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高中物理竞赛——相变word免费下载

2019-05-15 14:30作者:admin

高中物理竞赛相变相:热学系统中物理性质均匀的部分。

系统按化学成分的多少和相的种类多少可以成为一元二相系(如冰水混合物)和二元单相系(如水和酒精的混合液体)。

相变分气液相变、固液相变和固气相变三大类每一类中又有一些具体的分支。 相变的共同热学特征是:相变伴随相变潜热。

、气液相变分气化和液化。 气化又有两种方式:蒸发和沸腾涉及的知识点有饱和气压、沸点、汽化热、临界温度等。 a、蒸发。

蒸发是液体表面进行的缓慢平和的气化现象(任何温度下都能进行)。

影响蒸发的因素主要有①液体的表面积、②液体的温度、③通风条件。

从分子动理论的角度不难理解蒸发和液化必然总是同时进行着当两者形成动态平衡时液体上方的气体称为饱和气饱和气的压强称为饱和气压PW。

①同一温度下不同液体的PW不同(挥发性大的液体PW大)但同种液体的PW有唯一值(与气、液的体积比无关与液体上方是否存在其它气体无关)②同一种液体在不同的温度下PW不同(温度升高PW增大函数PW=P式中L为汽化热P为常量)。 汽化热L:单位质量的液体变为同温度的饱和气时所吸收的热量它是相变潜热的一种。 汽化热与内能改变的关系L=ΔEPW(V气V液)≈ΔEPWV气b、沸腾。

一种剧烈的汽化指液体温度升高到一定程度时液体的汽化将不仅仅出现在表面它的现象是液体内部或容器壁出现大量气泡这些气泡又升到液体表面并破裂。 液体沸腾时液体种类不变和外界压强不变时温度不再改变。 (从气泡的动力学分析可知)液体沸腾的条件是液体的饱和气压等于外界压强。

(如在标准大气压下水在℃沸腾就是因为在℃时水的饱和气压时cmHg。 )沸点液体沸腾时的温度。

①同一外界气压下不同液体的沸点不同②同一种液体在不同的外界气压下沸点不同(压强升高沸点增大)。

c、液化。 气体凝结成液体的现象。

对饱和气体积减小或温度降低时可实现液化对非饱和气则须先使它变成饱和气然后液化。

常用的液化方法:①保持温度不变通过增大压强来减小气体的体积②保持体积不变降低温度。 【例题】有一体积为L的密闭容器充有温度T、压强atm的空气和饱和水汽并有少量的水。 今保持温度T不变将体积加倍、压强变为atm这时容器底部的水恰好消失。 将空气、饱和水汽都看成理想气体试问:()T的值是多少?()若保持温度T不变体积增为原来的倍容器内的压强又是多少?()容器中水和空气的摩尔数各为多少?【解说】容器中的气体分水汽和空气两部分。

容器中压强与空气压强、水汽压强的关系服从道尔顿分压定律。 对水汽而言第二过程已不再饱和。 ()在T、atm状态=PPW(P为空气压强)在T、atm状态=PPW(P为空气压强)而对空气PV=PV解以上三式得P=atmP=atmPW=atm可得T=℃=K()此过程的空气和水汽质量都不再改变故可整体用玻马定律:×V=P′V(这里忽略了“少量的”水所占据的体积…)()在一过程的末态用克拉珀龙方程即可。

【答案】()K()atm()均为mol。 【例题】如图所示在一个横截面积为S的封闭容器中有一质量M的活塞把容器隔成Ⅰ、Ⅱ两室Ⅰ室中为饱和水蒸气Ⅱ室中有质量为m的氮气活塞可以在容器中无摩擦地滑动。

开始时容器被水平地放置在地面上活塞处于平衡Ⅰ、Ⅱ两室的温度均为T=K压强为P。

现将整个容器缓慢地转到竖直位置两室的温度仍为T但Ⅰ室中有少量水蒸气液化成水。 已知水的汽化热为L水蒸气和氮气的摩尔质量分别为μ和μ试求在整个过程中Ⅰ室内系统与外界交换的热量。 【解说】容器水平放置时设水蒸气的体积为V氮气的体积为V直立时设有体积为ΔV的水蒸气液化成水。

直立后水的饱和气在同温度下压强不变故氮气的压强P=P-在直立过程对氮气用玻马定律PV=P(VΔV)结合以上两式可得ΔV=V为解决V对初态的氮气用克拉珀龙方程PV=RT这样ΔV=·所以水蒸汽液化的质量(用克拉珀龙方程)为Δm=ΔV=·这部分水蒸气液化应放出热量Q=Δm·L=·【答案】向外界放热·。 〖思考〗解本题时为什么没有考虑活塞对Ⅰ室做的功?〖答〗注意汽化热L的物理意义它其中已经包含了气体膨胀(汽化)或收缩(液化)所引起的做功因素若再算做功就属于重复计量了。

〖*再思考〗Ⅱ中氮气与“外界”交换的热量是多少?〖*答〗氮气没有相变就可直接用热力学第一定律。 ΔE=W=RTln=RTln()所以Q=ΔE–W=RTln()吸热。 、湿度与露点a、空气的湿度。

表示空气干湿程度的物理量有两种定义方式。 ①绝对湿度:空气中含有水蒸气的压强②相对湿度B:空气中含有水蒸气的压强跟该温度下水的饱和蒸气压的比值即B=×(相对湿度反映了空气中水蒸气离开饱和的程度人体感知的正是相对湿度而非绝对湿度以B值为~比较适宜。

在绝对湿度一定的情况下气温升高B值减小因此夏天尽管绝对湿度较大但白天仍感到空气比晚上干燥)。 b、露点:使空气中的水蒸气刚好达到饱和的温度。 露点的高低与空气中含有水蒸气的压强(即绝对湿度)密切相关根据克拉珀龙方程也就是与空气中水蒸气的量有关:夏天空气中水蒸气的量大绝对湿度大(水蒸气的压强大)对应露点高反之冬天的露点低。

、固液相变分熔解和凝固。 a、熔解。

物质从故态变成液态。

晶体有一定的熔解温度熔点(严格地说只有晶体才称得上是固体)非晶体则没有。 大多数物质熔解时体积会膨胀熔点会随压强的增大而升高但也有少数物质例外(如水、灰铸铁、锑、铋等规律正好相反)。 (压强对熔点的影响比较微弱如冰的熔点是每增加一个大气压熔点降低℃。 )熔解热λ:单位质量的晶体在溶解时所吸收的热量。

从微观角度看熔解热用于破坏晶体的空间点阵并最终转化为分子势能的增加也就是内能的增加至于体积改变所引起的做功一般可以忽略不计。

b、凝固。 熔解的逆过程熔解的规律逆过来都适用与凝固。

、固气相变分升华和凝华。 a、升华。

物质从固态直接变为气态的过程。

在常温常压下碘化钾、樟脑、硫磷、干冰等都有显著的升华现象。 升华热:单位质量的物质在升华时所吸收的热量。 (从微观角度不难解释)升华热等于同种物质的汽化热和熔解热之和。 b、凝华。 升华的逆过程。 如打霜就是地面附近的水蒸气遇冷(℃以下)凝华的结果。

凝华热等于升华热。 、三相点和三相图亦称“三态点”。

一般指各种稳定的纯物质处于固态、液态、气态三个相(态)平衡共存时的状态叫做该物质的“三相点”。 该点具有确定的温度和压强(清注意:两相点如冰点和汽点并不具备这样的特征)。 所以三相点这个固定温度适于作为温标的基点现在都以水的三相点的温度作为确定温标的固定点。

附:几种物质的三相点数据温度(K)压强(Pa)氢氘氖氮二氧化碳水怎样理解三相点的存在呢?将相变的气化曲线OK(即饱和气压随温度变化的曲线对应函数PW=P)、溶解曲线OL(压强随熔点变化的曲线)、升华曲线OS(压强随升华点变化的曲线)描绘在同一个P-t坐标中就构成“三相图”。

三条曲线的交点就是三相点如图所示。 在图中为了表示三相点的精确位置坐标的标度并不是均匀的所以坐标轴用虚线表示。

OK、OL和OS事实上分别是水汽两相点、冰水两相点和冰汽两相点“运动”的结果也就是相应两相的分界线。

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