从水到汽的变—化—物态变化

3　从水到汽的变—化—物态变化

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秋天，清晨的雾在太阳出来后散去；冰放在太阳下，一会儿就变成了水，水一会儿就不见了，这些都是最简单的变化，这个变化在物理学中有一个名词——物态变化。

固态水——冰

物质由大量分子构成，这些分子在永不停息地做无规则的热运动，且不同的分子做热运动的速度不同，就形成了物质的三种状态：固态、液态、气态，在物理学中，我们把物质的状态称为物态。我们把物质从一种状态变化到另一种状态的过程，叫作物态变化。由于物态有三种，它们两两之间可以相互转化，所以物态变化有六种，可以记为三态六变：熔化、凝固、汽化、液化、升华、凝华。

物质从固态转换为液态时，这种现象叫熔化，熔化要吸热，比如冰吸热熔化成水。

物质从液态转换为固态时，这种现象叫凝固，凝固要放热，比如水放热凝固成冰。

非晶体——石蜡

知识放大镜

物态变化与能量关系

如何判断发生的是哪种物态变化以及在变化过程中吸热放热情况？关键是找到物质在发生物态变化前后的两种状态，再根据定义进行比较，就可以得出正确的结论。

熔化：固态→液态（吸热）；

凝固：液态→固态（放热）；

汽化：液态→气态（吸热）；

液化：气态→液态（放热）；

升华：固态→气态（吸热）；

凝华：气态→固态（放热）。

这里所说的“吸热”与“放热”的“热”都是指热量，不是温度。

这些从固态转换为液态的固体又分为晶体和非晶体，晶体有熔点，就是温度达到熔点时就会熔化，熔化时温度不会高于熔点，完全融化后温度才会上升。非晶体没有固定的熔点，所以熔化过程中的温度不定，如石蜡在融化过程中温度不断上升。晶体熔化时温度不变，存在三种状态，如冰熔化时，温度为0℃，同时存在冰的固态、水的液态和冰与水的固液共存态。

物质从液态转换为气态，这种现象叫汽化，汽化又有蒸发和沸腾两种方式，蒸发发生在液体表面，可以在任何温度进行，是缓慢的。沸腾发生在液体表面及内部，必须达到沸点，是剧烈的。汽化要吸热，液体有沸点，当温度达到沸点时，温度就不会再升高，但是仍然在吸热。

物质从气态转换为液态时，这个现象叫液化，液化要放热，例如水蒸气液化为水。

物质从固态直接转换为气态叫作升华，升华吸热。

物质直接从气态转换为固态叫作凝华，凝华放热。

水的沸腾实验

在发生物态变化时，物体需要吸热或放热。当物体由高密度向低密度转化时，就是吸热；由低密度向高密度转化时，则是放热。而吸热或放热的条件是热传递，所以物体不与周围环境存在温度差，就不会产生物态变化。这就是物态变化三者之间的关系，它们转换的依据主要是温度。

生活小常识

晾衣服

生活中晾衣服就是水蒸发为水蒸气，如何尽快把衣服晾干呢？这个问题可以依据加快液体蒸发的几个要点来做：第一，增加液体的表面积，就是把衣服撑开了晾；第二，加快液体表面的空气流速，就是放在通风处；第三，提高液体的温度，就是放在太阳下晒；第四，降低周围环境的水蒸气含量，使其无法饱和，相当于空调间除湿。

随着现代科技的发展，科学家们发现除了固态、液态、汽态之外还有几种物质形态，它们分别是：

第一，超高温下的等离子态，这是朗穆尔于1925年首次提出来的，它是指固态在一定温度下变成液态，液态在一定温度下变成气态，气态继续加温将变成等离子态。这是气体在约数百万摄氏度的极高温或在其他粒子强烈碰撞下所呈现出的物态，这时，电子从原子中游离出来而成为自由电子。等离子体就是一种被高度电离的气体，但是它又处于与“气态”不同的“物态”。太阳及其他许多恒星是极炽热的星球，它们就是等离子体。地球上也有等离子体：高空的电离层、闪电、极光等。

极光现象

第二，超高压下的超固态，它是指在140万大气压下，物质的原子就可能被“压碎”，电子全部被“挤出”原子，形成电子气体，裸露的原子核紧密地排列，物质密度极大，这就是超固态。现在已有充分的根据说明，由原子构成的质量较小的恒星发展到后期阶段的白矮星，由中子堆砌成的中子星，以及至今人们了解非常有限的黑洞都处于这种超固态。它的平均密度是水的几万到一亿倍。

中子星

第三，超高压下的中子态，它是指在更高的温度和压力下从原子核里放出的质子，在极大的压力下，质子吸收电子，和电子结合成为中子。这样一来，物质的构造发生了根本的变化，原来是原子核和电子，现在都变成了中子。这样的物质呈现出中子紧密排列的状态，叫作“中子态”。这种形态大部分存于一种叫“中子星”的星体中，它是由大质量恒星晚年发生收缩而造成的，所以，中子星是小得可怜的、没有生机的星球。

法国物理学家德热纳

第四，“软物质”，法国物理学家德热纳用它来概括复杂液体等一类物质，如液晶、聚合物、胶体、膜、泡沫、颗粒物质、生命体系等，在自然界、生命体、日常生活和生产中广泛存在。它们与人们的生活息息相关，如橡胶、墨水、洗涤液、饮料、乳液及药品和化妆品，等等；在技术上也有广泛应用，如液晶、聚合物等；生物体基本上由软物质组成，如细胞、体液、蛋白、DNA等。我们日常所说的“软”的概念，主要的特征就是容易形变。

知识扩展

闪电的形成

雷雨云中的电荷聚集达到一定的数量时，在云内不同部位之间或者云与地面之间形成了很强的电场，这么强的电场，足以把云内外的大气层击穿，于是在云与地面之间或者在云的不同部位之间以及不同云块之间激发出耀眼的闪光，这就是我们看到的闪电。