【第3.03讲】大自然的魔法1
同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。前两讲我们已经了解了温度，今天我们就用它来探究大自然的魔法——物态互变。
物态有固、液、气3种，它们之间互变，有6种变化。请看课程文稿中的图1，我们先了解物态变化的全貌，然后再谈细节。
第1组：固液互变，物质由固态变液态叫熔化，反之，由液态变固态叫凝固。
第2组：液气互变，物质由液态变气态叫汽化，反之，由气态变液态叫液化。
第3组：固气互变，物质由固态变气态叫升华，反之，由气态变固态叫凝华。
这6个名词，你必须要记住的，没有别的办法，只有多听多用，用的多了自然也就记住了。
图1：大自然的6种物态变化
开始讨论之前，我们需要先回顾一下固体、液体、气体的特点：
固体——最为坚固，结构致密，不易变形，不易压缩；
液体——次之，它不易被压缩，但没有固定的形状，可以随意流动；
气体——最为松散，很容易压缩或膨胀，我们形象的说，它可以“飞动”。
从固体到液体再到气体，它们的流动性越来越强，活动由束缚到越来越自由，结构由致密到越来越松散。你看，它们差别那么大，大自然变这个魔法其实很不容易。
要实现物态互变，离不开加热或降温。因为物态互变这个魔法需要用到“能量块”，而大自然的能量块就是以热量的形式提供的。
给固体一些热量，它的内部就躁动起来，想要突破束缚，追求自由，躁动到管束不住的程度，就从固体变成了可以流动的液体。继续再给液体一些热量，它就要更大的自由，由液体再变成可以飞动的气体。以上就是熔化和汽化，显然，熔化和汽化都需要吸热。
反过来，从气体出发，给它降温，逼它交出一些热量来，它的内部就没那么躁动，变得越来越老实，到了一定的程度，再想飞也飞不了了，只能乖乖的流淌，也就从气体变成了液体。进一步再拿走一些热量，流也流不动了，液体又变成了固体。以上就是液化和凝固，可见，液化和凝固都要放热。
图2：物态变化的热量关系
明白了这个道理，就像揭穿了大自然的谜底一样，物态变化的规律你会容易理解得多。
下面我们再逐个看看每一种物态变化，各自还有哪些特点。
先来看固液互变中的熔化。
这里要特别留心“熔”字的写法，是“火”字旁，不是三点水的“溶”。也就是固体根本不和水接触，直接用火烧化它，如炼钢、炼铁等，固态的铁烧成液态的铁水，这就是熔化。那三点水的那个“溶化”又是什么呢？这是一种通俗的说法，严格的说应该叫“溶解”，比如一块糖在一杯水中慢慢化掉，就是溶解。
科学家发现大自然中有两种固体，它们熔化的过程非常不同。
一类固体叫晶体，当它升温到某一温度时，突然就冒出来了液体，有一部分固体先屈服，化成了液体，然后不断加热，越来越多的固体被化成液体。夏天冰棒化水就是这样的过程。奇怪的是，在熔化的过程中，不管怎么加热温度始终不变，直到固体全部熔化完了，才又开始继续升温。
另一类固体是非晶体，它熔化的过程，是所有固体一起共同进退，随着不断加热，温度越来越高，整体越来越软，然后大家一起变成稀糊糊一样粘稠的东西，最后彻底化成流动的液体。修路工人加热沥青，电工熔化松香，都是非晶体熔化的例子。
晶体熔化是在固定的温度下进行的，这个温度被称为熔点。没熔化完，温度不升。而非晶体没有这个特征，它是在一个温度区间内逐渐变软的。因此，熔点就是我们区别晶体和非晶体的法宝。
再来看凝固。
凝固是熔化的逆过程，把熔化的过程倒过来就是凝固。与熔化一样，晶体和非晶体凝固的过程也不同。
液态的晶体凝固是在固定的温度下进行的，凝固的过程中温度始终不变，直至全部液体都变成固体。这时的温度叫凝固点。同一晶体，熔点和凝固点相同。
液态的非晶体凝固时，是在一个温度区间内，逐渐变得粘稠，然后越来越硬，最终成为硬邦邦的固体。“蜡炬成灰泪始干”，点蜡烛时，蜡“流泪”的过程是非晶体的熔化，“泪”流到烛台又变成一坨硬块，就是非晶体的凝固。
晶体熔化必须同时满足2个条件：①温度达到熔点；②继续吸热。同样的，晶体凝固也必须同时满足2个条件：①温度达到凝固点；②继续放热。
思考一个问题：将0℃的冰放到0℃的房间里，冰会熔化吗？将0℃的水放到0℃的房间里，水会结冰吗？答案是：都不会。因为缺少继续吸热和放热的条件。
下面，我们讨论液气互变中的汽化。
这里要特别注意“汽”字，有三点水，说明是由液态变气态才叫汽化。
汽化有两种方式，一慢一快：蒸发和沸腾。
蒸发很慢，见得非常多的例子是湿衣服被晾干，洒了水的地面自己干了。怎么干的？水汽化变成了水蒸气。这种汽化在任何温度下都能发生，且只发生在液体表面。我们把这种汽化就叫做“蒸发”。如此看来，蒸发不需要条件，随时随地都能发生。
但也不是说蒸发就不受任何因素的影响。通过晾衣服的经验，你就可以总结出影响蒸发的几个主要因素。我们平常希望衣服快一点干，都会怎么做呢？首先，用衣架把衣服撑开了再晾，而不是堆在那一堆，这是为什么？为了增大表面积，因为蒸发只发生在液体表面。其次，我们会选择有太阳的地方晾衣服，因为太阳底下温度高，可见提高温度加快蒸发。我们还会把衣服晾在通风的阳台或者室外，说明空气流通也有助于加快蒸发。最后你一定有体会，梅雨天衣服不容易干，而秋高气爽的天气衣服干得快，这主要是空气湿度的影响。
那么结论是，加快蒸发有四个因素：①增大表面积，②提高液体温度，③加快液体表面的空气流动，④降低空气湿度。此外，蒸发的快慢还与液体的种类有关，比如：同样的条件，酒精、汽油都比水要蒸发得快。
蒸发是要吸热的，吸周围物体和自身的热。如把酒精涂在皮肤上，感到特凉，就是酒精蒸发吸热，亦即蒸发致冷的结果。还有，用温度计测置于空气中的水温，要比同时同地的气温低，也是蒸发吸热、蒸发致冷的结果。蒸发致冷最大的应用就是电冰箱和空调。
什么是沸腾？通俗的说水烧开了，还继续烧，这时水就在沸腾。如果水一烧开就熄火，它就停止沸腾了。水沸腾时，液体内部产生大量气泡，气泡上升变大，到液体表面破裂，大量热气冒出来。看到的是水在翻滚，热气腾腾。可见沸腾是同时发生在液体表面和内部的剧烈汽化现象。水沸腾时要吸热，但温度始终不变。说明热量并没有被用来升温，而是被用在把水变成气这方面了。
沸腾时那个不变的温度，就叫沸点。实验发现，不同液体的沸点一般不同。同一种液体的沸点还与气压有关，气压越高，沸点越高。现在你知道，摄氏温标为什么一定要强调，100℃是在“标准大气压下”沸水的温度了吧？
总结一下，液体沸腾必须同时具备2个条件：①温度达到沸点，②继续吸热。缺一不可。
有一点要提醒注意：水沸腾前，水的内部也有气泡产生，只是在上升时越变越小，最终消失。那是由于水温不均匀导致的，下面的水温度高，上面的水温还比较低，才导致这一现象。
【小结一下】
1.这一讲的知识点很多，但关键还是要理解物理思想。固体、液体、气体的差别很大，固变液是熔化，液变固是凝固；液变气是汽化，气变液是液化；固变气是升华，气变固是凝华。它们之间的互变离不开吸热、放热。
2.晶体和非晶体熔化、凝固的过程不同，熔点或者凝固点是区别它们的关键。
3.汽化分蒸发和沸腾两种方式。蒸发在任何温度下都能发生，且只发生在液体表面。沸腾只在温度达到沸点，且继续吸热的条件下才能发生。蒸发吸热致冷，沸腾吸热温度不变。
下一讲我们再继续讨论，液气互变中的液化，以及固气互变。下一讲再见！
【备课手稿】
