Всички сме добре запознати с един сериозен факт от живота още от детството. За да охладите горещия чай, е необходимо да го излеете в студена чинийка и да го издухате над повърхността му за дълго време. Когато сте на шест или седем години, всъщност не мислите за законите на физиката, просто ги приемате за даденост или във физически термини ги приемате като аксиома. Въпреки това, докато учим науката с течение на времето, откриваме интересни прилики между аксиоми и последователни доказателства, плавно превеждайки нашите детски предположения в теореми за възрастни. Същото важи и за горещия чай. Никой от нас не би могъл да си представи, че този начин на охлаждане е пряко свързан с изпаряването на течността.
Физика на процеса
За да се отговори на въпроса какво определя скоростта на изпаряване на течността, е необходимо да се разбере самата физика на процеса. Изпаряването е процес на фазов преход на вещество от течно агрегатно състояние в газообразно състояние. Всяко течно вещество може да се изпари, включително много вискозно. На външен види не можете да кажете, че определена желеобразна каша може да загуби част от масата си поради изпаряване, но при определени условия се случва точно това. Твърдото вещество също може да се изпари, само че този процес се нарича сублимация.
Как става
Започвайки да разберем от какво зависи скоростта на изпаряване на течността, трябва да започнем от факта, че това е ендотермичен процес, тоест процес, който протича с поглъщане на топлина. Топлината на фазовия преход (топлина на изпаряване) прехвърля енергия към молекулите на веществото, увеличавайки скоростта им и увеличавайки вероятността от разделянето им, като същевременно отслабва силите на молекулярната кохезия. Откъсвайки се от по-голямата част от веществото, най-бързите молекули излизат от неговите граници и веществото губи масата си. В същото време изхвърлените течни молекули моментално кипят, извършвайки процеса на фазов преход при разделяне, а излизането им вече е в газообразно състояние.
Заявление
Разбирайки причините, от които зависи скоростта на изпаряване на течността, е възможно правилно да се регулират технологичните процеси, протичащи на тяхна основа. Например работата на климатик, в чийто топлообменник-изпарител кипи хладилният агент, вземайки топлина от охладеното помещение, или кипенето на водата в тръбите на индустриален котел, чиято топлина се предава към нужди от отопление и топла вода. Разбирането на условията, от които зависи скоростта на изпаряване на течността, дава възможност за проектиране и производство на модерно и технологично оборудване с компактни размери и с повишен коефициентпренос на топлина.
Температура
Течното агрегатно състояние е изключително нестабилно. С нашето земно н. г. (концепцията за "нормални условия", т.е. подходящи за човешки живот), периодично има тенденция да преминава в твърда или газообразна фаза. Как се случва това? Какво определя скоростта на изпаряване на течност?
Основният критерий, разбира се, е температурата. Колкото повече нагряваме течността, толкова повече енергия внасяме в молекулите на веществото, колкото повече молекулярни връзки разкъсваме, толкова по-бързо протича процесът на фазов преход. Апотеозата се постига с постоянно кипене на ядра. Водата кипи при 100°C при атмосферно налягане. Повърхността на тенджера или, например, чайник, където кипи, само на пръв поглед е идеално гладка. При многократно увеличаване на картината ще видим безкрайни остри върхове, като в планината. Топлината се подава точково към всеки от тези върхове и поради малката топлообменна повърхност водата моментално кипи, образувайки въздушен мехур, който се издига на повърхността, където се срива. Ето защо такова кипене се нарича мехурче. Скоростта на изпаряване на водата е максимална.
Налягане
Вторият важен параметър, от който зависи скоростта на изпаряване на течността, е налягането. Когато налягането падне под атмосферното, водата започва да кипи при по-ниски температури. Работата на известните тенджери под налягане се основава на този принцип - специални тигани, от които се изпомпва въздух, а водата кипи вече при 70-80 ºС. Увеличаването на налягането, от друга страна,повишава точката на кипене. Това полезно свойство се използва при подаване на прегрята вода от ТЕЦ към централното отопление и ITP, където, за да се запази потенциалът за пренесена топлина, водата се нагрява до температури от 150-180 градуса, когато е необходимо да се изключи възможност за кипене в тръби.
Други фактори
Интензивното продухване на повърхността на течността с температура, по-висока от температурата на подадената въздушна струя, е друг фактор, който определя скоростта на изпаряване на течността. Примери за това могат да бъдат взети от ежедневието. Раздухване на повърхността на езерото с вятъра, или примерът, с който започнахме историята: издухване на горещ чай, излят в чинийка. Той се охлажда поради факта, че, отделяйки се от по-голямата част от веществото, молекулите отнемат част от енергията със себе си, охлаждайки я. Тук можете също да видите ефекта от повърхността. Чинийката е по-широка от халба, така че повече маса вода може потенциално да избяга от квадрата й.
Самият вид течност също влияе върху скоростта на изпаряване: някои течности се изпаряват по-бързо, други, напротив, по-бавно. Състоянието на околния въздух също има важно влияние върху процеса на изпаряване. Ако абсолютното съдържание на влага е високо (много влажен въздух, например близо до морето), процесът на изпарение ще бъде по-бавен.
