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为什么说蒸发在任何温度下都能发生(进行)?例如水在0℃以下就变成冰了,冰是固态,而蒸发是指液态变为? 第1页

  

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看问题标签里有个初中物理,想来是一位初中生在学习蒸发与沸腾时的疑惑吧,那我就凭我十几年学习物理的经验,看看能不能帮到你吧。我尽量详细点。(笑

以我接近二十年做学生的经历来看,这句话更像是在强调蒸发与沸腾发生的条件不同。你要学会揣摩出题人……啊,不是,要学会揣摩老师的意图。

我想你应该了解,蒸发与沸腾都是指液体汽化,因此蒸发暗含的前提条件就是液体。蒸发可以在液体没达到沸点之前就发生,而沸腾必须在液体达到沸点之后才会发生。这应该就是“任何”温度的来源,即在液体可以存在的任何温度,蒸发可以发生。(呼,圆回来了

但需要注意的是,这里是蒸发可以发生,而不是蒸发一定会发生,这就涉及到蒸发的原理了。

蒸发是发生在液体表面的一种相变,物质由液相转变为气相。其发生的原理也很简单,就是分子动理论。液体中的分子无时无刻不在运动,位于液体表面的分子就有可能在运动中通过分子间的相互作用,获得比较高的能量,因此摆脱分子间的束缚,脱离液体表面,变成气态分子。但气态分子也有可能运动到液体表面附近,被液体表面束缚,重新成为液体分子,显然,气态分子越多,分子平均自由程就越短,气体就越容易运动到液体表面附近,重新被束缚。衡量气体分子多少的物理量就是蒸气压。当蒸气压不高时,液体表面分子脱离液体的概率要高于气体分子重新被束缚的概率,这就是蒸发,但当气体分子足够多,液体表面分子离开液体表面的概率就会等于气体分子被重新束缚的概率,这时气体的压强就被我们称作是该物质的饱和蒸气压。达到饱和蒸气压之后,液体就不会蒸发了。

在相图上,饱和蒸气压就对应物质的气液分界线,我们以水为例,以下是水的相图:

图中气液分界线对应的压强即为对应温度下的饱和蒸气压,当然,其数值显然低于大气压,但蒸发可以进行,这时因为我们饱和蒸气压对应的是相应气体的分压,即大气中的水蒸气分压,由于大气中水蒸气的体积分数实在是太小了,因此其分压也不高,一般不超过饱和蒸气压,因此,水可以蒸发。我们把空气中水蒸气分压与其饱和蒸气压的比值定义为相对湿度,也就是说,当空气中相对湿度不超过100%时,蒸发都可以进行。这也是为什么从南极到非洲,大气中都含有水蒸气了。南方的衣服很难晾干的原因,你是不是也找到了。

了解了蒸发的原理之后,影响蒸发的因素也就呼之欲出了。一是温度,温度决定了液体分子动能的大小,温度越高,分子动能越大,越容易蒸发;二是表面积,蒸发只能发生在表面,自然表面积越大,就越容易蒸发;三是该物质的蒸气压,这点上面已经说明了。最后还有气体的流动速度,如果是在大气里,你可以理解为风速。

当然,蒸发制冷的原理也就很显然了,蒸发的液体分子都是液体中动能较大的分子,而温度就是分子平均动能,因此留下来的液体分子平均动能就比较小,温度就低一些。

蒸发显然是不可能在全部温度下都可以发生的,还是以常压下的水为例,当温度降低至冰点以下时,就会转变为冰晶体,冰到水蒸气的相变我们定义为升华。另一方面,你也看到了,相图中气液分界线并不是无限延长的,而是有一个临界点(Critical Point),临界点的意义是,到达该点之后,水的液相与气相就不可区分了,这时候自然就没有什么蒸发的概念了。

不过有一点,我想请提问者思考一下,冰变成水蒸气,究竟是表面的水分子直接变成气体水分子,还是先发生轻微的液化,再蒸发呢?其实是啥无所谓(这两种情况应该都有可能),明白其中的微观机制才最重要,当然,考试的时候别这样说啊,你要学会,啊,揣摩出题人的意图。

最后提一句,如果你对物理感兴趣,欢迎你继续深造,报考物理所啊。




  

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