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高中物理竞赛之物态变化


物态变化 §4.1 相与相变 相:指的是热学系统中物理性质均匀的部分,一个相与其他部分之间有一定的分界面隔 离开来。例如冰和水的混合物中,因为冰和水的物理性质不同,故为不同的相,但它们的化 学成份相同。一种化学成分称为“一元”,因此冰水混合物称为单元二相系,而水和酒精的 混合物就是二元单相系。 相变:不同相之间的相互转变称为相变。 相变特点:伴随物态的变化;要吸收或放出的热量。 相变潜热:相变时吸收或放出的热量统称相变潜热。 L 冰 潜热。 1atm 三相图:将同一种物质的汽化曲线 OK、 汽 458mmHg S 熔解曲线(熔点随外界压强的变化关系)OL、升 华曲线(固体上饱和气压随温度的变化关 o 0 0.01 100 374 t c 系)OS 同时画在 P-T 图上,我们就能标出固、 液、气三态存在的区域,这称为三相图。每条 曲线对应着两态平衡共存的情况。三条曲线的交点 O,对应三态平衡共存的状态,称为三相 点。 如下图为水的三相图。水的水相点 O 是水、冰、水蒸气平衡共存的状态,其饱和水汽 压 PS ? 4.58mmHg、温度 T=273.16 开 0.01℃,这是国际温标规定的基本固定点。因为水 的三相点是唯一的,不像冰点和汽点那样会随外界压强的变化而变化。 例 如图 4-1-1 所示的 P-T 图线中, 表示了一定质量某种 P 物质的不同物相所存在的区域。下面有关这种物质的几个说明 L 中,哪些是正确的?( ) 液K 固 A.当 T ? T三相点 时,可以存在升华现象 临界点 B.在凝固过程中体积增大 气 S C.当 T ? T临界点 时,可以存在沸腾现象 三相点 汽 D.当 p ? p三相点 时,它是一种稳定的液体 O T E.以上说法都不对 分析:将液体和固体上方的饱和汽压随温度变化的曲线 SK, 图 4-1-1 升华曲线 SO,以及熔点随温度变化的熔化曲线 SL,同时画在 P-T 图上(图 2-1-1),我们就能标出固、液、汽三态存在的区域;每条曲线对应着两态平衡共 存的情况,三根曲线的交点 S,对应着三态平衡共存的惟一状态,称为三相点,图线叫三相 t oc l ? (u 2 ? u1 ) ? p(V2 ? V1 ) (u 2 ? u1 ) 称为内潜热,p(V2 ? V1 ) 称为外 L 218 atm 水 K 图。当 T ? T三相点 时,这种物质从固态必须经过液态才能变化为汽态,所以选项 A 不正确。 在凝固过程中,看固态和液态之间的 SL 曲线,它们的熔点随压强的增加而升高,熔化过程 中体积是膨胀的,凝固过程中体积是细小的,与水的反常膨胀不同,所以选项 B 也不正确, 当 T ? T临界点 时,这种物质不可能以液体存在,不论压强多大,它总不能凝结为液相,所以 不存在沸腾现象,临界点的温度已高于任何情况下的沸点温度。选项 C 也不正确。当 p ? p三相点 时,这种物质只有固态与汽态而不是一种稳定的液体。选项 D 也不正确。 解:选项 E 正确。 点评 这是一道考查对物质三态变化的综合题, 通过三相图, 认识三态之间的变化和三 相点与临界点的物理意义。 1 §4.2 气液相变 物质由液态转变为气态叫汽化,由气态转化为液态的过程叫液化。在一定压强下,单位 质量液体变为同温度气体时所吸收的热量称为汽化热,一般用 L 表示;相应的一定压强下, 单位质量的气体凝结为同温度液体时所放出的热量称为凝结热,数值也是 L,在汽化和凝结 过程中,吸收或放出的热量为 Q=mL 4.2、1、液体的汽化 液体的汽化有蒸发和沸腾两种不

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