第 9 章 第 2 节 熔化和凝固

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熔化和凝固

寒冷的冬季,屋顶上的积雪化成的水,在从屋檐滴下来的过程中,因为环境温度低,部分水凝成了冰锥,而冰锥下方又有冰化成的水滴下来(图 9–3–1)。这个过程中,水在固态和液态之间相互转变。那么物质在固态和液态之间转变的过程有什么特点吗?

什么是熔化?

夏天,将冰箱里的冰块放到室温环境下,冰会逐渐化成水;在铸造金属构件时,往往将固态的金属变成液态的金属后,再进一步加工。物理学中,把物质从固态变成液态的过程叫做熔化(melting)。

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图 9–3–2
物质在熔化过程中的温度变化

将海波(硫代硫酸钠晶体)放入试管中,把温度传感器插入其中,并将试管放入远红外加热器中(图 9–3–2)。启动远红外加热器,直至试管中的海波完全熔化成液体。用石蜡重复上述实验。持续观察物质的状态变化,并比较两次实验中计算机采集的温度随时间变化的图像。

 

图 9–3–3
晶体熔化时的温度变化曲线

实验发现,海波在熔化过程中温度保持不变,完全熔化后温度才继续升高。

对于海波这类固体而言,只有被加热到某一确定温度时,熔化才开始发生。物质在熔化过程中吸热,但温度保持不变,这个温度叫做熔点

具有熔点的固体叫做晶体。晶体达到熔点后继续吸热,就会变成液体。晶体熔化时温度的变化曲线如图 9–3–3 所示。

表 9–3–1 是一些常见物质在 1 个标准大气压下的熔点。

 

表 9–3–1  一些常见物质的熔点(1 个标准大气压)
物质 熔点/℃ 物质 熔点/℃ 物质 熔点/℃
3 414 1 064.2 固态酒精 − 114.1
1 768.2 660 固态氮 − 210
1 538 0 固态氧 − 218.8
1 084.6 固态汞 –38.8 固态氢 − 259

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石蜡、黄油、巧克力等持续受热将不断软化,并呈现出流动性,最后完全熔化成液体。在此过程中,它们的温度不断升高。这类没有熔点的固体叫做非晶体。玻璃也是一种典型的非晶体,各种形状的玻璃制品,就是利用玻璃在熔化过程中逐渐软化的特点制作的(图 9–3–4)。

图 9–3–4  制作玻璃制品

什么是凝固?

寒冬,河面的冰,屋檐下挂着的冰锥,是水遇冷形成的。物理学上,把物质从液态变成固态的过程叫做凝固(solidification)。物质在凝固时放热。

熔化成液态的晶体在温度降至熔点后会重新凝固,凝固过程中物质不断放热但温度保持不变,物质呈固、液共存的状态,直至完全凝固。所以,晶体的凝固点与它的熔点相同。

非晶体既没有熔点,也没有凝固点,在凝固过程中温度不断下降。凝固是熔化的逆过程。

人类很久以前就学会了利用物质的熔化和凝固来制作各种生产生活用品。我国自夏朝末期

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图 9–3–5  三羊尊

至秦汉时期制作的青铜器,就是将熔化的合金浇注入模具里凝固成器,脱模后清理、打磨而制成的。商周时期的三羊尊(图 9–3–5)等青铜铸件说明我国人民很早就掌握了精湛的铸造技艺。

 

 

 

 

除了固态、液态、气态以外,还有一种物质的状态常常被称为“物质的第四状态”。当气体中的原子发生电离时,电子从原子中分离出来,形成一种由带正电的粒子(离子)和带负电的粒子(电子)构成的电离气体,这种气体被称为等离子体。等离子体像气体一样,既没有确定的形状,也没有确定的体积。不过,由于等离子体是由带电粒子构成的,因此能够导电,并能与电磁场发生相互作用。

恒星(包括太阳)、彗尾、极光、闪电、地球电离层、焊接电弧等,都是等离子体。在日常生活中,我们看到的霓虹灯和荧光灯,也是由于灯管中的低压气体形成了等离子体而发光的。

等离子体的应用极为广泛,在计算机芯片、航空航天、汽车、钢铁、生物医学、纺织、光学、环境保护等方面均有重要应用,材料的等离子处理已成为一项关键技术。

 

1.0℃的冰是否一定熔化,为什么?

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2.将某种金属块放入 15℃ 的水中,金属块没有熔化;将该金属块放入 45℃ 的水中,发现金属块逐渐熔化。该金属的熔点可能是(    )。

A.10℃             B.30℃             C.50℃             D.60℃

3.汽车发动机中加入防冻液,以防止气温很低时冷却液结冰而导致发动机气缸被冻坏,其主要作用是_________冷却液的凝固点。

主题学习:分子热运动与物态变化 3

如图 9–3–6(a)所示,将一根冰柱两头架起,将一根两头各悬挂一重物的细线挂在冰柱中间,细线会逐渐嵌入冰柱[图 9–3–6(b)],最后会穿过冰柱,而冰柱上虽然有细线穿过留下的痕迹,但冰柱并没有断开。

(1)水凝固成冰后失去了流动性,这是否意味着冰中的水分子不再运动?

(2)细线穿过前后,冰柱上留下切痕处的分子间作用力(    )。

A.一直变小                          B.一直变大

C.先变小后变大                  D.先变大后变小

(3)研究表明,压强也会影响熔点的高低。分析悬挂细线处的冰的熔点变化及原因。

(a)
(b)
图 9–3–6

发布时间:2026/5/1 10:02:29  阅读次数:35