【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的注解。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。

(资料图)

第七章物态的变化

【山话||  本系列专栏中的力单位达因等于10⁻⁵牛顿；功的单位尔格等于10⁻⁷焦耳；热量的单位卡路里等于焦耳。另外这套老教材中的力的单位常用公斤，如今是不允许的，力是不能使用公斤为单位的。】   

§7-1熔解和凝固

【01】在前面三章中，我们根据分子运动论讨论了气体、液体和固体的一些性质，并且对某些现象作了说明。但是所讲解的还仅仅是物质处于某一种状态下的性质，而没有涉及到物质如何从一种状态过渡到另一种状态的问题。事实上，我们知道物质三种状态的主要区别是在于它们分子间的距离，分子间相互作用力的大小，和热运动方式的不同。因此在适当的条件下，物体能从一种状态转变为另一种状态。比如在冬天，气温下降时水要结成冰，天气转暖时冰要化为水；雨后地面上的水会慢慢地干掉变成水汽等等，这些都是物态变化的例子。

【02】在这一章中，我们就从固态和液态的转化——熔解和凝固，液态和汽态的转化——汽化和液化，以及空气的湿度等三方面来讲解物态变化的基本规律，并且还将告诉读者人们如何利用这些规律来为工农业生产和科学研究服务。

【03】早晨的霜慢慢地化成为水；冬天温度下降时，水又冻结成为冰；熔铁炉里的铁块受热后熔化成为铁水；铁水浇俦在模型里，渐渐冷却，又凝固成为坚固的零件。这一些都是我们通常所看到的固体和液体相互转化的现象。

【04】物质从固态变成液态的过程叫做熔解，从液态变成固态的过程叫做凝固。

【05】在前一章中我们已经讲过，固体可以分为晶体和非晶体两大类型。这两种类型的物质在熔解和凝固的过程中有没有区别呢？这是我们要研究的主要问题。

【06】先拿一些非晶体来做实验。把一些松香放在试管里，在松香中插入一个温度计，用它来测量松香的温度变化。当对松香进行加热时，我们发现松香块都在逐渐地变软直到变成液体为止，同时温度计所指示的温度也在不断地上升。在高温下，这种液体的流动性比较大，粘滞性比饺小。接着将试管放在冷水里，让它逐渐冷却下来，这时从温度计上可以看到，在冷却过程中，松香的温度在不断降低，而液态松香的粘滞性却在逐渐增大，最后又结成为固体。如果我们将松香在受热和冷却过程中温度随时间变化的情况记下来，就能够得到如图7·1所示的图线。不仅松香具有这种性质，其他物体也具有这种性质，例如我们平时常常看到修马路时，工人惯常将熔化了的沥青浇在马路上，随着温度渐渐下降，沥青的粘滞性也逐渐增大，最后和碎石块一起结成坚硬的固体，做成路面。可是每当夏天太阳照在沥青路面上的时候，沥青的温度升高，同时变软，软化程度随着温度上升的高低不同而不同，这时我们走在它的上面会有柔软的感觉。

【07】又如我们把玻璃放在火焰里加热，随着温度的升高，会看到玻璃也是先变软然后变成液体。利用玻璃的这种性质，我们可以把玻璃熔软，抽成很细的玻璃丝；也可以把玻璃管熔软，再吹成各种不同形状的玻璃容器。

【08】对这些非晶体进行观察后，我们发现非晶体的熔解和凝固过程是随着温度的改变而逐渐完成的。它的液态和固态之间没有明显的界限。固体受热后先全部变软，再熔化成为液体。液体散热以后先凝固成为软块，再结成固体。

【09】再用晶体来做实验，观察它在熔解和凝固时的特点。把纯粹的萘粉（樟脑粉）放在容器里，对容器均匀加热。在萘粉中插入一个温度计，用来测量萘的温度变化的情况，开始时，温度是逐渐升高的。当加热到某一温度（80°C）时，可以看到有第一滴液态的萘形成。从这时开始在一个相当长的时间里，虽然继续对它进行加热，但萘的温度却并不上升，而传入的热量都用在使固态萘变成液态萘上去了。热量的多少，只能影响熔解的快慢，而不能影响熔解温度的高低，直到全部萘都熔解后，温度才继续上升。将萘受热过程中温度随时间而变化的情况记下，可以得到如图7·2所示的图线。图中的水平线段 AB 表示萘在熔解的过程中温度不发生变化。

【10】这时如果停止加热，萘就要向四周散热而逐渐冷却，于是温度也就逐渐下降，当降到某一温度（80℃）时，就能够看到有凝固的小萘块出现。此后萘虽然继续放热，但是在一个相当长的时间里，温度却保持不变，如图中的 CD 部分。最后要等到萘全部凝固后温度才继续下降。如果用常见的锡、铅、冰或其他晶体来做实验，也可以得到同样的结果。这说明晶体在熔解和凝固的过程中具有共同的特征——温度保持不变。

【11】比较图7·1和图7·2，就可以看到图7·1中的曲线是逐渐上升或下降的，而图7·2中的曲线却有一段平直部分，它们表示了温度不发生变化的过程。这就是说，晶体在熔解和凝固过程中保持一定的温度。晶体的液态和固态之间有明显的界限。

【12】为什么晶体和非晶体在熔解和凝固时有这样的区别呢？

【13】在前一章中已经讲过，晶体的分子是按一定的规则排列成为空间点阵的。分子只能在平衡位置附近不停地振动，因此，它具有动能；同时，在空间点阵中，由于分子之间相互作用，它又同时具有势能。

【14】晶体在开始熔解之前，从热源获得的能量，主要是转变为分子的动能，因而使物质的温度升高。但在熔解开始时，热源传递给它的能量，是使分子的有规则的排列发生变化，分子之间的距离增大以及分子离开原来的平衡位置移动。这样加热的能量就用来克服分子之间的引力做功，使分子结构涣散而呈现液态。也就是说，在破坏晶体空间点阵的过程中，热源传入的能量主要转变为分子之间的势能，分子动能的变化很小，因此，物质的温度也就没有显著的改变。所以熔解过程是在一定温度下进行的。

【15】相反，在凝固过程中，分子之间的距离缩小，分子由杂乱无章的位置变成有规则的排列，它的势能减小，向外传递热量，但动能却没有改变。这样，在凝固时，温度也是不变的。

【16】非晶体物质的分子结构跟液体相似，它的分子排列是混乱而没有规则的，即使由于它的粘滞性很大，能够保持一定的形状，但是实际上它并不具有空间点阵的结构，热源传递给它的能量，主要是转变为分子的动能。所以在任何情况下，只要有能量输入，它的温度就要升高。因此它没有一定的熔解温度，并且在熔解过程中，温度是不断上升的。

【17】晶体熔解时的温度叫做熔解温度，简称熔点。晶体凝固时的温度叫做凝固温度，也叫做凝固点。对于同一物质来讲，它的凝固点就是它的熔解点。在熔点时固体和液体是可以共存的。所以我们也可以这祥讲：固体与液体共存时的温度叫做熔解温度。熔解时，输入的热量用于使固体熔解。在凝固过程中，液体转变为固体，同时放出热量。所以物质的温度高于熔点时，将处于液态；低于熔点时，就处于固态。

【18】从实验中知道各种物质的熔点相差很大。纯铁的熔点是 1525°C，金是 1064°C，冰是0°C，而固态的氢在－257°C 时就熔解了。

【19】表7·1是几种物质在标准大气压下的熔点。

【20】熔点对于生产技术具有很大的意义，在某些生产部门中，就是利用物质熔点不同这一特点来进行操作的。如在焊接金属时，用作焊条的金属的熔点，必须比被焊金属的熔点低才行；为了炼钢，必须使炉温保持在钢的熔点以上，面熔铁炉里的耐火砖的熔点就应该比铁的熔点高，钨的熔点甚至达到3357°C，所以可以用来制成白炽电灯的灯丝。