【第3.04讲】大自然的魔法2

【第3.04讲】大自然的魔法2 同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。上一讲我们介绍了熔化、凝固、汽化，这一讲我们继续介绍液化、升华和凝华。 我们先说液化。 液化有两种方法：①降低温度，②压缩体积。无论降温还是压缩，都是希望自由散漫的气体，能够变老实一点，变紧密一点，两者都必须要放热。降温是直接逼气体交出热量，能量少了，它就飞不动了，越来越老实，互相依偎在一起，到一定程度，就成了结构更为紧密的液体。压缩体积，则是让气体无处可飞，强行使气体越聚越拢，最后变成液体。在压缩的过程中，气体温度会上升，当气体温度高于环境温度时就开始放热了。 家庭做饭用的液化气，火箭的燃料等，都是利用压缩体积的方法使气体变成液体储存的。实验表明，所有气体在温度降到足够低的时候都可以液化。要注意的是，空气中的水蒸气只要一遇冷就液化，如自然界中的“雾”和“露”，都是空气中的水蒸气液化而成的小水珠，附在花草上就是“露珠”，附在空中的尘埃身上，就成为了“雾”。我们平常看见的“白气”不要以为就是水蒸气，水蒸气是看不见的气体，我们看见的“白气”实际是水蒸气液化形成的很细小的水珠。 下面，我们来探究固气互变。 物质由固态变气态叫升华，反之，由气态变固态叫凝华。 图1：升华和凝华 坚硬的固体，跳过中间的液态，一跃而成为四处乱飞的气体，哪儿来的这么大的能量？当然是要吸热啰。反之凝华就要放热。有实验为证。给放在密封的烧瓶中固态的碘微微加热，会看到紫色的碘蒸气，这表明物质升华要吸热。将烧瓶从酒精灯上移开，放入冷水中，发现烧瓶中的碘蒸气变为碘的固态粉末，附在烧瓶内壁，且水的温度升高，这表明物质凝华要放热。 要注意的是，冰升华可以在任何温度下进行。不过温度越低，升华得越慢。当冰密闭于绝热的容器中，冰会少量升华，同时冰自身的温度降低，以提供升华需要的热量。可见，升华需要吸热，但不一定要从外界吸热，吸自身的热也可以。如果容器足够大，冰大量升华会使残留的冰温度降低很多。随着残余的冰温度越来越低，能够提供的热量也越来越少，升华就会减慢。 常见的升华现象有：冰冻的衣服未经化水就变干，白炽灯里的钨丝变细，樟脑丸变小，冰雕作品体积缩小，干冰在常温下升华，碘升华为碘蒸气。 常见的凝华现象有：雾凇，冬天玻璃上的“窗花”，霜，雪，冰晶，白炽灯泡内壁上黑色的钨，碘蒸气凝华为碘。 了解完了6种物态变化，我们聊聊生活中是如何利用这些规律的。 大火炖汤和小火慢炖，你觉得哪个熟得更快呢？应该说两个都一样快，只要汤沸腾了，就始终保持沸点的温度，不论火力多大，温度也不再升高。所以不论是小火慢炖还是大火猛煮，对于汤中的菜肴来说都是一样的受热，当然也会一起熟啦。从此，你知道了汤烧开以后就改为小火，可以节能哦。 你用过干冰吗？干冰是固态的二氧化碳，常温下易升华为二氧化碳气体，这一过程要吸收大量的热量，可起到降温的作用，在食品保鲜、人工降雨、舞台烟雾效果等方面有着广泛的应用。使用干冰能保持比普通冰袋更低的温度，并且不会有水，适用于怕水的物料。 在沙漠中如果没有找到水源，你知道还能怎么取水吗？有两种办法哦。一种是利用植物的蒸腾作用，收集植物蒸腾的水分。另一种是从空气中 “吸水”。沙漠的空气虽然很干燥，但仍含有一定的水分。人们已经发明了多种可以从沙漠干燥的空气中吸水的装置，但原理都是类似的，空气中的水蒸气遇冷液化成为小水珠，用结构特殊的多孔材料收集这些小水珠，积少成多，就可以得到宝贵的水啦。 图2：从干燥的空气中吸水的装置 你还能想到更多应用的例子吗？ 【小结一下】 这一讲，我们聊了液化、升华和凝华。 1.让气体液化有两种方法，①降温，②压缩。无论哪种方法都会放热。 2.升华需要吸热，凝华需要放热。冰可以在任何温度下升华，而且不一定要从外界吸热，还可以从自身吸热来完成升华。 3.物态变化的规律在生活中有很多应用，这一讲我们介绍了3个例子，分别是煮汤、干冰和吸水装置。下一讲我们还会介绍更多有趣的例子。 【思考题】 冰的最高温度和最低温度各是多少？ 水蒸气的最高温度和最低温度又各是多少？ 好了，下一讲再见！ 【备课手稿】