第二節(jié)《汽化和液化》背景資料(蘇科版初二上)

第二節(jié)《汽化和液化》背景資料（蘇科版初二上）?汽化和液化?背景資料背景資料一：水落油鍋什么緣故會(huì)爆炸?水一濺入熱油鍋，趕忙會(huì)產(chǎn)生〝劈劈啪啪〞的一陣爆炸聲。假如油花濺在皮膚上，還會(huì)燙起小泡，疼得專門。水落在熱油鍋里，什么緣故會(huì)爆炸呢？這要從從水受熱后的變化講起：水加熱到100℃，就達(dá)到了沸點(diǎn)，這時(shí)它從原先的液體狀態(tài)變成氣體狀態(tài)，成了水蒸氣。當(dāng)一滴水落進(jìn)了熱油鍋里，由于油的沸點(diǎn)一樣都在200℃以上，加熱后的油即使沒有達(dá)到沸點(diǎn)，也早已超過了弄明白了那個(gè)道理，就明白燒菜時(shí)不能把熱油鍋內(nèi)弄進(jìn)水滴，連炒菜用的鍋鏟、勺子上也不能沾著水點(diǎn)，還有含水分較多的食物，要放進(jìn)油鍋去煎炸時(shí)，必須將食物順著鍋沿，小心地放入鍋里，以免油花濺到身上。背景資料二：水燒開時(shí)可不能溢出來，什么緣故粥燒開了會(huì)溢出來呢?水燒開時(shí)，水蒸氣形成的氣泡上升到水面，就會(huì)趕忙爆裂，可不能積聚起來，水面的高度可不能升高得太多，水也就可不能溢瀉出來。

粥燒開時(shí)，由于米粒的淀粉和水混合變成糊狀，增大了粥的粘性，導(dǎo)致水蒸氣形成的氣泡不易爆破，一直積聚在粥面上，愈堆愈高，就從煲蓋溢瀉出來。把煲蓋掀開，用筷子支承著，使蓋與煲離開一段距離，利用空氣冷縮氣泡，就能夠減輕溢出的程度。背景資料三：〝坎兒井〞——綠洲的生命之源入夏，進(jìn)入吐魯番盆地，浩渺的戈壁灘上，看得見一行行排列整齊的錐形土堆，形似墳塋；冬季，一股股熱氣從地中慢慢噴出，那確實(shí)是坎兒井的井口?？矁壕峭卖敺糯髅褡迦罕姷膫ゴ笾圃?。一、坎兒井名稱的由來坎兒井，伊朗稱之為Qanat，伊拉克稱作Madazcha，而吐魯番那么稱作kariz，三者讀音明顯不一樣。在我國，坎兒井一詞，最早顯現(xiàn)于春秋戰(zhàn)國時(shí)期。?莊子·秋水篇?中曾有〝子獨(dú)不聞夫坎井之蛙乎〞之句。唐代西州文書中有〝胡麻井渠〞的記載。明代萬歷三年〔公元1575年〕，石茂華?遠(yuǎn)夷謝恩求貢事?一文中有關(guān)于〝牙坎兒〞的記載。到了清朝乾隆年間那么稱之為卡井。由此可知，坎兒井名稱源自中國。它演變的過程可歸納為井〔周〕→坎井〔戰(zhàn)國至漢〕→井渠〔唐、元〕→卡井〔清〕→坎兒井〔現(xiàn)代〕。二、坎兒井——綠洲生命之源吐魯番是全國有名的火爐。高溫少雨，水貴如油，但是吐魯番綠洲卻逐年擴(kuò)大，城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)日趨繁榮。論功行賞，坎兒井當(dāng)推首功。吐魯番地區(qū)共有坎兒井1100多道。其中吐魯番市為538道，鄯善418道，托克遜180道。這些坎兒井，年徑流量達(dá)2.94億立方米，占吐魯番總灌溉面積的30％以上?？矁壕蔷G洲生命之源。沒有坎兒井，就不可能有吐魯番那么多的綠洲。三、坎兒井——偉大的地下水利工程坎兒井，被譽(yù)為我國古代三大工程之一，與橫亙?nèi)f里的長(zhǎng)城、縱貫?zāi)媳钡拇筮\(yùn)河齊名，是我國古代各族人民的偉大制造。每條坎兒井的長(zhǎng)短，因地理環(huán)境實(shí)際利用不同而不同。長(zhǎng)的可達(dá)20公里以下，短的只有100米左右。按每條4公里運(yùn)算，總長(zhǎng)度將超過4400公里，比搖籃之河黃河還長(zhǎng)。四、坎兒井的構(gòu)造坎兒井由明渠、暗渠、豎井和澇壩四部分組成。暗渠是坎兒井的主體，即地下水河道，一樣高約1.7米，寬約1.2米，掏撈工程十分艱巨。豎井是出運(yùn)井下泥沙石礫的通道，也是通風(fēng)送氣口。井深因地勢(shì)和地下水位高低不同而有深有淺，一樣是越靠近源頭，豎井就越深，最深的井可達(dá)90米以上。豎井與豎井之間的距離，隨坎兒井的長(zhǎng)度而有所不同，一樣是20～70米，就有一口豎井。越是水源上頭，間距越短，反之，間距那么越長(zhǎng)。一條坎兒井，豎井少那么十多個(gè)，多那么上百個(gè)。豎井井口呈長(zhǎng)方形，長(zhǎng)1米左右，寬0.7米。暗渠的出水口叫〝龍口〞，和地面的明渠相聯(lián)接?？矁壕⑷霛硥?，然后引入渠道灌溉農(nóng)田。背景資料四：蒸汽機(jī)蒸汽機(jī)是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的往復(fù)式動(dòng)力機(jī)械。蒸汽機(jī)的顯現(xiàn)曾引起了18世紀(jì)的工業(yè)革命。直到20世紀(jì)初，它仍舊是世界上最重要的原動(dòng)機(jī)，后來才逐步讓位于內(nèi)燃機(jī)和汽輪機(jī)等。

16世紀(jì)末到17世紀(jì)后期，英國的采礦業(yè)，專門是煤礦，已進(jìn)展到相當(dāng)?shù)囊?guī)模，單靠人力、畜力已難以滿足排除礦井地下水的要求，而現(xiàn)場(chǎng)又有豐富而廉價(jià)的煤作為燃料。現(xiàn)實(shí)的需要促使許多人，如英國的帕潘、薩弗里、紐科門等就致力于〝以火力提水〞的探究和試驗(yàn)。

薩弗里制成的世界上第一臺(tái)有用的蒸汽提水機(jī)，在1698年取得標(biāo)名為〝?shù)V工之友〞的英國專利。他將一個(gè)蛋形容器先充滿蒸汽，然后關(guān)閉進(jìn)汽閥，在容器外噴淋冷水使容器內(nèi)蒸汽冷凝而形成真空。打開進(jìn)水閥，礦井底的水受大氣壓力作用經(jīng)進(jìn)水管吸入容器中；關(guān)閉進(jìn)水閥，重開進(jìn)汽閥，靠蒸汽壓力將容器中的水經(jīng)排水閥壓出。待容器中的水被排空而充滿蒸汽時(shí)，關(guān)閉進(jìn)汽閥和排水閥，重新噴水使蒸汽冷凝。如此反復(fù)循環(huán)，用兩個(gè)蛋形容器交替工作，可連續(xù)排水。

薩弗里的提水機(jī)依靠真空的吸力汲水，汲水深度不能超過六米。為了從幾十米深的礦井汲水，須將提水機(jī)裝在礦井深處，用較高的蒸汽壓力才能將水壓到地面上，這在當(dāng)時(shí)無疑是困難而又危險(xiǎn)的。

紐科門及其助手卡利在1705年發(fā)明了大氣式蒸汽機(jī)，用以驅(qū)動(dòng)獨(dú)立的提水泵，被稱為紐科門大氣式蒸汽機(jī)。這種蒸汽機(jī)先在英國，后來在歐洲大陸得到迅速推廣，它的改型產(chǎn)品直到19世紀(jì)初還在制造。紐科門大氣式蒸汽機(jī)的熱效率專門低，這要緊是由于蒸汽進(jìn)入汽缸時(shí)，在剛被水冷卻過的汽缸壁上冷凝而缺失掉大量熱量，只在煤價(jià)低廉的產(chǎn)煤區(qū)才得到推廣。

1764年，英國的儀器修理工瓦特為格拉斯哥大學(xué)修理紐科門蒸汽機(jī)模型時(shí)，注意到了這一缺點(diǎn)，并于1765年發(fā)明了設(shè)有與汽缸壁分開的凝汽器的蒸汽機(jī)，并于1769年取得了英國的專利。初期的瓦特蒸汽機(jī)仍用平穩(wěn)杠桿和拉桿機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)提水泵，為了從凝汽器中抽除凝聚水和空氣，瓦特裝設(shè)了抽氣泵。他還在汽缸外壁加裝夾層，用蒸汽加熱汽缸壁，以減少冷凝缺失。

1782年前后，瓦特將機(jī)器進(jìn)一步改進(jìn)，完成了兩項(xiàng)重要發(fā)明：在活寒工作行程的中途，關(guān)閉進(jìn)汽閥，使蒸汽膨脹作功以提高熱效率；使蒸汽在活塞兩面都作功(雙作用式)，以提高輸出功率。這時(shí)的活塞既要向下拉動(dòng)杠桿又要向上推動(dòng)杠桿，扇形平穩(wěn)杠桿和拉鏈已不再適用，瓦特使發(fā)明了平行四邊形機(jī)構(gòu)。瓦特還于18世紀(jì)末將曲柄連桿機(jī)構(gòu)用在蒸汽機(jī)上。

瓦特的制造性工作使蒸汽機(jī)迅速地進(jìn)展，他使原先只能提水的機(jī)械，成為了能夠普遍應(yīng)用的蒸汽機(jī)，并使蒸汽機(jī)的熱效率成倍提高，煤耗大大下降。因此瓦特是蒸汽機(jī)最要緊的發(fā)明人。

自18世紀(jì)晚期起，蒸汽機(jī)不僅在采礦業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，在冶煉、紡織、機(jī)器制造等行業(yè)中也都獲得迅速推廣。它使英國的紡織品產(chǎn)量在20多年內(nèi)(從1766年到1789年)增長(zhǎng)了5倍，為市場(chǎng)提供了大量消費(fèi)商品，加速了資金的積存，并對(duì)運(yùn)輸業(yè)提出了迫切要求。

在船舶上采納蒸汽機(jī)作為推進(jìn)動(dòng)力的實(shí)驗(yàn)始于1776年,通過不斷改進(jìn)，至1807年，美國的富爾頓制成了第一艘有用的明輪推進(jìn)的蒸汽機(jī)船〝克萊蒙脫〞號(hào)。此后，蒸汽機(jī)在船舶上作為推進(jìn)動(dòng)力歷百余年之久。

1801年，英國的特里維西克提出了可移動(dòng)的蒸汽機(jī)的概念，1803年，這種利用軌道的可移動(dòng)蒸汽機(jī)第一在煤礦區(qū)顯現(xiàn)，這確實(shí)是機(jī)車的雛型。英國的斯蒂芬森將機(jī)車不斷改進(jìn)，于1829年制造了〝火箭〞號(hào)蒸汽機(jī)車，該機(jī)車拖帶一節(jié)載有30位乘客的車廂，時(shí)速達(dá)46公里/時(shí)，引起了各國的重視，開創(chuàng)了鐵路時(shí)代。

19世紀(jì)末，隨著電力應(yīng)用的興起，蒸汽機(jī)曾一度作為電站中的要緊動(dòng)力機(jī)械。1900年，美國紐約曾有單機(jī)功率達(dá)五兆瓦的蒸汽機(jī)電站。

蒸汽機(jī)的進(jìn)展在20世紀(jì)初達(dá)到了頂峰。它具有恒扭矩、可變速、可逆轉(zhuǎn)、運(yùn)行可靠、制造和修理方便等優(yōu)點(diǎn)，因此曾被廣泛用于電站、工廠、機(jī)車和船舶等各個(gè)領(lǐng)域中，專門在軍艦上成了當(dāng)時(shí)唯獨(dú)的原動(dòng)機(jī)。

蒸汽機(jī)按蒸汽在活塞一側(cè)或兩側(cè)工作，可分為單作用和雙作用式；按汽缸布置方式，可分為立和臥式；按蒸汽是在一個(gè)汽缸中膨脹或依次連續(xù)在多個(gè)汽缸中膨脹，可分為單脹式和多脹式；按蒸汽在汽缸中的流向，可分為回流式和單流式；按排汽方式和排汽壓力可分為凝汽式、大氣式和背壓式。

簡(jiǎn)單蒸汽機(jī)要緊由汽缸、底座、活塞、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、滑閥配汽機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)和飛輪等部分組成，汽缸和底座是靜止部分。從鍋爐來的新蒸汽，經(jīng)主汽閥和節(jié)流閥進(jìn)入滑閥室，受滑閥操縱交替地進(jìn)入汽缸的左側(cè)或右側(cè)，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。

蒸汽機(jī)的進(jìn)展第一表達(dá)在功率和效率的提高，而這又要緊取決于蒸汽參數(shù)的提高。初期蒸汽機(jī)的蒸汽壓力僅為0.11～0.13兆帕，19世紀(jì)初才達(dá)到0.35～0.7兆帕，20世紀(jì)20年代曾用到6～10兆帕。在蒸汽溫度上，19世紀(jì)末還不超過250℃，而到20世紀(jì)30年代曾用到450～480℃。

至于效率，瓦特初期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的蒸汽機(jī)，按燃料熱值計(jì)總效率不超過3％；到1840年，最好的凝汽式蒸汽機(jī)總效率可達(dá)8％；到20世紀(jì)，蒸汽機(jī)最高效率可達(dá)到20％以上。

在轉(zhuǎn)速方面，18世紀(jì)末瓦特蒸汽機(jī)僅40～50轉(zhuǎn)/分；20世紀(jì)初轉(zhuǎn)速達(dá)到100～300轉(zhuǎn)/分，個(gè)不蒸汽機(jī)曾達(dá)到2500轉(zhuǎn)/分。在功率方面，最初單機(jī)功率僅幾馬力，20世紀(jì)初的一臺(tái)船用蒸汽機(jī)的功率可達(dá)25000馬力。

隨著蒸汽參數(shù)和功率的提高，蒸汽已不可能在一個(gè)汽缸中連續(xù)膨脹，還必須在相連接的汽缸中連續(xù)膨脹，因此顯現(xiàn)了多級(jí)膨脹的蒸汽機(jī)。蒸汽機(jī)因受到潤滑油閃點(diǎn)的限制，所用蒸汽的最高溫度一樣都不超過400℃，機(jī)車，船用等移動(dòng)式蒸汽機(jī)還略低一些，多數(shù)不高于350℃。考慮到膨脹的可能性和結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，常用壓力在2.5兆帕以下。蒸汽參數(shù)受到限制，從而也限制了蒸汽機(jī)功率的進(jìn)一步提高。

蒸汽機(jī)的顯現(xiàn)和改進(jìn)促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)展，但同時(shí)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)展反過來又向蒸汽機(jī)提出了更高的要求，如要求蒸汽機(jī)功率大、效率高、重量輕、尺寸小等。盡管人們對(duì)蒸汽機(jī)作過許多改進(jìn)，不斷擴(kuò)大它的使用范疇和改善它的性能，然而隨著汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)展，蒸汽機(jī)因存在不可克服的弱點(diǎn)而逐步衰落。蒸汽機(jī)的弱點(diǎn)是：離不開鍋爐，整個(gè)裝置既笨重又龐大；新蒸汽的壓力和溫度不能過高，排氣壓力不能過低，熱效率難以提高；它是一種往復(fù)式機(jī)器，慣性力限制了轉(zhuǎn)速的提高；工作過程是不連續(xù)的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。因此，拋棄了笨重鍋爐的內(nèi)燃機(jī)，最終以其重量輕，體積小、熱效率高和操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，在船舶和機(jī)車內(nèi)逐步取代了蒸汽機(jī)。汽輪機(jī)那么以其熱效率高、單機(jī)功率大、轉(zhuǎn)速高、單位功率重量輕和運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，將蒸汽機(jī)排擠出了電站。

接著電動(dòng)機(jī)又以其使用方便，代替了蒸汽機(jī)在工業(yè)設(shè)備中的應(yīng)用。然而小功率蒸汽機(jī)熱效率比汽輪機(jī)高，因此在產(chǎn)煤區(qū)或只有劣質(zhì)燃料的地區(qū)或某些專門場(chǎng)合，蒸汽機(jī)仍有發(fā)揮作用的余