相变现象是怎样的？

相变现象

相变现象

1．物质的相

物质系统中物理、化学性质完全相同，与其他部分具有明显分界面的均匀部分称为相或物相、物态。与固、液、气三态对应，物质有固相、液相、气相。相变是物质从一种相转变为另一种相的过程。

在常态下，任何气体或气体混合物只有一个相即气相。液体通常只有一个相即液相，但也有例外，例如正常环境条件下，液氦与超流动性液氦分属两种液相。对于固体，不同点阵结构的同种固体物理性质不同，分属不同的相，故同一固体可以有多种不同的相。例如，固态硫有单斜晶硫和正交晶硫两相；碳有金刚石和石墨两相，后来又发现了碳的第三相，即富勒烯；α铁、β铁、γ铁和δ铁是铁的4个固相。由单一物质构成的多相系统称为单元复相系，如冰水混合物和由不同固相构成的铁等。由多种不同物质构成的物相系统称为多元系，如水和酒精的混合物是二元系，空气是多元系。多元系可以是单相的，也可以是多相的。

以系统的状态参量为变量建坐标系，其中的点代表系统的一个平衡状态，叫做相点，这样的图叫相图。图6－4是常用的与热现象有关的P－T相图。

图6－4　相变

图中曲线由相平衡点连接而成：OA是气固平衡线，AB是液固平衡线，AC是气液平衡线。这些相平衡线将P－T图划分为不同区域，每个区域代表一种相。三条相平衡线的交点（A）叫做三相点，在这一点，气、液、固三相可以共存。图中C为气液相变的临界点，在这一点汽化热为0，超过这一点，气态和液态的差别不复存在，物质可由P点的液相沿虚线连续地转变为Q点的气相，而不需要经过一个两相共存的不连续阶段。

2．相变和相变材料

物质在不同相之间相互转变称相变。物质在固相、液相、气相之间转变时，会伴有吸热或放热现象及体积突变现象。单位质量的某种物质在等温、等压条件下，从一相转变为另一相时，所吸收或放出的热量称为相变潜热。通常，伴有相变潜热和体积突变的相变称为第一类（一级）相变。不伴有相变潜热和体积突变的相变称为第二类（二级）相变，例如铁磁体与顺磁体之间在居里温度下的转变；无外磁场时，超导物质在正常导电态与超导态之间的转变；正常液氦与超流动性液氦之间的转变等。

相变是物质内部有序状况变化的结果。相互作用是有序的起因，热运动是无序的来源。在缓慢降温过程中，温度降低到一定程度以致热运动不再能破坏某种特定相互作用造成的有序时，就可能出现新相。以铜镍二元合金为例，合金从液态开始缓慢冷却，当温度降到液相线时，结晶开始，此时结晶出来极少量固相成分，液相成分基本未变；随着温度的降低，固相逐渐增多，液相不断减少，液相的成分沿液相线变化，固相的成分沿固相线变化。

相变材料在其相变温度附近发生相变，释放或吸收大量热量，相变材料的这一特征可被用于储存能量或控制环境温度，在许多领域具有应用价值。此外，相变材料还显示出具有广泛应用价值的一些特点，在建筑节能、现代农业温室、太阳能利用、生物医药制品及食品的冷藏和运输、物理医疗（热疗）、电子设备散热、运动员降温（保暖）服饰、特殊控温服装、航天科技、军事红外伪装、电力调峰应用、工业余热储存利用等诸多领域均具有明显的应用价值。

相变是广泛存在的，在材料科学、热力工程、冶金工程、化学工业和气象学等领域都涉及各种相变过程。