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生活、生产、科技与物态变化过程中的吸热
来源查字典物理网| 2012-12-29 发表| 物理教研分类:教学参考

物理教研

自然界中的物质在一般情况下以固态、液态或气态三种状态存在,物质的这三种状态在一定的条件下可以相互转化,转化过程中伴随着吸热或放热现象,吸热的物态变化有熔化吸热、汽化吸热、升华吸热。在生活、生产、科技中物态变化吸热现象有什么应用呢?

一、物质的熔化吸热的应用

向可乐饮料中加冰块会使饮料变得更清凉:夏天,我们在喝饮料的时候,常会在饮料中放入一些冰块,冰块在熔化时,要吸热,使饮料变的清凉可口。

冰的熔化冷藏:储存食品时利用冰熔化吸热,使食品降温防止食品腐烂变质。

化雪冷:俗话说“下雪不冷,化雪冷。”化雪时发生的物态变化是熔化,冰熔化时吸热,使得气温降低,所以人会感到冷。

建造房屋的保温材料:现在出现了一种新型的建筑材料,这种材料在温度升高到一定温度时熔化,它熔化时吸收热量,使房间中的温度降低,当温度下降到一定温度时它会凝固,凝固时放出热量,房间内的温度升高,使室温维持在一个适宜的温度。

发射卫星的火箭头部涂了一层特殊的材料,保护火箭:用来发射卫星的火箭在大气中飞行时,由于火箭头部与空气摩擦使它的头部发热,温度可达几千摄氏度。在它的头部涂了一层特殊材料,这种材料受热很容易熔化、汽化吸收箭头与空气摩擦产生的热,可以避免火箭因高速运动时与空气作用产生的高温而被毁坏的危险。

另外,高烧病人用冰块降温,夏天吃冰棒解热,冰镇啤酒都是利用冰的熔化吸热。

二、物质的汽化吸热的应用

夏天天热时向地上洒水会感到凉快:在地上洒了水,蒸发需要吸收热量,水蒸发吸热有降温制冷作用,故天热时向地上洒水会感到凉快。

夏天天热,洗把脸就感到凉快:洗了脸后,脸上有水分,水蒸发需要吸收热量,水蒸发吸热有降温制冷作用,所以夏天天热,洗把脸就感到凉快。

擦酒精为中暑病人缓解症状:给中暑病人擦酒精,酒精容易蒸发,蒸发需要吸收热量,蒸发吸热有降温制冷作用,酒精蒸发快,从病人身上带走热量快,使中暑病人缓解症状。

夏天用电风扇吹风感到凉快:当我们在炎热的夏天使用电风扇的时候,电风扇的工作,加快了室内空气的流动,因而加快人体汗液的蒸发,蒸发需要吸收热量,故人们会感觉到凉爽。

沙漠冰箱:住在非洲沙漠中的居民,由于没有电,夏天无法用冰箱保鲜食物,当地居民发明了一种沙漠冰箱“罐中罐”。它是由一个内罐和一个外罐组成,两罐之间填上沙子,使用时将食物和饮料放在内罐中,罐口盖上湿布,然后放在通风干燥的地方,经常在两罐间的沙子中洒些水,由于水蒸发吸热有降温制冷作用,使食物和饮料保持较低的温度,这样就能起到保鲜的作用。

沙漠羊皮袋:在沙漠里旅行的人,常用一个羊皮袋来装水,由于羊皮袋中的水不断地渗出,然后蒸发,蒸发吸热有降温制冷作用,使袋中的水温度较低,虽然气温较高,但是水喝起来清凉可口。

夏天食物放在水缸中防变质:夏天,没有冰箱的农村家庭,为了防止饭菜变质,常把饭菜放入菜盆,再把菜盆放入水缸中,让菜盆浮在水面上。由于水缸中的水不断蒸发吸热,使水缸内的温度降低,从而使饭菜的温度降低,不致于使饭菜变质。

手术麻醉:医学上有一种麻醉剂叫氯乙烷,它是一种透明、沸点为13.10°C的液体,使用时,将容器口对准需手术部位喷出,喷出的四氯乙烷迅速汽化吸热降温使需手术部位冷冻,使需手术部位麻醉,从而进行手术。

冰箱制冷:目前常用的电冰箱利用一种制冷剂作为热的搬运工,把冰箱内的热搬运至冰箱的外面,制冷剂是一种既容易汽化又容易液化的物质,汽化时它吸热,就如搬运工把包裹扛上了肩,液化时它放热,就如搬运工把包裹卸了下来。工作时,制冷剂经过一段很细的毛细管(冷凝器)缓慢地进入冰箱内冷冻的管子(蒸发器),在这里进行迅速汽化吸热,使冰箱内温度降低。生成的蒸气又被电动压缩机抽走,压入冷凝器,再次液化并把从冰箱内带来的热通过冰箱壁上的管子放出,制冷剂这样循环流动,冰箱内冷冻室里就可以保持相当低的温度。空调的制冷也是这个道理。

热棒:2006年7月1日,青藏铁路全线贯通。铁路要通过“千年冻土”区,“冻土”区路基在温度过高时会变得松软不牢固。为解决“冻土”难题,保证路基的稳定性,采取了防护措施,铁路路基两旁各插有一排碗口粗细、高约2米的铁棒(如图所示),我们叫它热棒。热棒在路基下还埋有5米深,整个棒体是中空的,里面灌有液氨。装在热棒下端的液态氨在温度升高时会汽化,从路基内部吸热,使路基温度降低,路基的温度保持在一个较低的温度,不致于使路基变得松软不牢固。

热管:热管是20世纪80年代研制出来的一种导热本领非常强大的装置。热管是一根两端封闭的金属管,管的内壁衬了一层多孔的材料,叫做吸收芯,吸收芯中充有酒精或其他易汽化的液体,当管的一端受热时,热端吸收芯中的液体受热汽化变成气体,气体沿内管运动到另一端(冷端)。而冷端由于未受热,温度低,气体就会因放热而液化,被冷凝的液体又被吸收芯吸附,通过毛细作用又回到热端。如此循环,热管的热量就不断地从一端输送到另一端。

发射火箭保护发射架:如图所示,2005年10月12日,“神舟六号”载人飞船成功发射。为了保护发射台的铁架不被火箭向下喷射的高温火焰所熔化,工作人员在台底建造了一个大水池。当高温火焰喷到水中时,水池中的水迅速发生汽化,水汽化时吸收了大量的热,不致于使发射台的铁架温度升的很高而熔化,从而保护了发射架。

三、物质的升华吸热的应用

干冰冷藏食品:运输食品时利用干冰升华吸热降温来防止食品腐烂变质。

舞台烟雾效果:在文娱演出时,舞台上往往要用弥漫的白雾给人以若隐若现的舞台效果,这种烟雾是由于向空气中喷撒干冰(固态二氧化碳),干冰升华时吸热,使气温迅速下降,空气中的水蒸气有的液化成小水滴,形成白雾,有的凝华成小冰晶,形成白烟,这样就造成了舞台上的云雾效果。

人工降雨:人们利用干冰升华吸热的特点进行人工降雨。当干冰进入冷空气层,会很快升华,在升华过程中将吸收大量的热量,使冷空气层的气温急剧下降,这时高空中的水蒸气就会变成小冰晶,小冰晶逐渐变大后下落,在下落过程中遇到暖气流就会熔化而形成雨。

手术麻醉:固态二氧化碳可以直接升华为气态的二氧化碳,同时吸收大量的热,还没有残留物。利用这个特点,可以用在医学科研上,现代医学上有一种“冷冻疗法”,即把干冰放在部分组织(如疣子)上,利用干冰升华吸热迅速降温冷冻,使其组织坏死,达到不用“动刀”而治愈的目的。

总之,物态变化过程中的吸热过程在生活、生产、科技中得到了广泛的应用,这些应用对提高我们的生活质量、提高生产、科技水平起到了重要的作用。

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