相与相变

相变

把一块冰放在台面上,它会化成水;继续加热这些水,它又会变成蒸汽。这每一次转换——固体变液体、液体变气体——都是一次相变。相变就是物质从一个相切换到另一个相的那一刻,而且在整个切换过程中,温度往往保持在一个固定不变的数值上。

在底层,相变是分子排布方式和彼此结合紧密程度的一次重新组织。熔化把僵硬的晶体松开成流动的液体;沸腾让分子挣脱束缚、四散成气体。在相变点上,两个相处于平衡:物质正骑在分界线上,你加进去的热量都用来重排分子,而不是用来升高温度。这份藏起来、且温度不变的热,就是潜热。

相变之所以重要,是因为它能在温度恒定的情况下,储存、释放并搬运极其巨大的能量——这正是为什么出汗能让你凉快、冰箱能制冷、天气会被水的相变所驱动。相变还有不同的「陡峭程度」:有些像沸腾那样骤然跳变;有些像金属失去磁性那样缓缓过渡。这种区别,正是「相变的级数」所要讲的。

加热一锅水,它的温度爬升到 100 °C,然后就停在那里:多投进去的每一焦耳都用来把水烧成蒸汽,而不是让它更热,直到最后一滴水也烧干为止。

相变进行时,温度暂停不动,而热量在做转换的工作。

常见的相变各有名称:熔化(固到液)、凝固(液到固)、汽化或沸腾(液到气)、凝结(气到液)、升华(固到气)、凝华(气到固)。

又称
phase change相变相變