神奇的物態變化

  • 2018-10-29 11:28
  • 來源: 新華網

    物態變化是我們從初中就開始學習的知識,它存在于我們生活的方方面面。了解物態變化對于解釋我們生活中的許多現象都有著非常重要的作用。今天,讓我們一起來談談物態變化。

    物態有哪些

    在中學時,我們曾學過物質有三態,即氣態、液態和固態。但在20世紀中期,科學家確認了物質的第四態,即等離子體態。

    被激發的電離氣體在達到一定的電離度之後就會處于導電狀態。此時,電離氣體中每一個帶電粒子的運動都會影響到其周圍的帶電粒子,同時也會受到其他帶電粒子的約束。因為電離氣體的整體行為表現出電中性,所以這種氣體狀態被稱為等離子體態。

    美國標準技術研究院與美國科羅拉多大學的科學家組成的聯合研究小組于1995年和2004年分別創造出了玻色-愛因斯坦凝聚態和費米子凝聚態。

    玻色-愛因斯坦凝聚態與費米子凝聚態有關。科學家根據量子力學認為,自然界中的粒子是玻色子或是費米子。這兩類粒子的不同特性在極低溫時表現得尤為突出:玻色子全部聚集在同一量子態上,形成玻色-愛因斯坦凝聚。而費米子則各自佔據著不同的量子態,與玻色子相反。這兩種物態都是物質在量子狀態下的形態。

    物態如何進行變化

    物態變化即相變,指物質由一種狀態變為另一種狀態。相變通常與溫度相聯係,一般可分為經典相變和量子相變。經典相變描述的是熱力學量的不連續性,是係統的能量和熱漲落的熵互相競爭的結果。而在超低溫度的條件下,物質中的熱運動被減至極低的程度,物質處在能量的基態或低能激發態,此時量子力學現象尤為突出。故量子相變是指發生在絕對零度,由量子漲落而非熱漲落導致的相變現象。

    經典相變包括以下過程:固體變為液體、液體變為氣體和固體變為氣體,以及相反的三個過程,即液體變為固體、氣體變為液體和氣體變為固體。這六個過程的名稱分別是熔化、汽化、升華、凝固、液化和凝華。

    在物態變化的過程中,物質的流動性發生了變化。固體不流動,而液體和氣體均可以流動。液體和氣體的流動又有不同之處,液體即使在開放的容器中也有它的邊界,即自由面,但氣體沒有邊界。其次,在物態變化過程中,物質的體積也發生了變化,尤其是液體的汽化,它會導致體積劇烈膨脹。此外,物態變化還會伴隨著熱量的交換轉移,比如汽化熱。

    經典相變

    變化的原理是什麼

    可以用分子運動論解釋物態的變化。如果將固體加熱或對其做功,使其內部的分子得到能量,則分子在平衡位置的振動加劇。其中部分分子吸收其他分子傳遞的能量,可相對于其他分子做移動,令固體的形狀發生改變,成為液體,即熔化,凝固則是熔化的逆過程。液體表面的分子如果同時受到內部多個分子的撞擊,分子間就會表現出排斥力,表面的分子得到能量後勻速直線運動到空氣中,液體的分子變成了自由的分子,液體成為氣體,即汽化中的蒸發。如果是物體外部加熱,則分子會直接從液體內部衝出,液體成為氣體,即汽化中的沸騰,液化則是汽化的逆過程。固體中的一部分分子如果得到了其他分子的能量,直接衝出,變成自由的分子,固體成為氣體,即升華,凝華則是升華的逆過程。

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責任編輯:曹楨

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