臨界溫度及“氣”與“汽”的區(qū)別等現(xiàn)象解釋

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1、 臨界溫度及“氣”與“汽”的區(qū)別等現(xiàn)象解釋 臨界溫度及“氣”與“汽”的區(qū)別 ? 我們常在相關(guān)書籍和報(bào)刊中看到：蒸汽、汽輪機(jī)、汽化……這些詞中的“汽”有水旁；而氣球、氧氣、空氣這些詞中的“氣”沒有水旁。這是為什么，要說明這個(gè)問題，還須從物質(zhì)的臨界溫度談起。 要使物質(zhì)由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)能夠用增大壓強(qiáng)和降低溫度的方法。但這種方法能否使所有的氣體液化呢，早在19世紀(jì)中葉，包括法拉第在內(nèi)的很多科學(xué)家在這方面做了大量的研究工作，二氧化碳、氯化氫等氣體相繼在他們的實(shí)驗(yàn)室里變成液體。但是氧氣、氮?dú)狻錃獾纫恢辈荒鼙灰夯?。于是，人們不得不把這些“頑固派”稱為“永久氣體”。 1869年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)

2、了一個(gè)有趣而且有很高科學(xué)價(jià)值的現(xiàn)象：要想加壓使二氧化碳液化，必須使它的溫度等于或低于31．1℃；高于31．1℃時(shí)，壓強(qiáng)無論怎樣增大，也不能使它液化。實(shí)驗(yàn)表明，氯化氫、氨氣等氣體也有自己的“特殊溫度”，只不過氯化氫是51．5℃，氨氣是132℃罷了。這時(shí)，科學(xué)家明白了所謂“永久氣體”氧氣、氮?dú)獾纫灿凶约旱摹疤厥鉁囟取?，只有將它們的溫度降低到這個(gè)“特殊溫度”，增大壓強(qiáng)時(shí)才能使它們液化。但是這些氣體的“特殊溫度”很低，當(dāng)時(shí)還達(dá)不到這樣低的溫度，所以無法使它們液化。隨著低溫技術(shù)的持續(xù)提升，“頑固派”也一個(gè)個(gè)被液化了。1908年，氦氣最后也被化了。每種物質(zhì)的“特殊溫度”叫做這種物質(zhì)的臨界溫度。下表列出了一

3、些物質(zhì)的臨界溫度：? 物 質(zhì) 臨界溫度（℃） 物 質(zhì) 臨界溫度（℃） 氦 －267．9 氯化氫 51．5 氫 －240 氨 132 氮 －147 氯 144 氧 －118．8 乙醚 194 甲烷 －83 乙醇 243 二氧化碳 31 水 374 通常把在臨界溫度以上的氣態(tài)物質(zhì)寫作“氣”，對(duì)“氣”壓縮時(shí)，它不可能被液化；而把臨界溫度以下的氣態(tài)物質(zhì)寫作“汽”，對(duì)“汽”加壓有可能被液化。同一物質(zhì)的“氣”和“汽”在分子組成上沒有什么不同，所以氣和汽并沒有嚴(yán)格的區(qū)別。出于習(xí)慣，人們常把室溫下處于液態(tài)的物質(zhì)如水、酒精、汽油等的汽化物寫作“汽”

4、。 是“水”還是“汽” 鍋里的水燒開以后，鍋蓋周圍冒出一團(tuán)團(tuán)“白氣”。這“白氣”是什么？“白氣”從噴出到消逝經(jīng)過哪些物理過程。 仔細(xì)分析一下，“白氣”從噴出到消逝要經(jīng)歷三個(gè)物理過程： 第一，從鍋里噴出來的是水汽化后形成的水蒸氣，是氣體。因?yàn)殄伕浇鼫囟缺容^高，水蒸氣仍然保持氣體狀態(tài)，肉眼看不見它們，所以，靠近鍋邊的地方，我們什么也看不見。 第二，水蒸氣離開鍋邊一段距離以后，這里的溫度比鍋邊處低，水蒸氣溫度降低后，就凝結(jié)成微小的水珠，這是液化現(xiàn)象。小水珠是看得見的，這就是我們看到的霧狀的“白氣”，所以“白氣”實(shí)質(zhì)上是液態(tài)小水珠，并不是氣體。 第三，霧狀的水珠進(jìn)一步向外升騰，分

5、散到干燥的空氣中，再一次蒸發(fā)，這又是一次汽化現(xiàn)象，又成為水蒸氣，所以離鍋遠(yuǎn)處，我們又什么也看不見了。 簡(jiǎn)單地說，水燒開后水蒸氣從噴出到消逝，它的變化過程是：水蒸氣──小水滴──水蒸氣。 明白了水燒開后冒出“白氣”的道理，請(qǐng)你考慮下面兩種現(xiàn)象該怎樣解釋：。 （1）冬天在室外能夠看到人呼出“白氣”，而在夏天卻看不見，為什么？ （2）夏天從冰箱里取出冷凍物品能夠看到冒“白氣”，而冬天卻看不見，為什么？ 呵氣和吹氣 北方冬天的室外，氣溫很低，手凍得難受，這時(shí)人們習(xí)慣向手上呵氣，這樣能使手感到暖和些。而當(dāng)我們從鍋里拿剛出籠的饅頭，手燙得難受時(shí)，又習(xí)慣向手上吹氣。為什么呵氣時(shí)感

6、到暖和，而吹氣又會(huì)解除燙感呢？ 原來，冬天在室外，人手的溫度較低，從嘴里呵出的氣溫度較高，呵出的氣速度緩慢，這時(shí)熱量從呵出的暖氣向冷手上傳遞，提升了手的溫度，使手感到暖和。 剛出籠的饅頭溫度高，用手接觸它后，使人產(chǎn)生燙感。當(dāng)你向手上吹氣時(shí)，吹出的氣速度快，促動(dòng)了空氣的流動(dòng)，因而加快手上水分的蒸發(fā)，水分的蒸發(fā)又會(huì)從手上吸收熱量。這就是吹氣使人解除燙感的原因。 云雨雪雹 在各種天氣現(xiàn)象中，人們最熟悉和注重的，恐怕是云、雨、雪、冰雹現(xiàn)象了。因?yàn)檫@些現(xiàn)象直接影響到人們的生產(chǎn)、交通和日常生活。不過，它們產(chǎn)生的原因和物理過程是怎樣的呢？ 這要先從云說起。我們知道，包圍我們地球表面的

7、大氣，是因?yàn)閮艨諝狻⑺凸腆w雜質(zhì)（如灰塵）組成的。水汽是一種看不見的氣體，它在大氣中占的比例雖然很小，但卻是造成天氣變化的一個(gè)必要“角色”。含有水汽的潮濕空氣，在上升過程中，因?yàn)橥饨鐨鈮簻p小，體積就要膨脹。氣體膨脹時(shí)，它的溫度降低。因?yàn)闇囟冉档?，空氣中容納水汽的本領(lǐng)變小了，于是出現(xiàn)了水汽“過?！爆F(xiàn)象。過剩的水汽便以塵埃等小顆粒為核心，凝結(jié)成小水滴，當(dāng)高空的溫度低于某一溫度時(shí)，過剩的水汽便凝華成小冰晶。這些許很多多漂浮在高空的小水滴和小冰晶集聚在一起，便形成了云。 云中的小水滴和小冰晶體積都非常小，直徑平均只有幾微米，它們只能飄浮在高空，還不能下降形成雨和雪。只有當(dāng)它們?cè)龃蟮剿艿闹亓ψ?/p>

8、以克服空氣的浮力和暖空氣上升的舉力，又不會(huì)被蒸發(fā)掉時(shí)，才能降落到地面上，形成雨或雪。 　　那么，小云滴又是怎樣增大的呢？? 　　一種方式是水汽以小云滴為核心繼續(xù)凝結(jié)和凝華，這種作用在云滴增大的初期起主要作用。另一種方式是云滴相互合并，這種方式在云滴增大的后期起主要作用。由于云滴的大小不同，它們下降的速度也不同。最小的云滴，下降速度只有1毫米／秒；最大的云滴，下降速度可達(dá)72厘米／秒。因此，在下落過程中，大云滴和小云滴經(jīng)常發(fā)生碰撞合并現(xiàn)象（圖3－1）。大云滴吞并了小云滴，壯大了自己。吞并的結(jié)果，會(huì)很快增大到空氣再也承托不住它的狀態(tài)。這時(shí)，它便會(huì)從高空掉下來，這就是我們經(jīng)常可以看到的雨。 　

9、　增大到能夠降下來的云滴，并不一定都以雨的形式出現(xiàn)：當(dāng)云內(nèi)溫度較高時(shí)，云完全是由水滴組成的，降到地面上的便是雨；云滴開始下降時(shí)，如果是冰晶或是雪花，但是當(dāng)它們通過較暖的空氣層后，也會(huì)熔解成雨滴，或者形成雨加雪；只有當(dāng)云內(nèi)和云下空氣的溫度都低于0℃時(shí)，掉下來的才是雪。 　　產(chǎn)生冰雹的雖然也是云，但它和一般的云有些不同。這種云上升運(yùn)動(dòng)特別劇烈，常升高到幾千米甚至一、二萬米，云層也特別厚，人們把它叫做秋雨云。在秋雨云中，空氣的上升氣流挾帶著大量的水汽，急速地上升到高空，然后又很快地變冷。這時(shí)水汽立即凝華成小冰晶，又從高空掉下來，經(jīng)過一層溫度在0℃以下但還沒有凍結(jié)的冷水層，于是冷水便在冰晶上凝結(jié)，成

10、為一層不透明的冰，這樣，小冰晶變成了較大的“雪珠”。由于雪珠比一般的冰晶重，一但上升氣流較弱時(shí)，便馬上下落，且表面開始熔解；但是，這時(shí)如果它又遇到強(qiáng)烈的上升氣流，又會(huì)使上述物理過程重新循環(huán)。這樣，在雪珠外面，不斷地裹上一層層“冰衣”，直到上升氣流再也承托不住它的時(shí)候，雪球便掉了下來，這就是我們常見的冰雹。 黑和白的熱效應(yīng) 取兩個(gè)完全相同的玻璃瓶，把其中的一個(gè)外面涂上黑色。另一個(gè)外面涂上白色。然后裝進(jìn)質(zhì)量相同、溫度相同的冷水，并各插入一支溫度計(jì)，放在太陽下面曬（圖3－4）。過一會(huì)兒即可發(fā)現(xiàn)，溫度計(jì)的讀數(shù)不再相同了，放在黑色玻璃瓶里的溫度計(jì)指示的溫度較高。這說明：黑色物體比白色物體吸收輻射熱的

11、本領(lǐng)強(qiáng)。 　　把這兩個(gè)瓶里的水倒掉，重新?lián)Q上質(zhì)量相同、溫度相同的熱水，放到冷藏室里，過一會(huì)兒又可發(fā)現(xiàn)，兩支溫度計(jì)的讀數(shù)又不相同了。這一次，放在黑色玻璃瓶里的溫度計(jì)具有較低的讀數(shù)。這說明：黑色物體比白色物體向外輻射熱的本領(lǐng)強(qiáng)。 　　上面的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)告訴我們，熱輻射與物體顏色的深淺有關(guān)。顏色越深的物體，吸收或者輻射熱的本領(lǐng)越強(qiáng)；顏色越淺的物體，吸收或者輻射熱的本領(lǐng)越弱。 　　炎熱的夏天，人們喜歡穿白色或淺色的衣服，嚴(yán)寒的冬天，人們喜歡穿黑色或深色的衣服，就是為了適應(yīng)不同的氣候。 　　我國西北的高山上終年積有冰雪，山下卻經(jīng)常干旱。解放后，人民政府便派飛機(jī)飛到雪山上空，撒下大量的碳屑，給白雪披上

12、黑裝，太陽一曬，冰雪就會(huì)融化，匯成滾滾的水流，流下山來。 　　近年來，太陽能熱水器得到了廣泛的應(yīng)用，它可以利用陽光為人們提供熱水。這類裝置雖然形式不同，但卻有共同的特點(diǎn)：都有一個(gè)黑色的采熱器。 　　冬天取暖的火爐涂成黑色，是為了增強(qiáng)火爐向周圍輻射熱的本領(lǐng)。為了降低幻燈機(jī)、變壓器的溫度，也常常把它們涂成黑色，以增強(qiáng)它們向外輻射熱的本領(lǐng)。 　　宇宙空間沒有大氣，宇宙飛船只能靠輻射與外界交換熱量，因此飛船“外衣”的顏色必須精心選擇。一般飛船的外表面都涂成銀白色或淺蘭色。當(dāng)有陽光照射時(shí)，由于涂上這種顏色，可以防止飛船溫度急劇升高；當(dāng)沒有陽光照射時(shí)，又可以起到減弱向外輻射熱的作用。在飛船內(nèi)表面，都

13、涂上黑漆，由于黑色物體吸熱和放熱的本領(lǐng)都大，這樣，衛(wèi)星向陽面的內(nèi)側(cè)，因溫度較高，容易放熱；同時(shí)，衛(wèi)星背陽面的內(nèi)側(cè)，因溫度較低，容易吸熱，整個(gè)艙內(nèi)的溫度就會(huì)比較均衡了。 玻璃“出汗”在哪面？ 玻璃窗上的“汗”是空氣中的水蒸氣遇到冷的窗玻璃液化而成的小水滴。那么，“汗”出在室內(nèi)的一面還是室外的一面呢？一定出在室內(nèi)的一面嗎？答案是：不一定！ 液化是指物質(zhì)從氣態(tài)變成液態(tài)的現(xiàn)象。液化的方法有兩種：降低溫度、壓縮體積。夏天的早晨，花草上常有露水，冬天的早晨，常有大霧，都是由于夜晚溫度降低，空氣中的水蒸氣遇冷液化成的小水滴，附著在空氣中的塵埃上，形成霧，附著在花草上，形成露。冬天戴眼鏡的人從寒冷的室外

14、進(jìn)入溫暖的室內(nèi)，室內(nèi)空氣中的水蒸氣遇到冷鏡片就會(huì)在鏡片上液化形成小水滴，使人看不清物體。而夏天，從冰箱中取出的易拉罐，過一會(huì)就會(huì)滿身是“汗”，是由于空氣中的水蒸氣遇到溫度較低的易拉罐液化成了小水滴。這些都是生活中常見的液化現(xiàn)象。 深秋的早晨，窗玻璃上有“汗”，這是由于夜間溫度降低，室內(nèi)溫度高，室內(nèi)空氣中的水蒸氣遇到溫度較低的窗玻璃液化形成的，此時(shí)“汗”出在里面。而室外空氣中的水蒸氣溫度也低，所以不會(huì)在玻璃上液化，外面無“汗”。 而如果在悶熱的夏季的夜晚，在一間開著空調(diào)的密閉很好的房間里，窗玻璃上的“汗”出在哪一面呢？由于空調(diào)房?jī)?nèi)溫度低，因而室內(nèi)空氣中的水蒸氣溫度也低，所以不會(huì)在玻璃上液化形成“汗”。而室外空氣中含有很多的水蒸氣，且水蒸氣溫度較高，遇到冷的窗玻璃就會(huì)液化成小水滴，此時(shí)，“汗”出在外面。 然而夏天，在開著空調(diào)的小汽車的窗玻璃上，卻是里外都“出汗”，這是為什么呢？玻璃外面的汗是由于空氣中的水蒸氣遇到冷的車窗玻璃液化而成，而小汽車?yán)锩鏈囟鹊?，空氣中的水蒸氣不?huì)液化，但是，汽車?yán)锩婵臻g較小，人口中呼出的水蒸氣遇到低溫的玻璃就會(huì)液化成小水滴，形成“汗”。由于房間相對(duì)空間較大，所以人呼出的水蒸氣在空調(diào)房里很快降溫，便不會(huì)在窗玻璃上液化了。