热学6固液体相变

1、第六章、第六章、固、液体性质与相变固、液体性质与相变（ 2017-05-252017-05-25）6.16.1、固、液体性质简介、固、液体性质简介6.26.2、单元系一级相变特征与复相平衡、单元系一级相变特征与复相平衡6.36.3、气、液相变气、液相变 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：气体气体 ekep：固体固体 ekep： 液体液体6.16.1、固、液体性质简介、固、液体性质简介凝聚态凝聚态分子间的相互作用（结合），通过化学键来实现：离子键、共价键、金属键、范德瓦耳分子间的相互作用（结合），通过化学键来实现：离子

2、键、共价键、金属键、范德瓦耳斯键、氢键等。斯键、氢键等。6.16.1、固、液体性质简介、固、液体性质简介6.1.16.1.1、固体、固体晶体晶体非晶体非晶体单晶：有规则的几何形状，各向异性，有固定熔点，例如冰盐，石英，云母。多晶：金属晶体，各向同性，有固定熔点 没有固定熔点，连续相变，各向同性。例如，玻璃，沥青，塑料等。短程有序，短程有序，长程无序长程无序分子/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长程有序(long range -order)6.16.1、固、液体性质、固、液体性质6.1.16.1.1、固体、固体-晶体中的结合力和结合能晶体中

3、的结合力和结合能 晶体每个格点（原子）有晶体每个格点（原子）有3 3个振动自由度个振动自由度 能量均分定理能量均分定理 每个振动自由度平均热运动能量每个振动自由度平均热运动能量k kb bt t 单质晶体摩尔内能：单质晶体摩尔内能：u = nu = na a 3k3kb bt = 3rtt = 3rt.kmol25j3rdtduc11 单质晶体摩尔热容：晶体分子晶体分子/ /原子热运动：热振动原子热运动：热振动热膨胀：很小！热膨胀：很小！热传导：晶格波热传导：晶格波自由电子（金属）自由电子（金属）6.16.1、固、液体性质、固、液体性质6.1.26.1.2、液体、液体性质介于固、气体之间：性质

4、介于固、气体之间： 短程有序，长程无序短程有序，长程无序液体分子的运动：（液体分子的运动：（1 1）平衡点附近作热振动；（）平衡点附近作热振动；（2 2）平衡点转移。）平衡点转移。:液体分子的定居时间液体分子的定居时间在平衡点停留时间在平衡点停留时间. .:“过冷过冷”：非晶态非晶态“固体固体”:0“过热过热”：气体气体 无统一完整理论无统一完整理论从两头（晶体、气体）逼近从两头（晶体、气体）逼近液体液体沸点沸点气体气体液体液体凝结凝结固体固体界面问题界面问题: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分子作用球分子作用球6.1

5、6.1、固、液体性质、固、液体性质6.1.26.1.2、液体、液体6.16.1、固、液体性质、固、液体性质6.1.26.1.2、液体、液体失重情况下看表面张力更加的迷人！失重情况下看表面张力更加的迷人！)0(,)(00ctto液、气体接触处液、气体接触处自由表面自由表面lf表面张力：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表面张力系数表面张力系数)11(21rrp附加压强的附加压强的laplacelaplace公式：公式：rrp422肥皂泡：肥皂泡：rp2凹球面：凹球面：lf26.16.1、固、液体性质、固、液体性质

6、6.1.26.1.2、液体、液体表面现象表面现象：（：（液液- -固体接触处）固体接触处）“湿润湿润毛细现象毛细现象 2润湿：润湿：2不润湿：不润湿：0完全润湿：完全润湿：完全不润湿：完全不润湿： pkpk 6.16.1、固、液体性质、固、液体性质6.1.26.1.2、液体、液体毛细现象（毛细现象（毛细管插入液体）若管壁若管壁 能被液体润湿，则管内液面呈凹曲能被液体润湿，则管内液面呈凹曲面，且比管外液面高。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。面，且比管外液面低。grh2 例1、某液体表面张力系数为7.6x10 (-

7、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、第六章、固、液体性质与相变固、液体性质与相变（ 2010-06-13c2010-06-13c）6.1、固、液体性质简介6.26.2、单元系一级相变特征与复相平衡、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

8、.26.2、单元系一级相变特征与复相平衡、单元系一级相变特征与复相平衡6.2.16.2.1、相与相变、相与相变6.2.26.2.2、单元系一级相变、单元系一级相变物态物态：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。相相：物理性质均匀，且有明确界面与其它部分分隔开来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。

9、相变相变：不同相之间的转变。例如，固液，固气，液气一级相变一级相变：（a）系统体积有显著变化； （b）有相变潜热。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）6.26.2、单元系一级相变特征与复相平衡、单元系一级相变特征与复相平衡6.2.36.2.3、复相平衡与相平衡条件、复相平衡与相平衡条件 单元系固、液、气三相可相互转变，单元系固、液、气三相可相互转变，一定条件一定条件下两、甚至三相可平衡共存。下两、甚至三相可平衡共存。一个大气压、一个大气压、9090摄氏度下，摄氏度下，h h2 2o o固、液态固、液

10、态不能共存；气、液态可共存。不能共存；气、液态可共存。022221111sssss孤立系统平衡条件：孤立系统平衡条件：)(),;(),;(221122112211212222222222211111111111constsssconstuuuconstvvvconstssuuvvtssuuvvt考虑一单元两相系统：考虑一单元两相系统：000222211112222111121uuuuuvvvvv对于虚拟转变，孤立系统对于虚拟转变，孤立系统两相物理量增量满足：两相物理量增量满足：6.26.2、单元系一级相变特征与复相平衡、单元系一级相变特征与复相平衡6.2.36.2.3、复相平衡与相平衡条件、复

11、相平衡与相平衡条件 022221111sssss孤立系统平衡条件：孤立系统平衡条件：tpdvdutqdds000222211112222111121uuuuuvvvvv0)()11()(12211112111221222121vtptputttvvptuuss0)(,2212221212121tvvptuusspptt6.26.2、单元系一级相变特征与复相平衡、单元系一级相变特征与复相平衡0)()(,2212212221212121ttvvptuussppttpvtsu定义定义化学势：化学势：: : 212121pptt热平衡热平衡相平衡相平衡力学平衡力学平衡0)(0)(1212211sss相

12、变方向相变方向：相变通常在相变通常在等温、等压等温、等压条件下发生。条件下发生。6.26.2、单元系一级相变特征与复相平衡、单元系一级相变特征与复相平衡),(),(),(),(ptvpptstptupvtsupt化学势：化学势：),(),(),(),(),(),(ptptptptptptsgsllg升华曲线：熔解曲线：汽化曲线：相平衡曲线：相平衡曲线：),(,ptslg热力学热力学实验实验)()(pttortpp6.2.46.2.4、相图、相图6.26.2、单元系一级相变特征与复相平衡、单元系一级相变特征与复相平衡相变曲线的斜率相变曲线的斜率)()()(121212vvtlvvtsstdtdp

13、6.2.5、克拉珀龙（、克拉珀龙（clapeyron）方程：）方程：摩尔潜热摩尔潜热第六章、第六章、固、液体性质与相变固、液体性质与相变（ 2010-06-13c2010-06-13c）6.1、固、液体性质简介6.26.2、单元系一级相变特征与复相平衡、单元系一级相变特征与复相平衡6.36.3、气、液相变气、液相变6.36.3、气、液相变、气、液相变6.3.16.3.1、蒸发与沸腾、蒸发与沸腾汽化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沸腾发生在液体内部，对应沸点。饱和蒸汽压饱和蒸汽压：气液两相平衡时蒸汽的压强。 （

14、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、蒸发一、蒸发封闭容器中封闭容器中：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饱和蒸汽6.36.3、气、液相变、气、液相变6.3.16.3.1、蒸发与沸腾、蒸发与沸腾汽化汽化二、沸腾二、沸腾沸腾条件沸腾条件： 沸腾前， ，随着t升高，饱和蒸汽压升高，体积增大。当饱和增气压增到相等时

15、，气泡平衡被打破，靠浮力上升破裂，放出里面的饱和蒸汽。 蒸发与沸腾的比较蒸发与沸腾的比较： （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。封闭系统无沸腾封闭系统无沸腾过热液体、暴沸过热液体、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沸腾发生在液体内部，对应沸点。 经验经验(液面敞开系统) ： （1）：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6.36.3、气、液相变、气、液相变6.3.26.3.2、，沸点与压强的关系，沸点与压强的关系)(lgvvv

16、tldtdpeq.clapeyron2rtpldtdpvrtpvglgvv 气相压强与温度的依赖关系气相压强与温度的依赖关系相图，汽化曲线：饱和相图，汽化曲线：饱和蒸汽压与温度的关系。蒸汽压与温度的关系。饱和蒸汽压饱和蒸汽压汽化热rtlconstvepp./28)(:2atmklvvtdpdtohvlg第六章、第六章、固、液体性质与相变固、液体性质与相变（ 2010-06-13c2010-06-13c）6.1、固、液体性质简介6.26.2、单元系一级相变特征与复相平衡、单元系一级相变特征与复相平衡6.36.3、气、液相变气、液相变)(eq.clapeyronslmvvtldtdp熔解热熔解热kelvin15.273pointmeltingice,12tohatmpatmkelvinlvvtdpdtmsl/00756. 0)(atmkdpdt/00752. 06.4.16.4.1、kgjlkgmvkgm