熱學(xué)6_固液體相變

1、第六章、第六章、固、液體性質(zhì)與相變固、液體性質(zhì)與相變（ 2017-05-252017-05-25）6.16.1、固、液體性質(zhì)簡(jiǎn)介、固、液體性質(zhì)簡(jiǎn)介6.26.2、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡6.36.3、氣、液相變氣、液相變 宏觀物質(zhì)由分子/原子組成, 分子在不停的做熱運(yùn)動(dòng),有能量ek，分子與分子之間有相互作用，對(duì)應(yīng)勢(shì)能ep ekep：氣體氣體 ekep：固體固體 ekep： 液體液體6.16.1、固、液體性質(zhì)簡(jiǎn)介、固、液體性質(zhì)簡(jiǎn)介凝聚態(tài)凝聚態(tài)分子間的相互作用（結(jié)合），通過化學(xué)鍵來實(shí)現(xiàn)：離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵、范德瓦耳分子間的相互作用（結(jié)合），通過化學(xué)鍵來實(shí)現(xiàn)：離子

2、鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵、范德瓦耳斯鍵、氫鍵等。斯鍵、氫鍵等。6.16.1、固、液體性質(zhì)簡(jiǎn)介、固、液體性質(zhì)簡(jiǎn)介6.1.16.1.1、固體、固體晶體晶體非晶體非晶體單晶：有規(guī)則的幾何形狀，各向異性，有固定熔點(diǎn)，例如冰鹽，石英，云母。多晶：金屬晶體，各向同性，有固定熔點(diǎn) 沒有固定熔點(diǎn)，連續(xù)相變，各向同性。例如，玻璃，瀝青，塑料等。短程有序，短程有序，長(zhǎng)程無序長(zhǎng)程無序分子/原子組成晶體時(shí)，形成了整齊的周期性點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，進(jìn)而在宏觀尺度上出現(xiàn)規(guī)則的周期性結(jié)構(gòu)長(zhǎng)程有序長(zhǎng)程有序(long range -order)6.16.1、固、液體性質(zhì)、固、液體性質(zhì)6.1.16.1.1、固體、固體-晶體中的結(jié)合力和結(jié)合能晶體中

3、的結(jié)合力和結(jié)合能 晶體每個(gè)格點(diǎn)（原子）有晶體每個(gè)格點(diǎn)（原子）有3 3個(gè)振動(dòng)自由度個(gè)振動(dòng)自由度 能量均分定理能量均分定理 每個(gè)振動(dòng)自由度平均熱運(yùn)動(dòng)能量每個(gè)振動(dòng)自由度平均熱運(yùn)動(dòng)能量k kb bt t 單質(zhì)晶體摩爾內(nèi)能：?jiǎn)钨|(zhì)晶體摩爾內(nèi)能：u = nu = na a 3k3kb bt = 3rtt = 3rt.kmol25j3rdtduc11 單質(zhì)晶體摩爾熱容：晶體分子晶體分子/ /原子熱運(yùn)動(dòng)：熱振動(dòng)原子熱運(yùn)動(dòng)：熱振動(dòng)熱膨脹：很??！熱膨脹：很?。醾鲗?dǎo)：晶格波熱傳導(dǎo)：晶格波自由電子（金屬）自由電子（金屬）6.16.1、固、液體性質(zhì)、固、液體性質(zhì)6.1.26.1.2、液體、液體性質(zhì)介于固、氣體之間：性質(zhì)

4、介于固、氣體之間： 短程有序，長(zhǎng)程無序短程有序，長(zhǎng)程無序液體分子的運(yùn)動(dòng)：（液體分子的運(yùn)動(dòng)：（1 1）平衡點(diǎn)附近作熱振動(dòng)；（）平衡點(diǎn)附近作熱振動(dòng)；（2 2）平衡點(diǎn)轉(zhuǎn)移。）平衡點(diǎn)轉(zhuǎn)移。:液體分子的定居時(shí)間液體分子的定居時(shí)間在平衡點(diǎn)停留時(shí)間在平衡點(diǎn)停留時(shí)間. .:“過冷過冷”：非晶態(tài)非晶態(tài)“固體固體”:0“過熱過熱”：氣體氣體 無統(tǒng)一完整理論無統(tǒng)一完整理論從兩頭（晶體、氣體）逼近從兩頭（晶體、氣體）逼近液體液體沸點(diǎn)沸點(diǎn)氣體氣體液體液體凝結(jié)凝結(jié)固體固體界面問題界面問題:液體表面張力 分子之間太近表現(xiàn)為斥力，遠(yuǎn)了表現(xiàn)為引力，再遠(yuǎn)就沒有相互作用了。液體分子之間有一引力作用半徑r0分子作用球分子作用球6.1

5、6.1、固、液體性質(zhì)、固、液體性質(zhì)6.1.26.1.2、液體、液體6.16.1、固、液體性質(zhì)、固、液體性質(zhì)6.1.26.1.2、液體、液體失重情況下看表面張力更加的迷人！失重情況下看表面張力更加的迷人！)0(,)(00ctto液、氣體接觸處液、氣體接觸處自由表面自由表面lf表面張力：表面張力：表面張力系數(shù)等于增加單位液體面積所增加的液體表面自由能表面張力系數(shù)等于增加單位液體面積所增加的液體表面自由能表面張力系數(shù)表面張力系數(shù))11(21rrp附加壓強(qiáng)的附加壓強(qiáng)的laplacelaplace公式：公式：rrp422肥皂泡：肥皂泡：rp2凹球面：凹球面：lf26.16.1、固、液體性質(zhì)、固、液體性質(zhì)

6、6.1.26.1.2、液體、液體表面現(xiàn)象表面現(xiàn)象：（：（液液- -固體接觸處）固體接觸處）“濕潤(rùn)濕潤(rùn)毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象 2潤(rùn)濕：潤(rùn)濕：2不潤(rùn)濕：不潤(rùn)濕：0完全潤(rùn)濕：完全潤(rùn)濕：完全不潤(rùn)濕：完全不潤(rùn)濕： pkpk 6.16.1、固、液體性質(zhì)、固、液體性質(zhì)6.1.26.1.2、液體、液體毛細(xì)現(xiàn)象（毛細(xì)現(xiàn)象（毛細(xì)管插入液體）若管壁若管壁 能被液體潤(rùn)濕，則管內(nèi)液面呈凹曲能被液體潤(rùn)濕，則管內(nèi)液面呈凹曲面，且比管外液面高。面，且比管外液面高。若管壁不能被液體潤(rùn)濕，則管內(nèi)液面呈凸曲若管壁不能被液體潤(rùn)濕，則管內(nèi)液面呈凸曲面，且比管外液面低。面，且比管外液面低。grh2 例1、某液體表面張力系數(shù)為7.6x10 (-

7、4) n/m，用一個(gè)滴管口內(nèi)徑為1.3mm的滴管緩慢下滴液體，問落下的液滴質(zhì)量幾何？ 例2、太空中，宇航員在空間站內(nèi)釋放了兩個(gè)水滴，半徑為r1,r2(r1r2), 宇航員用一個(gè)非常細(xì)的吸管連接兩個(gè)水滴，請(qǐng)問會(huì)發(fā)生什么？ 例3、某密度材料和水完全不潤(rùn)濕。做成圓盤，厚t，半徑r。把它輕放在水上。（1）半徑r大易下沉還是半徑小易下沉；（2）臨界半徑為多少？第六章、第六章、固、液體性質(zhì)與相變固、液體性質(zhì)與相變（ 2010-06-13c2010-06-13c）6.1、固、液體性質(zhì)簡(jiǎn)介6.26.2、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡6.3、氣、液相變6.4、固、液相變與固、氣相變6

8、.26.2、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡6.2.16.2.1、相與相變、相與相變6.2.26.2.2、單元系一級(jí)相變、單元系一級(jí)相變物態(tài)物態(tài)：大量微觀粒子在一定溫度和壓強(qiáng)下聚集為一種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。物態(tài)按宏觀特征分為固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)；物態(tài)按微觀結(jié)構(gòu)分為結(jié)晶、離子態(tài)、超導(dǎo)態(tài)等。相相：物理性質(zhì)均勻，且有明確界面與其它部分分隔開來且有明確界面與其它部分分隔開來的部分。單相系為整個(gè)系統(tǒng)各處性質(zhì)均勻；復(fù)相系為系統(tǒng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上不同的各自均勻的部分組成。組元組元：系統(tǒng)中所含的一種化學(xué)成分。有單元二相系、二元單相系等。例如，水和水蒸氣為單元二相系；水和酒精混合物為二元單相系。

9、相變相變：不同相之間的轉(zhuǎn)變。例如，固液，固氣，液氣一級(jí)相變一級(jí)相變：（a）系統(tǒng)體積有顯著變化； （b）有相變潛熱。相變潛熱相變潛熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的物質(zhì)從一個(gè)相轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑴囟鹊牧硪粋€(gè)相的過程中，所吸收或放出的熱量。例如，結(jié)晶與熔解（熱），凝結(jié)與氣化（熱）6.26.2、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡6.2.36.2.3、復(fù)相平衡與相平衡條件、復(fù)相平衡與相平衡條件 單元系固、液、氣三相可相互轉(zhuǎn)變，單元系固、液、氣三相可相互轉(zhuǎn)變，一定條件一定條件下兩、甚至三相可平衡共存。下兩、甚至三相可平衡共存。一個(gè)大氣壓、一個(gè)大氣壓、9090攝氏度下，攝氏度下，h h2 2o o固、液態(tài)固、液

10、態(tài)不能共存；氣、液態(tài)可共存。不能共存；氣、液態(tài)可共存。022221111sssss孤立系統(tǒng)平衡條件：孤立系統(tǒng)平衡條件：)(),;(),;(221122112211212222222222211111111111constsssconstuuuconstvvvconstssuuvvtssuuvvt考慮一單元兩相系統(tǒng)：考慮一單元兩相系統(tǒng)：000222211112222111121uuuuuvvvvv對(duì)于虛擬轉(zhuǎn)變，孤立系統(tǒng)對(duì)于虛擬轉(zhuǎn)變，孤立系統(tǒng)兩相物理量增量滿足：兩相物理量增量滿足：6.26.2、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡6.2.36.2.3、復(fù)相平衡與相平衡條件、復(fù)

11、相平衡與相平衡條件 022221111sssss孤立系統(tǒng)平衡條件：孤立系統(tǒng)平衡條件：tpdvdutqdds000222211112222111121uuuuuvvvvv0)()11()(12211112111221222121vtptputttvvptuuss0)(,2212221212121tvvptuusspptt6.26.2、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡0)()(,2212212221212121ttvvptuussppttpvtsu定義定義化學(xué)勢(shì)：化學(xué)勢(shì)：: : 212121pptt熱平衡熱平衡相平衡相平衡力學(xué)平衡力學(xué)平衡0)(0)(1212211sss相

12、變方向相變方向：相變通常在相變通常在等溫、等壓等溫、等壓條件下發(fā)生。條件下發(fā)生。6.26.2、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡),(),(),(),(ptvpptstptupvtsupt化學(xué)勢(shì)：化學(xué)勢(shì)：),(),(),(),(),(),(ptptptptptptsgsllg升華曲線：熔解曲線：汽化曲線：相平衡曲線：相平衡曲線：),(,ptslg熱力學(xué)熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn))()(pttortpp6.2.46.2.4、相圖、相圖6.26.2、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡相變曲線的斜率相變曲線的斜率)()()(121212vvtlvvtsstdtdp

13、6.2.5、克拉珀龍（、克拉珀龍（clapeyron）方程：）方程：摩爾潛熱摩爾潛熱第六章、第六章、固、液體性質(zhì)與相變固、液體性質(zhì)與相變（ 2010-06-13c2010-06-13c）6.1、固、液體性質(zhì)簡(jiǎn)介6.26.2、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡6.36.3、氣、液相變氣、液相變6.36.3、氣、液相變、氣、液相變6.3.16.3.1、蒸發(fā)與沸騰、蒸發(fā)與沸騰汽化汽化由液相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀?，包含蒸發(fā)與沸騰。蒸發(fā)發(fā)生在液體表面蒸發(fā)發(fā)生在液體表面，在任何溫度下都可以進(jìn)行；沸騰發(fā)生在液體內(nèi)部沸騰發(fā)生在液體內(nèi)部，對(duì)應(yīng)沸點(diǎn)。飽和蒸汽壓飽和蒸汽壓：氣液兩相平衡時(shí)蒸汽的壓強(qiáng)。 （

14、1）飽和蒸汽壓與蒸汽體積無關(guān)； （2）飽和蒸汽壓隨溫度升高而增加； （3）飽和蒸汽壓與物質(zhì)種類有關(guān)； （4）飽和蒸汽壓與液面彎曲情況有關(guān)。經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)(液面敞開系統(tǒng))： （1）液面大，蒸發(fā)快；（2）溫度高，蒸發(fā)快； （3）通風(fēng)好，蒸發(fā)快；（4）下雨天，蒸發(fā)慢； （5）液體最終完全蒸發(fā)。一、蒸發(fā)一、蒸發(fā)封閉容器中封閉容器中：處于氣液兩相平衡時(shí)的蒸汽單位時(shí)間跑出液面的分子數(shù)等于返回液體的分子數(shù)飽和蒸汽飽和蒸汽6.36.3、氣、液相變、氣、液相變6.3.16.3.1、蒸發(fā)與沸騰、蒸發(fā)與沸騰汽化汽化二、沸騰二、沸騰沸騰條件沸騰條件： 沸騰前， ，隨著t升高，飽和蒸汽壓升高，體積增大。當(dāng)飽和增氣壓增到相等時(shí)

15、，氣泡平衡被打破，靠浮力上升破裂，放出里面的飽和蒸汽。 蒸發(fā)與沸騰的比較蒸發(fā)與沸騰的比較： （1）沸騰在沸點(diǎn)進(jìn)行，蒸發(fā)在任何溫度下都可進(jìn)行；（2）蒸發(fā)在液體表面進(jìn)行，沸騰在整個(gè)液體進(jìn)行。封閉系統(tǒng)無沸騰封閉系統(tǒng)無沸騰過熱液體、暴沸過熱液體、暴沸由液相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀啵舭l(fā)與沸騰。蒸發(fā)發(fā)生在液體表面蒸發(fā)發(fā)生在液體表面，在任何溫度下都可以進(jìn)行；沸騰發(fā)生在液體內(nèi)部沸騰發(fā)生在液體內(nèi)部，對(duì)應(yīng)沸點(diǎn)。 經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)(液面敞開系統(tǒng)) ： （1）：液體沸騰時(shí)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)的溫度； （2）劇烈翻騰。（3）整個(gè)液體中進(jìn)行6.36.3、氣、液相變、氣、液相變6.3.26.3.2、，沸點(diǎn)與壓強(qiáng)的關(guān)系，沸點(diǎn)與壓強(qiáng)的關(guān)系)(lgvvv

16、tldtdpeq.clapeyron2rtpldtdpvrtpvglgvv 氣相壓強(qiáng)與溫度的依賴關(guān)系氣相壓強(qiáng)與溫度的依賴關(guān)系相圖，汽化曲線：飽和相圖，汽化曲線：飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系。蒸汽壓與溫度的關(guān)系。飽和蒸汽壓飽和蒸汽壓汽化熱rtlconstvepp./28)(:2atmklvvtdpdtohvlg第六章、第六章、固、液體性質(zhì)與相變固、液體性質(zhì)與相變（ 2010-06-13c2010-06-13c）6.1、固、液體性質(zhì)簡(jiǎn)介6.26.2、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡、單元系一級(jí)相變特征與復(fù)相平衡6.36.3、氣、液相變氣、液相變)(eq.clapeyronslmvvtldtdp熔解熱熔解熱kelvin15.273pointmeltingice,12tohatmpatmkelvinlvvtdpdtmsl/00756. 0)(atmkdpdt/00752. 06.4.16.4.1、kgjlkgmvkgm