自然界的一切物质都是由大量分子组成的,组成物质的分子间有一定的距离,分子间存在着相互作用力,这种作用力有时表现为引力,有时表现为斥力;同时,分子又处于无规则的永不停息的运动中,而这种大规模分子的杂乱无章运动称之为热运动。
由于分子间的作用力和分子热运动等原因,使物质在通常状态下呈现出三种不同的状态,即固态、液态和气态。
固态时,分子间的距离最近,相互间的引力最大。它把分子束缚在平衡位里附近,热运动仅表现为在平衡位置附近的微小振动,而不能相对移动。因此,固态时的物质既有一定的体积,又有一定的形状,并且还具有一定的机械强度。
液态时,分子间的距离仍较近,分子间的引力仍较大,足以使分子之间保持一定的距离。因此,液态物质有固定的体积,并能形成自由表面。另一方面液态物质的分子既可在平衡位置附近振动,又可单个的或成群的相对移动,所以说液态物质具有流动性而没有一定的形状。
气态时,分子间距离大,而引力很小,甚至分子之间不能相互约束。因此,气态物质既没有一定的形状,又没有一定的体积,它可以充满任何空间。组成物质的分子在热运动中相互发生碰撞后又会发生旋转运动。同时,组成分子的原子也进行着振动。
同一种物质在不同的条件下,由于分子间作用力和分子热运动的结果,也会分别以不同的状态存在。例如,标准大气压条件下,将水冷却到0℃以下就会变成冰;而将水加热到99.974℃以上就会变成水蒸气。所以,物质的三种状态尽管表现形式不同,但是在一定的条件下(即压力和温度变化到一定程度),物质的状态就会发生变化。伴随物质状态变化过程的进行,一定有热交换现象,如图1.1.1所示。
物质由液态变成气态的过程叫做汽化,汽化现象有两种表现形式:一种是指在任何温度下(只要低于临界温度)液态物质表面进行的逐渐汽化现象叫做蒸发;另一种是指在一定的条件下(沸点)液态物质的内部和表面同时进行的剧烈汽化现象叫做沸腾。需要注意的是:制冷技术中使用的“蒸发”概念,通常指的是沸腾。反之,物质由气态变成液态的过程叫做液化,液化是汽化的逆过程。制冷技术中使用的“冷凝”概念,通常指的是液化。人为控制(或改变)某种物质所处的环境条件,就可以按照自己的意志迫使物质状态发生变化,从而实现预期的目的。