的同时液体上方的部分蒸气分子会返回到液体中，液体不断蒸发，返回液体中的分子数也不断增多。

饱和蒸气：只要密闭容器中的温度不变，蒸发的分子数与返回的分子数总能达到一种动态平衡，处于动态平衡的蒸气称为饱和蒸气。

饱和蒸气压：饱和蒸气的压强称为饱和蒸气压。

饱和蒸气是在气、液两相共存时满足力学、热学及化学平衡条件的蒸气相。饱和蒸气压与液体种类及温度有关，由知，饱和蒸气压也将随温度升高而增加。实验证实，在一定温度下，同一种物质的饱和蒸气压是一定的，但不同物质的饱和蒸气压不同。

饱和蒸气压曲线：描述饱和蒸气压随温度变化的曲线称为饱和蒸气压曲线。

3、沸腾

沸腾是在液体表面及液体内部同时发生的剧烈的气化现象。

观察一下水壶内烧水的过程。空气在水中的溶解度随水温升高而降低，温度较高的下层水中的部分空气分子首先脱溶，积聚在水壶底器壁的微孔中，从而形成小汽泡。如图所示，这样可减少汽泡的表面积，以减少表面自由能。液体在泡内蒸发而达到饱和状态。设泡内饱

和蒸气压为，液体上方的大气压强为，汽泡距液面距离为,则半径为的气泡所满足的力学平衡条件为

因通常，上式可写为

以后随着容器底部液体温度的升高，泡内饱和蒸气压也随之增大。若V不变，则等式左

边压强将大于右边压强，这时气泡要胀大，但气泡体积V的增大要使等式左边减小，结果在新的体积下重新达到平衡。只要温度升得不太快，就可认为气泡的增长是准静态的。这时温度T和体积V之间成一一对应关系。

当泡的体积增大到浮力大于表面张力的拉力时，气泡的球形部分将被拉脱而悬浮在液体中，同时在原来的器壁微孔处留下一个新的汽化核。悬浮气泡在浮力作用下不断上升，液