1 物态种种.ppt

物质的物态种种物质的物态种种物质的两种基本存在形态实物实物质量集中在某一空间，一般有比较确定的质量集中在某一空间，一般有比较确定的界面。界面。场场“场场”是实物之间进行相互作用的物质形态。是实物之间进行相互作用的物质形态。它是看不见摸不着的物质，可以充满全部它是看不见摸不着的物质，可以充满全部空间，具有空间，具有“可入性可入性”。物态什么是物态什么是物态“物态物态”是按属性划分的实物存在的基本形是按属性划分的实物存在的基本形态，它都表现为大量微小物质粒子作为一态，它都表现为大量微小物质粒子作为一个大的整体而存在的集合状态。个大的整体而存在的集合状态。进一步研究发现物质的形态结构远不止进一步研究发现物质的形态结构远不止“实物实物”和和“场场”两类。两类。人类迄今知道的人类迄今知道的“物态物态”已达已达10余种之多。余种之多。十种物质聚集状态1.固态固态 solid2.液态液态 liquid3.气态气态 gas4.非晶态非晶态 amorphous5.液晶态液晶态 liquid-crystal6.等离子态等离子态 plasma7.超固态超固态 supersolid8.中子态中子态 neutronium9.超导态超导态 super-conduct10.超流态超流态 super-fluid1、固态物理上的固态应当指物理上的固态应当指“结晶态结晶态”，也就是各种各样晶体所具有的状态。也就是各种各样晶体所具有的状态。物质在固态时的突出特征是有一定物质在固态时的突出特征是有一定的体积和几何形状，在不同方向上的体积和几何形状，在不同方向上物理性质不同（各向异性），且具物理性质不同（各向异性），且具有一定的熔点。有一定的熔点。在固体中，分子或原子有规则地周在固体中，分子或原子有规则地周期性排列着。晶体的这种结构称为期性排列着。晶体的这种结构称为“空间点阵空间点阵”结构。结构。NaCl 晶体晶体2、液态液体没有一定形状，并具有流动性，液体没有一定形状，并具有流动性，具有一定的体积，不易压缩。具有一定的体积，不易压缩。液体还有液体还有“各向同性各向同性”特点（不同方特点（不同方向上物理性质相同）向上物理性质相同）类晶区类晶区液体内部许多小的区域仍存在类似晶体的结液体内部许多小的区域仍存在类似晶体的结构。构。液体表面现象液体表面现象由于液体分子间距小，分子间相互作用力较由于液体分子间距小，分子间相互作用力较大，当液体与气体、固体接触时，交界处由大，当液体与气体、固体接触时，交界处由于分子力作用而产生一系列特殊现象。于分子力作用而产生一系列特殊现象。水滴水滴海水海水3、气态有流动性，没有固定的形状和体积，有流动性，没有固定的形状和体积，能自动地充满任何容器；容易压缩；能自动地充满任何容器；容易压缩；物理性质各向同性。物理性质各向同性。气态物质分子或原子运动更剧烈，气态物质分子或原子运动更剧烈，“类晶区类晶区”不存在了。由于分子或不存在了。由于分子或原子间的距离增大，它们之间的引原子间的距离增大，它们之间的引力可以忽略，因此气态时主要表现力可以忽略，因此气态时主要表现为分子或原子各自的无规则运动。为分子或原子各自的无规则运动。热气球热气球液化气体液化气体4、非晶态没有一个固定的熔点。没有一个固定的熔点。物理性质物理性质“各向同性各向同性”。内部结构没有内部结构没有“空间点空间点阵阵”，与液态的结构类，与液态的结构类似。似。“类晶区类晶区”彼此不能移彼此不能移动，没有流动性。动，没有流动性。玻璃玻璃石蜡石蜡橡胶橡胶树脂树脂塑料塑料5、液晶态结晶态和液态之间的一种形态结晶态和液态之间的一种形态液晶材料属于有机化合物。液晶材料属于有机化合物。这种材料在一定温度范围内可以处这种材料在一定温度范围内可以处于于“液晶态液晶态”，既具有液体的流动，既具有液体的流动性，又具有晶体在光学性质上的性，又具有晶体在光学性质上的“各向异性各向异性”。它对外界因素（如热、。它对外界因素（如热、电、光、压力等）的微小变化很敏电、光、压力等）的微小变化很敏感。感。液晶显示原理液晶显示原理6、等离子态是气体在约几百万度的极高温或在是气体在约几百万度的极高温或在其它粒子强烈碰撞下所呈现出的物其它粒子强烈碰撞下所呈现出的物态，这时，电子从原子中游离出来态，这时，电子从原子中游离出来而成为自由电子。而成为自由电子。等离子体就是一种被高度电离的气等离子体就是一种被高度电离的气体，但是它又处于与体，但是它又处于与“气态气态”不同不同的的“物态物态”极光、闪电与太阳极光、闪电与太阳7、超固态在在140万大气压下，物质的原子就万大气压下，物质的原子就可能被可能被“压碎压碎”。电子全部被。电子全部被“挤挤出出”原子，形成电子气体，裸露的原子，形成电子气体，裸露的原子核紧密地排列，物质密度极大，原子核紧密地排列，物质密度极大，这就是超固态。这就是超固态。一块乒乓球大小的超固态物质，其一块乒乓球大小的超固态物质，其质量至少在质量至少在1000吨以上。吨以上。白矮星白矮星8、中子态 在更高的温度和压力下，原子核也在更高的温度和压力下，原子核也能被能被“压碎压碎”。原子核由中子和质子组成，在更高原子核由中子和质子组成，在更高的温度和压力下质子吸收电子转化的温度和压力下质子吸收电子转化为中子，物质呈现出中子紧密排列为中子，物质呈现出中子紧密排列的状态，称为的状态，称为“中子态中子态”。中子星中子星9、超导态超导态是一些物质在超低温下出现超导态是一些物质在超低温下出现的特殊物态。的特殊物态。最先发现超导现象的，是荷兰物理最先发现超导现象的，是荷兰物理学家卡麦林学家卡麦林昂纳斯（昂纳斯（18531926年）。年）。某些物质在低温条件下表现出电阻某些物质在低温条件下表现出电阻等于零的现象称为超导。超导体所等于零的现象称为超导。超导体所处的物态就是处的物态就是“超导态超导态”。超导抗磁性超导抗磁性10、超流态据目前所知，超流态只发生在超低据目前所知，超流态只发生在超低温下的个别物质上。我们将具有超温下的个别物质上。我们将具有超流动性的物态称为流动性的物态称为“超流态超流态”。最先发现超流现象是最先发现超流现象是1937年前苏联年前苏联物理学家彼得物理学家彼得列奥尼多维奇列奥尼多维奇卡卡皮察（皮察（18941984）。液氦）。液氦（2.17K）超流动性超流动性可以无任何阻碍地通过连气体都无可以无任何阻碍地通过连气体都无法通过的极微小的孔或狭缝，还可法通过的极微小的孔或狭缝，还可以沿着杯壁以沿着杯壁“爬爬”出杯口外。出杯口外。SUPERFLUID HELIUM 结束语上面介绍的只是迄今发现的物态的上面介绍的只是迄今发现的物态的10 种，种，有文献归纳说还存在着更多种类的物态，有文献归纳说还存在着更多种类的物态，例如：超离子态、辐射场态、量子场态，例如：超离子态、辐射场态、量子场态，限于篇幅，这里就不一一列举了。限于篇幅，这里就不一一列举了。我们相信，随着科学的发展，我们一定会我们相信，随着科学的发展，我们一定会认识更多的物态，解开更多的谜，并利用认识更多的物态，解开更多的谜，并利用它们奇特的性质造福于人类。它们奇特的性质造福于人类。思考题1.在自然界中常见物态有那些？在自然界中常见物态有那些？2.物质在结晶态（固态）、液态、气态时的物质在结晶态（固态）、液态、气态时的突出特征是什么？突出特征是什么？3.简述物质的第四态（等离子态）的特征简述物质的第四态（等离子态）的特征。相态也就是物质的状态（或简称相，也叫物态）指一个宏观物理系统所具有的一相态也就是物质的状态（或简称相，也叫物态）指一个宏观物理系统所具有的一组状态。一个态中的物质拥有单纯的化学组成和物理特性（如密度、晶体结构、组状态。一个态中的物质拥有单纯的化学组成和物理特性（如密度、晶体结构、折射率等）。最常见的物质状态有固态、液态和气态。少见一些的物质状态包括折射率等）。最常见的物质状态有固态、液态和气态。少见一些的物质状态包括等离子态、夸克等离子态、夸克胶子等离子态、玻色爱因斯坦凝聚态、费米子凝聚态、酯膜胶子等离子态、玻色爱因斯坦凝聚态、费米子凝聚态、酯膜结构、奇异物质、液晶、超液体、超固体、和磁性物质中的顺磁性、逆磁性结构、奇异物质、液晶、超液体、超固体、和磁性物质中的顺磁性、逆磁性固态固态（Solid）：具有一定形状和体积。具有一定形状和体积。液态液态（Liquid）：可变形但不可压缩的流体。性状由容器限定，在压力影响下，体积（几乎）不变。可变形但不可压缩的流体。性状由容器限定，在压力影响下，体积（几乎）不变。气态气态（Gas）：可压缩流体。形状和体积都由容器限定。可压缩流体。形状和体积都由容器限定。等离子态（电浆等离子态（电浆）（Plasma）：在高温下，电子完全从原子中电离出来，所组成的自由电子气体。在高温下，电子完全从原子中电离出来，所组成的自由电子气体。超流态超流态（Superfluid）：极少数流体，比如液氦，在极低温下会形成一种完全无摩擦的流体。极少数流体，比如液氦，在极低温下会形成一种完全无摩擦的流体。超固态超固态（Supersolid）：同超流态相似，超固态可以（在保持形状的情况下）完全无摩擦运动。同超流态相似，超固态可以（在保持形状的情况下）完全无摩擦运动。电子简并态电子简并态（Electronic degenerate matter）：白矮星的组成物质，密度很大。电离的电子在白矮星的组成物质，密度很大。电离的电子在被电离的离子能态上形成的简并态物质。被电离的离子能态上形成的简并态物质。中子态中子态（Neutronium）：中子星的组成物质。恒星引力坍缩的巨大压力将电子压入原子核，与质中子星的组成物质。恒星引力坍缩的巨大压力将电子压入原子核，与质子结合为中子，形成主要由中子组成的密度极大的物质。子结合为中子，形成主要由中子组成的密度极大的物质。玻色玻色-爱因斯坦凝聚态爱因斯坦凝聚态（Bose-Einstein condensate）：有大量玻色子占据同一量子态形成。有大量玻色子占据同一量子态形成。费米子凝聚态费米子凝聚态（Fermionic condensate）：和玻色和玻色-爱因斯坦凝聚态相似，但由费米子组成。根爱因斯坦凝聚态相似，但由费米子组成。根据泡利不兼容原理，不同费米子部能占据同一量子态，但费米子可以配对成为具有玻色子性质的合据泡利不兼容原理，不同费米子部能占据同一量子态，但费米子可以配对成为具有玻色子性质的合成成“粒子粒子”，从而占据同一量子态。，从而占据同一量子态。夸克夸克-胶子等离子态胶子等离子态（Quark-gluon plasma）：一种理论上预言的，自由夸克存在于胶子海洋中一种理论上预言的，自由夸克存在于胶子海洋中的物质状态。的物质状态。强对称物质强对称物质（Strongly symmetric matter）弱对称物质弱对称物质（Weakly symmetric matter）奇异物质奇异物质（Strange matter，Quark matter）名人名言名人名言A friend in need is a friend indeed.-John Ray（约翰（约翰雷）雷）患难朋友才是真朋友患难朋友才是真朋友