物態變化

1、物態：由於構成物質的大量分子在永不停息地做無規則熱運動，且不同的分子做熱運動的速度不同，就形成了物質的三種狀態：固態、液態、氣態，在物理學中，我們把物質的狀態稱為物態。

2、如何判斷髮生的是哪種物態變化：關鍵是找到物質在發生物態變化前後的兩種狀態，再根據定義進行比較，就可以得出正確的結論。

三態六變及吸熱放熱情況：

熔化：固態→液態（吸熱）

凝固：液態→固態（放熱）

汽化：（分沸騰和蒸發）： 液態→氣態 （吸熱）

液化：（兩種方法：壓縮體積和降低温度）： 氣態→液態 （放熱）

昇華：固態→氣態 （吸熱）

凝華：氣態→固態（放熱）

（注意：這裏所説的“吸熱”與“放熱”的“熱”都是指的熱量，而不是指的温度、內能、熱值、比熱容等熱力學概念。即為“吸收熱量”與“放出熱量”的簡稱。在物理學中，熱量不能説“含有多少熱量”或“具有多少熱量”，只能説“吸收了多少熱量”或“放出了多少熱量”）

物質由一種狀態變為另一種狀態的過程稱為物態變化（change of state）。

首先是物質的固態和液態，這兩者之間的關係，物質從固態轉換為液態時，這種現象叫熔化，熔化要吸熱，比如冰吸熱熔化成水，反之，物質從液態轉換為固態時，這種現象叫凝固，凝固要放熱，比如水放熱凝固成冰。在這些從固態轉換為液態的固體又分為晶體和非晶體，晶體有熔點，就是温度達到熔點時（持續吸熱）就會熔化，熔化時温度一直等於熔點，完全融化後温度才會上升。非晶體沒有固定的熔點，所以熔化過程中的温度不定，如石蠟在融化過程中温度不斷上升。晶體熔化時温度不變，存在三種狀態，例：冰熔化時，温度為0℃，同時存在冰的固態，水的液態和冰與水的固液共存態。

然後是物質氣態與液態的變化關係，物質從液態轉換為氣態，這種現象叫汽化，汽化又有蒸發和沸騰兩種方式，蒸發發生在液體表面，可以在任何温度進行，是緩慢的。沸騰發生在液體表面及內部，必須達到沸點，是劇烈的。汽化要吸熱，液體有沸點，當温度達到沸點時，温度就不會再升高，但是仍然在吸熱；物質從氣態轉換為液態時，這個現象叫液化，液化要放熱。例如水蒸氣液化為水，水蒸發為水蒸氣。加快液體的蒸發速度的方法一般有：1.增加液體的表面積；2.加快液體表面的空氣流速；3.提高液體的温度；4.降低周圍環境的水蒸氣含量，使其無法飽和（就是使空氣乾燥。）。

最後是我們不常見的物質固態和氣態的關係，物質從固態直接轉換為氣態，這種現象叫做昇華，生活中常見的可昇華的物質有乾冰、樟腦丸等。然後是物質直接從氣態轉換為固態，這叫凝華。昇華吸熱（想讓固體昇華，不能讓那種固體達到其熔點，不然會先熔化再汽化），凝華放熱。

在發生物態變化之時，物體需要吸熱或放熱。除了水以外的絕大多數物體，由高密度向低密度轉化時，就是吸熱；由低密度向高密度轉化時，則是放熱。而吸熱或放熱的條件是熱傳遞，所以物體不與周圍環境存在温度差，就不會產生物態變化。例如0℃的冰放在0℃的空氣中不會熔化。

這就是物態變化三者之間的關係，他們轉換的依據主要是温度。

物質從固態變為液態，從液態變為氣態以及從固態直接變為氣態的過程，需要從外界吸收熱量；而物質從氣態變為液態，從液態變為固態以及從氣態直接變為固態的過程中，向外界放出熱量。

朗穆爾，（1881——1957），於1925年首次提出“等離子態”概念。

固態在一定温度下變成液態，液態在一定温度下變成氣態，氣態繼續加温將變成等離子態。這是氣體在約幾百萬度的極高温或在其它粒子強烈碰撞下所呈現出的物態，這時，電子從原子中游離出來而成為自由電子。等離子體就是一種被高度電離的氣體，但是它又處於與“氣態”不同的“物態”——“等離子態” ^[2]  。

太陽及其它許多恆星是極熾熱的星球，它們就是等離子體。宇宙內大部分物質都是等離子體。地球上也有等離子體：高空的電離層、閃電、極光等等。日光燈、水銀燈裏的電離氣體則是人造的等離子體。

在140萬大氣壓下，物質的原子就可能被“壓碎”。電子全部被“擠出”原子，形成電子氣體，裸露的原子核緊密地排列，物質密度極大，這就是超固態。一塊乒乓球大小的超固態物質，其質量至少在1000噸以上。

已有充分的根據説明，由原子構成的質量較小的恆星發展到後期階段的白矮星，由中子堆砌成的中子星，以及至今人們瞭解非常有限的黑洞都處於這種超固態。它的平均密度是水的幾萬到一億倍。

在更高的温度和壓力下，原子核也能被“壓碎”。我們知道，原子核由中子和質子組成，在更高的温度和壓力下從原子核裏放出的質子，在極大的壓力下，質子吸收電子，和電子結合成為中子。這樣一來，物質的構造發生了根本的變化，原來是原子核和電子，此時此刻卻都變成了中子。這樣的物質呈現出中子緊密排列的狀態，叫做“中子態”。

這種形態大部分存於一種叫“中子星”的星體中，它是由大質量恆星晚年發生收縮而造成的，所以，中子星是小得可憐的、沒有生機的星球。

Bose-Einstein condensation (BEC)玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)是科學巨匠愛因斯坦在80年前預言的一種新物態。這裏的“凝聚” 與日常生活中的凝聚不同，它表示原來不同狀態的原子突然“凝聚”到同一狀態(一般是基態)。即處於不同狀態的原子“凝聚”到了同一種狀態。

1991年，諾貝爾獎獲得者、法國物理學家德熱納（P. G. De Gennes）在諾貝爾獎授獎會上以“軟物質”為演講題目，用“軟物質”一詞概括複雜液體等一類物質，得到廣泛認可。從此軟物質這個詞逐步取代美國人所説的“複雜流體”，開始推動一門跨越物理，化學，生物三大學科的交叉學科的發展。軟物質如液晶、聚合物、膠體、膜、泡沫、顆粒物質、生命體系等，在自然界、生命體、日常生活和生產中廣泛存在。它們與人們生活息息相關，如橡膠、墨水、洗滌液、飲料、乳液及藥品和化妝品等等；在技術上也有廣泛應用，如液晶、聚合物等；生物體基本上軟物質組成，如細胞、體液、蛋白、DNA等。在我們日常所説的“軟”的概念裏，主要的特徵就是容易形變。在軟物質這個名詞裏也有類似的含義。

例如：

熔化:鐵變成鐵水，石蠟變成液態，海波變成液態

凝固：鐵水變成鐵，液態瀝青放熱凝固，液態石蠟放熱凝固

汽化:沸騰，蒸發，酒精揮發

液化：露，霧，“白氣”

昇華:碘變成碘蒸氣，冰變成水蒸汽,樟腦片不見了

凝華：霜，霧凇，冰花 ，雪

除此之外，還有等離子態、超固態、中子態。

更多自然界中所發生的物態變化現象 ^[3]  ：

1．夏天從冰糕上滴落的水滴（熔化）

2．冰粒變成雨滴降落下來（熔化）

3．修柏油馬路時，用大熔灶熔瀝青（熔化）

4．冰放在太陽下，一會兒就變成了水（熔化）

5．將鋼放在鍊鋼爐內，一會兒就變成了鋼水（熔化）

6．純水凝結，結成冰塊（凝固）

7．鋼水澆鑄成車輪（凝固）

8．雪災中電線杆結起了冰柱（凝固）

9．鋼水燒鑄成火車輪（凝固）

10．火山噴發（先熔化後凝固）

11．秋天，清晨的霧在太陽出來後散去（汽化——蒸發）

12．灑在地面上的水不見了（汽化——蒸發）

13．擦在皮膚上的酒精馬上幹了（汽化——蒸發）

14．游泳上岸後身上感覺冷（汽化——蒸發）

15．燒開一壺水（汽化——沸騰）

16．夏天，冰棍周圍冒“白氣”（液化）

17．夏天，水缸外層“出汗”（液化）

18、早晨，草木上的小水滴（液化）

19．早晨的濃霧、露水（液化）

20．夏天，從冰箱裏拿出來的飲料罐“出汗”（液化）

21、洗熱水澡後，衞生間的玻璃變得模糊不清，一會兒又變得清晰起來（先液化後汽化）

22、用電熱水器燒水，沸騰時不斷有“白汽”冒出（先汽化後液化）

23、高温加熱碘，碘的體積變小（昇華）

24．衣箱中的樟腦丸漸漸變小（昇華）

25．冬天，室外冰凍的衣服也會幹（昇華）

26．寒冷的冬天，堆的雪人變小了（昇華）

27．燈絲（鎢絲）變細（昇華）

28．乾冰（固態二氧化碳）用來人工降雨（先昇華後液化）

29．冬天，玻璃窗內表面上形成的冰花（或“窗花”）（凝華）

30．屋頂的瓦上結了一層霜（凝華）

31．北方冬天的樹掛（凝華）

32．南方雪災中見到的霧淞（凝華）

33．燈泡（鎢絲）發黑（凝華）

34．雪糕紙中發現的“白粉”（凝華）

35．乾冰（固態二氧化碳）用來打造絕妙的舞台效果（先昇華後液化）

36．雨的形成：①汽化（或蒸發）→液化→凝固→熔化；②汽化（或蒸發）→凝華→熔化

③汽化（或蒸發）→液化

水的三大名稱：

固態：冰（凝固）、霜（凝華）、雪（凝華）、凇、“窗花”（凝華）、雹（凝固）、白冰

液態：水、露（液化）、雨（液化）、霧（液化）、“白氣”（液化）

氣態：水蒸氣【注：水蒸氣不可見，可見的是水蒸氣液化形成的水珠。】

地球上水的物態變化 物態變化與我們的世界

⑴物態變化：①定義：物質由一種形態變為另一種形態的過程

②物質三態：固態、液態、氣態；物體三態：固體、液體、氣體

③種類：a.熔化：物質由固態變到液態的過程

b.凝固：物質由液態變到固態的過程

c.汽化：物質由液態變到氣態的過程

d.液化：物質由氣態變到液態的過程

e.昇華：物質由固態直接變到氣態的過程

f.凝華：物質由氣態直接變到固態的過程（簡記為“三態六變”）。

⑵水循環：①雪、雨、水蒸氣是水的三態；雨、雪、雹統稱降水

②水循環過程：海水汽化→水蒸氣遇冷液化（或汽化→凝華→熔化）

③地球的三大生態系統：濕地、森林、海洋。

⑶物態種類：固態、液態、氣態、等離子體（氣體被加熱至上萬℃時，將成為正負帶電粒子組成的集合體）、超固態（白矮星、中子星、黑洞）、軟物質（液晶、聚合物、膠體、膜、泡沫、顆粒物質、生命物質）

【液晶：a.定義：在特定條件下具有晶體結構的液體

b.特點：用極其微小的電流就能控制和改變其分子排列

c.應用：液晶電視機、液晶電腦、移動電話、電子地圖】

補充：（在新物態的研究中作出卓越貢獻的物理學家：朗繆爾發現等離子體，熱納發現軟物質）

⑷物態變化的利用：

①熱管：a.構造：一根密封的真空金屬管，管內襯有一層叫吸液芯的多孔材料，裏面裝有酒精或其他液體； b.工作原理：熱端受熱，液體吸收熱量汽化，蒸汽在管子裏跑到冷端，在管壁遇冷液化，放出熱量，冷凝後回到熱端，循環往復；c.優點：把高温部分的熱迅速傳遞到低温部分，使物體各部分温度基本均勻。

先汽化吸熱,再液化放熱）

③人類文明進展：蒸汽機時代→電氣化時代→信息時代

④水污染物：生活污水、工業廢水、工業固體廢物、生活垃圾

⑤水污染會造成赤潮和水華等災害。

⑴温度：①定義：表示物體的冷熱程度的物理量，微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度

②用來量度物體温度數值的標尺叫温標。它規定了温度的讀數起點（零點）和測量温度的基本單位，有華氏温標(°F)、攝氏温標（°C）、熱力學温標(K)和國際實用温標

③單位換算：T(表示熱力學温標)=273.15+t（表示攝氏温度），T（表示華氏温度）=1.8t（同上）+32

④温度是大量分子熱運動的集體表現，含有統計意義。對於個別分子來説，温度是沒有意義的

⑤温度與人類生活息息相關，人的正常體温為37°C或310K。無論人類如何改進低温技術,0K（-273.15℃）的温度都是達不到的，因此0K的温度又稱為“絕對零度”或“絕對度”。

⑵温度計：①定義：能夠快速準確測量出物體温度的儀器

②工作原理：a.常用温度計（温度計、體温計、寒暑表）是根據液體（如汞、水銀、酒精、煤油）的熱脹冷縮原理製成的； b.數字式温度計是根據物體的導電性與温度的關係製成的

c.彩色温度表：根據物體在高温條件下所發的光的顏色來估測温度

③注意：a.一切物體都具有熱脹冷縮的性質。水在4℃以上會熱脹冷縮而在4℃以下會冷脹熱縮，也叫水的反膨脹。這意味着，冰將會浮在水面。

b.汞（又稱水銀）是唯一一種在常温下呈液態的金屬物質

④常用温度計的量程和分度值：一般温度計量程-20℃—100℃，分度值1℃

寒暑表量程-20℃—60℃，分度值2℃

體温計量程35℃—42℃，分度值0.1℃。人體的正常温度為36.3℃—37.3℃

⑤使用方法：a.觀察其量程、分度值、零刻度線

b.要使玻璃泡與被測液體充分接觸，且不能碰到容器的底部和側壁

c.要待其示數穩定後再讀數，讀數時視線要與液柱上表面齊平，且要注意示數是在零刻度線的上部還是下部（用負數讀數）

d.記數由數字和單位構成

⑥體温計特點：玻璃泡上端有縮口，使體温計離開人體後温度穩定不變（第二次測量時只需輕輕甩動使温度降至正常温度即可）【除體温計外，其他温度計不可以甩動】

⑦錯誤操作：a.用温度計直接測量燃燒的酒精燈的温度；b.用寒暑表測量沸水的温度；c.用水銀温度計測量南北兩極的温度；d.使用時碰到容器的底部和側壁等。

【拓展：（攝氏温度的由來）冰水混合物的温度始終為0℃，在常温常壓下，水的沸點為100℃，在0℃~100℃之間由100個分度值劃分，每個分度值表示1℃】

⑴固體的分類：①晶體：a.定義：有規則結構的固體；（有熔點叫晶體）b.實例：雪花、鑽石、食鹽、糖、海波、許多礦石和所有金屬； ②非晶體：a.定義：無規則結構的固體；b.實例：玻璃、松香、蜂蠟、瀝青、塑料、橡膠等 ^[4]  。【注意：晶體分為單晶體和多晶體，非晶體在一定條件下可以轉化成晶體，可見，晶體和非晶體之間並沒有絕對的界限】

⑵固體的熔化特點：①晶體在熔化過程中，不斷從外界吸收熱量，温度保持不變；非晶體在熔化過程中不斷吸收熱量，温度持續上升

②晶體在熔化時的温度叫做熔點。不同的晶體有不同的熔點，非晶體沒有固定的熔點；

③晶體在熔化時是固液共存態；而非晶體是由硬變軟，然後逐漸變成液態

④晶體熔化條件：温度達到熔點，繼續吸熱（二者缺一不可）

⑶液體的凝固特點：①晶體在凝固過程中，不斷放出熱量，温度保持不變；非晶體在凝固過程中不斷放出熱量，温度不斷下降。相同使勁吸收相同的熱量

②晶體在凝固時的温度叫凝固點。晶體有一定的凝固點，而非晶體沒有

③晶體在凝固過程中有固液共存態，而非晶體沒有

④凝固是熔化的逆過程，同種物質的熔點和凝固點相同

⑤液體凝固的條件：温度達到凝固點，繼續放熱（缺一不可）

⑷補充：a.冰水混合物的温度始終為0℃

b.晶體的熔點跟氣壓的大小有關，熔化時體積變大的物體，在氣壓增大時熔點升高

c.晶體中含有雜質時，其熔點會發生變化（當冰中含有酸鹼鹽糖時，其熔點會降低）

⑸火山噴發與太空材料（如砷化鎵）的製造過程：先熔化後凝固。

物質從液態變為氣態過程叫汽化。

Ⅰ、汽化：⑴兩種方式：蒸發和沸騰

⑵蒸發：①定義：液體在任何温度下均可發生，並且只在液體表面發生的汽化現象

②影響蒸發快慢的因素：a.液體的温度；

b.液體上方空氣流動速度；

c.液體的表面積

d.液體的種類

③特點：蒸發吸熱，有製冷作用

⑶沸騰：①定義：在一定温度下，液體內部和表面同時發生的劇烈汽化現象

②液體在沸騰過程中温度保持不變，此時的温度叫做沸點，不同物質的沸點不同

③液體沸騰的條件：温度達到沸點，繼續從外界吸熱（缺一不可）

④影響沸點的因素：液體的沸點與氣壓的大小有關，氣壓減小，沸點降低，氣壓增大，沸點升高。

Ⅱ、液化：從氣態變為液態的過程叫液化。

①兩種方式：降低温度或壓縮體積；（不可將“壓縮體積”簡稱為“加壓”）

②液化要放熱

③降低温度適用於所有氣體，而壓縮體積只適用於部分氣體

④補充：水蒸氣是看不見的，我們看得見的“白汽”“白霧”都不是水蒸氣，都是液態的小水珠，是水蒸氣遇冷後液化形成的。

Ⅰ、昇華（吸熱），凝華（放熱）

Ⅱ、判斷物態變化是不是昇華或凝華，要看變化中間是否經歷了液態，若經歷了液態，則不是昇華或凝華現象；若沒有經歷液態，則一定是昇華或凝華現象。

Ⅲ、生活中常見的昇華現象：①燈絲（或鎢絲）變細

②冬天，室外冰凍的衣服晾乾了

③衣箱中的樟腦丸（或衞生球）漸漸變小

④高温加熱碘，碘的體積變小

⑤寒冷的冬天，堆的雪人變小了

⑥乾冰（固態二氧化碳）昇華用來打造絕妙的舞台效果，也可用來人工降雨

Ⅳ、生活中常見的凝華現象： ①冬天，玻璃窗內表面上結的冰花

②北方冬天的樹掛

③霜的形成

④南方雪災中見到的霧淞

⑤燈泡（或鎢絲）發黑

⑥雪糕紙中發現的“白粉”。

測温度的温度計，熱脹冷縮是規律。

冰水混合作零度，標準沸水百度計。

泡全浸入被測液，不碰容器底或壁。

進入稍候一會兒，示數穩定再讀數。

計數仍留被測液，視線與柱上面平。

讀數：仰讀偏小俯偏大。

固態變液為熔化，液態變固稱凝固。

固體分晶和非晶，非晶熔化無侷限。

晶體熔化有熔點，吸收熱量温不變。

汽化

液態變氣稱汽化，包括沸騰和蒸發。

蒸發發生液表面，任何温度都進行。

液體蒸發要吸熱，依附物體温下降。

劇烈汽化是沸騰，內部表面同進行。

一定温度才發生，沸騰吸熱温(度)不變。

沸騰温度叫沸點，不同液體沸點異。

壓強與之有關係，壓強減小沸點(降)低。

液化

氣態變液稱液化，液化方法有兩種。

降低温度能液化，壓縮體積也可以。

液化現象要放熱，霧、露、白氣是液化。

固態變氣是昇華，氣態變固是凝華。

昇華吸熱凝華放，樟腦變小因昇華。

紫碘微熱便昇華，凝華雪花和霜花。