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固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)是怎樣互相轉(zhuǎn)化的?


實驗室k / 2019-04-15

       在一定的條件下,物體可以分別出現(xiàn)固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)這三種不同的狀態(tài)。人們把這種現(xiàn)象叫做物態(tài)轉(zhuǎn)化。

       讓我們來看看物態(tài)轉(zhuǎn)化的有趣現(xiàn)象。在冬季,取一大塊冰放在燒杯里,加熱后冰就消失了,変成了一些水。蓋上杯蓋再加熱,水就變成蒸氣了。這個實驗說明,水在熱的作用下,會由固態(tài)(冰)轉(zhuǎn)化為液態(tài)(水),又由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)(水蒸氣)。

       但是,如果把程序顛倒過來,就會發(fā)生另外的物態(tài)變化。先把收集的水蒸氣放在一個燒瓶里,水蒸氣冷卻后又變成了水,水繼續(xù)冷卻下去又會變成冰。冷卻也是一種熱作用,說明由氣態(tài)到液態(tài),又由液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)化。


       在熱學中,我們把固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的過程叫做熔化;物體由液態(tài)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)的過程叫做氣化(沸騰);液態(tài)變?yōu)楣腆w的過程叫做凝固。沸點和液化點的溫度相同,熔點和凝固點的溫度也是一樣的。

       在物態(tài)的轉(zhuǎn)化過程中,汽化、熔解時必須吸收熱量,而液化、凝固時會散發(fā)熱量。

       物態(tài)的變化有著它的規(guī)律,但有時也并不總是按照固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài),或者氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)的順序進行的,也會在固態(tài)和氣態(tài)之間直接進行。在熱學上,物體由固態(tài)直接轉(zhuǎn)化為氣態(tài)、叫做升華;物體由氣態(tài)直接轉(zhuǎn)化為固態(tài),叫做凝華。

       例如,在嚴寒的冬天,潮濕的衣服掛在室外,由于氣溫在0℃以下,濕衣服上的水很快就結(jié)成冰。盡管這些冰不會熔化,但是時間長了,衣服還是會干的,這就是因為冰升華成水氣跑掉了。

       再如,在深秋的早晨,我國大部分地區(qū)會出現(xiàn)霜降,這是因為在溫度下降到0℃以下時,水蒸氣直接凝固成霜,這是一種凝華現(xiàn)象。

       在生產(chǎn)中,人們很早就學會了利用升華和凝華方法來提煉化工產(chǎn)品、藥品及其他物質(zhì)了。如我國古代的“煉丹”術(shù),就是最早通過化學方法制成結(jié)晶的紅色硫化汞的。


       汽化有兩種形式,蒸發(fā)和沸騰。

       液體表面的汽化現(xiàn)象叫蒸發(fā)。蒸發(fā)得快慢跟溫度和外面的氣流速度有關(guān)。溫度越高,風力越大,蒸發(fā)也越快。在日常生活中,蒸發(fā)現(xiàn)象隨處可見。剛下完雷陣雨,馬路上很快就干了;濕衣服晾在陽臺上,或通風的地方,不用兩天就干;放在碗里的水,時間長了會悄悄不見了,等等,這些都是水的蒸發(fā)現(xiàn)象。

       液體達到一定溫度時,不僅從表面,而且也從內(nèi)部進行劇烈的汽化現(xiàn)象,這就叫沸騰。液體沸騰時的溫度叫沸點。

       液體的沸騰跟壓強有關(guān)。在通常情況下,即一個大氣壓下,水的沸點和冰點分別是100℃和0℃。氣壓變化,沸點與冰點也隨之變化。高山上的大氣壓低于平地上的大氣壓,因此高山上液體的沸點比平地要低些。水的沸點在海平面附近為100℃,在3000米高的地方,大約為90℃,在8500米高山上,大約為72℃。所以,在高山地區(qū)用普通鍋是很難把飯煮熟的。

       相反,增大壓強,液體的沸點會升高。

       17世紀,法國的醫(yī)生兼物理學家和機械師丹尼斯·帕平,在“液體的沸點隨大氣壓減小而降低”的啟發(fā)下,制造了世界上第一口壓力鍋。鍋體有兩層,中央擺有內(nèi)鍋,食物放在內(nèi)鍋里。加熱以后,蒸氣跑不出來,鍋內(nèi)氣壓升高,水的沸點也升高了,食物就熟得快,可以節(jié)省時間和燃料。

       現(xiàn)在,壓力鍋已進入千家萬戶,給人們生活帶來極大便利。

       在物態(tài)變化中,氣體的液化和凝固是最困難的。這是因為它們的液化點和凝固點都很低。但是,人們發(fā)現(xiàn)在高壓的條件下,氣體的液化和凝固很容易做到。


       物態(tài)的變化是一種有趣的現(xiàn)象。這種變化在生活中是很常見的。

       由上可以看出,物態(tài)的變化與生活息息相關(guān),給我們的生活帶來了許多方便。正確認識并合理利用物態(tài)變化的各種原理定會給人類創(chuàng)造更多的便利。


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