热学6_固液体相变.ppt
第六章、固、液体性质与相变 （ 2017-05-25）,§6.1、固、液体性质简介 §6.2、单元系一级相变特征与复相平衡 §6.3、气、液相变 §6.4、固、液相变与固、气相变,宏观物质由分子/原子组成, 分子在不停的做热运动,有能量Ek，分子与分子之间有相互作用，对应势能Ep EkEp：气体 EkEp：固体 EkEp： 液体,§6.1、固、液体性质简介,分子间的相互作用（结合），通过化学键来实现：离子键、共价键、金属键、范德瓦耳斯键、氢键等。,§6.1、固、液体性质简介,§6.1.1、固体,分子/原子组成晶体时，形成了整齐的周期性点阵结构，进而在宏观尺度上出现规则的周期性结构长程有序(long range -order),§6.1、固、液体性质,§6.1.1、固体-晶体中的结合力和结合能,晶体每个格点（原子）有3个振动自由度,能量均分定理 每个振动自由度平均热运动能量kBT,Dulong（杜隆）-Petit（珀蒂）定律,晶体分子/原子热运动：热振动 热膨胀：很小！ 热传导：晶格波 自由电子（金属）,§6.1、固、液体性质,§6.1.2、液体,性质介于固、气体之间： 短程有序，长程无序,液体分子的运动：（1）平衡点附近作热振动；（2）平衡点转移。,液体 无统一完整理论,从两头（晶体、气体）逼近,界面问题: 液体表面张力,分子之间太近表现为斥力，远了表现为引力，再远就没有相互作用了。液体分子之间有一引力作用半径R0,分子作用球,§6.1、固、液体性质,§6.1.2、液体,§6.1、固、液体性质,§6.1.2、液体,失重情况下看表面张力更加的迷人！,液、气体接触处自由表面,表面张力：,表面张力系数等于增加单位液体面积所增加的液体表面自由能,附加压强的Laplace公式：,肥皂泡：,凹球面：,§6.1、固、液体性质,§6.1.2、液体,表面现象：（液-固体接触处）“湿润毛细现象,内聚力 pk 附着力,§6.1、固、液体性质,§6.1.2、液体,毛细现象（毛细管插入液体） 若管壁 能被液体润湿，则管内液面呈凹曲面，且比管外液面高。 若管壁不能被液体润湿，则管内液面呈凸曲面，且比管外液面低。,例1、某液体表面张力系数为7.6X10 (-4) N/m，用一个滴管口内径为1.3mm的滴管缓慢下滴液体，问落下的液滴质量几何？ 例2、太空中，宇航员在空间站内释放了两个水滴，半径为R1,R2(R1R2), 宇航员用一个非常细的吸管连接两个水滴，请问会发生什么？ 例3、某密度材料和水完全不润湿。做成圆盘，厚t，半径r。把它轻放在水上。（1）半径r大易下沉还是半径小易下沉；（2）临界半径为多少？,第六章、固、液体性质与相变 （ 2010-06-13c）,§6.1、固、液体性质简介 §6.2、单元系一级相变特征与复相平衡 §6.3、气、液相变 §6.4、固、液相变与固、气相变,§6.2、单元系一级相变特征与复相平衡,§6.2.1、相与相变 §6.2.2、单元系一级相变,物态：大量微观粒子在一定温度和压强下聚集为一种稳定的结构状态。物态按宏观特征分为固态、液态和气态；物态按微观结构分为结晶、离子态、超导态等。 相：物理性质均匀，且有明确界面与其它部分分隔开来的部分。单相系为整个系统各处性质均匀；复相系为系统有两个或两个以上不同的各自均匀的部分组成。 组元：系统中所含的一种化学成分。有单元二相系、二元单相系等。例如，水和水蒸气为单元二相系；水和酒精混合物为二元单相系。 相变：不同相之间的转变。例如，固液，固气，液气 一级相变：（a）系统体积有显著变化； （b）有相变潜热。 相变潜热：单位质量的物质从一个相转变为同温度的另一个相的过程中，所吸收或放出的热量。例如，结晶与熔解（热），凝结与气化（热）,§6.2、单元系一级相变特征与复相平衡,§6.2.3、复相平衡与相平衡条件,单元系固、液、气三相可相互转变，一定条件下两、甚至三相可平衡共存。,一个大气压、90摄氏度下，H2O固、液态不能共存；气、液态可共存。,孤立系统平衡条件：,考虑一单元两相系统：,对于虚拟转变，孤立系统两相物理量增量满足：,§6.2、单元系一级相变特征与复相平衡,§6.2.3、复相平衡与相平衡条件,孤立系统平衡条件：,§6.2、单元系一级相变特征与复相平衡,定义化学势：,相变通常在等温、等压条件下发生。,§6.2、单元系一级相变特征与复相平衡,化学势：,相平衡曲线：,§6.2.4、相图,§6.2、单元系一级相变特征与复相平衡,相变曲线的斜率,§6.2.5、克拉珀龙（Clapeyron）方程：,摩尔潜热,第六章、固、液体性质与相变 （ 2010-06-13c）,§6.1、固、液体性质简介 §6.2、单元系一级相变特征与复相平衡 §6.3、气、液相变 §6.4、固、液相变与固、气相变,§6.3、气、液相变,§6.3.1、蒸发与沸腾汽化,由液相转变为气相，包含蒸发与沸腾。蒸发发生在液体表面，在任何温度下都可以进行；沸腾发生在液体内部，对应沸点。,饱和蒸汽压：气液两相平衡时蒸汽的压强。 （1）饱和蒸汽压与蒸汽体积无关； （2）饱和蒸汽压随温度升高而增加； （3）饱和蒸汽压与物质种类有关； （4）饱和蒸汽压与液面弯曲情况有关。,经验(液面敞开系统)： （1）液面大，蒸发快；（2）温度高，蒸发快； （3）通风好，蒸发快；（4）下雨天，蒸发慢； （5）液体最终完全蒸发。,一、蒸发,封闭容器中：处于气液两相平衡时的蒸汽单位时间跑出液面的分子数等于 返回液体的分子数饱和蒸汽,§6.3、气、液相变,§6.3.1、蒸发与沸腾汽化,二、沸腾,蒸发与沸腾的比较： （1）沸腾在沸点进行，蒸发在任何温度下都可进行； （2）蒸发在液体表面进行，沸腾在整个液体进行。,封闭系统无沸腾,过热液体、暴沸,由液相转变为气相，包含蒸发与沸腾。蒸发发生在液体表面，在任何温度下都可以进行；沸腾发生在液体内部，对应沸点。,经验(液面敞开系统) ： （1）沸点：液体沸腾时对应的状态的温度； （2）剧烈翻腾。（3）整个液体中进行,§6.3、气、液相变,§6.3.2、饱和蒸汽压方程，沸点与压强的关系,气相压强与温度的依赖关系,相图，汽化曲线：饱和蒸汽压与温度的关系。,饱和蒸汽压,汽化热,第六章、固、液体性质与相变 （ 2010-06-13c）,§6.1、固、液体性质简介 §6.2、单元系一级相变特征与复相平衡 §6.3、气、液相变 §6.4、固、液相变与固、气相变,§6.4、固、液相变与固、气相变,熔解热,§6.4、固、液相变与固、气相变,升华热,凝华,饱和蒸汽压方程,作业,6.3, 6.4, 6.5, 6.7,
