Изпарението е Процесът на фазов преход на вещество от течност в пара

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 05:17

В света около нас непрекъснато и непрекъснато се случват огромно разнообразие от различни физически явления и процеси. Един от най-важните е процесът на изпаряване. Има няколко предпоставки за това явление. В тази статия ще анализираме всеки един от тях по-подробно.

Какво е изпаряване?

Това е процесът на превръщане на веществата в газообразно или парообразно състояние. Характерно е само за вещества с течна консистенция. Нещо подобно обаче се наблюдава в твърдите тела, само че това явление се нарича сублимация. Това може да се види при внимателно наблюдение на телата. Например, парче сапун изсъхва с течение на времето и започва да се напуква, това се дължи на факта, че водните капчици в състава му се изпаряват и преминават в газообразно състояние H₂O.

Определение във физиката

Изпарението е ендотермичен процес, при който източникът на погълната енергия е топлината на фазовия преход. Включва два компонента:

• определено количество топлина, необходимо за преодоляване на молекулярните сили на привличане, когато има прекъсване между свързаните молекули;
• топлина, необходима за работата на разширяване на молекулите в процеса на превръщане на течни вещества в пара или газ.

Как става това?

Преходът на вещество от течно в газообразно състояние може да се случи по два начина:

1. Изпаряването е процес, при който молекулите излизат от повърхността на течно вещество.
2. Киренето е процес на изпаряване от течност чрез довеждане на температурата до специфичната топлина на кипене на веществото.

Въпреки факта, че и двете явления превръщат течно вещество в газ, между тях има значителни разлики. Кипенето е активен процес, който протича само при определена температура, докато изпаряването става при всякакви условия. Друга разлика е, че кипенето е характерно за цялата дебелина на течността, докато второто явление възниква само на повърхността на течните вещества.

Молекулярно-кинетична теория на изпарението

Ако разгледаме този процес на молекулярно ниво, тогава той се случва по следния начин:

1. Молекулите в течните вещества са в постоянно хаотично движение, всички те имат напълно различни скорости. Междувременно частиците се привличат една към друга поради силите на привличане. Всеки път, когато се сблъскат един с друг, скоростта им се променя. В даден момент някои развиват много висока скорост, което им позволява да преодолеят силите на гравитацията.
2. Тези елементи, които се появиха на повърхността на течността, имат такава кинетична енергия, че са в състояние да преодолеятмеждумолекулни връзки и напускат течността.
3. Това са тези много бързи молекули, които излитат от повърхността на течно вещество и този процес се извършва постоянно и непрекъснато.
4. Веднъж във въздуха, те се превръщат в пара - това се нарича изпаряване.
5. Вследствие на това средната кинетична енергия на останалите частици става все по-малка и по-малка. Това обяснява охлаждането на течността. Спомнете си как в детството ни учеха да духаме гореща течност, за да се охлади по-бързо. Оказва се, че ускорихме процеса на изпаряване на водата и температурата падна много по-бързо.

От какви фактори зависи?

Има много условия, необходими за осъществяването на този процес. Идва отвсякъде, където има водни частици: това са езера, морета, реки, всички мокри предмети, покривките на телата на животни и хора, както и листата на растенията. Може да се заключи, че изпарението е много важен и незаменим процес за околния свят и всички живи същества.

Ето факторите, които влияят на това явление:

1. Скоростта на изпаряване директно зависи от състава на самата течност. Известно е, че всеки от тях има свои собствени характеристики. Например тези вещества, в които топлината на изпаряване е по-ниска, ще се преобразуват по-бързо. Нека сравним два процеса: изпаряване на алкохол и обикновена вода. В първия случай преминаването в газообразно състояние става по-бързо, тъй като специфичната топлина на изпаряване и кондензация за алкохол е 837 kJ / kg, а за вода почти три пътиповече - 2260 kJ/kg.
2. Скоростта зависи и от първоначалната температура на течността: колкото по-висока е тя, толкова по-бързо се образува парата. Като пример, нека вземем чаша вода, когато вътре в съда има вряща вода, тогава изпаряването става с много по-висока скорост, отколкото когато температурата на водата е по-ниска.
3. Друг фактор, който определя скоростта на този процес, е повърхностната площ на течността. Не забравяйте, че горещата супа се охлажда по-бързо в купа с голям диаметър, отколкото в малка чинийка.
4. Скоростта на разпределение на веществата във въздуха до голяма степен определя скоростта на изпаряване, тоест колкото по-бърза става дифузията, толкова по-бързо настъпва изпаряване. Например при силен вятър водните капчици се изпаряват по-бързо от повърхността на езера, реки и резервоари.
5. Температурата на въздуха в помещението също играе важна роля. Ще говорим повече за това по-долу.

Каква е ролята на влажността на въздуха?

Поради факта, че процесът на изпаряване се случва отвсякъде непрекъснато и постоянно, във въздуха винаги има частици вода. В молекулярна форма те изглеждат като група от елементи H₂O. Течностите могат да се изпаряват в зависимост от обема на водната пара в атмосферата, този коефициент се нарича влажност на въздуха. Предлага се в два вида:

1. Относителната влажност е съотношението на количеството водна пара във въздуха към плътността на наситената пара при същата температура като процент. Например, резултат от 100% показваче атмосферата е напълно наситена с молекули H₂O.
2. Абсолютът характеризира плътността на водната пара във въздуха, обозначена с буквата f и показва колко водни молекули се съдържат в 1m³ въздух.

Връзката между процеса на изпаряване и влажността на въздуха може да се определи по следния начин. Колкото по-ниска е относителната влажност на въздуха, толкова по-бързо ще се случи изпарението от повърхността на земята и други обекти.

Изпаряване на различни вещества

В различните вещества този процес протича по различен начин. Например, алкохолът се изпарява по-бързо от много течности поради ниската си специфична топлина на изпаряване. Често такива течни вещества се наричат летливи, тъй като водната пара буквално се изпарява от тях при почти всяка температура.

Алкохолът също може да се изпари дори при стайна температура. В процеса на приготвяне на вино или водка алкохолът се прокарва през луната, достигайки само точката на кипене, която е приблизително равна на 78 градуса. Въпреки това, действителната температура на изпаряване на алкохола ще бъде малко по-висока, тъй като в оригиналния продукт (например каша) това е комбинация с различни ароматни масла и вода.

Кондензация и сублимация

Следният феномен може да се наблюдава всеки път, когато водата заври в чайника. Имайте предвид, че когато водата заври, тя преминава от течно състояние в газообразно състояние. Това се случва по този начин: гореща струя водна пара сизлита от чайника през чучура му с висока скорост. В този случай образуваната пара не се вижда директно на изхода от чучура, а на кратко разстояние от него. Този процес се нарича кондензация, т.е. водната пара се сгъстява до такава степен, че става видима за очите ни.

Изпаряването на твърдо вещество се нарича сублимация. В същото време те преминават от агрегатно състояние в газообразно състояние, заобикаляйки течния етап. Най-известният случай на сублимация е свързан с ледени кристали. В първоначалната си форма ледът е твърдо вещество; при температури над 0°C той започва да се топи, приемайки течно състояние. Въпреки това, в някои случаи, при отрицателни температури, ледът преминава в пара, заобикаляйки течната фаза.

Ефект на изпарението върху човешкото тяло

Благодарение на изпарението в нашето тяло се осъществява терморегулация. Този процес се осъществява чрез система за самоохлаждане. В горещ зноен ден човек, който се занимава с определен физически труд, става много горещ. Това означава, че увеличава вътрешната енергия. И както знаете, при температури над 42° протеинът в човешката кръв започва да се коагулира, ако този процес не бъде спрян навреме, той ще доведе до смърт.

Системата за самоохлаждане е проектирана точно по такъв начин, че да регулира температурата за нормален живот. Когато температурата стане максимално допустимата, през порите на кожата започва активно изпотяване. И тогава се появява от повърхността на кожатаизпарение, което абсорбира излишната телесна енергия. С други думи, изпарението е процес, който допринася за охлаждането на тялото до нормално състояние.