相與相變

相變

把一塊冰放在檯面上,它會化成水;繼續加熱這些水,它又會變成蒸汽。這每一次轉換——固體變液體、液體變氣體——都是一次相變。相變就是物質從一個相切換到另一個相的那一刻,而且在整個切換過程中,溫度往往保持在一個固定不變的數值上。

在底層,相變是分子排佈方式和彼此結合緊密程度的一次重新組織。熔化把僵硬的晶體鬆開成流動的液體;沸騰讓分子掙脫束縛、四散成氣體。在相變點上,兩個相處於平衡:物質正騎在分界線上,你加進去的熱量都用來重排分子,而不是用來升高溫度。這份藏起來、且溫度不變的熱,就是潛熱。

相變之所以重要,是因為它能在溫度恆定的情況下,儲存、釋放並搬運極其巨大的能量——這正是為什麼出汗能讓你涼快、冰箱能製冷、天氣會被水的相變所驅動。相變還有不同的「陡峭程度」:有些像沸騰那樣驟然跳變;有些像金屬失去磁性那樣緩緩過渡。這種區別,正是「相變的級數」所要講的。

加熱一鍋水,它的溫度爬升到 100 °C,然後就停在那裡:多投進去的每一焦耳都用來把水燒成蒸汽,而不是讓它更熱,直到最後一滴水也燒乾為止。

相變進行時,溫度暫停不動,而熱量在做轉換的工作。

常見的相變各有名稱:熔化(固到液)、凝固(液到固)、汽化或沸騰(液到氣)、凝結(氣到液)、昇華(固到氣)、凝華(氣到固)。

又稱
phase change相变相變