?【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』，此版叢書(shū)是“數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書(shū)共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書(shū)是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來(lái)自學(xué)。不過(guò)這套叢書(shū)卻很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫(xiě)的注解。

【山話(huà)嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)』其實(shí)還有新版，即80年代的改開(kāi)版，改開(kāi)版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過(guò)我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開(kāi)版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒(méi)在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』上傳成文字版。

第七章物態(tài)的變化

【山話(huà)||? 本系列專(zhuān)欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳。另外這套老教材中的力的單位常用公斤，如今是不允許的，力是不能使用公斤為單位的。】? ?

§7-1熔解和凝固

【01】在前面三章中，我們根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)論討論了氣體、液體和固體的一些性質(zhì)，并且對(duì)某些現(xiàn)象作了說(shuō)明。但是所講解的還僅僅是物質(zhì)處于某一種狀態(tài)下的性質(zhì)，而沒(méi)有涉及到物質(zhì)如何從一種狀態(tài)過(guò)渡到另一種狀態(tài)的問(wèn)題。事實(shí)上，我們知道物質(zhì)三種狀態(tài)的主要區(qū)別是在于它們分子間的距離，分子間相互作用力的大小，和熱運(yùn)動(dòng)方式的不同。因此在適當(dāng)?shù)臈l件下，物體能從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)。比如在冬天，氣溫下降時(shí)水要結(jié)成冰，天氣轉(zhuǎn)暖時(shí)冰要化為水；雨后地面上的水會(huì)慢慢地干掉變成水汽等等，這些都是物態(tài)變化的例子。

【02】在這一章中，我們就從固態(tài)和液態(tài)的轉(zhuǎn)化——熔解和凝固，液態(tài)和汽態(tài)的轉(zhuǎn)化——汽化和液化，以及空氣的濕度等三方面來(lái)講解物態(tài)變化的基本規(guī)律，并且還將告訴讀者人們?nèi)绾卫眠@些規(guī)律來(lái)為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究服務(wù)。

【03】早晨的霜慢慢地化成為水；冬天溫度下降時(shí)，水又凍結(jié)成為冰；熔鐵爐里的鐵塊受熱后熔化成為鐵水；鐵水澆儔在模型里，漸漸冷卻，又凝固成為堅(jiān)固的零件。這一些都是我們通常所看到的固體和液體相互轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。

【04】物質(zhì)從固態(tài)變成液態(tài)的過(guò)程叫做熔解，從液態(tài)變成固態(tài)的過(guò)程叫做凝固。

【05】在前一章中我們已經(jīng)講過(guò)，固體可以分為晶體和非晶體兩大類(lèi)型。這兩種類(lèi)型的物質(zhì)在熔解和凝固的過(guò)程中有沒(méi)有區(qū)別呢？這是我們要研究的主要問(wèn)題。

【06】先拿一些非晶體來(lái)做實(shí)驗(yàn)。把一些松香放在試管里，在松香中插入一個(gè)溫度計(jì)，用它來(lái)測(cè)量松香的溫度變化。當(dāng)對(duì)松香進(jìn)行加熱時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)松香塊都在逐漸地變軟直到變成液體為止，同時(shí)溫度計(jì)所指示的溫度也在不斷地上升。在高溫下，這種液體的流動(dòng)性比較大，粘滯性比餃小。接著將試管放在冷水里，讓它逐漸冷卻下來(lái)，這時(shí)從溫度計(jì)上可以看到，在冷卻過(guò)程中，松香的溫度在不斷降低，而液態(tài)松香的粘滯性卻在逐漸增大，最后又結(jié)成為固體。如果我們將松香在受熱和冷卻過(guò)程中溫度隨時(shí)間變化的情況記下來(lái)，就能夠得到如圖7·1所示的圖線。不僅松香具有這種性質(zhì)，其他物體也具有這種性質(zhì)，例如我們平時(shí)常?？吹叫揆R路時(shí)，工人慣常將熔化了的瀝青澆在馬路上，隨著溫度漸漸下降，瀝青的粘滯性也逐漸增大，最后和碎石塊一起結(jié)成堅(jiān)硬的固體，做成路面?？墒敲慨?dāng)夏天太陽(yáng)照在瀝青路面上的時(shí)候，瀝青的溫度升高，同時(shí)變軟，軟化程度隨著溫度上升的高低不同而不同，這時(shí)我們走在它的上面會(huì)有柔軟的感覺(jué)。

【07】又如我們把玻璃放在火焰里加熱，隨著溫度的升高，會(huì)看到玻璃也是先變軟然后變成液體。利用玻璃的這種性質(zhì)，我們可以把玻璃熔軟，抽成很細(xì)的玻璃絲；也可以把玻璃管熔軟，再吹成各種不同形狀的玻璃容器。

【08】對(duì)這些非晶體進(jìn)行觀察后，我們發(fā)現(xiàn)非晶體的熔解和凝固過(guò)程是隨著溫度的改變而逐漸完成的。它的液態(tài)和固態(tài)之間沒(méi)有明顯的界限。固體受熱后先全部變軟，再熔化成為液體。液體散熱以后先凝固成為軟塊，再結(jié)成固體。

【09】再用晶體來(lái)做實(shí)驗(yàn)，觀察它在熔解和凝固時(shí)的特點(diǎn)。把純粹的萘粉（樟腦粉）放在容器里，對(duì)容器均勻加熱。在萘粉中插入一個(gè)溫度計(jì)，用來(lái)測(cè)量萘的溫度變化的情況，開(kāi)始時(shí)，溫度是逐漸升高的。當(dāng)加熱到某一溫度（80°C）時(shí)，可以看到有第一滴液態(tài)的萘形成。從這時(shí)開(kāi)始在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，雖然繼續(xù)對(duì)它進(jìn)行加熱，但萘的溫度卻并不上升，而傳入的熱量都用在使固態(tài)萘變成液態(tài)萘上去了。熱量的多少，只能影響熔解的快慢，而不能影響熔解溫度的高低，直到全部萘都熔解后，溫度才繼續(xù)上升。將萘受熱過(guò)程中溫度隨時(shí)間而變化的情況記下，可以得到如圖7·2所示的圖線。圖中的水平線段 AB 表示萘在熔解的過(guò)程中溫度不發(fā)生變化。

【10】這時(shí)如果停止加熱，萘就要向四周散熱而逐漸冷卻，于是溫度也就逐漸下降，當(dāng)降到某一溫度（80℃）時(shí)，就能夠看到有凝固的小萘塊出現(xiàn)。此后萘雖然繼續(xù)放熱，但是在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，溫度卻保持不變，如圖中的 CD 部分。最后要等到萘全部凝固后溫度才繼續(xù)下降。如果用常見(jiàn)的錫、鉛、冰或其他晶體來(lái)做實(shí)驗(yàn)，也可以得到同樣的結(jié)果。這說(shuō)明晶體在熔解和凝固的過(guò)程中具有共同的特征——溫度保持不變。

【11】比較圖7·1和圖7·2，就可以看到圖7·1中的曲線是逐漸上升或下降的，而圖7·2中的曲線卻有一段平直部分，它們表示了溫度不發(fā)生變化的過(guò)程。這就是說(shuō)，晶體在熔解和凝固過(guò)程中保持一定的溫度。晶體的液態(tài)和固態(tài)之間有明顯的界限。

【12】為什么晶體和非晶體在熔解和凝固時(shí)有這樣的區(qū)別呢？

【13】在前一章中已經(jīng)講過(guò)，晶體的分子是按一定的規(guī)則排列成為空間點(diǎn)陣的。分子只能在平衡位置附近不停地振動(dòng)，因此，它具有動(dòng)能；同時(shí)，在空間點(diǎn)陣中，由于分子之間相互作用，它又同時(shí)具有勢(shì)能。

【14】晶體在開(kāi)始熔解之前，從熱源獲得的能量，主要是轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿拥膭?dòng)能，因而使物質(zhì)的溫度升高。但在熔解開(kāi)始時(shí)，熱源傳遞給它的能量，是使分子的有規(guī)則的排列發(fā)生變化，分子之間的距離增大以及分子離開(kāi)原來(lái)的平衡位置移動(dòng)。這樣加熱的能量就用來(lái)克服分子之間的引力做功，使分子結(jié)構(gòu)渙散而呈現(xiàn)液態(tài)。也就是說(shuō)，在破壞晶體空間點(diǎn)陣的過(guò)程中，熱源傳入的能量主要轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿又g的勢(shì)能，分子動(dòng)能的變化很小，因此，物質(zhì)的溫度也就沒(méi)有顯著的改變。所以熔解過(guò)程是在一定溫度下進(jìn)行的。

【15】相反，在凝固過(guò)程中，分子之間的距離縮小，分子由雜亂無(wú)章的位置變成有規(guī)則的排列，它的勢(shì)能減小，向外傳遞熱量，但動(dòng)能卻沒(méi)有改變。這樣，在凝固時(shí)，溫度也是不變的。

【16】非晶體物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)跟液體相似，它的分子排列是混亂而沒(méi)有規(guī)則的，即使由于它的粘滯性很大，能夠保持一定的形狀，但是實(shí)際上它并不具有空間點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)，熱源傳遞給它的能量，主要是轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿拥膭?dòng)能。所以在任何情況下，只要有能量輸入，它的溫度就要升高。因此它沒(méi)有一定的熔解溫度，并且在熔解過(guò)程中，溫度是不斷上升的。

【17】晶體熔解時(shí)的溫度叫做熔解溫度，簡(jiǎn)稱(chēng)熔點(diǎn)。晶體凝固時(shí)的溫度叫做凝固溫度，也叫做凝固點(diǎn)。對(duì)于同一物質(zhì)來(lái)講，它的凝固點(diǎn)就是它的熔解點(diǎn)。在熔點(diǎn)時(shí)固體和液體是可以共存的。所以我們也可以這祥講：固體與液體共存時(shí)的溫度叫做熔解溫度。熔解時(shí)，輸入的熱量用于使固體熔解。在凝固過(guò)程中，液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w，同時(shí)放出熱量。所以物質(zhì)的溫度高于熔點(diǎn)時(shí)，將處于液態(tài)；低于熔點(diǎn)時(shí)，就處于固態(tài)。

【18】從實(shí)驗(yàn)中知道各種物質(zhì)的熔點(diǎn)相差很大。純鐵的熔點(diǎn)是 1525°C，金是 1064°C，冰是0°C，而固態(tài)的氫在－257°C 時(shí)就熔解了。

【19】表7·1是幾種物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的熔點(diǎn)。

【20】熔點(diǎn)對(duì)于生產(chǎn)技術(shù)具有很大的意義，在某些生產(chǎn)部門(mén)中，就是利用物質(zhì)熔點(diǎn)不同這一特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行操作的。如在焊接金屬時(shí)，用作焊條的金屬的熔點(diǎn)，必須比被焊金屬的熔點(diǎn)低才行；為了煉鋼，必須使?fàn)t溫保持在鋼的熔點(diǎn)以上，面熔鐵爐里的耐火磚的熔點(diǎn)就應(yīng)該比鐵的熔點(diǎn)高，鎢的熔點(diǎn)甚至達(dá)到3357°C，所以可以用來(lái)制成白熾電燈的燈絲。