好好学习,天天向上,物理好资源网(原物理ok网)欢迎您!
当前位置:首页 > > 信息公告 > 内容页

谈谈升华和凝华的条件.doc

2023-10-24 07:54:44信息公告30

说说升华和凝华的条件物质由固态直接转弄成气态的过程称为升华,由气态直接转弄成固态的过程称为凝华。它们属于热现象的物态铁损,是人们生产和生活中常见的热现象。现行小学数学教材第一册的第三章“热现象”,提到了升华和凝华。教材中列出了人们观察到的几个现象:冬天冰冻的鞋子会变干;冬天严寒的清晨,室内物体上结露;置于衣箱中的卫生球会渐渐变小、以致消失等。之后,通过剖析和推论述说了升华和凝华。作为一个班主任,要能正确理解所列出的反例,把握物质升华和凝华的条件是必须的。应该强调,我们这儿所研究的物质是纯物质(单质或化合物),即只含一种物理成份的物质,并且物质的固态必须是晶态。下边先以H2O为例,揭示它的升华和凝华条件。H2O的升华和凝华条件我们晓得,从宏观看,升华是物质由固态直接转变为气态的过程。从微观看,假若将固态物质放到密闭容器内,升华时,固体表面的动能较大的分子克服毗邻分子之间的结合力逸出固体表面,直接变为蒸汽分子;另一方面,蒸汽分子因为无规则运动而紧靠固体表面时,又可能被固体表面分子吸引而回到固体中。开始时,由固体表面逸出的分子数少于同时间内返回固体表面的分子数。随着升华过程的进行,容器里蒸汽密度不断降低,返回固体的分子数也不断降低。God物理好资源网(原物理ok网)

直至单位时间内逸出固体表面的分子数的平均值等于单位时间内返回固体表面的分子数的平均值时,密闭容器内的蒸汽与固体达到了动态平衡,固气两相达到平衡时的蒸汽称为饱和蒸汽,它的浮力称为饱和蒸汽压。实验强调,固体的饱和蒸汽压随气温的下降而降低。我们以气温T为横座标轴,饱和蒸汽压P为纵座标轴,用p-T图中一条曲线表示饱和蒸汽压与湿度的关系。图1中曲线OS表示冰的饱和蒸汽压与湿度的关系,称为升华曲线。曲线上各点表示冰气两相平衡共存的状态。OS线的左方是冰单独存在的区域,右方是蒸汽单独存在的区域。附图是H2O的单相图。它是由三条线(气化曲线OK、熔解曲线OL、升华曲线OS),三个区(冰、水、汽)和一个点(单相点O)组成。三条线的交点称为单相点,它是在没有空气的密闭容器内纯冰、纯水、纯水蒸汽单相平衡共存的状态,对应于确定的气温T3=273.16开和确定的饱和蒸汽压p3=0.0006兆帕。这组气温和浮力是实现单相平衡共存的条件,不能变动;改变条件中任一个,单相共存立刻破坏。我们还可以通过实验来说明冰与水、蒸气之间的转变。将体温在273.15开以下的碎冰倒入有活塞的玻璃容器中,活塞连同所加重物以恒定浮力作用在湖面上,之后对冰缓缓加热,使冰经历等压加热过程。God物理好资源网(原物理ok网)

升华凝华的自然现象的事例_升华凝华的例子_升华和凝华的例子God物理好资源网(原物理ok网)

实验强调,倘若活塞及重物作用在湖面上的浮力小于0.0006兆帕,则加热过程中,冰的气温上升,达到一定湿度时冰开始熔解成水,发生固气相变。假如活塞及重物作用在湖面上的浮力大于0.0006兆帕,则加热过程中,冰将直接弄成蒸汽而不经过液态水的阶段,这就是冰的升华过程。按照附图和上述实验,我们总结冰升华和水蒸汽凝华的条件是:H2O蒸汽的气温和浮力必须在H2O的单相点气温T3=273.16开和浮力p3=0.0006兆帕以下。为此,升华或凝华过程中冰气两相平衡共存的气温与浮力完全由升华曲线OS上的点来表示。现行小学数学教材对冰升华和水蒸汽凝华的表述是:“冬天,晾在室内的湿裤子会缔结冰,但冰冻的衣物也会干,也是由于冰升华为水蒸汽。冬天严寒的清晨升华和凝华的例子,室内物体上往往挂着一层霜,这是空气中水蒸汽直接凝华而成的小冰粒”。其实,这儿所述冰的升华和水蒸汽的凝华是在地面上的空气中进行的。这么,上面总结的冰升华和水蒸汽凝华的条件在这些情况下是如何实现的呢?空气是由不同性质的二氧化碳组成的混和二氧化碳。按质量比率来说,空气中富含76%的氮、23%的氧和少量的二氧化氮、水蒸汽以及其他二氧化碳等。空气的总浮力等于组成空气的各类二氧化碳的分浮力之和。God物理好资源网(原物理ok网)

这就是道尔顿分压定理。所谓某种二氧化碳的分浮力,是指这些二氧化碳在与混和二氧化碳同容积、同水温的情况下单独存在时所形成的浮力。即是说,混和二氧化碳中各类二氧化碳的分浮力与其他二氧化碳无关。空气中的水蒸汽主要是由海、江、湖、河、潮湿底泥以及动物表面等水份蒸发而至的。在严寒的冬天,尽管空气的总浮力是1大气压。假如空气中水蒸汽的分浮力高于H2O的单相点浮力0.0006兆帕。在晚上的空气湿度降到273.15开以下时,空气中的水蒸汽便在地面的物体上直接凝华为小冰粒,称为结露。假如空气中水蒸汽的分浮力高于0.0006兆帕,气温在273.15开以下的冰,当其从外界放热,气温下降时,冰将直接升华变为蒸汽。在这样的条件下,冬天晾在室内已结了冰的校服也会干,就是由于冰升华为蒸汽的缘故。总的说来,在地面上的空气中实现冰升华和水蒸汽凝华的条件与上面总结的条件是一致的,只需将前述条件中“H2O蒸汽的浮力”明确为“空气中水蒸汽的分浮力”。在H2O的升华和凝华条件的基础上,我们进一步阐述纯物质的升华和凝华条件。纯物质的升华和凝华条件自然界中的纯物质都可以有固、液、气三种集聚态存在,并在一个确定的气温和相应的浮力下,固、液、气三种集聚态处于平衡共存的惟一状态——三相点。God物理好资源网(原物理ok网)

升华凝华的自然现象的事例_升华和凝华的例子_升华凝华的例子God物理好资源网(原物理ok网)

必须强调,这儿只讨论纯物质的固、液、气单相平衡共存的单相点。因为氦没有固、液、气单相平衡共存的单相点,所以要把它除外。不同纯物质单相点的气温和相应的浮力数值是各不相同的。并且,纯物质的升华和凝华所要求的条件却是相像的。纯物质的升华和凝华条件是:纯物质蒸汽的气温和浮力必须在该物质的单相点气温和浮力以下。假如某种固态纯物质的蒸汽压高于它的单相点浮力,当气温下降时,该固态物质将直接升华为气态。反之升华和凝华的例子,假如某种气态纯物质的浮力高于它的单相点浮力。当气温增加到它的单相点气温以下时,该气态物质将直接凝华为固态。假如纯物质的升华和凝华是在地面上的空气中进行。只需将上述条件中“纯物质蒸汽的浮力”明确为“空气中该物质蒸汽的分浮力”。诸如;卫生球是由萘(C10H8)制成的,其单相点的气温约为353.65开、相应的浮力为0.0009兆帕;碘的单相点气温为387.15开、相应的浮力为0.012兆帕。它们的升华和凝华在常温下、地面上的空气中都容易观察到,所以高中教材表述了卫生球的升华现象以及固态碘的升华和碘蒸汽的凝华实验。固态物质在升华时,粒子直接由点阵结构转变为蒸汽分子,一方面要克服固态粒子之间的结合力作功,另一方面因容积膨胀还要克服外界的压强作功,所以物质升华时须要吸收大量的热。God物理好资源网(原物理ok网)

1千克固态物质在升华时,全部转变为同水温的气态所吸收的热量称为升华热。诸如,气体的单相点气温为216.55开、相应的浮力为0.5176兆帕(或5.11大气压)。因为气体的单相点浮力很高,所以在1大气压下,它只能以固态或气态存在。在1大气压下,对敞开在空气中的固态甲烷加热,它还会升华为气态,因此称固态甲烷为“干冰”。在1大气压下,固态甲烷升华气温为194.65开(或-78.5),升华热为573千卡/千克。因为干冰的升华热很大,借助干冰升华放热可以获得较满意的高温疗效,所以在乳品工业或运输上常用干冰作乳品冷却剂。God物理好资源网(原物理ok网)