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1、第九章 4 物态变化中的能量交换物质的气态、液态、固态在一定的条件下可以相互转变。在转变的过程中会发生能量的 交换。我们在初中学过的“蒸发吸热”“液化放热”“熔化吸热”“凝固放热”，指的就是 这种能量交换。熔化热熔化(melting)指的是物质从固态变成液态的过程，而凝固(solidifying)指的是从液 态变成固态的过程。为什么熔化会吸热、凝固会放热？原来，固态物质的分子受到周围其他分子的强大作用， 被束缚在一定的位置，只能在这位置附近振动。对固体加热，当温度升高到一定程度时，一 部分分子的能量足以摆脱其他分子的束缚，从而可以在其他分子之间移动，于是固体开始熔 解。某种晶体熔化过程中所需的
2、能量与其质量之比，称做这种晶体的熔化热(melting heat)。 一定质量的晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量相等。不同的晶体有不同的结构， 要破坏不同物质的结构，所需的能量也就不同。因此不同晶体的熔化热也不相同。非晶体液化过程中温度会不断改变，而不同温度下物质由固态变为液态时吸收的热量 是不同的，所以非晶体没有确定的熔化热。表9.4-1几种物质在压强为1.01x105Pa时的熔化热物质名称水铝铜碳酸钙氯化钠二氧化碳熔化热/ (kJkg-i)333.8395.7205.2527.5517.1180.9说一说一定质量的物质熔化时吸收的能量，与这种物质凝固时放出的能量相等。如果不相等，
3、可能出现什么现象？汽化热汽化(vaporization)指的是物质从液态变成气态的过程，液化(liquefaction)指的是 从气态变成液态的过程。液体汽化时，液体分子离开液体表面成为气体分子，要克服其他液体分子的吸引而做功， 因此要吸收能量。某种液体汽化成同温度的气体时所需的能量与其质量之比，称做这种物质 在这个温度下的汽化热(heat of vaporization)。液体汽化时体积会增大很多，分子吸收的 能量不只用于挣脱其他分子的束缚，还用于体积膨胀时克服外界气压做功，所以汽化热还与 外界气体的压强有关。固体(晶体)只在温度达到熔点时熔化，而液体可以在任何温度下汽化，所以在提到汽 化热
4、时一定要注意是在什么温度下的汽化热。一定质量的物质，在一定的温度和压强下，汽化时吸收的热量与液化时放出的热量相等。0/OJkQ)图9.4-1水在大气压强为1.01 X 105Pa下汽化热与温度的关系表9.4-2几种物质在压强为1.01X 105 Pa、温艮度为沸点时的汽化热物质名称水氧氮硅硒钠沸点/c100-182.96-195.82 355684.9882.9汽化热/ (kJkg-i)2 2602132001.06x1047.6x1023.9x103做一做了解热管热管是利用液化和汽化传递热量的装置，近年来发展很快。登录一个有搜索功能的网站， 键入“热管”二字，你就能获得许多关于热管的原理、应
5、用的知识，以及相关的商业知识。 说一说在一定的压强下，不同物质的沸点是不同的。利用这个性质可以分离不同的液态物质。 图9.4-2是我国湖北一个小酒厂从酒与水的混合物中把酒提纯的装置。你能说出它的工作流 程吗？输汽管图9.4-2 小酒厂造酒时的提纯上面的过程在工业上叫做分馏。按照同样的道理，可以从空气中制氧，还可以从石油中 分离汽油、煤油、柴油等。科学漫步气体的液化科学研究、工农业生产和日常生活中都会用到液化气体。炼油厂生产的丙烷、丁烷和丙 烯、丁烯等气体，液化后变成液化石油气（LPG），装在钢瓶中，可以用于烧饭，也可以代 替汽油驱动汽车。气体液化后体积大大缩小，便于储存和运输。例如，有的火箭发
6、动机就用 液氢和液氧做燃料。液氮和液氦还常在实验室中用来获得低温。要把气体液化，先要把未饱和汽变成饱和汽。在一定温度下，饱和汽的密度大于未饱和汽的密度。在保持温度不变的情况下，用增大 压强的办法来减小未饱和汽的体积，增大它的密度，那么，压缩到一定程度时未饱和汽就成 了饱和汽。这时进一步减小气体的体积，就能使饱和汽凝结成液体。饱和汽的密度还跟温度有关系。温度越低，饱和汽的密度就越小。如果保持气体的密度 不变，降低它的温度，当气体的实际密度等于饱和汽的密度时，气体也就变成了饱和汽，如 果进一步降温，饱和汽就会凝结成液体。实际上往往同时增大压强和降低温度以使气体液化。那么，这样的方法是否能使所有的
7、气体液化呢？19世纪，法拉第和其他一些科学家在这方面做了许多工作。他们运用增压和冷却的办 法，把许多气体都液化了，其中有氨、氯、二氧化硫、氯化氢、硫化氢、二氧化碳等。但是， 他们发现，有几种气体，例如氧、氢、氮等，无论怎样加压都不能使其液化。当时以为这些 气体是不能液化的“永久气体”。后来，进一步的研究发现，各种气体都有一个特殊的温度，在这个温度以上，无论怎样 增大压强也不能使其液化，这个温度叫做临界温度。氧、氢、氮等气体之所以没有被液化， 是因为它们的临界温度很低，当时的技术还不能获得这样的低温。于是，科学家和工程师们 又努力改进低温技术，结果在20世纪初，所有的气体都被液化了。最后一种气体
8、是氦，它 于1908年被液化（临界温度5.35 K）,后来还被凝固成了固态（熔点0.95 K）。图9.4-3液态氮在低温物理学中有很多用途问题：水蒸气的临界温度是多少？本节已经给出了这个问题的信息，你能找到吗？问题与练习1. 晶体熔化时需要从外界吸热，而温度又不升高，这些热量消耗在哪里？2. 人的体温是由下丘脑中特殊神经细胞监察和控制的，这些神经就像一个温度传感器， 对人体血液的温度很敏感。当流过下丘脑的血液的温度高于正常值时，它促使人体散热机制 活跃起来，使人出汗。轻量级举重运动员参赛前常在高温、高湿的环境中通过大量排汗达到 减少体重的目的。如果一位体重60 kg的运动员某次训练的排汗量是0.5 kg,而且这些汗水 都从运动员身上蒸发掉了而没有流掉,这将导致运动员的体温降低多少？已知常温下水的汽 化热是2.4X106 J/kg。人体的主要成分是水，可以认为人体的比热容与水的比热容相等。3. 某校研究性学习小组为估测太阳对地面的辐射功率，制作了一个直径0.2 m的0C的 冰球，在环境温度为0C时，用黑布把冰球包裹后悬吊在弹簧测力计下放到太阳光中。经过 40 min后弹簧测力计的读数减少了 3.49 N。请你帮助这个小组估算太阳光垂直照射在某一 单位面积上的辐射功率。冰的熔化热为3.35x105 J/kg。
