| 熱學名詞淺析 |
| 【熱學】熱學是物理學的一個重要部分。它專門研究熱現(xiàn)象的規(guī)律及其應用。對熱現(xiàn)象的研究：一是由觀察和實驗入手，總結出熱現(xiàn)象規(guī)律，構成熱現(xiàn)象的宏觀理論，叫做熱力學；二是從物質的微觀結構出發(fā)（即以分子、原子的運動和它們之間的相互作用出發(fā)），應用統(tǒng)計方法去研究熱現(xiàn)象的規(guī)律，構成熱現(xiàn)象的微觀理論，叫做統(tǒng)計物理學。它所研究的范圍包括：測溫學、量熱學、熱膨脹以及熱傳遞等。若從廣泛的涵義上，熱學還包括其他有關熱現(xiàn)象研究的熱力學、分子物理學和熱工學等分科。熱力學和統(tǒng)計物理學研究對象是一致的，都是研究物體內部熱運動的規(guī)律性以及熱運動對物體性質的影響，但是研究的方法截然不同。熱力學根據觀察和實驗所總結出來的熱力學定律，以嚴密的邏輯推理來研究宏觀物體的熱性質，它不涉及物質的微觀結構。統(tǒng)計物理學則從物質的微觀結構出發(fā)，依據每個粒子所遵循的力學規(guī)律，用統(tǒng)計學的方法研究宏觀物體的熱性質。熱力學對熱現(xiàn)象給出可靠的依據，用以驗證微觀理論的正確性；統(tǒng)計物理學可深入探討熱現(xiàn)象的本質，使熱力學的理論獲得更深刻的意義。因此這兩種方法，起到了相輔相成的作用，使熱現(xiàn)象的研究更加深入。 【熱力學】它是研究熱現(xiàn)象中物態(tài)轉變和能量轉換的學科。由觀察和實驗總結出熱現(xiàn)象的規(guī)律，構成熱現(xiàn)象的宏觀理論。在19世紀中葉，焦耳等人通過多次實驗，將熱確定為能的一種形式，從而建立了熱力學。熱力學的研究是從大量經驗中總結了自然界有關熱現(xiàn)象的一些共同規(guī)律而得出熱力學定律（即熱力學第零、第一、第二和第三定律），用嚴密的邏輯推理來研究宏觀物體的熱性質及規(guī)律。熱力學所研究的內容，在量子力學發(fā)展以前就有了一定的基礎，故論及的系統(tǒng)及所持的理論均出于宏觀的概念。主要探討物質系統(tǒng)的平衡狀態(tài)以及與平衡狀態(tài)偏離不大的物理、化學過程，近年來，對非平衡狀態(tài)過程的研究，亦取得一定的成果。熱力學不涉及物質內部的微觀結構，對熱現(xiàn)象的本質亦不能做出解釋，這是它的局限性，這些都需要統(tǒng)計物理學來補充、說明并加以發(fā)展。 【統(tǒng)計物理學】是用統(tǒng)計方法研究由大量微觀粒子組成的物質系統(tǒng)內部熱運動規(guī)律及其對系統(tǒng)性質的影響。它是從物質的微觀結構，即從分子、原子的運動和它們之間的相互作用出發(fā)，來研究熱現(xiàn)象的規(guī)律，構成熱現(xiàn)象的微觀理論。統(tǒng)計物理學的前身是氣體分子運動論。統(tǒng)計物理學是從宏觀系統(tǒng)內部的微觀結構出發(fā)，根據微觀粒子所遵從的力學規(guī)律，用統(tǒng)計方法，將系統(tǒng)的宏觀性質及其變化規(guī)律推導出來。所以，統(tǒng)計物理學與熱力學兩者之間可以相互補充。19世紀在經典力學基礎上形成了“統(tǒng)計力學”。在研究氣體處于平衡狀態(tài)下的性質方面取得成就，對熱力學已經獲得的結果，能從微觀角度更深刻地加以闡明。以后，隨著研究范圍的擴展而取得統(tǒng)計物理學的名稱。20世紀以來，由于發(fā)現(xiàn)微觀粒子具有量子性質之后，在量子力學基礎上形成“量子統(tǒng)計物理”。統(tǒng)計物理學對于許多涉及多體問題的學科都有重要應用。例如，在固體物理學、原子核物理學、物理化學和天體物理學等方面均取得巨大成就。在相變，超導性、超流性、等離子體等方面運用統(tǒng)計物理方法，于近年來亦有很大的進展。 【熱】熱的概念來自人們對冷熱的感覺。它是物質運動表現(xiàn)的形式之一。它的本質是大量的實物粒子（分子、原子等）永不停息地作無規(guī)則的運動。熱與實物粒子的無規(guī)則運動的速度有關，無規(guī)則運動越強烈時，則該物體或系統(tǒng)就越熱，溫度也越高。熱的另一種涵義是熱量，熱量是能量變化的一種量度。熱量與溫度的概念不同，不能混為一談。 【熱運動】是物質的一種運動形式。宏觀物體內部大量微觀粒子（如分子、原子、電子等）永不停息的無規(guī)則運動稱為熱運動。它是物質的一種基本運動形式。一個物體或某一系統(tǒng)在熱平衡時的溫度，取決于他內部微觀粒子熱運動的狀況，熱運動越劇烈，它的溫度就越高。 【熱現(xiàn)象】凡與溫度有關的物質系統(tǒng)性質的變化，統(tǒng)稱為“熱現(xiàn)象”。例如，物體吸熱后溫度升高，體積膨脹；水受熱后變成水蒸氣等，都是由于溫度發(fā)生了變化，物體的性質也隨著而變化，這說明熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運動的表現(xiàn)。 【溫度】是表示物體冷熱程度的物理量。由人的感覺來判斷物體的冷熱程度，是建立在主觀感覺基礎上的。為了能客觀地反映物體的冷熱程度，人們引入了溫度的概念。從分子運動論的觀點來看，溫度是物體內部大量分子無規(guī)則熱運動劇烈程度的體現(xiàn)。它是物體冷熱的內在根據，熱運動越劇烈，物體的溫度就越高。某一物體溫度升高或降低，就標志 kT。式中k為玻爾茲曼常數(shù)，T為氣體溫度的微觀實質是分子平均動能的量度。由此看來，溫度是含有統(tǒng)計意義的，它是大量氣體分子熱運動的集體表現(xiàn)。對于個別分子而言，它的動能可能大于平均動能，也可能小于平均動能。但在溫度一定時，它是一個確定的值。對于個別分子，說它溫度是多少是沒有意義的。 【溫標】溫度數(shù)值的表示方法叫做“溫標”。為了定量地確定溫度，對物體或系統(tǒng)溫度給以具體的數(shù)量標志，各種各樣溫度計的數(shù)值都是由溫標決定的。為量度物體或系統(tǒng)溫度的高低對溫度的零點和分度法所做的一種規(guī)定，是溫度的單位制。建立一種溫標，首先選取某種物質的某一隨溫度變化的屬性，并規(guī)定測溫屬性隨溫度變化的關系；其次是選固定點，規(guī)定其溫度數(shù)值；最后規(guī)定一種分度的方法。最早建立的溫標是華氏溫標、攝氏溫標，這些溫標統(tǒng)稱為經驗溫標。它們的缺陷是溫度讀數(shù)與測溫物質及測溫屬性有關，測同一熱力學系統(tǒng)的溫度，若使用攝氏溫標標定的不同測溫屬性的溫度計，其讀數(shù)除固定點外，并不嚴格一致。經驗溫標現(xiàn)已廢棄不用。為了統(tǒng)一溫度的測量，溫度的計量工作中采用理想氣體溫標為標準溫標。規(guī)定溫度與測溫屬性成正比關系，選水的三相點為固定點。在氣體液化點以下及高溫下理想氣體溫標不適用，由于氦的液化溫度最低，因此氦溫度計有它一定的優(yōu)越性。國際單位制中采用的溫標，是熱力學溫標。它的單位是開爾文，中文代號是開，國際代號是K。 【攝氏溫標】是經驗溫標之一，亦稱“百分溫標”。溫度符號為t，單位是攝氏度，國際代號是“℃”。攝氏溫標是以在一大氣壓下，純水的冰點定為 【華氏溫標】是經驗溫標之一。在美國的日常生活中，多采用這種溫標。規(guī)定在一大氣壓下水的冰點為32度，沸點為212度，兩個標準點之間分為180等分，每等分代表1度。華氏溫度用字母°F表示。它與攝氏溫度（C）和華氏溫度（F）之間的換算關系為攝氏溫標與華氏溫標的各種溫度計，在玻璃管中根據不同的用途，裝有不同的液體（如煤油、酒精或水銀），由于液體膨脹與溫度之間并不嚴格遵守線性關系，而且不同的液體和溫度的非線性關系彼此也不一樣，由于測溫物質而影響溫標的準確性，為此這些經驗溫標已在廢棄之列。 【國際實用溫標】從準確與實用出發(fā)，在1927年第七屆國際計量大會上決定采用國際溫標。由于科學技術不斷地發(fā)展，工業(yè)生產上的需要，國際溫標不斷修改，目前所采用的國際實用溫標，是1968年國際計量委員會對1948年國際實用溫標（1960年修正版）作了重要修改而建立的。1968年國際實用溫標選取的方法，是根據它所測定的溫度可緊密接近熱力學溫度，而其差值應在目前測定準確度的極限之內。1968年國際實用溫標在國際實用開耳文溫度和國際實用攝氏溫度之間是用符號T68和t68來加以區(qū)分的。T68和t68之間的關系是：t68=T68-273.15。T68和t68的單位如在熱力學溫度T和攝氏溫度t中一樣仍為開爾文（符號K）和攝氏度（符號℃）。常用的換算公式是T=t+273.15。 【三相點】亦稱“三態(tài)點”。一般指各種穩(wěn)定的純物質處于固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三個相（態(tài)）平衡共存時的狀態(tài)，叫做該物質的“三相點”。該點具有確定的溫度和壓強。物態(tài)叫做“相”，通常物質是以三種形態(tài)存在。即固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)，也可稱為固相、液相、氣相。物體的變化常叫做相變?；蛘哒f，在某一系統(tǒng)中，具有相同物理性質均勻的部分亦稱為相。相與相間必有明顯可分的界面。例如，食鹽的水溶液是一相，若食鹽水濃度大，有食鹽晶體，即成為兩相。水和食油混合，是兩個液相并存，而不能成為一個相。又如水、冰和汽三相共存時，其溫度為273.16K（ 溫度（K）/壓強（帕） 氫 13.84/7038.2 氘 18.63/17062.4 氖 24.57/43189.2 氮 63.18/12530.2 二氧化碳 216.55/517204 水 273.16/610.5 【絕對零度】絕對零度是根據理想氣體所遵循的規(guī)律，用外推的方法得到的。當溫度降低到 【溫度計】是測定溫度的儀器之統(tǒng)稱。利用物質的某一物理屬性隨溫度的變化來標志溫度。根據使用目的的不同，已設計制造出多種溫度計。其設計的依據：如利用固體、液體、氣體受溫度的影響而熱脹冷縮的現(xiàn)象；在定容條件下，氣體或蒸汽壓強因不同溫度而變化；熱電效應的作用；電阻隨溫度的變化而變化；以及熱輻射的影響等多種。一般說，任何物質的任一物理屬性，只要它隨溫度的改變而發(fā)生單調的、顯著的變化，都可用來標志溫度而制成溫度計。溫度計的種類很多，如定容氣體溫度計、定壓氣體溫度計、液體（水銀、酒精、煤油）溫度計、鉑電阻溫度計、溫差電偶溫度計、輻射高溫計、光測高溫計等多種類型。在我國氣象上常將能自動記錄溫度變化的儀器稱“溫度計”。而對無自動記錄裝置的測溫儀器稱“溫度表”。 【溫度表】俗稱“寒暑表”。我國氣象上將直接能讀取數(shù)值而無自動記錄裝置的儀器，統(tǒng)稱為溫度表。其種類甚多，如干濕球溫度表、最低溫度表、最高溫度表、地面溫度表等。家庭使用的溫度表，系常見的一種兩端封閉內徑均勻的毛細玻璃管。封閉的下端是圓球或圓柱形，內注水銀、酒精或煤油。由于溫度的變化，液柱升降而伸縮。根據液柱頂端所在位置，即可直接讀出標度數(shù)值。 【水銀溫度計】它是利用水銀熱脹、冷縮的性質而制造的一種測溫計。高溫可以測到300多攝氏度。由于熔點關系，測量 當玻璃管內水銀受熱體積膨脹的同時，溫度計的玻璃管及液泡部分的玻璃也受熱膨脹。結果所讀出的只不過是水銀膨脹數(shù)值與玻璃膨脹數(shù)值之間的差數(shù)而已。由于水銀的凝固點（ 【酒精溫度計】構造與水銀溫度計相同，唯管內裝有含紅色染料的酒精，便于觀察，此種溫度計是用酒精為工作物質。因酒精的沸點（ 【煤油溫度計】煤油溫度計的工作物質是煤油，它的沸點一般高于 【體溫計】是測量人體溫度用的溫度計。亦稱“體溫表”或“醫(yī)用溫度計”。體溫計的工作物質是水銀。它的液泡容積比上面細管的容積大得多。泡里水銀，由于受到體溫的影響，產生微小的變化，水銀體積的膨脹，使管內水銀柱的長度發(fā)生明顯的變化。人體溫度的變化一般在 【溫差電偶溫度計】利用溫差電偶來測量溫度的溫度計。將兩種不同金屬導體的兩端分別連接起來，構成一個閉合回路，一端加熱，另一端冷卻，則兩個接觸點之間由于溫度不同，將產生電動勢，導體中會有電流發(fā)生。因為這種溫差電動勢是兩個接觸點溫度差的函數(shù)，所以利用這一特性制成溫度計。若在溫差電偶的回路里再接入一種或幾種不同金屬的導線，所接入的導線與接觸點的溫度都是均勻的，對原電動勢并無影響，通過測量溫差電動勢來求被測的溫度，這樣就構成了溫差電偶溫度計。這種溫度計測溫范圍很大。例如，銅和康銅構成的溫差電偶的測溫范圍在200～ 【分子物理學】物理學的一個學科。分子物理學從物質的微觀結構的觀點出發(fā)，研究氣體、液體和固體的基本性質及其熱現(xiàn)象的規(guī)律。如物體的體積，壓強和溫度之間的關系；物質的比熱容；擴散、熱傳遞、粘滯性等輸運過程以及液體的表層性質，相平衡以及簡單的相變過程。 【分子運動論】分子運動論是從物質的微觀結構出發(fā)來闡述熱現(xiàn)象規(guī)律的理論，例如它闡明了氣體的溫度是分子平均平動動能大小的標志，大量氣體分子對容器器壁的碰撞而產生對容器壁的壓強。此外，它還初步揭示了氣體的擴散，熱傳遞和粘滯現(xiàn)象的本質，并解釋了許多氣體實驗定律，分子運動論的成就促進了統(tǒng)計物理學的進一步發(fā)展。 【分子】由化學鍵結合起來的單個原子或一組原子，它是物質中能獨立存在并保持該物質一切化學性質的最小單位。例如，水分子是由兩個氫原子和一個氧原子組成的（H2O）。像氯化鈉那樣的離子化合物并無明顯的分子結構。氯化鈉一般寫成NaCl，但氯化鈉晶體事實上是由氯離子（Cl-）和鈉離子（Na+）有規(guī)則排列。構成物質的單位是多種多樣的，或是原子（如金屬）或是離子（如鹽類）或是分子（如有機物）。為了簡化，在中學物理中，一般把構成物質的單位統(tǒng)稱為分子。用油膜法可以粗略地測定分子的大小。分子直徑的數(shù)量級是10 【阿伏伽德羅常數(shù)】是化學和物理學中的重要常數(shù)之一。1摩爾（簡稱摩，國際符號是mol）的任何物質，其中含有的粒子數(shù)相同。稱為“阿伏伽德羅常數(shù)”。用“N”表示N=6.022045×10^23摩爾^-1。此常數(shù)系意大利化學家阿伏伽德羅發(fā)現(xiàn)，因而得名。知道阿伏伽德羅常數(shù)，可算出水分子的質量mH2O=3×10 【阿伏伽德羅定律】又稱“阿伏伽德羅假說”。由壓強公式和氣體分子的平均平動動能與溫度的關系，將得到氣體壓強的另一表達式：P=nKT。這一公式表明，在相同的溫度T和相同的壓強P下，任何氣體在相同的體積內所包含的分子數(shù)都相等。這一結論叫做“阿伏伽德羅定律”。如在標準狀態(tài)（大氣壓值為標準大氣壓，溫度T為273.15K）時，任何氣體在 【物態(tài)】亦稱“聚集態(tài)”。是物質分子集合的狀態(tài)，是實物存在的形式，在通常條件下，物質有三種不同的聚集態(tài)：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)，即平常所說的物質三態(tài)。固態(tài)和液態(tài)，統(tǒng)稱為凝聚態(tài)。它們在一定的條件下可以平衡共存，也可以相互轉變。例如，在一個標準大氣壓， 【固體】凡具有一定體積和形態(tài)的物體稱為“固體”，它是物質存在的基本狀態(tài)之一。組成固體的分子之間的距離很小，分子之間的作用力很大，絕大多數(shù)分子只能在平衡位置附近作無規(guī)則振動，所以固體能保持一定的體積和形狀。在受到不太大的外力作用時，其體積和形狀改變很小。當撤去外力的作用，能恢復原狀的物體稱彈性體，不能完全恢復的稱塑性體。構成固體的粒子可以是原子、離子或分子，這些粒子都有固定的平衡位置。但由于這些粒子的排列方式不同，固體又可分為兩類，即晶體和非晶體。如果粒子的排列具有規(guī)則的幾何形狀，在空間是三維重復排列，這樣的物質叫晶體，如金屬、食鹽、金剛石等。如果組成固體的粒子雜亂堆積，分布混亂，這樣的物質叫非晶體。如玻璃、石蠟、瀝青等。晶體有一定的熔點，而非晶體卻沒有固定的熔解溫度。非晶體的熔解和凝固過程是隨溫度的改變而逐漸完成的。它的固態(tài)和液態(tài)之間沒有明顯的界限。 【液體】液體的分子結構介于固體與氣體之間，它有一定的體積，卻沒有一定的形狀。液體的形狀決定于容器的形狀。在外力作用下，液體被壓縮性小，不易改變其體積，但流動性較大。由于受重力的作用，液面呈水平面，即和重力相垂直的表面。從微觀結構來看，液體分子之間的距離要比氣體分子之間的距離小得多，所以液體分子彼此之間是受分子力約束的，在一般情況下分子不容易逃逸。液體分子一般只在平衡位置附近作無規(guī)則振動，在振動過程中各分子的能量將發(fā)生變化。當某些分子的能量大到一定程度時，將作相對的移動改變它的平衡位置，所以液體具有流動性。液體在任何溫度下都能蒸發(fā)，若加熱到沸點時迅速變?yōu)闅怏w。若將液體冷卻，則在凝固點凝結為固體（晶體）或逐漸失去流動性。 【氣體】是物質三種聚集狀態(tài)之一。氣體分子間的距離很大，分子間的相互作用力很小，彼此之間不能約束，所以氣體分子的運動速度較快，因此它的體積和形狀都隨著容器而改變。氣體分子都在作無規(guī)則的熱運動，在它們之間沒有發(fā)生碰撞（或碰撞器壁）之前，氣體分子作勻速直線運動，只有在彼此之間發(fā)生碰撞時，才改變運動的方向和運動速度的大小。由于和器壁碰撞而產生壓強，因此溫度越高、分子運動越劇烈，壓強就越大。又因為氣體分子間的距離遠遠大于分子本身的體積，所以氣體的密度較小，且很容易被壓縮。任何氣體都可以用降低溫度或在臨界溫度以下壓縮氣體體積的方法使它變?yōu)橐后w。所以，對一定量的氣體而言，它既沒有一定的體積，也沒有一定的形狀，它總是充滿盛它的容器。根據阿伏伽德羅定律，各種氣體在相同的溫度和壓強下，在相同的體積里所包含的分子數(shù)都相同。 【晶體】具有規(guī)則幾何形狀的固體。其內部結構中的原子、離子或分子都在空間呈有規(guī)則的三維重復排列而組成一定型式的晶格。這種排列稱為晶體結構。晶體點陣是晶體粒子所在位置的點在空間的排列。相應地在外形上表現(xiàn)為一定形狀的幾何多面體，這是它的宏觀特性。同一種晶體的外形不完全一樣，但卻有共同的特點。各相應晶面間的夾角恒定不變，這條規(guī)律稱為晶面角守恒定律，它是晶體學中重要的定律之一，是鑒別各種礦石的依據。晶體的一個基本特性是各向異性，即在各個不同的方向上具有不同的物理性質，如力學性質（硬度、彈性模量等等）、熱學性質（熱膨脹系數(shù)、導熱系數(shù)等等）、電學性質（介電常數(shù)、電阻率等等）光學性質（吸收系數(shù)、折射率等等）。例如，外力作用在云母的結晶薄片上，沿平行于薄片的平面很容易裂開，但在薄片上裂開則非易事。巖鹽則容易裂成立方體。這種易于劈裂的平面稱為解理面。在云母片上涂層薄石蠟，用燒熱的鋼針觸云母片的反面，便會以接觸點為中心，逐漸化成橢圓形，說明云母在不同方向上導熱系數(shù)不同。晶體的熱膨脹也具各向異性，如石墨加熱時沿某些方向膨脹，沿另一些方向收縮。晶體的另一基本特點是有一定的熔點，不同的晶體有它不相同的熔點。且在熔解過程中溫度保持不變。對晶體微觀結構的認識是隨生產和科學的發(fā)展而逐漸深入的。1860年就有人設想晶體是由原子規(guī)則排列而成的，1912年勞埃用X射線衍射現(xiàn)象證實這一假設?，F(xiàn)在已能用電子顯微鏡對晶體內部結構進行觀察和照相，更有力地證明假想的正確性。 【非晶體】指組成它的原子或離子不是作有規(guī)律排列的固態(tài)物質。如玻璃、松脂、瀝青、橡膠、塑料、人造絲等都是非晶體。從本質上說，非晶體是粘滯性很大的液體。解理面的存在說明晶體在不同方向上具有不同的力學性質，非晶體破碎時因各向同性而沒有解理面，例如，玻璃碎片的形狀就是任意的。若在玻璃上涂一薄層石蠟，用燒熱的鋼針觸及背面，則以觸點為中心，將見到熔化的石蠟成圓形。這說明導熱系數(shù)相同。非晶體沒有固定的熔點，隨著溫度升高，物質首先變軟，然后由稠逐漸變稀，成為流體。具有一定的熔點是一切晶體的宏觀特性，也是晶體和非晶體的主要區(qū)別。晶體和非晶體之間是可以轉化的。許多物質存在的形式，可能是晶體，也可能是非晶體。將水晶熔化后使其冷卻，即成非晶體的石英玻璃，它的轉化過程需要一定的條件。 【各向同性】亦稱均質性。物理性質不隨量度方向變化的特性。即沿物體不同方向所測得的性能，顯示出同樣的數(shù)值。如所有的氣體、液體（液晶除外）以及非晶質物質都顯示各向同性。例如，金屬和巖石雖然沒有規(guī)則的幾何外形，各方向的物理性質也都相同，但因為它們是由許多晶粒構成的，實質上它們是晶體，也具有一定的熔點。由于晶粒在空間方位上排列是無規(guī)則的，所以金屬的整體表現(xiàn)出各向同性。 【各向異性】亦稱非均質性。物理性質隨量度的方向而變化的通性，稱為各向異性。各向異性是晶體的重要特征之一。即在各個不同的方向上具有不同的物理性質，如力學、熱學、電學、光學性質等。參見“晶體”條。 【多晶體】由許多晶體（稱為晶料）構成的物體，稱多晶體。一塊晶體是由許多小的晶粒聚合起來組成的。每一晶粒又由許多原子構成。原子在每一晶粒中作有規(guī)則的整齊排列，各個晶粒中原子的排列方式都是相同的。但是在一塊晶體中，各個晶粒的取向彼此不同，晶粒與晶粒之間并沒有按照一定的規(guī)則排列。盡管每個晶粒內部原子排列很整齊，但由于一塊晶體內部各個晶粒的排列不規(guī)則，總的來看是雜亂無章的，這樣的多晶體不能用來制造晶體管。例如多晶硅可用來拉制單晶，稱為單晶硅。摻有特定微量雜質的單晶硅，可制成大功率晶體管、整流器及太陽能電池等。 【單晶體】簡稱“單晶”。單個晶體構成的物體。在單晶體中所有晶胞均呈相同的位向。單晶體具有各向異性。自然界存在的單晶，如金剛石的晶體等。亦可由人工將多晶體拉制成單晶體，如電子器件中所用的鍺及硅的單晶體。 【解理面】晶體中易于劈裂的平面稱為“解理面”。凡顯露在晶體外表的晶面往往是一些解理面。例如，云母結晶薄片，在外力作用下很容易沿平行于薄片的平面裂開，石膏也容易沿一定方向裂成薄片，巖鹽則容易裂成立方體。解理面的存在，說明晶體在不同方向上具有不同的力學性質。非晶體破碎時因各向同性而沒有解理面，例如，玻璃碎片形狀就是完全任意的。 【結合力】晶體中粒子之間存在著相互作用力，這種力稱為“結合力”。這種力使粒子規(guī)則地聚集在一起形成空間點陣，使晶體具有彈性、具有確定的熔點和熔解熱，決定晶體的熱膨脹系數(shù)等等。因此結合力是決定晶體性質的一個主要因素。可從四種典型的結合力（離子鍵、共價鍵、范德瓦耳斯鍵和金屬鍵）的本質和有關結合力的規(guī)律來進一步探討。 【離子鍵】將正、負離子結合在一起的靜電力，稱為“離子鍵”。由離子鍵的作用而組成的晶體，稱為離子晶體。最典型的離子晶體是NaCl。由于離子鍵的作用強，因此離子晶體具有高的熔點，低的揮發(fā)性和大的壓縮模量。 【共價鍵】因共有電子而產生的結合力稱為“共價鍵”。例如氫分子就是氫原子靠共價鍵而形成的。完全由負電性元素組成晶體時，粒子之間的結合力就是共價鍵。由共價鍵的作用而組成的晶體稱為原子晶體，例如，金剛石和金剛砂（SiC）為典型的原子晶體。由于共價鍵的作用強，所以原子晶體硬度大、熔點高、導電性差、揮發(fā)性慢。例如，硅、鍺、碲這些半導體中的重要材料都是原子晶體。 【金屬鍵】正離子與自由電子的總體之間的作用力使各粒子結合在一起，這種結合力稱為“金屬鍵”。這種結合的特點是電子的“共有化”。在結合時，原來分屬各自原子的價電子不再被束縛于其本身，而為所有“原子實”所共有。于是共有化電子形成的負電子云和浸在這個負電子云中的帶正電的原子實之間出現(xiàn)庫侖作用，原子越緊密，勢能越低，從而把原子聚合在一起。由金屬鍵的作用而組成的晶體叫金屬晶體，簡稱金屬。因此金屬可以具有較高的熔點，高硬度和低揮發(fā)性，還具有導電、導熱性能好和金屬光澤，以及較大的范性。 當r＞r0時，兩分子間的斥力和引力都隨距離的增大而減小，但引力減小得慢，總的表現(xiàn)出是一種引力。當r=r0時，兩分子之間的引力和斥力相等，作用的合力為零。分子間的作用同時存在引力和斥力，由于這兩個力隨分子間距離變化的情況不同，所表現(xiàn)出來的合力有時為引力，有時為斥力，有時為零。分子力的本質相當復雜，它與分子的電性結構有密切關系。對于氣體，在一般條件下，分子之間的距離較大，其分子力是微不足道的，可以忽略。但在低溫、高壓情況下，分子力不能忽略。固體和液體分子聚集的主要因素是分子力，使它們有一系列不同于氣體的性質。此外，分子之間的作用力在不同的情況下表現(xiàn)的形式是不同的。有時表現(xiàn)為“內聚力”，有時表現(xiàn)為“附著力”。 【內聚力】是在同種物質內部相鄰各部分之間的相互吸引力，這種相互吸引力是同種物質分子之間存在分子力的表現(xiàn)。只有在各分子十分接近時（小于10 【附著力】是在兩種不同物質的接觸處所發(fā)生的相互吸引力。這種相互吸引力是兩種物質分子之間存在分子力的表現(xiàn)。只有在這兩種物質的分子十分接近（小于10 【表面張力】液體表面分子間的吸引力。即液體表面的分子有一種使其面積縮成最小的力，或稱一種抵抗表面積擴張的力，此力稱“表面張力”。液體表面是指液體與空氣或其他液體相接觸的自由面。若不指明，即可認為相對于空氣而言。表面張力的大小與接觸面的物質有密切關系。此外，表面張力還與溫度有關，溫度越高，表面張力越小。表面張力的方向總是與液面相切，與分界線相垂直。若在液面作一長為L的直線，將液面分成兩部分，這兩部分之間的相互牽引力為F，則表面張力F=σL。其中σ為液體表面張力系數(shù)。表面張力的單位為牛頓/米。由于表面張力的作用，液滴表面有收縮到最小的趨勢，而使液滴成近似球形的狀態(tài)。 【液體的表面層】液體自由面以下厚度等于分子力作用半徑的一層液體層，叫做“液體表面層”。從微觀角度來看，液體表面并不是一個幾何面，而是有一定厚度的薄層。由于表面層內的分子力作用，使分子都受到一個與液體自由面相垂直、方向指向液體內部的作用力。表面張力就是由表面層中應力的各向異性所引起的。 【液體的附著層】設液體分子的分子力作用半徑為r，固體分子的分子力作用半徑為l，當液體與固體接觸時，在界面處液體一側厚度等于r（當r＞l時），或等于l（當l＞r時）的一層液體層，叫做液體的附著層。在附著層中的液體分子，是處于液體與固體兩種物質分子的分子力相互作用下，于是在與固體接觸處的液面將出現(xiàn)浸潤、不浸潤、彎月面以及毛細現(xiàn)象等。 【浸潤現(xiàn)象】亦稱潤濕現(xiàn)象。當液體與固體接觸時，液體的附著層將沿固體表面延伸。當接觸角θ為銳角時，液體潤濕固體，若θ為零時，液體將展延到全部固體表面上，這種現(xiàn)象叫做“浸潤現(xiàn)象”。如圖2 【不浸潤現(xiàn)象】亦稱不潤濕現(xiàn)象。當液體與固體接觸時，液體的附著層將沿固體表面收縮。當接觸角θ為鈍角時，液體不潤濕固體，若θ=π時，液體完全不潤濕固體。這種現(xiàn)象稱為液體不浸潤現(xiàn)象。如圖2 【彎月面】由于液體對固體浸潤或不浸潤的作用，使液體在圓柱形的管子里，呈現(xiàn)不同的液面。凡不浸潤固體的液體表面呈凸狀。例如水銀裝在玻璃管內，液面即成凸狀，而浸潤體的液體表面則成凹狀，例如，水裝在玻璃管內其液面即成凹面狀態(tài)。這些彎曲的液面，統(tǒng)稱為彎月面。 【布朗運動】懸浮在液體或氣體中的微粒所作的永不停息的無規(guī)則運動，叫做布朗運動。作布朗運動的微粒（直徑約為10-15～10 【毛細管】凡內徑很細的管子叫“毛細管”。通常指的是內徑等于或小于 【毛細現(xiàn)象】插入液體中的毛細管，管內外的液面會出現(xiàn)高度差。當浸潤管壁的液體在毛細管中上升（即管內液面高于管外）或當不浸潤管壁的液體在毛細管中下降（即管內液面低于管外），這種現(xiàn)象叫做“毛細現(xiàn)象”。產生毛細現(xiàn)象原因之一是由于附著層中分子的附著力與內聚力的作用，造成浸潤或不浸潤，因而使毛細管中的液面呈現(xiàn)彎月形。原因之二是由于存在表面張力，從而使彎曲液面產生附加壓強。由于彎月面的形成，使得沿液面切面方向作用的表面張力的合力，在凸彎月面處指向液體內部；在凹彎月面處指向液體外部。由于合力的作用使彎月面下液體的壓強發(fā)生了變化——對液體產生一個附加壓強，凸彎月面下液體的壓強大于水平液面下液體的壓強，而凹彎月面下液體的壓強小于水平液面下液體的壓強。根據在盛著同一液體的連通器中，同一高度處各點的壓強都相等的道理，當毛細管里的液面是凹彎月面時，液體不斷地上升，直到上升液柱的靜壓強抵消了附加壓強為止；同樣，當液面呈凸月面時，毛細管里的液體也將下降。當液體浸潤管壁致使跟管壁接觸的液面是豎直的，而且表面張力的合力也豎直向上時，若毛細管內半徑為r，液體表面張力系數(shù)是σ，沿周界2πr作用的表面張力的合力等于2πrσ。在液面停止上升時，此一作用力恰好跟毛細管中液體柱的重量相平衡。 【半透膜】只允許某種混合氣體或溶液中的某一種物質透過而不允許另一種物質透過的薄膜，叫做半透膜。例如，動物的膀胱，只允許水分子通過，而不允許糖的分子透過。腸壁膜、玻璃紙等，主要由于膜的微細孔而形成半透膜，半透膜性能與孔的大小有關。 【滲透】被半透膜所隔開的兩種液體，當處于相同的壓強時，純溶劑通過半透膜而進入溶液的現(xiàn)象，稱為滲透。滲透作用不僅發(fā)生于純溶劑和溶液之間，而且還可以在同種不同濃度溶液之間發(fā)生。低濃度的溶液通過半透膜進入高濃度的溶液中。砂糖、食鹽等結晶體之水溶液，易通過半透膜，而糊狀、膠狀等非結晶體則不能通過。滲透現(xiàn)象，在生物機體內發(fā)生的許多過程都與此有關。如各物浸于水中則膨脹；植物從其根部吸收養(yǎng)分；動物體內的養(yǎng)分，透過薄膜而進入血液中等現(xiàn)象都是滲透作用。 【滲透壓強】簡稱滲透壓。當溶液和溶劑之間被半透膜隔開時，純溶劑會通過半透膜進入溶液而使溶液變淡。若在原溶液上，加一適當?shù)膲簭姡『米柚沽思內軇┻M入溶液，此時，所施加的壓強就等于原溶液中溶質的滲透壓強。當濃度不太大時，溶液的滲透壓與濃度及絕對溫度成正比，而與純溶劑的壓強無關。根據范托夫理論，滲透壓P在稀溶液時等于 這就是用來表示滲透壓強的范托夫公式，由公式知：若溫度一定，溶質的滲透壓強P與溶液濃度C成正比；若濃度一定，溶質的滲透壓強P與溶液的絕對溫度T成正比；對不同的溶質，若濃度和溫度均相同，則滲透壓強P與溶質的摩爾質量μ成反比。此公式只適用于不導電的稀溶液；而不適用于電解液和濃度較高的非導電溶液。 【摩爾】它是國際單位制中物質的量的基本單位，符號為mol。含有的基本單元數(shù)與 【擴散】由于粒子（原子、分子或分子集團）的熱運動自發(fā)地產生物質遷移現(xiàn)象叫“擴散”。擴散可以在同一物質的一相或固、液、氣多相間進行。也可以在不同的固體、液體和氣體間進行。主要由于濃度差或溫度差所引起。一般是從濃度較大的區(qū)域向濃度較小的區(qū)域擴散，直到相內各部分的濃度達到均勻或兩相間的濃度達到平衡時為止。物質直接互相接觸時，稱自由擴散。若擴散是經過隔離物質進行時，則稱為滲透。在自然界中擴散現(xiàn)象起著很大的作用。它使整個地球表面附近的大氣保持相同的成分；土壤里所含有的各種鹽類溶液的擴散，便于植物吸收，以利生長。此外在半導體，冶金等很多行業(yè)都應用擴散，以達目的。擴散，熱傳導和粘性通稱為輸運現(xiàn)象，其分別將物質（質量）、熱能、動量由一位置移至另一位置，從而達到濃度或溫度的均勻。 【吸收】物質吸取其他實物或能量的過程。氣體被液體或固體吸取，或液體被固體所吸取。在吸收過程中，一種物質將另一種物質吸進體內與其融和或化合。例如，硫酸或石灰吸收水分；血液吸收營養(yǎng)；氈毯、礦物棉、軟質纖維板及膨脹珍珠巖等材料可吸收噪聲；用化學木漿或棉漿制成紙質粗松的吸墨紙，用來吸干墨水。吸收氣體或液體的固體，往往具有多孔結構。當聲波、光波、電磁波的輻射，投射到介質表面時，一部分被表面反射，一部分被吸收而轉變?yōu)槠渌问降哪芰俊．斈芰吭诮橘|中沿某一方向傳播時，隨入射深度逐漸被介質吸收。例如玻璃吸收紫外線，水吸收聲波，金屬吸收X射線等。 【吸附】在固體或液體表面對氣體或溶質的吸著，而形成一層某種物質的原子和分子的過程。一切固體的表面都從周圍的大氣中吸附了一層氣體。吸附層可以是化學鍵的結合（化學吸附），也可以是范德瓦耳斯力的結合（物理吸附）。物理吸附是以“分子間力”相互吸引的，例如活性炭吸附各種氣體?；瘜W吸附，一般吸附熱較大，如鎳催化劑吸附氫氣。在防毒、脫色等方面，吸附現(xiàn)象起一定的作用。 【液晶】是某些有機化合物，在一定溫度范圍內，并不由固態(tài)直接變?yōu)橐簯B(tài)，而呈現(xiàn)一種中間狀態(tài)，這種處在過渡狀態(tài)的物質稱為“液晶”。即“液態(tài)晶體”的簡稱。液晶的力學性質，像是液體，具有液體的流動性。它的光學性質像是晶體，具有晶體的有序性。從某個方面來看，液晶的分子排列比較整齊，有特殊的取向，分子運動也有特定的規(guī)律，因而液晶既有液體的流動性，又具有表面張力。但從另一方面看，分子排列雜亂無章，只有近程有序特點，而沒有不可改變的固定結構，因此它也呈現(xiàn)某些晶體的光學性質（如光學的各向異性、雙折射、圓二向色散等）。液晶只能存在于一定的溫度范圍內，這一溫度范圍的下限T1稱為熔點，其上限T2稱清亮點。當溫度T＜T1時，液晶就變?yōu)槠胀ǖ木w，失去流動性；當溫度T＞T2時，液晶就變成普通的透明液體，失去上述的光學性質，稱為“各向同性液”。只有在這個溫度范圍內，物質才處于液晶態(tài)，才具有種種奇特的性質和許多特殊的用途。根據分子的不同排列情況，液晶可分為向列型，膽甾型和近晶型三種。近年來膽甾型液晶，用于溫度指示、無損傷探及醫(yī)療診斷方面。向列型液晶已用于電子工業(yè)，作為顯示的材料，還用于分析化學（氣相色譜和核磁共振）等方面。早在1881年就已發(fā)現(xiàn)液晶，受條件限制發(fā)展較慢，到1968年發(fā)現(xiàn)液晶的動態(tài)散射現(xiàn)象后，才獲得進展。 【熱質說】是在19世紀初期以前流行的一種對熱的本性解釋的學說。它認為“熱”是一種沒有質量，也沒有體積的流質，稱之為“熱質”。含熱質越多的物體，溫度就越高，所以物體溫度的高低是取決于熱質的含量。它還認為熱質可以滲入一切物體之中，熱質可以從溫度高的物體向溫度低的物體流動。當時就有人發(fā)現(xiàn)熱質說對摩擦生熱等現(xiàn)象無法解釋，而且是矛盾的。后來人們逐漸認識到熱現(xiàn)象是與構成物質的微粒的運動相聯(lián)系，熱質并不存在。到19世紀中期有關熱質說即被廢棄。 【熱傳遞】亦稱“傳熱”。物質系統(tǒng)間的能量轉移過程。即內能從一個物體轉移到另一個物體，或者從物體的一部分轉移到同一物體鄰近部分的過程，叫做“熱傳遞”。內能永遠自發(fā)地從溫度高的物體向溫度低的物體傳遞。在所有條件都相同的情況下，兩個物體溫度相差越大，內能的傳遞速度也快，當冷熱程度不同的物體互相接觸時，熱傳遞要進行到它們的溫度相等時才會停止，即達到熱平衡。一個物體不同部分的溫度有差別，熱傳遞在物體內部也要進行，直到溫度相同為止。雖然參加熱傳遞過程的物體的溫度將發(fā)生這樣或那樣的變化，但傳遞的能量與溫度的變化之間沒有必然的聯(lián)系。熱傳遞的方式有三種：即對流、傳導和輻射。這三種熱傳遞的方式往往是伴隨著進行的。 【熱接觸】在兩個系統(tǒng)相互接觸時，在系統(tǒng)間發(fā)生了熱量的傳遞，這種接觸即稱為熱接觸。 【熱平衡】當兩個系統(tǒng)互相接觸時，如有溫度的差異，其各自的狀態(tài)可能發(fā)生變化，一段時間后，不再發(fā)生熱量的傳遞，兩系統(tǒng)將達到熱平衡狀態(tài)。這種熱平衡是經過熱傳遞出現(xiàn)的。某一系統(tǒng)，與外界接觸時，其內部溫度各處均勻，且與外界的溫度相等，亦呈現(xiàn)熱平衡。 【熱傳導】亦稱“導熱”。是熱傳遞三種基本方式之一。它是固體中熱傳遞的主要方式，在不流動的液體或氣體層中層層傳遞，在流動情況下往往與對流同時發(fā)生。熱傳導實質是由大量物質的粒子熱運動互相撞擊，而使能量從物體的高溫部分傳至低溫部分，或由高溫物體傳給低溫物體的過程。在固體中，熱傳導的微觀過程是：在溫度高的部分，晶體中結點上的微粒振動動能較大。在低溫部分，微粒振動動能較小。因微粒的振動互相聯(lián)系，所以在晶體內部就發(fā)生微粒的振動，動能由動能大的部分向動能小的部分傳遞。在固體中熱的傳導，就是能量的遷移。在金屬物質中，因存在大量的自由電子，在不停地作無規(guī)則的熱運動。自由電子在金屬晶體中對熱的傳導起主要作用。在液體中熱傳導表現(xiàn)為：液體分子在溫度高的區(qū)域熱運動比較強，由于液體分子之間存在著相互作用，熱運動的能量將逐漸向周圍層層傳遞，引起了熱傳導現(xiàn)象。由于熱傳導系數(shù)小，傳導的較慢，它與固體相同，而不同于氣體；氣體依靠分子的無規(guī)則熱運動以及分子間的碰撞，在氣體內部發(fā)生能量遷移，從而形成宏觀上的熱量傳遞。 【對流】是流體（液體和氣體）熱傳遞的主要方式。熱對流指的是液體或氣體由于本身的宏觀運動而使較熱部分和較冷部分之間通過循環(huán)流動的方式相互摻和，以達到溫度趨于均勻的過程。對流可分自然對流和強迫對流兩種：自然對流是由于流體溫度不均勻引起流體內部密度或壓強變化而形成的自然流動。例如，氣壓的變化，空氣流動，風的形成，地面空氣受熱上升，上下層空氣產生循環(huán)對流等；而強制對流是因受外力作用或與高溫物體接觸，受迫而流動的，叫強制對流。例如，由于人工的攪拌，或機械力的作用（如鼓風機、水泵等），完全受外界因素的促使而形成對流的。 【熱輻射】熱的一種傳遞方式。它不依賴物質的接觸而由熱源自身的溫度作用向外發(fā)射能量，這種傳熱方式叫“熱輻射”。它和熱的傳導、對流不同。它不依靠媒質而把熱直接從一個系統(tǒng)傳給另一系統(tǒng)。熱輻射是以電磁波輻射的形式發(fā)射出能量，溫度的高低，決定于輻射的強弱。溫度較低時，主要以不可見的紅外光進行輻射，當溫度為 【保溫瓶】此容器能使放置其中之物體保持較長時間溫度不變。它既可使開水的溫度在一相當長的時間內保持不下降，又可使冰在一個相當長的時間內保持不熔化。保溫瓶的玻璃和軟木塞是熱的不良導體，內、外瓶膽互不接觸，防止熱的傳導。夾層間已被抽成真空，防止對流作用。在夾層的玻璃壁上鍍一薄層銀（實際鍍的是水銀），光亮面能把輻射出去的內能反射回來。因此保溫瓶把傳導、對流、輻射三種作用盡可能地減少，從而起到保溫作用。 【熱絕緣】阻止或減少熱能傳遞的任何方法謂之“熱絕緣”。例如，用泡沫材料或鋸末填充的空心墻或屋頂棚，起絕熱作用。 【熱絕緣體】不易傳熱的材料，亦稱熱的不良導體。如石棉等很多材料都是多孔的或纖維狀的固體，它們能把空氣封閉在小孔內。氣體不易導熱，并防止對流。瓷、紙、木頭、玻璃、皮革等是熱的不良導體。羊毛、棉花、軟木、除水銀外的液體、以及氣體等都是熱的絕緣體。 【導熱體】具有相當高熱導性能的材料。一般情況下各種金屬都是良好的導熱體，最善于傳熱的是銀。 【熱動平衡】當系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，其宏觀物理性質是不隨時間變化的，但從微觀方面來看，組成系統(tǒng)的粒子卻處于永不停息的熱運動之中。在熱力學中的平衡是動的平衡，故稱作“熱動平衡”。例如，若將兩個處于不同溫度的銅塊放在一起，將發(fā)生熱量的傳遞，直到兩個物體的溫度相同時，這兩個物體就處于熱平衡。液體與其相接觸的飽和蒸氣處于平衡狀態(tài)。從宏觀上看，壓強、密度、溫度等是不變化的。在這種情況下，分子仍在從液態(tài)變成氣態(tài)，同時分子以同樣速率從蒸氣回到液體。因此稱這種類型的平衡為熱動平衡。 【紅熱】系統(tǒng)的大量微觀粒子（分子、原子等）的混亂運動，即組成宏觀物體或系統(tǒng)的大量微觀粒子的無規(guī)則運動。這種形式的運動越劇烈，那么，由這些微觀粒子所組成的物體或系統(tǒng)就越熱。隨著溫度升高，物體開始發(fā)出可見光，首先是波長較長的紅色部分，由暗紅色逐漸變成橙紅色。處于這種紅熱狀態(tài)的物體，溫度為500～ 【白熱】系統(tǒng)的溫度升高到1200～ 【熱膨脹】物體因溫度改變而發(fā)生的膨脹現(xiàn)象叫“熱膨脹”。通常是指外壓強不變的情況下，大多數(shù)物質在溫度升高時，其體積增大，溫度降低時體積縮小。在相同條件下，氣體膨脹最大，液體膨脹次之，固體膨脹最小。也有少數(shù)物質在一定的溫度范圍內，溫度升高時，其體積反而減小。因為物體溫度升高時，分子運動的平均動能增大，分子間的距離也增大，物體的體積隨之而擴大；溫度降低，物體冷卻時分子的平均動能變小，使分子間距離縮短，于是物體的體積就要縮小。又由于固體、液體和氣體分子運動的平均動能大小不同，因而從熱膨脹的宏觀現(xiàn)象來看亦有顯著的區(qū)別。 【膨脹系數(shù)】為表征物體受熱時，其長度、面積、體積變化的程度，而引入的物理量。它是線膨脹系數(shù)、面膨脹系數(shù)和體膨脹系數(shù)的總稱。 【固體熱膨脹】固體熱膨脹現(xiàn)象，從微觀的觀點來分析，它是由于固體中相鄰粒子間的平均距離隨溫度的升高而增大引起的。晶體中兩相鄰粒子間的勢能是它們中心距離的函數(shù)，根據這種函數(shù)關系所描繪的曲線，如圖2-6所示，稱為勢能曲線。它是一條非對稱曲線。在一定溫度下，粒子在平衡位置附近振動、具有的動能為EK，總能量為EK與相互作用能EP之和，它在整個運動過程中是守恒的。圖中，粒子間最接近的距離是r′，最遠的距離是r〃。由于距離減小所引起的斥力增長比由于距離增大所引起的引力下降快的多，因而粒子間接近的距離與粒子間遠離的距離關系是 r0r′＜r〃-r0所以兩相鄰粒子中心的平均距離為 變的情形。由此可見，當晶體溫度升高，粒子熱振動加劇，體積膨脹。 【固體的線膨脹】由于固體隨溫度的變化而變化，當溫度變化不太大時，在某一方向長度的改變量稱為“固體的線膨脹”。例如，一細金屬棒受熱而伸長。固體的任何線度，例如，長度、寬度、厚度或直徑等，凡受溫度影響而變化的，都稱之為“線膨脹”。 【線膨脹系數(shù)】亦稱線脹系數(shù)。固體物質的溫度每改變 【固體的面膨脹】當固體的溫度變化不大時，其表面積隨溫度的升高而增大，這一現(xiàn)象叫“固體的面膨脹”。遵循的規(guī)律為：St=S0（1+αst）式中αs為面膨脹系數(shù)，單位是1/開，其量值為αs≈2ατ。 【固體的體膨脹】當固體的溫度變化不大時，其體積隨溫度的升高而增大，這一現(xiàn)象叫“固體的體膨脹”。 【體積膨脹系數(shù)】或稱“體脹系數(shù)”。無論物質是哪種（固體、液體或氣體）形態(tài)的變化，都稱之為體膨脹。當物體溫度改變 【液體熱膨脹】液體是流體，因而只有一定的體積，而沒有一定的形狀。它的體膨脹遵循Vt=V0（1+βt）的規(guī)律，β是液體的體膨脹系數(shù)。其膨脹系數(shù)，一般情況是比固體大得多。 【氣體的熱膨脹】氣體熱膨脹的規(guī)律較復雜，當一定質量氣體的體積，受溫度影響上升變化時，它的壓強也可能發(fā)生變化。若保持壓強不變，則一定質量的氣體，必然遵循著Vt=V0（1+γt）的規(guī)律，式中的γ是氣體的體膨脹系數(shù)。蓋·呂薩克定律，反映了氣體體積隨溫度變化的規(guī)律。這一定律也可表述為：一定質量的氣體，在壓強不變的情況下，溫度每升高（或降低） 【反常膨脹】一般物質由于溫度影響，其體積為熱脹冷縮。但也有少數(shù)熱縮冷脹的物質，如水、銻、鉍、液態(tài)鐵等，在某種條件下恰好與上面的情況相反。實驗證明，對 【復合金屬板】由兩種不同金屬（銅片和鐵片）組成長度相同的物體，將它們鉚釘在一起，在室溫情況下是直的。當溫度升高后，它們將發(fā)生彎曲。在這種情況下，雖然兩種金屬溫度上升是相同的，但由于它們的線膨脹系數(shù)不同，所以兩種金屬伸長的量不相等，因而發(fā)生彎曲。這種金屬板稱為復合金屬板。利用雙金屬片的特性，可制成金屬溫度計，或自動調節(jié)溫度電路的觸點。日光燈電路中的起輝器就是用它來作起動開關的。 【伸縮管】在溫度變化較大的管道上連接伸縮管或波紋管，是一種保護措施。由于固體在熱脹冷縮時，長度的變化量雖然不大，但對妨礙它發(fā)生形變的物體，卻有巨大的作用力。例如，截面積為 【金屬溫度計】利用一種呈弧形的雙金屬片在溫度變化的影響下，雙金屬片帶動指針偏轉，用以指示或自動記錄溫度的變化。 【溫度調節(jié)器】它是用來保持恒溫的裝置。如圖2-7所示的是一種溫度調節(jié)器的構造原理?；⌒蔚碾p金屬片C由于溫度的改變促使其伸展或更加彎曲。在C的自由端固定一塊金屬板L，在C受熱膨脹而伸展時，L與接觸點相接觸；當溫度降低時，C將更加彎曲，L與K離開。若將L與K串接在電熱器的QQ1中，當L與K相接觸時，電路接通，電熱器開始加熱，使雙金屬片C的溫度升高。當溫度達到某一定值時，由于C更加彎曲，L離開K，電路斷開，電熱器停止加熱。當溫度再一次降低時，C又伸展使電路接通。這樣就可以自動地保持恒定的溫度。復合金屬板的里、外層，用線脹系數(shù)大的材料。根據儀器構造的需要，可將膨脹系數(shù)大的重合板用在環(huán)內側或環(huán)外側。 【相對膨脹】置于容器中的液體，溫度升高后，直接觀察到的并不就是液體的真實膨脹。因為當溫度升高時，固體容器的容積也要膨脹。因此所見到的膨脹，既有液體的膨脹也有固體的膨脹，這種膨脹是液體相對于容器的膨脹故稱“相對膨脹”。 【分子的動能】分子作無規(guī)則運動所具有的動能叫做“分子的動能”。由于各個分子的運動速度一般說是不同的，因而分子的動能亦不相等，而它們動能的平均值，叫做“分子平均動能”。物體的溫度是大量分子熱運動劇烈程度的表征；分子熱運動越劇烈，物體的溫度就越高。也可以說分子的平均動能大，物體的溫度就高；分子平均動能小，溫度就低。從分子運動論的觀點來看，溫度是分子平均動能的標志。溫度的升高與降低，標志分子平均動能的增大或減小。物體的動能是一種機械能，是力學中的量。它只跟物體的機械運動有關，而跟物體內部分子的無規(guī)則運動無關。分子的平均動能，是分子動能的平均值，它是熱運動的能量。 【分子的勢能】由于分子間的相互作用而具有的勢能，叫做“分子的勢能”。地面上的物體，由于它跟地球相互作用而具有勢能，拉長或壓縮彈簧，反抗彈力做功，使彈簧各部分之間的相對位置發(fā)生變化，增加了彈簧的勢能。一切相互作用的物體都具有由它們的相對位置或物體內部各部分之間的相對位置所決定的勢能。若物體間的相互作用力是引力，那么，當它們的距離增大時，必須反抗引力做功，使物體的勢能增加；在距離縮小時，引力做功，勢能減小。如果物體之間的相互作用力是斥力，在距離增大時，物體的勢能減少；距離縮小，物體的勢能增加。分子之間也存在相互作用力，并且隨著距離的不同，有時表現(xiàn)為引力，有時表現(xiàn)為斥力。因此，分子也具有由它們的相對位置所決定的勢能。 【分子平均動能】見“分子的動能”。 【內能】內能是指由物質系統(tǒng)內部狀態(tài)所決定的能量。從分子運動論的觀點看，熱力學系統(tǒng)的內能，包括組成物質的所有分子熱運動的動能、分子與分子間相互作用的勢能的總和，以及分子中原子、電子運動的能量和原子核內的能量等等。當有電磁場和系統(tǒng)相互作用時，還應包括相應的電磁形式的能。內能是熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)，完全由系統(tǒng)的初、終狀態(tài)所決定的物理量。當狀態(tài)一定時，系統(tǒng)的內能也一定。當系統(tǒng)從一個狀態(tài)轉變到另一個狀態(tài)時，不論這種轉變通過什么過程實現(xiàn)，只要系統(tǒng)的初、終狀態(tài)不變，在各種不同的絕熱過程中，采用各不相同的做功形式，所測得功的數(shù)值都相同，而與轉變過程無關。對于均勻系統(tǒng)而言，若沒有外力場的作用，內能可以表示為溫度T和體積V的函數(shù)，即U=U（T，V）。當溫度和體積分別增加dT和dV時，內能的增加量可如下表示 式中CV和CP分別為系統(tǒng)的定容熱容量和定壓熱容量。對于理想氣體系統(tǒng)而言，由于不存在分子間的相互作用，系統(tǒng)的內能只是所有分子熱運動動能的總和。而分子熱運動動能只是溫度的函數(shù)，所以理想氣體的內能也只是溫度的函數(shù)，即U=U（T）。當溫度增加dT時，內能的增量可如下式表示：dU=CVdT。式中CV為理想氣體系統(tǒng)的定容熱容量。物體內能的大小跟它的質量有關。質量越大，即分子數(shù)量越多，它的內能就越大。還跟物體的溫度和物體的聚集態(tài)（固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)）以及物體存在的狀態(tài)（整塊、碎塊或粉末）有關。其原因是物體溫度越高，分子運動越快，分子動能越大；分子間距離越大，分子的勢能就越大。對氣體來說，它的內能基本上只有分子的動能。因氣體分子間的距離已經變得很大，它們之間相互作用力實際上已不再發(fā)生作用，所以氣體分子的勢能可以忽略。物體的內能跟整個物體的機械能含義不同，只要是物體的溫度、體積、形狀、物態(tài)不變，盡管它的機械能在變，它的內能仍保持不變。 物體的溫度升高，物體內能增加。因為分子無規(guī)則運動加快，分子的動能增加；還因為一般物體受熱體積膨脹，分子間距離增大，分子的勢能增加。相反，物體的溫度降低時，物體的內能就減少。整塊物體破成碎塊或粉末，分子的勢能就要增加。物態(tài)變化也伴隨物體內能的變化。在熔解、蒸發(fā)、沸騰等過程中，物體的內能增加。相反，在凝固和液化等過程中，物體的內能減少。改變物體內能的方式是做功和熱傳遞兩種方式。 【物體的狀態(tài)】物體的狀態(tài)是指它所處的情況。物體的狀態(tài)由一組物理量來確定，例如，物體的機械運動狀態(tài)是指它的位置和速度；一定質量氣體的熱學狀態(tài)由它的溫度、壓強、體積這三個物理量中的任意兩個量來確定；物體的狀態(tài)也指它的聚集態(tài)（固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)），是整塊的還是分散的。 【分散】把整塊物體分裂成粉末或碎片的現(xiàn)象，叫做物體的“分散”。它是物體狀態(tài)變化中一種很重要的概念。例如，噴霧器將水噴出；在黑板上用粉筆寫字；用鉛筆在紙上繪圖；磨粉機磨面粉；車刀切削金屬等都是分散的事例。物體在分散時，分子間的平均距離有了增加，這就需要克服分子間的引力做功。所以分子相互作用的勢能就要增加。 【物體內能的變化】改變物體的內能有兩種方式：一種叫做做功，另一種叫做熱傳遞。熱傳遞只能發(fā)生在溫度不同的兩個物體之間，或一個物體的溫度不同的兩個部分間。它是溫度不同的兩物體間能量轉移的過程，即能量從高溫物體轉移到低溫物體。熱傳遞的結果使兩個物體的溫度趨于均衡。在熱傳遞的過程中轉移的能量，稱之為熱量。改變系統(tǒng)內能的另一條途徑是做功。即用機構的或電的辦法來對系統(tǒng)做功以達到改變其內能的目的。對物體傳遞熱量或做功，不但同樣可以改變物體的內能，并且在量的方面也具有一定的關系（熱功當量）。 |
