热学（02）

【反常膨胀】一般物质由于温度影响，其体积为热胀冷缩。但也有少数热缩冷胀的物质，如水、锑、铋、液态铁等，在某种条件下恰好与上面的情况相反。实验证明，对0℃的水加热到4℃时，其体积不但不增大，反而缩小。当水的温度高于4℃时，它的体积才会随着温度的升高而膨胀。因此，水在4℃时的体积最小，密度最大。湖泊里水的表面，当冬季气温下降时，若水温在4℃以上时，上层的水冷却，体积缩小，密度变大，于是下沉到底部，而下层的暖水就升到上层来。这样，上层的冷水跟下层的暖水不断地交换位置，整个的水温逐渐降低。这种热的对流现象只能进行到所有水的温度都达到4℃时为止。当水温降到4℃以下时，上层的水反而膨胀，密度减小，于是冷水层停留在上面继续冷却，一直到温度下降到0℃时，上面的冷水层结成了冰为止。以上阶段热的交换主要形式是对流。当冰封水面之后，水的冷却就完全依靠水的热传导方式来进行热传递。由于水的导热性能很差。因此湖底的水温仍保持在4℃左右。这种水的反常膨胀特性，保证了水中的动植物，能在寒冷季节内生存下来。这里还应注意到，冰在冷却时与一般物质相同，也是缩小的。受热则膨胀，只有在0℃到4℃的范围内的水才显示出反常膨胀的现象来。

【复合金属板】由两种不同金属（铜片和铁片）组成长度相同的物体，将它们铆钉在一起，在室温情况下是直的。当温度升高后，它们将发生弯曲。在这种情况下，虽然两种金属温度上升是相同的，但由于它们的线膨胀系数不同，所以两种金属伸长的量不相等，因而发生弯曲。这种金属板称为复合金属板。

利用双金属片的特性，可制成金属温度计，或自动调节温度电路的触点。日光灯电路中的起辉器就是用它来作起动开关的。

【伸缩管】在温度变化较大的管道上连接伸缩管或波纹管，是一种保护措施。由于固体在热胀冷缩时，长度的变化量虽然不大，但对妨碍它发生形变的物体，却有巨大的作用力。例如，截面积为1厘米²、长度为1米的钢条，当温度升高40℃时，伸长只有约0.0005米。如果不让它伸长，它就会对限制它的物体产生10⁴牛顿的作用力。横截面积越大，作用力也越大。为此在工程技术上对于热膨胀所产生的力，应预先考虑，采取必要的措施。例如，钢制桥梁必须把一端架置在活动支座上，使桥梁能自由伸缩。又如在铺设铁轨时，也都是分段留有膨胀余地。

【金属温度计】利用一种呈弧形的双金属片在温度变化的影响下，双金属片带动指针偏转，用以指示或自动记录温度的变化。

【温度调节器】它是用来保持恒温的装置。如图2-7所示的是一种温度调节器的构造原理。弧形的双金属片C由于温度的改变促使其伸展或更加弯曲。在C的自由端固定一块金属板L，在C受热膨胀而伸展时，L与接触点相接触；当温度降低时，C将更加弯曲，L与K离开。若将L与K串接在电热器的QQ₁中，当L与K相接触时，电路接通，电热器开始加热，使双金属片C的温度升高。当温度达到某一定值时，由于C更加弯曲，L离开K，电路断开，电热器停止加热。当温度再一次降低时，C又伸展使电路接通。这样就可以自动地保持恒定的温度。复合金属板的里、外层，用线胀系数大的材料。根据仪器构造的需要，可将膨胀系数大的重合板用在环内侧或环外侧。

【相对膨胀】置于容器中的液体，温度升高后，直接观察到的并不就是液体的真实膨胀。因为当温度升高时，固体容器的容积也要膨胀。因此所见到的膨胀，既有液体的膨胀也有固体的膨胀，这种膨胀是液体相对于容器的膨胀故称“相对膨胀”。

【分子的动能】分子作无规则运动所具有的动能叫做“分子的动能”。由于各个分子的运动速度一般说是不同的，因而分子的动能亦不相等，而它们动能的平均值，叫做“分子平均动能”。物体的温度是大量分子热运动剧烈程度的表征；分子热运动越剧烈，物体的温度就越高。也可以说分子的平均动能大，物体的温度就高；分子平均动能小，温度就低。从分子运动论的观点来看，温度是分子平均动能的标志。温度的升高与降低，标志分子平均动能的增大或减小。物体的动能是一种机械能，是力学中的量。它只跟物体的机械运动有关，而跟物体内部分子的无规则运动无关。分子的平均动能，是分子动能的平均值，它是热运动的能量。

【分子的势能】由于分子间的相互作用而具有的势能，叫做“分子的势能”。地面上的物体，由于它跟地球相互作用而具有势能，拉长或压缩弹簧，反抗弹力做功，使弹簧各部分之间的相对位置发生变化，增加了弹簧的势能。一切相互作用的物体都具有由它们的相对位置或物体内部各部分之间的相对位置所决定的势能。若物体间的相互作用力是引力，那么，当它们的距离增大时，必须反抗引力做功，使物体的势能增加；在距离缩小时，引力做功，势能减小。如果物体之间的相互作用力是斥力，在距离增大时，物体的势能减少；距离缩小，物体的势能增加。分子之间也存在相互作用力，并且随着距离的不同，有时表现为引力，有时表现为斥力。因此，分子也具有由它们的相对位置所决定的势能。

【分子平均动能】见“分子的动能”。

【内能】内能是指由物质系统内部状态所决定的能量。从分子运动论的观点看，热力学系统的内能，包括组成物质的所有分子热运动的动能、分子与分子间相互作用的势能的总和，以及分子中原子、电子运动的能量和原子核内的能量等等。当有电磁场和系统相互作用时，还应包括相应的电磁形式的能。内能是热力学系统的状态函数，完全由系统的初、终状态所决定的物理量。当状态一定时，系统的内能也一定。当系统从一个状态转变到另一个状态时，不论这种转变通过什么过程实现，只要系统的初、终状态不变，在各种不同的绝热过程中，采用各不相同的做功形式，所测得功的数值都相同，而与转变过程无关。对于均匀系统而言，若没有外力场的作用，内能可以表示为温度T和体积V的函数，即

U=U（T，V）

当温度和体积分别增加dT和dV时，内能的增加量可如下表示

式中C_V和C_P分别为系统的定容热容量和定压热容量。

对于理想气体系统而言，由于不存在分子间的相互作用，系统的内能只是所有分子热运动动能的总和。而分子热运动动能只是温度的函数，所以理想气体的内能也只是温度的函数，即

U=U（T）

当温度增加dT时，内能的增量可如下式表示：

dU=C_VdT

式中C_V为理想气体系统的定容热容量。

物体内能的大小跟它的质量有关。质量越大，即分子数量越多，它的内能就越大。还跟物体的温度和物体的聚集态（固态、液态和气态）以及物体存在的状态（整块、碎块或粉末）有关。其原因是物体温度越高，分子运动越快，分子动能越大；分子间距离越大，分子的势能就越大。对气体来说，它的内能基本上只有分子的动能。因气体分子间的距离已经变得很大，它们之间相互作用力实际上已不再发生作用，所以气体分子的势能可以忽略。物体的内能跟整个物体的机械能含义不同，只要是物体的温度、体积、形状、物态不变，尽管它的机械能在变，它的内能仍保持不变。

物体的温度升高，物体内能增加。因为分子无规则运动加快，分子的动能增加；还因为一般物体受热体积膨胀，分子间距离增大，分子的势能增加。相反，物体的温度降低时，物体的内能就减少。整块物体破成碎块或粉末，分子的势能就要增加。物态变化也伴随物体内能的变化。在熔解、蒸发、沸腾等过程中，物体的内能增加。相反，在凝固和液化等过程中，物体的内能减少。改变物体内能的方式是做功和热传递两种方式。

【物体的状态】物体的状态是指它所处的情况。物体的状态由一组物理量来确定，例如，物体的机械运动状态是指它的位置和速度；一定质量气体的热学状态由它的温度、压强、体积这三个物理量中的任意两个量来确定；物体的状态也指它的聚集态（固态、液态、气态），是整块的还是分散的。

【分散】把整块物体分裂成粉末或碎片的现象，叫做物体的“分散”。它是物体状态变化中一种很重要的概念。例如，喷雾器将水喷出；在黑板上用粉笔写字；用铅笔在纸上绘图；磨粉机磨面粉；车刀切削金属等都是分散的事例。物体在分散时，分子间的平均距离有了增加，这就需要克服分子间的引力做功。所以分子相互作用的势能就要增加。

【物体内能的变化】改变物体的内能有两种方式：一种叫做作功，另一种叫做热传递。热传递只能发生在温度不同的两个物体之间，或一个物体的温度不同的两个部分间。它是温度不同的两物体间能量转移的过程，即能量从高温物体转移到低温物体。热传递的结果使两个物体的温度趋于均衡。在热传递的过程中转移的能量，称之为热量。改变系统内能的另一条途径是做功。即用机构的或电的办法来对系统作功以达到改变其内能的目的。对物体传递热量或作功，不但同样可以改变物体的内能，并且在量的方面也具有一定的关系（热功当量）。

【热量】由于温度差，在热传递过程中，物体（系统）吸收或放出能量的多少，叫做“热量”。它与作功一样，都是系统能量传递的一种形式，并可作为系统能量变化的量度。热量是热学中最重要的概念之一，它是量度系统内能变化的物理量。在热传递的过程中，实质上是能量转移的过程，而热量就是能量转换的一种量度。热传递的条件是系统间必须有温度差，参加热交换的不同温度的物体（或系统）之间，热量总是由高温物体（或系统）向低温物体（或系统）传递的，直到两个物体的温度相同，达到热平衡为止。即使在等温过程中，物体间温度也不断出现微小的差别，通过热量传递而不断达到新的平衡。对于参加热传递的任何一个系统，只有在和其他系统之间有温差，才能获得或失去能量。另外，对系统本身来说，它获得或失去的这部分能量（即热量），并不一定全部用来升降自身的温度，也可用来使自身发生物态的变化。若用分子运动论的观点来看，实际就是将系统分子无规则的热运动转移到另一系统，使该系统的分子热运动的动能或分子间相互作用的势能发生变化。

热量原是热质说中引入的一个物理量。热质说把热量定义为热质之量，即热质的多少。热质说认为物体温度的高低由所含热量（热质）的多少来决定，而且传递的过程是热质移动的过程。现在热质说已被废弃，却保留了“热量”一词，但两者的含义根本不相同。我们说到热量由一个物体转移到另一物体时，意思是说，能量由热传递的方式，从一个物体转移到了另一个物体，其能量转移的数量（不是代表每个物体内能的多少）就用热量来表示。可见，热量只是用来衡量在热传递过程中物体内能增减的多少，并不是用来表示物体内能的多少。说某系统或某物体包含了多少热量，是没有意义的。在国际单位制中，热量的单位是焦耳（卡或千卡已废弃不用）。

在对热量的理解基础上，有必要弄清与其他概念的关系：首先应明确，尽管热量和温度有一定的联系，但它们是完全不同的两个物理量。因为热量是系统内能变化的量度，而温度则是系统内部大量分子作无规则热运动的激烈程度的标志。尽管热传递必须在两系统间有温度差时进行，但传递的是能量，不是热质，更不是温度。热传递不仅可使系统温度发生变化，还可使物态发生变化。在物态变化过程中，传递给系统的热量不一定使系统温度变化（如萘的熔解过程）。因此说：“系统吸收热量多，温度变化不一定大”。“系统的温度高，放出的热量也不一定多”。因为放出的热量，不但和温度的变化值有关，还和热容量等因素有关。其次热量和功有着本质的区别。功是在没有热传递过程中，系统能量变化的量度。而热是在没有作功过程中，系统能量变化的量度。热量和功，都是系统内能变化的量度，都是与过程有关的物理量。热量可以通过系统转化为功，功也可以通过系统转化为热，一定量的热量和一定量的功是相当的。用作功来改变系统的内能，是系统分子的有规则运动转化为另一系统的分子的无规则运动的过程，也就是机械能或其他能和内能之间的转化过程。用传热来改变系统的内能，是通过分子间的碰撞以及热辐射来完成的。它将分子的无规则运动，从一个系统转移到另一个系统。这种转移也就是系统间的内能转换的过程。因此功和热量既有内在的联系，又有本质的区别。最后还应明确热量和内能的关系：内能是由系统的状态决定的。状态确定，系统的内能也随之确定。通过作功和热传递这两种过程可使系统的内能发生变化。热量是热传递过程中的特征物理量。和功一样，热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化的。有过程，才有变化，就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在什么“功”和“热量”。因此也不能说一个系统中含有多少热量或多少功。

【卡】卡路里的简称。是计算热量曾用的一种单位。代号为cal。使1克纯水温度升高1℃所需要的热量叫做1卡路里，简称1卡，有时亦称1小卡。由于水的比热随温度不同而略有差异，精密的量度发现，把1克纯水从1℃加热到2℃时所需要的热量，比把它从31℃加热到32℃时所需要的热量大约多1％，所以在精密测定中，是把1克纯水从14.5℃加热到15.5℃所需要的热量规定为1卡。通常不加区别而以1卡/（克·度）为水的比热。应用上为方便起见，常以1千卡作为热量的单位，称为“千卡”或“大卡”。原来的“卡”是根据“热量是‘热质’的量”这一观点来定的，随着科学的发展，认识到热量是一种能量变化的量度。热量的单位完全应该采用能量的单位。但由于卡这一单位已经长期沿用，特别是在生物学和食品工业中，已习惯用卡来表示，故这一单位保留下来，但现在卡的意义跟原来的已经完全不同了。在国际单位制和我国法定计量单位中热量的单位是焦耳，1卡约等于4.184焦耳。即1焦耳等于0.24卡。

【大卡】即千卡，为卡的1千倍。它是热量曾用的单位。参见“卡”。

【热能】是能量的一种形式，依物质的分子运动学说，热能是物质中分子或原子无规则热运动的动能。任何一种运动形式都有与其相对应的能量。例如，机械运动的能量是机械能。物体内部所有分子的各种动能以及分子间势能的总和叫做内能。内能包括两部分：一部分是与分子热运动相对应的各种分子运动的动能E_K，另一部分是由分子之间的相互作用力引起的分子势能E_P。所有分子的各种形式的动能和势能的总和，叫物体的内能，用E表示，即E=E_K+E_P。由上可见，热能只是内能的一部分。在某些技术部门中，曾把热能和内能混淆，教学中宜将内能和热能区别开来。

【热功当量】热量以卡为单位时与功的单位之间的数量关系，相当于单位热量的功的数量，叫做热功当量。焦耳首先用实验确定了这种关系，将这种关系表示为

1卡（热化学卡）=4.1840焦耳

即1千卡热量同427千克米的功相当，即热功当量J=427千克米/千卡=4.1840焦耳/卡。

从下述两点说明功和热是相当量，而不是相等。其一是在系统的内能发生同样的变化中，既可以通过作功来完成，也可以通过传递热量来完成。两者之间只是在作用于系统这一效果上是等效的，决不能等同起来；其二是功和热之间的转换只是通过系统内能的变化才能完成。脱离系统去谈功和热之间的直接转换是不恰当的。尽管在宏观上可能反映出系统的内能没有发生变化，也不能得出热可以变功或功可以变热这样简单的结论。如果在转换过程中，外界供给系统热量，使系统全部用来对外作功，实际是外界供给系统热量，使系统的内能增加，同时系统对外作功，消耗了从外界获得的能量。

功热当量是热功当量的倒数，它等于0.24卡/焦耳。

【平衡状态（热学）】对于一定的热力学系统，当外界对它既不传热也不作功的条件下，无论该系统的初始状态如何，经过一定时间以后，必将达到其宏观物理性质不随时间变化的状态，这种状态称为平衡状态，简称平衡态。系统处于平衡态时，具有确定的状态参量。平衡态是热力学中重要的基本概念之一。这是在一定条件下对实际情况的概括和抽象，是一种理想的状态。事实上，自然界中并不存在完全不受外界影响，并且宏观性质又绝对不变的系统。只有当人们在研究有关热学问题时，为使问题简化，常把实际的状态，近似地当作平衡状态处理。

【热力学系统】热力学研究的对象是由大量粒子所组成的整体，这一宏观客体称热力学系统，简称系统。而与此系统相互作用的周围环境，称系统的外界。从系统与外界的关系来看，热力学系统有三种情况：其一是孤立系统，即热力学系统与外界没有任何相互作用的联系；其二是封闭系统，即与外界有能量交换的系统，但没有物质的交换；其三称为开放系统，与外界既有物质的交换，又有能量的交换。

【热力学过程】简称过程，即热力学系统从一个状态向另一个状态的过渡，或者说热力学状态随时间的变化。例如，在物态变化中，汽化是物质由液态转变为气态的过程，是凝结的相反过程，都是热力学的过程。按过程所经历中间状态的性质，可把热力学过程分为准静态过程和非静态过程。若在准静态过程中系统内部没有摩擦，则系统经历的过程具有可逆性，也就是说系统从某一初态经过一系列的中间状态到达末态，而后可按相反的次序经历中间各状态，由末态回到初态，因而这类过程又称为可逆过程。

【水当量】在热的测量中，一般将量热器的热容量称之为“水当量”。

【量热器】是一种测量热量等的仪器，亦称“卡计”。它是由白瓷外筒和铜（或铝质）小筒组成，小筒的底部用不传热的小支架支起来，见图2-8所示。两筒间是不易传热的空气，外筒上的盖子，一般用木料制成，其传热效率低。盖上有两个小孔，一孔插温度计，另一孔插搅动器，搅动器用来使投入水中的待测物（己知其质量和温度）跟水温迅速交换，而温度计则

用来测小筒内已知质量水的初温及混合后的温度。两筒间不接触防止热的传递。这种量热器，可用来测定热量、比热、潜热（熔解热、汽化热、升华热等）、化学反应热，以及火炉及酒精灯火焰的温度等。

【焦耳实验】它是1850年焦耳首先测定热功当量的实验。盛在绝热容器内的水，由于砝码的下落带动桨叶旋转，而使水温升高。如果砝码下落所作的功为ΔW，使容器中质量为m的水升高温度为ΔT，那么与ΔW相当的热量ΔQ应为

ΔQ=CmΔT

式中C是水的比热，根据实验测得的ΔT，可将ΔQ计算出来；ΔW可以根据砝码的重力和下落的距离算出。根据实验所得数据，计算所得结果，这就是测热功当量的焦耳实验。

【燃料的燃烧值】1千克某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的燃烧值。常用q表示，它的单位是焦耳/千克或焦耳/克。如果质量为m的燃料完全燃烧后所放出的热量为Q_放，其定义式为

Q_放=qm

燃料燃烧时放出的热量多少，不但与燃料的质量多少有关，还与燃料的种类及燃烧程度有关。燃料燃烧放热与高温物体通过热传递向低温物体放热有本质的区别。前者是化学变化而后者是物理变化。燃烧值是反映燃料通过燃烧这种化学变化放热的特性。为比较各种燃料发热的本领，以相同质量的不同燃料完全燃烧后所释放出的热量来对比。

【热容量】系统在某一过程中，温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量叫做这个系统在该过程中的“热容量”。如果在一定的过程中，当温度升高ΔT时，系统从外界吸收的热量为ΔQ，那么在该过程中该系统的热容量为

热容量的单位是焦耳/开。系统的热容量与状态的转变过程有关。在提到系统或物质的热容量时，必须指明状态的转变过程。系统的热容量还与它所包含的物质的质量成正比，不同过程的热容量不同。

为计算简便，常用水当量的概念，如某系统的热容量与多少克水的热容量相等，即称该系统的水当量为多少克。所以任何系统的热容量在数值上就等于它的水当量。

通常规定，系统吸收的热量为正值，而释放的热量为负值，故在系统吸收热量引起温度升高时，热容量为正值。也有的系统，如饱和水蒸气，在温度升高时，释放热量，故其热容量为负值。

【比热容】即比热。是单位质量物质的热容量。单位质量的某种物质，在温度升高（或降低）1℃时所吸收（或放出）的热量，叫做这种物质的“比热容”。在国际单位制中，比热的单位是焦耳/（千克·开）（曾用的单位还有卡/（克·℃）、千卡/（千克·℃）等）在国际单位制中，能量、功、热量的单位统一用焦耳，因此比热容的单位应为J/（kg·K）。

比热容是反映物质的吸热（或放热）本领大小的物理量。它是物质的一种属性。任何物质都有自己的比热容，即使是同种物质，由于所处物态不同，比热容也不相同。例如，水的比热容是4.2×10³J/（kg·K），而结成冰以后的比热容则为2.1×10³J/（kg·K）。比热容是热学中一个重要概念。它涉及热量、温度、质量三个物理量间的变化即C=

压强和体积的变化，而有所不同。水的比热容，只有当温度从14.5℃上升到15.5℃时，它的比热容才等于4.2×10³J/（kg·K），在其他温度间隔，水的比热容不一定等于4.2×10³J/（kg·K）但由于差别很小，可不加考虑。其他物质在温度改变时，比热容也有很小的变化。比热容表中所给的数值都是这些物质的平均值。气体的比热容和气体的热膨胀有密切关系，在体积恒定与压强恒定时不同，故有定容比热容和定压比热容两个概念。但对固体和液体，二者差别很小，一般就不再加以区分。

【定容比热容】在物体体积不变的情况下，单位质量的某种物质温度升高1℃所需吸收的热量，叫做该种物质的“定容比热容”。

【定压比热容】在压强不变的情况下，单位质量的某种物质温度升高1℃所需吸收的热量，叫做该种物质的“定压比热容”。因为气体在压强不变的条件下，当温度升高时，气体一定要膨胀而对外作功，除升温所需热量外，还需要一部分热量来补偿气体对外所作的功，因此，气体的定压比热容比定容比热容要大些。由于固体和液体在没有物态变化的情况下，外界供给的热量是用来改变温度的，其本身体积变化不大，所以固体与液体的定压比热容和定容比热容的差别也不太大。因此也就不需要区别了。

【热平衡方程】（热交换定律）温度不同的两个或几个系统之间发生热量的传递，直到系统的温度相等。在热量交换过程中，遵从能的转化和守恒定律。从高温物体向低温物体传递的热量，实际上就是内能的转移，高温物体内能的减少量就等于低温物体内能的增加量。其平衡方程式为

Q_放=Q_吸

此方程只适用于绝热系统内的热交换过程，即无热量的损失；在交换过程中无热和功转变问题；而且在初、末状态都必须达到平衡态。系统放热，一般是由于温度降低、凝固、液化及燃料燃烧等过程。而吸热则是由于温度升高，溶解及汽化过程而引起的。

【等温过程】热力学系统在恒定温度下发生的各种物理或化学过程。在整个等温过程中，系统与其外界处于热平衡状态。例如，与恒温箱接触的一个气筒，可用一活塞对它缓慢地压缩，所做的功表现为流进容器内使气体的温度保持不变的能量。蓄电池在室温下缓慢充电和放电，都是近似的等温过程。对一定质量理想气体等温可逆过程的特征是气体压强P和体积V的乘积不变，PV=恒量。理想气体的内能仅仅是温度的函数，所以过程中内能不变。

【等压过程】又称“定压过程”。热力学系统在状态发生（物理或化学）变化过程中，其物质系统的压强始终保持恒定，其特点是P=恒量。等压过程能量转化特点是系统吸收的热量等于系统内能的增量和系统对外所做功之和；等于系统态函数焓的变化。

等压过程在工程热力学中，如水蒸气在锅炉过热器内受热的过程，常常用工质的焓的数值所编成专门的图表，可直接根据状态从图表中查出焓值，用来计算工质在定压下吸收的热量。又如在大气压下，气缸中的气体受热缓慢膨胀；等压下的化学反应，由Q_P=ΔH知其反应热等于生成物和反应物的焓差，可用来计算反应热。对一定质量理想气体等压过程的特征是它的体积在过程中与绝对温度成正比。

【等容过程】又称“定容过程”。物质系统的体积保持不变的情况下所发生各种物理或化学过程，其特点是体积V=恒量。由于在等容过程中系统对外界不作功，所以，当系统的温度升高时，将从外界吸收热量Q，并全部转变为自身内能的增加。对一定质量理想气体等容过程的特征是压强和绝对温度按正比的变化。

【绝热过程】热力学系统与外界无热交换的过程，即不吸收热量也不放出热量的过程叫“绝热过程”。由良好的绝热材料隔绝的系统中进行的过程，或由于过程进行得过速来不及和外界有显著热交换的过程，都可近似地看作绝热过程。例如，声波在空中的传播，蒸气在汽轮机内膨胀作功的过程，均可当作绝热过程处理。一个系统作绝热变化，只是对外没有热量交换，并不是这系统本身温度不变。例如，对气体作绝热压缩，温度升高，当气体作绝热膨胀时，温度则常是降低。绝热过程中系统与外界无热交换Q=0。根据热力学第一定律，绝热过程中能量转化的特点是系统内能的变化等于外界对系统所作的功，ΔU=A。当A＞0，外界对系统做功，则ΔU＞0，系统内能增加。反之，当A＜0时，系统对外界做功，系统内能减少。

【相变】（物态变化）不同相之间的相互转变，称为“相变”或称“物态变化”。自然界中存在的各种各样的物质，绝大多数都是以固、液、气三种聚集态存在着。为了描述物质的不同聚集态，而用“相”来表示物质的固、液、气三种形态的“相貌”。从广义上来说，所谓相，指的是物质系统中具有相同物理性质的均匀物质部分，它和其他部分之间用一定的分界面隔离开来。例如，在由水和冰组成的系统中，冰是一个相，水是另一个相。α铁、β铁、γ铁和δ铁是铁晶体的四个相。不同相之间相互转变一般包括两类，即一级相变和二级相变。相变总是在一定的压强和一定的温度下发生的。相变是很普遍的物理过程，它广泛涉及到生产及科技工作。在物质形态的互相转换过程中必然要有热量的吸入或放出。物质三种状态的主要区别在于它们分子间的距离，分子间相互作用力的大小，和热运动的方式不同。因此在适当的条件下，物体能从一种状态转变为另一种状态。其转换过程是从量变到质变。例如，物质从固态转变为液态的过程中，固态物质不断吸收热量，温度逐渐升高，这是量变的过程；当温度升高到一定程度，即达到熔点时，再继续供给热量，固态就开始向液态转变，这时就发生了质的变化。虽然继续供热，但温度并不升高，而是固液并存，直至完全熔解。一般物质三态相互变化过程可见图2-9所示。

【熔解】物质由固相转变为液相的过程，叫做“熔解”。它是凝固的相反过程。晶体物质在一定压强和一定的温度下，就开始熔解。在熔解过程中，要吸收热量，这部分热量是熔解热。尽管晶体物质吸收熔解热而熔解，但其温度不变，直至全部晶体都变成液体时为止。晶体熔解时对应的温度，称为熔点。

在熔解过程中，吸收热量的多少，只能影响熔解的快慢，而不能影响熔解温度的高低。这说明晶体在熔解和凝固的过程中具有共同的特征——温度保持不变。晶体的液态和固态之间有着明显的界限。这是由于晶体的分子是按一定的规则排列成为空间点阵的。分子只能在平衡位置附近不停地振动，因此，它具有动能；同时，在空间点阵中，由于分子之间相互作用，它又同时具有势能。晶体在开始熔解之前，从热源获得的能量，主要是转变为分子的动能，因而使物质的温度升高。但在熔解开始时，热源传递给它的能量，是使分子的有规则的排列发生变化，分子之间的距离增大以及分子离开原来的平衡位置移动。这样加热的能量就用来克服分子之间的引力做功，使分子结构涣散而呈现液态。也就是说，在破坏晶体空间点阵的过程中，热源传入的能量主要转变为分子之间的势能，分子动能的变化很小，因此，物质的温度也就没有显著的改变。所以熔解过程是在一定温度下进行的。

非晶体在熔解过程中，随温度的升高而逐渐软化，最后全部变为液体，所以熔解过程不是与某一确定温度相对应，而是与某个温度范围相对应。因为非晶体物质的分子结构跟液体相似，它的分子排列是混乱而没有规则的，即使由于它的粘滞性很大，能够保持一定的形状，但是实际上它并不具有空间点阵的结构。热源传递给它的能量，主要是转变为分子的动能。所以在任何情况下，只要有能量输入，它的温度就要升高。因此它没有一定熔解温度，并且在熔解过程中，温度是不断上升的。

固态在熔解时，物质的物理性质要发生显著变化，其中最主要的是饱和蒸汽压、电阻率以及熔解气体能力的变化，特别是体积的变化。例如，冰总是浮在水面上，严冬季节，盛满水的瓶子因冻结而胀裂。固体石蜡放入熔解的液体石蜡里，会下沉到底部。从而得出固态熔解成液态，或液态凝固成固态时，体积和密度通常是要发生变化的。大多数物质如石蜡、铜、锌、锡等，在溶解时体积变大，在凝固时体积要缩小。这是因为在晶体内分子有规则排列时所占的体积要比在液体内分子杂乱无章排列时所占的体积小些。但也有少数物质例外，例如，水、铋和锑等，它们在凝固时体积反而变大，熔解时体积反而缩小。利用这一特点，在铸铅字时，常常要在铅中加入一些铋、锑等金属，使其在凝固时膨胀，字迹清晰。

【熔点】是晶体物质熔解时的温度。也就是该物质的固相和液相可以平衡共存的温度。各种晶体中粒子之间相互作用力不同，因而熔点各不相同。同一种晶体，熔点与压强有关，一般取在1大气压下物质的熔点为正常熔点。在一定压强下，晶体物质的熔点和凝固点都相同。熔解时体积膨胀的物质，在压强增加时熔点就要升高。因为压强的增加使物体体积被压缩，因此，在这种情况下，就要阻碍物体熔解时体积的胀大。为使物质熔解后体积能够胀大，则必须继续加热，使物质的分子振动更激烈，也就是使物体的温度升得更高。例如，水银的熔点在1大气压下为-39℃，而在15000大气压下为10℃。这类物质在压强减少时熔点就下降。熔解时体积缩小的物质，在压强增加时熔点就要降低。在这种情况下，压强的增加会促使物质体积的缩小，因此温度不必升高到原来的熔点就能够熔解。例如，冰在1大气压下的熔点是0℃，而当外界压强每增加1个大气压，它的熔点就要下降0.0075℃。熔点随压强而改变的关系可由克劳修斯—克拉珀方程给出。当液体中含有溶质（杂质）时，就不易凝固，因而熔点要降低。例如水中含有蔗糖。凡水中含有机物越多，它的熔点也降低得越快。如在冰上撒盐，冰就容易熔解。又如锡在232℃熔解，铅在327℃熔解，而其合金，在170℃左右即可熔解。但也出现另一种情况，即非常纯净而不含杂质的液体，在冷却到熔点以下若干度时，仍保持液体状态而不凝固。此即液体的过度冷却。

【熔解热】单位质量晶体物质，在熔点由固相转变为液相所吸收的相变潜热。晶体的熔解是粒子由规则排列转向不规则排列的过程。这些热量就将用来反抗分子引力做功，增加分子的势能，也就是说，这时物质所吸收的热量是破坏点阵结构所需的能量，使分子的运动状态起质的变化——从固态的分子热运动转变成液态的分子热运动，同时改变了物质的状态。所以晶体不仅有固定的熔点，而且还需要吸收一定数量的热量来实现它的熔解。由于物质不同其晶体空间点阵结构不同，尽管各种不同物质的质量相同，但在熔解时所吸收的热量却不相同。为表示晶体物质的这一特性，而引入熔解热。它表示单位质量的某种固态物质在熔点时完全熔解成同温度的液态物质所需要的热量；该物质在凝固时，在凝固点，也等于单位质量的同种液态物质，转变为晶体所放出的热量。

如果用λ表示物质的熔解热，m表示物质的质量，Q表示熔解时所需要吸收的热量，则

Q=λm

熔解热的单位是焦耳/克或焦耳/千克。测量熔点较高的物体的熔解热是比较困难的，但是对于熔点较低的物体，就可以用量热器来测定。

【凝固热】液态晶体物质在凝固过程中，要释放出热量，这部分热量就是“凝固热”（即熔解热）。见“熔解热”。

【凝固】物质从液相变为固相的过程，称为“凝固”。它是熔解的相反过程。在一定压强下，液态的晶体物质，其温度略微低于熔点时，微粒便将规则地排列成为稳定的结构。开始是少数微粒按一定的规律排列起来，形成所谓的晶核，而后围绕这些晶核成长为一个个晶粒。因此，凝固过程就是产生晶核和晶核生长的过程，而且这两种过程是同时进行的。凝固时的温度就是凝固点，不同的晶体其凝固点亦不相同。液态晶体物质在凝固过程中放出热量（称为凝固热，其数值等于熔解热），在凝固过程中其温度保持不变，直至液体全部变为晶体为止。非晶体的液态物质，在凝固过程中，温度降低逐渐失去流动性，最后变为固体。在凝固过程它没有一定的凝固点，只是与某个温度范围相对应。

【凝固点】是晶体物质凝固时的温度，不同晶体具有不同的凝固点。在一定压强下，任何晶体的凝固点，与其熔点相同。同一种晶体，凝固点与压强有关。凝固时体积膨胀的晶体，凝固点随压强的增大而降低；凝固时体积缩小的晶体，凝固点随压强的增大而升高。在凝固过程中，液体转变为固体，同时放出热量，所以物质的温度高于熔点时将处于液态；低于熔点时，就处于固态。非晶体物质则无凝固点。

【结晶】物质从液态或气态形成晶体的过程。当温度降低时，微粒将有规则地排列起来，开始时是少数微粒按一定的规律排列而形成晶核，然后围绕这些晶核成长为一个个的小晶粒。因此，凝固过程实质就是产生晶核和晶核成长的过程，这两种过程是同时产生的而且又同时进行着，产生晶核是指在液体内部产生的一些晶核。这些晶核可以由液体中本身原子自发地聚集起来形成的；也可以是由外来杂质的质点为基础而非自发形成的；也可以是人为加入一小块单晶体作为晶核。晶核生长指的是围绕着晶核的原子继续按一定规律排列在上面，使晶体点阵得以发展。在凝固完成约将过半时，生长着的晶粒互相抵触，朝有液体存在的方向生长，最终凝成了多晶体。

【过冷】温度降低超过了应该发生相变的温度但还未发生相变的现象，叫作“过冷”。在过冷蒸气因缺乏凝结核心尚未形成液滴的情形下，若引入高能粒子而使气体离子化，这些离子就会成为凝结液滴的核心，生成一连串的小液滴。在严冬，空气中的小雾珠在冷到—30℃时仍未冻结，由于飞机喷出大量烟气，空气也受到了振动，而使小雾珠结冰，附着在机翼上，极易造成事故。在加压情况下，纯净无杂质的液体，冷到凝固点以下，仍能保持液态。液体分子失去能量，但不会自发地构成固体的有规则的几何排列。若加入一小粒晶体作为形成晶体的晶核，液体就会凝固。

【冰点】是水的凝固点。在一大气压下，含饱和空气的纯水和冰可以平衡共存的温度，叫作“冰点”。冰点与压强有关，压强增大，冰点则相应降低。1954年以前，以汽点和冰点作为温度计分度的两个固定点。以冰点作为摄氏温标的0℃，后因冰点准确值难以测定，故在1954年将此标准废弃。现已改用水的三相点作为温度计分度的标准。

【复冰现象】为了表明冰的熔点随压强的增大而降低这一现象，通过实验与观察可以证实。例如，将一根钢丝放在一大块冰上，在钢丝的两端各悬挂一质量相等的大砝码。在钢丝下面的冰受到钢丝较大的压强，而变成液态的水，熔解的水处于钢丝的上面，由于这一部分的压强减少，又由于钢丝下面的冰在熔解过程吸收它的热量，于是这部分已被熔成的水，又结成为冰。结果是钢丝穿过冰块，而冰块并没有被分裂为两块。如果两砝码的质量增加。则熔解的速度更快些。这种现象称为复冰现象。

【熔化】见“熔解”条。

【潜热】物质发生相变（物态变化），在温度不发生变化时吸收或放出的热量叫作“潜热”。物质由低能状态转变为高能状态时吸收潜热，反之则放出潜热。例如，液体沸腾时吸收的潜热一部分用来克服分子间的引力，另一部分用来在膨胀过程中反抗大气压强做功。熔解热、汽化热、升华热都是潜热。潜热的量值常常用每单位质量的物质或用每摩尔物质在相变时所吸收或放出的热量来表示。

在一级相变中，吸收或释放热量，伴随体积的变化，但系统的温度不变。所吸收或放出的热量称为“相变潜热”。相变潜热与发生相变的温度有关，单位质量的某种物质，在一定温度下的相变潜热是一定值。若用U₁和U₂分别表示1相和2相单位质量的内能，用V₁和V₂分别表示1相和2相单位质量的体积，于是单位质量的物质由1相转变为2相时所吸收的相变潜热可用下式表示

l=（U₂-U₁）+P（V₂-V₁）=h₂-h₁

式中P是作用于系统的外部压强，h₁和h₂分别为1相和2相单位质量的焓。上式相变潜热公式表明，相变潜热l包括内潜热（U₂-U₁）和外潜热[P（V₂-V₁）]两部分。

【转变热】或叫潜热。见“潜热”条。

【汽化】是物质由液相转变为气相的过程。汽化有两种形式，即蒸发和沸腾。液体汽化时需要吸收热量，这部分热量称为汽化热，这是相变潜热之一。凝结是汽化的相反过程。

【汽化热】单位质量的某种物质在温度保持不变的情况下，由液相转变为气相时所吸收的相变潜热，也等于同种物质的单位质量在相同条件下由气相转变为液相所释放的相变潜热。不同的液体汽化热不同。同种液体在不同的温度时其汽化热亦不同。当温度升高时其汽化热减小。这是由于温度升高，液态与气态间的差别逐渐减少的缘故。例如，1摩尔的水，在50℃汽化，汽化热为42780焦耳，而在100℃汽化，汽化热为40680焦耳。1摩尔物质的汽化热称为摩尔汽化热。在国际单位制中，汽化热的单位是焦耳/千克（曾用的还有卡/克；千卡/千克）。

【蒸发】是发生在液体表面的汽化现象。它是液体汽化形式之一，而且在任何温度下都可以蒸发。从微观上看，蒸发就是液体分子从液面离去的过程。由于液体中的分子都在不停地作无规则运动，它们的平均动能的大小是跟液体本身的温度相适应的。由于分子的无规则运动和相互碰撞，在任何时刻总有一些分子具有比平均动能还大的动能。这些具有足够大动能的分子，如处于液面附近，其动能大于飞出时克服液体内分子间的引力所需的功时，这些分子就能脱离液面而向外飞出，变成这种液体的汽，这就是蒸发现象。飞出去的分子在和其他分子碰撞后，有可能再回到液面上或进入液体内部。如果飞出的分子多于飞回的，液体就在蒸发。在蒸发过程中，比平均动能大的分子飞出液面，而留存液体内部的分子所具有的平均动能变小了。所以在蒸发过程中，如外界不给液体补充能量，液体的温度就会下降。

影响蒸发的主要因素是：其一是与温度高低有关。温度越高，蒸发越快。无论在什么温度，液体中总有一些速度很大的分子能够飞出液面而成为汽分子，因此液体在任何温度下都能蒸发。如果液体的温度升高，分子的平均动能增大，从液面飞出去的分子数量就会增多，所以液体的温度越高，蒸发得就越快；其二是与液面面积大小有关。如果液体表面面积增大，处于液体表面附近的分子数目增加。因而在相同的时间里，从液面飞出的分子数就增多，所以液面面积增大，蒸发就加快；其三是与空气流动有关。当飞入空气里的汽分子和空气分子或其他汽分子发生碰撞时，有可能被碰回到液体中来。如果液面空气流动快，通风好，分子重新返回液体的机会越小，蒸发就越快。

其他条件相同的不同液体，蒸发快慢亦不相同。这是由于液体分子之间内聚力大小不同而造成的。例如，水银分子之间的内聚力很大，只有极少数动能足够大的分子才能从液面逸出，这种液体蒸发就极慢。而另一些液体如乙醚，分子之间的内聚力很小，能够逸出液面的分子数量较多，所以蒸发得就快。此外液体蒸发不仅吸热还有使周围物体冷却的作用。当液体蒸发时，从液体里跑出来的分子，要克服液体表面层的分子对它们的引力而做功。这些分子能做功，是因为它们具有足够大的动能。速度大的分子飞出去，而留下的分子的平均动能就要变小，因此它的温度必然要降低。这时，它就要通过热传递方式从周围物体中吸取热量，于是使周围的物体冷却。

【沸腾】在一定压强下，被加热的液体温度升高到某一程度时，液体不仅表面汽化，内部也同时产生剧烈的汽化，这种现象叫“沸腾”。沸腾只能在某一特定温度（即沸点）时发生。在沸腾过程中，液体虽然不断地吸收热量，但温度保持不变。从微观角度看沸腾的过程，大体可分两个阶段：沸腾前，烧杯里的水被加热，由于水中溶有空气，在杯底及壁上出现了小气泡，这些小气泡是杯内壁及底部所吸附的空气被分离出来形成的。小气泡的周围都是水，水就要向气泡里不断地蒸发。小气泡的体积小，里面的气很快就达到饱和状态，所以气泡里不仅有空气而且还有饱和的水汽。当水温继续升高时，小气泡里的饱和蒸汽压也就逐渐增大，于是它的体积也随之增大，在浮力作用下，汽泡脱离杯底及器壁而上升，同时，遗留在底面上的少量空气，又逐渐形成新的汽泡而上升。当汽泡上升到比较冷的水的上层时，由于泡内的饱和汽压小于外部的压强，汽泡又逐渐变小，以使泡内的饱和汽逐渐凝结成液体，最后只剩下空气和少量的水汽逃出液面。沸腾过程中，随着温度的升高，汽泡里的饱和汽压也越来越大。等到水的温度升高到一定的程度时，汽泡内的饱和汽压增大到等于外部压强时，整个水层处在同一温度下，于是汽泡在上升过程中就不会再发生水汽凝结和体积缩小的现象。由于不断吸热，汽泡周围的水迅速地向汽泡内蒸发，汽泡的体积在上升过程中就不断地增大。最后当汽泡升到水面时裂开，放出大量的蒸汽，此时杯内的水上下翻腾，形成沸腾现象。

由于液体的饱和汽压随温度的改变而改变。任何一种液体只有在一定的温度下才能沸腾，液体发生沸腾还必须是它的饱和汽压与外界压强相等。当外界压强增大时，液体的饱和汽压也相应的增大。因此液体的沸点又与外界压强有关，它随外部压强的增大而升高，随外部压强的减少而降低。一般高压锅内达2个大气压时，锅内温度可达到120℃。

从宏观角度看沸腾与蒸发有所区别。但从相变机构看，沸腾与蒸发只是汽化的不同形式，并没有本质的区别，沸腾时，汽化仍在气、液分界面上以蒸发的方式进行。沸腾过程中只不过是在液体内部向上涌起大量的小汽泡，升到液面破裂而将大量蒸汽分子送出液面，加快了蒸发的速度。因此，可将沸腾看作是液体内部的汽泡界面上蒸发的过程。这样就大大地增加了气、液之间的分界面。

【沸点】液体发生沸腾时的温度。当液体沸腾时，在其内部所形成的气泡中的饱和蒸汽压必须与外界施予的压强相等，气泡才有可能长大并上升，所以，沸点也就是液体的饱和蒸汽压等于外界压强的温度。液体的沸点跟外部压强有关。当液体所受的压强增大时，它的沸点升高；压强减小时，沸点降低。例如，蒸汽锅炉里的蒸汽压强，约有几十个大气压，锅炉里的水的沸点可在200℃以上。又如，在高山上煮饭，水易沸腾，但饭不易熟。这是由于大气压随地势的升高而降低，水的沸点也随高度的升高而逐渐下降。（在海拔1900米处，大气压约为79800帕（600毫米汞柱），水的沸点是93.5℃）。

在相同的大气压下，液体不同沸点亦不相同。这是因为饱和汽压和液体种类有关。在一定的温度下，各种液体和饱和汽压亦一定。例如，乙醚在20℃时饱和气压为5865.2帕（44厘米汞柱）低于大气压，温度稍有升高，使乙醚的饱和汽压与大气压强相等，将乙醚加热到35℃即可沸腾。液体中若含有杂质，则对液体的沸点亦有影响。液体中含有溶质后它的沸点要比纯净的液体高，这是由于存在溶质后，液体分子之间的引力增加了，液体不易汽化，饱和汽压也较小。要使饱和汽压与大气压相同，必须提高沸点。不同液体在同一外界压强下，沸点不同。沸点随压强而变化的关系可由克劳修斯—克拉珀龙方程得出。

【过热】液体被加热，当温度超过其沸点时仍不沸腾的现象叫“过热”。造成这种情形的原因是液体内缺少汽化核。因为液体中的空气泡是沸腾开始时的中心。周围的水要向气泡内蒸发使其体积增大而沸腾。若液体很纯洁无杂质和空气泡，或者经较长时间沸腾后，液体中的空气已经放尽，即使将水加热到100℃以上（其他液体温度高于沸点），也可能还不沸腾。如果在过热液体中投入一些附有空气的固体微粒如玻璃碎片等，液体也会立刻沸腾起来。

【暴沸】对过热液体继续加热，会骤然而剧烈地发生沸腾现象，这种现象称为“暴沸”，或叫作“崩沸”。过热是亚稳状态。由于过热液体内部的涨落现象，某些地方具有足够高的能量的分子，可以彼此推开而形成极小的气泡。当过热的液体温度远高于沸点时，小气泡内的饱和蒸气压就比外界的压强高，于是气泡迅速增长而膨胀，以至由于破裂引起工业容器的爆炸。液体之所以发生过热的原因是液体里缺乏形成气泡的核心。为避免容器的暴沸，可在容器中放含有空气的无釉陶块等。

【汽化核】液体内部剧烈汽化过程中，器壁上吸附的小气泡与其周围的液体间进行汽化的变化，这些小气泡起着汽化中心的作用，故称作“汽化核”。见“过热”及“暴沸”条。

【蒸气】由于液态物质的汽化，或固态物质升华而形成的气态物质，称为“蒸气”。蒸气是处于临界温度以下的气体。在保持温度不变的条件下，可通过压缩办法使蒸气变成液体（液化）或固体（凝华）。

【临界状态】亦称为临界点。是物质的气态和液态能够平衡共存的一个边缘状态。当物质的饱和气的密度与它的液态的密度相等时，这时物质所处的状态叫做“临界状态”。使物质处于临界状态，必须在一定的温度和压强下才能实现。物质处于临界状态时的压强叫做临界压强，处于临界状态时的温度称为临界温度。这部分物质所占有的容积，称为临界体积。临界温度、临界压强、临界体积统称为临界参量，对于不同的物质其临界参量的数值亦不相同。

【临界点】见“临界状态”。在临界等温线上相当于临界态的一点叫临界点。

【临界压强】临界点的压强称临界压强。见“临界状态”。

【临界温度】物质处于临界状态时的温度，称为“临界温度”。降温加压，是使气体液化的条件。但只加压，不一定能使气体液化，应视当时气体是否在临界温度以下。如果气体温度超过临界温度，无论怎样增大压强，气态物质也不会液化。例如，水蒸气的临界温度为374℃，远比常温要高，因此，平常水蒸气极易冷却成水。其他如乙醚、氨、二氧化碳等，它们的临界温度高于或接近室温，这样的物质在常温下很容易被压缩成液体。但也有一些临界温度很低的物质，如氧、空气、氢、氦等都是极不容易液化的气体。其中氦的临界温度为—268℃。要使这些气体液化，必须具备一定的低温技术和设备，使它们达到它们各自的临界温度以下，而后再用增大压强的方法使其液化。

【临界常数】亦称临界参量。它是临界温度、临界压强和临界体积的统称。不同物质的常数值不同。

【饱和蒸气】蒸气跟产生它的液体处于动态平衡时，这种蒸气称为“饱和蒸气”。液体蒸发时，既有分子从液体中逸出形成蒸气，同时也有由于分子间或与器壁间相碰撞等原因而使分子又回到液体中去。当从液面逸出的分子数等于回到液体中来的分子数时，液面上蒸气的密度就不再增加了，液体也不再减少，此时的蒸气叫“饱和气”。在蒸气达到饱和状态时，液体分子仍不断地逃逸，只不过是在单位时间内从液面逃逸的分子数等于飞回液体的分子数。蒸气和液体之间达到了动态平衡，此时的蒸气才叫做饱和气。例如，在盖紧了的酒瓶子里，酒面上的蒸气都是饱和气。

【饱和蒸气压】饱和蒸气的压强。它与液体的种类、体积及温度有关。每一种液体在一定的温度下有一定的饱和气压，而不同种类液体的饱和气压却不相同。由于液体分子的内聚力越小，飞出液面的分子数就越多。为了要使飞回液体的分子数和飞出液面的分子数相等，即达到动态平衡，液面上蒸气的密度就必须大些，但是，当液面上蒸气的密度大时，它的压强也就增大了。例如，乙醚的内聚力最小，所以它的饱和蒸气压就最大。

在一定的温度下，同一种液体的饱和气压和饱和气所占的体积没有关系。因为在一定的温度下，如果饱和气的体积增大，则蒸气的密度就要变小。因此，在单位时间飞回液面的分子数就要少于飞出液面的分子数。这样，蒸气将处于未饱和状态，于是，液体又要继续蒸发，直到蒸气处于饱和状态，即达到动态平衡为止。也就是说，蒸气的体积增大时，由于继续蒸发，蒸气的质量增加了，而蒸气的密度却保持不变。反之，在一定的温度下，减小饱和气的体积时，蒸气的密度变大，单位时间内飞回液面的分子数多于飞出液面的分子数。这样一部分蒸气就开始凝结，直到恢复了原有的饱和值时才停止。总之，在一定的温度下，增大或减小饱和气的体积时，它的质量也随着增加或减少，而它的密度却保持不变，所以它的饱和气压也就保持不变。

液体的饱和气压随温度的升高而变大。由于饱和气体的压强跟它单位体积内的蒸气分子个数以及蒸气分子速度有关，在液体温度升高的时候，液体分子的平均动能变大，每秒钟飞出液面的分子数增多，因而饱和蒸气的密度变大，单位体积空间内饱和蒸气的质量也增加了。同时，由于温度的升高，蒸气分子运动的平均速度也变大，这就使饱和蒸气每秒撞击液面或容器壁的次数增多，每次撞击的作用加强。正因为这个双重关系，而使饱和气压随温度的升高而变大。

饱和蒸气压的大小还与液面的形状密切有关。在凹液面情况下，分子逸出液面所需作的功比平液面时大，因要克服图2－10中画斜线部分液体分子的引力而做功。因此，单位时间内逸出凹液面的分子数比平液面时少，从而使饱和蒸气压比平液面时少。同理，分子逸出凸液面所需作的功，要比平液面时小，因不必克服如图2－11中画斜线部分液体分子的引力而作功，从而使凸液面上方饱和蒸气压比平液面时大。由于引力的有效作用距离很短（数量级为10^-9m），所以弯曲液面与平液面上方饱和蒸气压之间的差别，只有当气液分界面的曲率半径很小时，如形成小液滴或小汽泡，才会显示出来。

综上情况其结论是：饱和气压的大小，与物质的性质有关，与液面的形状有关，并随着温度的升高而增大，但它跟饱和蒸气的体积无关。

【过饱和蒸气】在一定温度下，超过饱和蒸气应有的密度而仍不液化或凝华的蒸气。即在蒸气凝结的初期，由于形成的液滴很小，相应的饱和蒸气压就很大。因此，有时蒸气压超过平面上饱和蒸气压几倍以上也不凝结，这种现象叫做过饱和，这种蒸气叫“过饱和蒸气”。处于过饱和状态的蒸气，极不稳定，一旦出现凝结核，部分蒸气就会凝结成液体，其余蒸气就回到了饱和蒸气的状态。由于蒸气中充满了尘埃和杂质等小微粒，它们起着凝结核的作用。当这些微粒表面凝上一层液体后，便形成半径相当大的液滴，凝结就容易发生。在有凝结核时，蒸气压只要超过饱和蒸气压1％，即可形成液滴。带电的粒子和离子都是很好的凝结核，静电吸引力使蒸气分子聚集在它的周围而形成液滴。高能量带电基本粒子在其运动过程中会形成离子，这些离子就成为凝结核，云室中的过饱和水蒸气凝结在它上面，而形成雾状踪迹，由此可观察粒子的轨迹，因而过饱和蒸气在高能物理的研究方面有重要的作用。

【过冷蒸气】由于过饱和蒸气的密度对应于较高温度时饱和蒸气的密度，所以过饱和蒸气也叫“过冷蒸气”。参阅“过饱和蒸气”。

【未饱和蒸气】没有达到饱和程度的气叫“未饱和蒸气”。当液体在汽化时，从液体中不断飞出大量的分子而形成蒸气。在蒸发过程中，由于分子的热运动，也有部分分子从蒸气中返回液体中。在一定温度下，若单位时间内返回的分子数小于飞出的分子数，蒸气的密度还可增加。未饱和蒸气和饱和气两者性质不同，但在一定条件下可相互转化。用增加气压（减小它的体积），或降低蒸气的温度，可使未饱和蒸气变成饱和气。也可用减少蒸气的压强（增加它的体积），或增高蒸气的温度，而把饱和蒸气转变成未饱和气。未饱和气跟实际气体一样，它的压强、体积跟温度的相互关系近似地遵循理想气体的定律，而且它与饱和状态愈远，就越符合气体定律。而饱和气的体积、压强、温度变化是完全不遵循理想气体定律的，这就是未饱和蒸气与饱和蒸气在性质上的区别。

【水蒸气】亦称水汽 是水的气态，这是由水汽化（包括蒸发或沸腾）或冰升华而成，是一种透明无色无味的气体。在空气中容易凝成许多细小水滴而成白色云雾状。由于大气温度变化，云、雨、雾、露、雪等都由此演变而成。

【液化】物质由气态变为液态的过程，称作“液化”。在液化过程中物质放出热量而温度降低。物质由气态变为液态，必须降低到临界温度以下才能将气体液化，可通过加压或降温的方法来实现。临界温度较高的气体，如氨、二氧化硫、乙醚和某些碳氢化合物，在常温下压缩即可变为液体。有些物质，如氧、氮、氢、氦等的临界温度很低，必须预冷到临界温度以下再压缩才能使之液化。例如，氦气是1908年最后一个被液化的气体，它的临界温度是—268℃，液化这样的气体，必须具备先进的科学技术与设备。

【云】云是含有水蒸气的空气在上升时所形成的。在空气上升时，越升高到上空，气压便越低，需用自身的热来膨胀，这叫做绝热膨胀。每升高100米，气温就降低1℃。气温降到露点以下时，空气中的水蒸气以大气中的微粒为中心而凝结，成为半径等于0.01至0.05毫米的无数小滴，这就是“云”。由于日照，地面空气上升，造成对流，不同温度之气流相遇，向外辐射部分热量，水气就凝结成云。气流受山脉的阻挡，沿山腰而上升，或受低气压中心的影响使悬浮在空中由大量水滴或冰晶组成可见的聚合体。按云层高度，一般可分为高云、中云、低云和直展云四族。外形或成层、或成块、或呈波状，由云状演变，能表明大气结构情况和天气的变化。

【雨】是云中降落的液体水滴。这是由云中的冰晶或雪粒因水汽转移、碰撞、合并等作用，在不断增大到上升气流无力支持时下降融化而成。也有由液体水滴直接增大下降而成的。雨滴的直径为0.1～7毫米。在暖云中有大小水滴共存时，由于各水滴上的饱和蒸气压不同，不能维持平衡。小的水滴将蒸发，蒸气将在大的水滴上凝结，大水滴不断长大，最后落到云外而成雨。

【暧云】由水滴构成的云称为“暖云”。见“雨”条。

【雪】从云中降落的白色结晶的六角形固体。它是由于水蒸气在高空遇低温气流，水蒸气在空中直接凝华所致。雪花呈六角形晶体又称六出。雪花形状的形成与空气中含水汽的多少及温度的高低有关。

【雪雨】温度低于0℃时云中的水滴形成冰晶，这种云称为冷云。但往往会有一部分水滴不凝固而与冰晶共存，这种云称为混合云。在冷云和混合云中，由于冰晶大小不同，或由于冰晶上的饱和蒸气压小于水滴上的饱和蒸气压，有些冰晶不断长大，最后落到云外，成为雪加雨的混合物，故俗称雪雨。

【冷云】见“雪雨”条。

【制冷机】产生低温的装置。要使气体液化首先要获得低温，只有使气体的温度下降到临界温度以下时才能用增大压强的方法使它液化。已知临界温度较高的气体只要稍微压缩就能使它液化，同时放出热量。而当压强减小时，它又可能汽化，同时吸收热量。所以当液化剧烈汽化时，可以使周围的物体冷却。利用这一方法可获得低温。这一冷却的原理，就是制冷机、冷藏库等冷冻装置的依据。

冷冻装置的构造，主要是由蒸发器，压缩器和冷凝器三个主要部分组成。压缩器把蒸发器螺旋管中的气体氨用高压压入冷凝器的螺旋管中。由于在压缩过程中对氨做功，所以气体氨的温度要升高。在冷凝器螺旋管外面有流通的冷水，它们吸收了氨的热量后使被压缩的气体氨的温度降低，凝结成液体。液体氨由活门流入蒸发器的螺旋管中，冷凝器中压强约为1.2MPa，而蒸发器中大约只有0.3MPa，所以液体的氨进入蒸发器后很快就汽化，并且需要吸收热量而使周围的物体冷却。在蒸发螺旋管的下面放置冷冻箱，它的温度可低到-10℃左右，故可作为冷藏或制冰之用。

【制冷剂】它是制冷设备的工质，是通过对流及液、气两相的转化而带走热量的流体。常用的工质是液态氨。液态氨的蒸发热较大（在沸点-33.35℃时为1370.1焦耳/克），因此它可作致冷剂藉以制冰，或用于电冰箱等设备中。

【湿度】表示大气干燥程度的物理量。在一定的温度下在一定体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥；水汽越多，则空气越潮湿。空气的干湿程度叫做“湿度”。在此意义下，常用绝对湿度、相对湿度、比较湿度、混合比、饱和差以及露点等物理量来表示；若表示在湿蒸汽中液态水分的重量占蒸汽总重量的百分比，则称之为蒸汽的湿度。

【绝对湿度】单位体积空气中所含水蒸汽的质量，叫做空气的“绝对湿度”。它是大气干湿程度的物理量的一种表示方式。通常以1立方米空气内所含有的水蒸汽的克数来表示。水蒸汽的压强是随着水蒸汽的密度的增加而增加的，所以，空气里的绝对湿度的大小也可以通过水汽的压强来表示。由于水蒸汽密度的数值与以毫米高水银柱表示的同温度饱和水蒸汽压强的数值很接近，故也常以水蒸汽的毫米高水银柱的数值来计算空气的干湿程度。

【相对湿度】空气中实际所含水蒸汽密度和同温度下饱和水蒸汽密度的百分比值，叫做空气的“相对湿度”。空气的干湿程度和空气中所含有的水汽量接近饱和的程度有关，而和空气中含有水汽的绝对量却无直接关系。例如，空气中所含有的水汽的压强同样等于1606.24Pa（12.79毫米汞柱）时，在炎热的夏天中午，气温约35℃，人们并不感到潮湿，因此时离水汽饱和气压还很远，物体中的水分还能够继续蒸发。而在较冷的秋天，大约15℃左右，人们却会感到潮湿，因这时的水汽压已经达到过饱和，水分不但不能蒸发，而且还要凝结成水，所以我们把空气中实际所含有的水汽的密度ρ₁与同温度时饱和水汽密度ρ₂的百分比ρ₁/ρ₂×100％叫做相对湿度。也可以用水汽压强的比来表示：

例如，空气中含有水汽的压强为1606.24Pa（12.79毫米汞柱），在35℃时，饱和蒸汽压为5938.52Pa（44.55毫米汞柱），空气的相对湿度

而在15℃时，饱和蒸汽压是1606.24Pa（12.79毫米汞柱），相对湿度是100％。

绝对湿度与相对湿度这两个物理量之间并无函数关系。例如，温度越高，水蒸发得越快，于是空气里的水蒸汽也就相应地增多。所以在一天之中，往往是中午的绝对湿度比夜晚大。而在一年之中，又是夏季的绝对湿度比冬季大。但由于空气的饱和汽压也要随着温度的变化而变化，所以又可能是中午的相对湿度比夜晚的小，而冬天的相对湿度又比夏天的大。由于在某一温度时的饱和水汽压可以从“不同温度时的饱和水汽压”表中查出数据，因此只要知道绝对湿度或相对湿度，即可算出相对湿度或绝对湿度来。