第七章溫度與物態(tài)變化

——七九河開是為什么？高壓鍋同學(xué)有什么特長？干冰有什么用？

“天氣預(yù)報說了，今天最高溫度才19度。你快去把秋褲穿上。不穿？不穿凍死你！”這樣的話大家都不陌生。溫度是什么？溫度是表示物體的冷熱程度。熱了，溫度高。冷了，溫度低。咱們平時說的多少多少度，都是攝氏溫度。攝氏溫度是這樣定義的，把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰水混合物的溫度定為0攝氏度，沸水的溫度定位100攝氏度，中間分成100個等份，每個等份代表1℃。等到高中的時候，還會學(xué)到開氏溫標(biāo)，又叫絕對溫標(biāo)。測量溫度的工具叫做溫度計。以前人們家里都會有那種玻璃溫度計，里面裝著紅色的液體，還有水銀體溫計。溫度計有量程，也就是它所能測量溫度的范圍。還有分度值，也就是一個小格代表的值。不過，現(xiàn)在的溫度計大多都是數(shù)字式的了。

生活中有一類現(xiàn)象與冷熱是很有關(guān)系的。比如說冬天，溫度降低了，河里的水就會結(jié)冰。又比如說我們洗完了衣服晾在那兒，過些時間衣服就干了。衣服上的水呢？變成水蒸氣跑了。無論是凍冰了，還是變成水蒸氣跑掉了，水一直都是水。這種現(xiàn)象是什么呢？偉大的物理學(xué)告訴我們，這個叫物態(tài)變化，就是說，物質(zhì)由一種狀態(tài)變成另一種狀態(tài)。一般來說，物質(zhì)有三種狀態(tài)，固態(tài)，液態(tài)和氣態(tài)。至少對于中學(xué)階段的物理學(xué)來說，咱們只知道這三種就行了。

冰化成水，在這個過程里，水是從固態(tài)變成了液態(tài)。物質(zhì)從固態(tài)變成液態(tài)的過程叫做熔化。那反過來呢，水凍成了冰，這個從液態(tài)變成固態(tài)的過程叫做凝固。我們都知道，天氣變暖和了，冰開始化，民諺有這么一句“七九河開”，說的就是北方到了七九天這個時候氣溫升高，河里的冰逐漸化開。要是變冷呢，就會凍上了。這是因為啊，熔化這個過程需要吸熱。而凝固呢，會放熱。也就是說，固體受熱的時候，在一定條件下會熔化，變成液體。而液體呢，反過來，外界比較冷的時候，放熱凝固變成固體。那么，在熔化和凝固的過程中，物體的溫度有沒有變化呢？我們先要把固體給大致分成兩類。一類叫晶體。另一類叫非晶體。晶體在溶解的過程中溫度是不變的。晶體熔化時的溫度叫做熔點。晶體凝固時的溫度叫做凝固點。同一晶體物質(zhì)的熔點和凝固點相同。比如水結(jié)冰的溫度，也就是冰熔化成水的溫度，也叫冰點。它吸熱了，熔化成液體了，但是在這個過程中溫度沒變，保持在熔點這個溫度，一直到完全熔化成液體。同樣道理，液體溫度降低到凝固點的時候，如果再放熱，溫度就不下降了，而是逐漸凝固，直到完全變成固體。

上面說的這個是晶體的熔化和凝固。那非晶體呢？這個過程比較復(fù)雜，在初中階段，你只需要知道非晶體在熔化的過程中溫度會緩慢上升，凝固的過程中溫度會緩慢下降就行了。也就是說，非晶體沒有明確的熔點和凝固點。

那問題來了？我們怎么知道什么物質(zhì)是晶體，什么是非晶體呢？這個事兒就復(fù)雜了。初中的物理書上給了一些例子，有晶體的，也有非晶體的。非晶體列舉了蠟、玻璃、松香和瀝青。主要記住這四樣就行了。

說完了固態(tài)和液態(tài)之間的轉(zhuǎn)化，我們來看看液態(tài)和氣態(tài)之間的轉(zhuǎn)化。物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程叫做汽化，這個過程是需要吸熱的。比如說我們煮面煮餃子的時候，下面火苗子騰騰的燒著，鍋里的水從里到外都在咕嘟嘟冒泡，這時候水在沸騰。沸騰是液體內(nèi)部和表面同時發(fā)生的劇烈的汽化現(xiàn)象。我們劃重點啊。首先，沸騰是液體內(nèi)部和表面同時發(fā)生的。其次，沸騰是劇烈的汽化現(xiàn)象。還要說明一點，沸騰只在確定溫度下發(fā)生。液體沸騰時候的溫度叫沸點。沸騰的過程中，液體雖然不斷吸熱，但是溫度不會再升高了，直到完全汽化為止。沸點和液面上的氣壓有關(guān)系。簡單說就是，液面上氣體壓強(qiáng)越大，沸點越高，反過來就是氣壓越小，沸點越低。為什么高壓鍋煮東西熟得快？就是因為鍋里的氣壓比外界的大氣壓高，水的沸點比在外面的時候高，這樣高壓鍋里那湯湯水水的溫度就比在外面敞開的鍋里要高，所以熟得快。而高原上呢，因為氣壓低，所以水的沸點也降低了。在高原上，特別是高山上，如果用普通的鍋燒水做飯，飯就很難做熟。因為溫度上不去了。那怎么辦呢？當(dāng)然就是找高壓鍋幫忙了。

汽化還有另外一種方式：蒸發(fā)。前面說晾著的衣服，慢慢地就干了，說明衣服上的水變?yōu)闅鈶B(tài)跑掉了。同樣，如果一個杯子里放著水，你忘了喝，一直就在那兒放著。過幾天你再看，就會發(fā)現(xiàn)水少了，甚至沒了。水呢？蒸發(fā)了。這里面發(fā)生了什么故事？在水的表面，有一些水分子悄悄跑到空氣里去了。雖然下面的水還是那么淡定，可是表面上的水分子已經(jīng)在不斷地飛升，也就是不斷地汽化了。不管是冬天還是夏天，這樣的故事都在發(fā)生著。這種在任何溫度下都能發(fā)生的汽化現(xiàn)象叫做蒸發(fā)。蒸發(fā)只發(fā)生在液體的表面。溫度越高，表面積越大，或者是液體表面上空氣流動越快，蒸發(fā)也就越快。因為液體在蒸發(fā)的過程中吸熱，所以液體溫度會降低。所以，我們游泳的時候，從水里一出來都會覺得有點涼。

物質(zhì)從氣態(tài)變成液態(tài)的過程叫做液化。液化這個過程是放熱的。所有的氣體在溫度降到足夠低的時候都可以液化。另外，在一定的溫度下，壓縮氣體的體積也可以使氣體液化。在工業(yè)上，有些氣體用加大壓強(qiáng)的方法來讓它們液化，比如液氮、液氧和液化天然氣。這樣就可以減小它們的體積，也就節(jié)省了空間。

另外，物質(zhì)也可以從固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)。這個過程叫做升華，是吸熱的。還可以直接從氣態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，這個過程叫做凝華，是放熱的。固態(tài)的二氧化碳叫做干冰，在運輸生鮮貨物的時候經(jīng)常用它來保持低溫，就是利用了干冰升華時候大量吸熱的原理。碘是一種很容易升華也容易凝華的物質(zhì)，將來學(xué)化學(xué)的時候，你們就會遇到這樣的題目了。