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物态变化与潜热

物質の状態

II 熱 / 物質の状態
一句话结论

物态变化期间温度不变,吸放热由潜热 Q = mL 计算。完整的加热过程要分段:升温段用 mcΔT,变态段用 mL。

加热冰水混合物,温度会卡在 0 °C 不动——热量没有消失,它去拆分子间的束缚了。所以物态变化期间「吸热但不升温」,这正是加热曲线上出现水平段的原因。看到水平段就知道那里在变态。

为什么是这样

给冰水混合物加热,温度会卡在 0 °C 一动不动,直到冰全部化完才继续上升。热量并没有消失——它去拆分子之间的束缚了,而不是去提高分子的平均动能。

所以物态变化期间「吸热但不升温」。这正是加热曲线上出现水平段的原因。反过来看图也成立:看到水平段就知道那里在变态,段的长短对应潜热的大小。

水的熔化热特别大(336 J/g),远超把水升高 1 °C 所需的 4.2 J/g。这解释了为什么冰镇饮料能维持低温很久——冰在化的过程中吸掉了大量热而自己不升温。

加热曲线:水平段是物态变化,吸热但不升温0 °C吸收的热量温度熔化:mL冰 mcΔT水 mcΔT

定量表达

Q=mL,其中 L 是潜热(熔化热或汽化热),m 是真正完成变化的那部分质量。如果只有一半冰化了,m 就只算那一半。

这条式子里没有 ΔT,因为变态期间 ΔT = 0。它与上一节的 Q = mcΔT 是互补的:斜段用 mcΔT,平段用 mL,两者不能混用也不能省略任何一段。

跨越熔点或沸点的完整过程必须分段计算。而且要注意冰和水的比热不同(2.1 与 4.2 J/(g·K)),不能用同一个 c 贯穿全程。

Q=mL
Q
物态变化吸收或放出的热量[J]
m
发生变化的质量[kg]
L
潜热(熔化热或汽化热)[J/kg]
适用条件
  • 仅用于物态变化期间,此时 ΔT = 0
  • m 是真正完成变化的那部分质量,不一定是总质量

怎么用

拿到题先画加热曲线,有几个水平段就分几段。以例题为例:100 g、−10 °C 的冰加热到 10 °C 的水,要分三段。

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