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科普|神奇的物态变化 存在于我们生活的方方面面
来源: 新华网    时间: 2018-10-29 12:02

  物态变化是我们从初中就开始学习的知识,它存在于我们生活的方方面面。了解物态变化对于解释我们生活中的许多现象都有着非常重要的作用。今天,让我们一起来谈谈物态变化。

  物态有哪些

  在中学时,我们曾学过物质有三态,即气态、液态和固态。但在20世纪中期,科学家确认了物质的第四态,即等离子体态。

  被激发的电离气体在达到一定的电离度之后就会处于导电状态。此时,电离气体中每一个带电粒子的运动都会影响到其周围的带电粒子,同时也会受到其他带电粒子的约束。因为电离气体的整体行为表现出电中性,所以这种气体状态被称为等离子体态。

  美国标准技术研究院与美国科罗拉多大学的科学家组成的联合研究小组于1995年和2004年分别创造出了玻色-爱因斯坦凝聚态和费米子凝聚态。

  玻色-爱因斯坦凝聚态与费米子凝聚态有关。科学家根据量子力学认为,自然界中的粒子是玻色子或是费米子。这两类粒子的不同特性在极低温时表现得尤为突出:玻色子全部聚集在同一量子态上,形成玻色-爱因斯坦凝聚。而费米子则各自占据着不同的量子态,与玻色子相反。这两种物态都是物质在量子状态下的形态。

  物态如何进行变化

  物态变化即相变,指物质由一种状态变为另一种状态。相变通常与温度相联系,一般可分为经典相变和量子相变。经典相变描述的是热力学量的不连续性,是系统的能量和热涨落的熵互相竞争的结果。而在超低温度的条件下,物质中的热运动被减至极低的程度,物质处在能量的基态或低能激发态,此时量子力学现象尤为突出。故量子相变是指发生在绝对零度,由量子涨落而非热涨落导致的相变现象。

  经典相变包括以下过程:固体变为液体、液体变为气体和固体变为气体,以及相反的三个过程,即液体变为固体、气体变为液体和气体变为固体。这六个过程的名称分别是熔化、汽化、升华、凝固、液化和凝华。

  在物态变化的过程中,物质的流动性发生了变化。固体不流动,而液体和气体均可以流动。液体和气体的流动又有不同之处,液体即使在开放的容器中也有它的边界,即自由面,但气体没有边界。其次,在物态变化过程中,物质的体积也发生了变化,尤其是液体的汽化,它会导致体积剧烈膨胀。此外,物态变化还会伴随着热量的交换转移,比如汽化热。

  经典相变

  变化的原理是什么

  可以用分子运动论解释物态的变化。如果将固体加热或对其做功,使其内部的分子得到能量,则分子在平衡位置的振动加剧。其中部分分子吸收其他分子传递的能量,可相对于其他分子做移动,令固体的形状发生改变,成为液体,即熔化,凝固则是熔化的逆过程。液体表面的分子如果同时受到内部多个分子的撞击,分子间就会表现出排斥力,表面的分子得到能量后匀速直线运动到空气中,液体的分子变成了自由的分子,液体成为气体,即汽化中的蒸发。如果是物体外部加热,则分子会直接从液体内部冲出,液体成为气体,即汽化中的沸腾,液化则是汽化的逆过程。固体中的一部分分子如果得到了其他分子的能量,直接冲出,变成自由的分子,固体成为气体,即升华,凝华则是升华的逆过程。作者: 赵晶晶 吴一波

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(责任编辑:魏晓航)
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