日常生活中大多可以輕易觀察到物質三態中的固態及液態

例如冰塊在室溫下會慢慢熔化成水

然而水在開放的空間時

會緩慢蒸發成水蒸氣

這過程是眼睛很難觀察到的

大多是觀察到水量減少了

才進而推測是水蒸發成水蒸氣

想一想

除了有顏色的氣體之外

我們要如何觀察到氣態物質存在呢

氣體可藉由壓力 體積 粒子數和溫度等

四個物理屬性來描述氣體的存在

由巨觀來看

冰具有一定的體積及形狀

且不具有可壓縮性

而水則具有一定的體積

其形狀因容器而定

同樣不具有可壓縮性

這些是顯而易見的

然而由微觀來看

水分子在固態及液態時的表現

水分子在固態時

只能原位振動

在液態時

其運動的程度相較於固態時來得大

相較於冰及水

水蒸氣沒有一定的體積及形狀

氣體的體積及形狀是由容器而定

因氣體的體積是由容器決定

當大密閉容器中的氣體轉移小密閉容器時

氣體的體積也就由大變小

表示氣體是具有可壓縮的性質

由微觀來看

氣態中分子擁有足夠的動能朝任意方向自由移動

分子之間距離亦較遠

氣體體積大小由其運動範圍所決定

因此氣體所在容器的體積可視為氣體體積

容器的形狀可視為氣體的形狀

以氧氣為例

常溫下氧氣在密閉容器內任意自由移動

會不斷地碰撞容器內部而產生壓力

當額外施加外力時

使容器的體積減少

表示氣體具有可壓縮性

想像一下

當外界壓力固定

在室溫下把一個充入定量空氣的氣球放入裝有液態氮的容器中

氣球會發生什麼變化呢

氮氣的沸點為−195.79°C

可以看到氣球的體積會因液態氮的低溫而逐漸縮小

然而隨著溫度回復到室溫

氣球的體積也會回復到原有的大小

從微觀角度來說

定壓下

降低氣體粒子的溫度時

氣體粒子之間的距離變小

因此容器也就跟著變小了

而升高氣體粒子的溫度時

氣體粒子之間的距離變大

因此容器也就跟著變大了

騎腳踏車一段時間後

輪胎會因與地面的摩擦力而變燙

這時可以發現變燙的輪胎會變的比較硬

這是因為在固定體積的密閉容器中

當氣體溫度上升時

氣體的壓力也會跟著變大

因此輪胎就變的較硬

壓力鍋是一種廚房的鍋具

使用壓力鍋燉煮食物時

可使水達到較高的溫度而不沸騰

以加快燉煮食物的效率

請簡單敍述為何壓力鍋內

水的沸點會大於水的正常沸點100°C呢

答 藉由水的三相圖可以知道

當外界壓力愈大

水的沸點也愈高

在加熱壓力鍋時

壓力鍋內的空氣會因溫度上升

使得運動速率較快

對鍋壁碰撞次數也會增加

因此導致鍋內氣壓變大

而鍋內的水也因氣壓變大

使得沸點變高了

也就是需要更高的溫度才能沸騰變成水蒸氣

因此可以在超過100°C的水中燉煮食物

加速烹煮時程

最後總結固 液 氣三態的比較

溫度對定量氣態粒子的影響

同學們

關於物質三態的原理

你是否都學會了呢

歡迎在影片下方留言區與我們分享你的學習心得

我們下次見