avdunstning
Indunstning över en mugg te
avdunstning- processen för övergång av ett ämne från ett flytande tillstånd till ett gasformigt tillstånd, som sker på ytan av ett ämne (ånga). Förångningsprocessen är det omvända till kondensationsprocessen (övergång från ånga till vätska). Avdunstning (förångning), övergången av ett ämne från en kondenserad (fast eller flytande) fas till en gasformig (ånga); fasövergång av det första slaget.
Det finns ett mer detaljerat koncept för avdunstning i högre fysik.
avdunstning- detta är en process där partiklar (molekyler, atomer) flyger ut (rivas av) från ytan av en vätska eller fast substans, medan Ek > E p.
generella egenskaper
Avdunstning av en fast kropp kallas sublimering (sublimering), och förångning i en vätskas volym kallas kokning. Vanligtvis förstås förångning som förångning på den fria ytan av en vätska som ett resultat av den termiska rörelsen av dess molekyler vid en temperatur under kokpunkten som motsvarar trycket hos det gasformiga mediet som är beläget ovanför den specificerade ytan. I detta fall strömmar molekyler med en tillräckligt stor kinetisk energi ut från vätskans ytskikt in i det gasformiga mediet; några av dem reflekteras tillbaka och fångas upp av vätskan, medan resten går oåterkalleligt förlorade av den.
Avdunstning är en endoterm process där fasövergångens värme absorberas - förångningsvärmen som spenderas på att övervinna krafterna från molekylär kohesion i vätskefasen och på expansionsarbetet när vätskan förvandlas till ånga. Det specifika förångningsvärmet refereras till 1 mol vätska (molär förångningsvärme, J/mol) eller till dess massenhet (förångningsmassa, J/kg). Avdunstningshastigheten bestäms av yttätheten för ångflödet jп, som per tidsenhet penetrerar in i gasfasen från en enhet vätskeyta [i mol / (s.m 2) eller kg / (s.m 2)]. Det högsta värdet på jp uppnås i vakuum. I närvaro av ett relativt tätt gasformigt medium ovanför vätskan saktar förångningen ner på grund av att hastigheten för avlägsnande av ångmolekyler från vätskans yta in i det gasformiga mediet blir liten jämfört med hastigheten för deras utsläpp från vätskan . I detta fall bildas ett skikt av en ång-gasblandning, praktiskt taget mättad med ånga, nära gränsytan. Partialtrycket och koncentrationen av ånga i detta skikt är högre än i huvuddelen av ång-gasblandningen.
Förångningsprocessen beror på intensiteten av molekylernas termiska rörelse: ju snabbare molekylerna rör sig, desto snabbare sker förångningen. Viktiga faktorer som påverkar förångningsprocessen är dessutom hastigheten för extern (med avseende på ämnet) diffusion, såväl som själva ämnets egenskaper. Enkelt uttryckt, med vind sker avdunstning mycket snabbare. När det gäller ämnets egenskaper, till exempel, avdunstar alkohol mycket snabbare än vatten. En viktig faktor är också ytarean av vätskan från vilken avdunstning sker: från en smal dekanter kommer det att ske långsammare än från en bred platta.
Molekylär nivå
Betrakta denna process på molekylär nivå: molekyler som har tillräcklig energi (hastighet) för att övervinna attraktionen av närliggande molekyler bryter ut ur ämnets gränser (vätska). I det här fallet förlorar vätskan en del av sin energi (svalnar). Till exempel en mycket het vätska: vi blåser på dess yta för att kyla den, medan vi påskyndar avdunstningen.
Termodynamisk jämvikt
Brott mot den termodynamiska jämvikten mellan vätskan och ångan som finns i gas-ångblandningen förklaras av temperaturhoppet vid fasgränsen. Detta hopp kan dock vanligtvis försummas och det kan antas att partialtrycket och ångkoncentrationen vid gränsytan motsvarar deras värden för mättad ånga vid temperaturen på vätskeytan. Om vätskan och gas-ångblandningen är orörliga och inverkan av fri konvektion i dem är obetydlig, sker avlägsnandet av ångan som bildas under avdunstning från ytan av vätskan in i det gasformiga mediet huvudsakligen som ett resultat av molekylär diffusion och uppkomsten av massflödet (den så kallade Stefan) av en ång-gasblandning riktad från ytan av en vätska till ett gasformigt medium (se Diffusion). Temperaturfördelning under olika lägen av evaporativ vätskekylning. Värmeflöden riktas: a - från vätskefasen till förångningsytan in i gasfasen; b - endast från vätskefasen till förångningsytan; c - till förångningsytan från sidan av båda faserna; d - till förångningsytan endast från sidan av gasfasen.
Baro-, termisk diffusion
Effekterna av baro- och termisk diffusion beaktas vanligtvis inte i tekniska beräkningar, men effekten av termisk diffusion kan vara betydande med en hög inhomogenitet hos gas-ångblandningen (med stor skillnad i molmassorna för dess komponenter) och betydande temperaturgradienter. När en eller båda faserna rör sig i förhållande till deras gränssnitt, ökar rollen för den konvektiva överföringen av materia och energi hos ång-gasblandningen och vätskan.
I avsaknad av energitillförsel till vätskegassystemet från ext. värmekällor Förångning kan tillföras vätskans ytskikt från en eller båda faserna. I motsats till det resulterande flödet av ett ämne, som alltid riktas under avdunstning från en vätska till ett gasformigt medium, kan värmeflöden ha olika riktningar beroende på förhållandet mellan temperaturer för huvuddelen av vätskan tl, fasgränsen tgr och gasformigt medium tg. När en viss mängd vätska kommer i kontakt med en halvoändlig volym eller ett flöde av ett gasmedium som tvättar dess yta och vid en vätsketemperatur som är högre än gastemperaturen (tl > tgr > tg), sker ett värmeflöde från sidan av vätskan till gränsytan: (Qlg = Qzh - Qi, där Qi är förångningsvärmet, Qzhg är mängden värme som överförs från vätskan till gasmediet. I detta fall kyls vätskan (den s.k. evaporativ kylning). Om jämlikheten tgr \u003d tg uppnås som ett resultat av sådan kylning, stoppas värmeöverföringen från vätskan till gasen ( Qzhg = 0) och all värme som tillförs från sidan av vätskan till gränsytan spenderas på avdunstning (Ql = Qi).
När det gäller ett gasformigt medium som inte är mättat med ånga, förblir partialtrycket för det senare vid gränsytan och vid Ql = Qi högre än i gasens huvuddel, vilket resulterar i att förångningen och avdunstningskylningen av vätskan stannar inte och tgr blir lägre än tl och tg. I detta fall tillförs värme till gränsytan från båda faserna tills, som ett resultat av en minskning av tl, jämlikheten tgr = tl uppnås och värmeflödet från vätskesidan stannar, och från sidan av gasmediet Qgl blir lika med Qi. Ytterligare avdunstning av vätskan sker vid en konstant temperatur tm = tl = tgr, vilket kallas gränsen för vätskekylning under evaporativ kylning eller temperaturen på våttermometern (eftersom det visas av psykrometerns våttermometer). Värdet på tm beror på parametrarna för gas-ångmediet och förhållandena för värme och massöverföring mellan vätske- och gasfasen.
Om en vätska och ett gasformigt medium, med olika temperaturer, är i en begränsad volym som inte tar emot energi utifrån och inte ger ut den, sker avdunstning tills termodynamisk jämvikt uppstår mellan de två faserna, vid vilken temperaturerna i båda faserna utjämnas vid en konstant entalpi av systemet och gasfasen mättas med ånga vid systemtemperatur tad. Den senare, som kallas gasens adiabatiska mättnadstemperatur, bestäms endast av de initiala parametrarna för båda faserna och beror inte på förhållandena för värme och massöverföring.
Förångningshastighet
Hastigheten för isoterm avdunstning [kg / (m 2 s)] med enkelriktad diffusion av ånga in i ett fixerat skikt av en binär ånggasblandning belägen ovanför vätskans yta med en tjocklek d, [m] kan hittas av Stefans formel: , där D är koefficienten för ömsesidig diffusion, [m 2 /With]; - gaskonstant ånga, [J / (kg K)] eller [m 2 / (s 2 K)]; T är blandningens temperatur, [K]; p är trycket för gas-ångblandningen, [Pa]; - partiellt ångtryck vid gränsytan och vid blandningsskiktets yttre gräns, [Pa].
I det allmänna fallet (rörande vätska och gas, icke-isotermiska förhållanden), i gränsskiktet för vätskan intill gränsytan, åtföljs momentumöverföringen av värmeöverföring och i gränsskiktet för gasen (ång-gasblandning ), sammankopplad värme- och massöverföring sker. I detta fall, för att beräkna avdunstningshastigheten, används experimentella värme- och massöverföringskoefficienter, och i relativt enklare fall, ungefärliga metoder för att numeriskt lösa ett system av differentialekvationer för konjugerade gränsskikt av gas- och vätskefaserna.
Intensiteten av massöverföring under avdunstning beror på skillnaden i ångans kemiska potential vid gränsytan och i huvuddelen av ång-gasblandningen. Men om baro- och termisk diffusion kan försummas, ersätts skillnaden i kemisk potential med skillnaden i partialtryck eller ångkoncentrationer och tar: cp, gr - cp, osn), där bp, bc - massöverföringskoefficient, p - blandningstryck, pp - partiellt ångtryck, yp = pp / p - molär ångkoncentration, cp = rp / r - massångkoncentration, rp, r - lokala densiteter av ångor och blandningar; index betyder: "gr" - vid fasgränsen, "huvud" - i huvudsak. massan av blandningen. Tätheten för värmeflödet som avges under avdunstning av vätskan är [i J/(m2 s)]: q = azh(tl - tgr) = rjp + ag (tgr - tg), där azh, ag är värmeöverföringen koefficient från vätske- och gassidan , [W / (m 2 K)]; r - värme Avdunstning, [J/kg].
Vid mycket små krökningsradier för avdunstningsytan (till exempel under avdunstning av små droppar av en vätska) beaktas effekten av vätskans ytspänning, vilket leder till att jämviktsångtrycket över gränsytan är högre än det mättade ångtrycket för samma vätska över en plan yta. Om tgr ~ tl, då vid beräkning av avdunstning, kan endast värme- och massöverföring i gasfasen tas med i beräkningen. Vid en relativt låg massöverföringsintensitet är analogin mellan värme- och massöverföringsprocesserna ungefär giltig, av vilken den följer: Nu/Nu0 = Sh*/Sh0, där Nu = ag l/lg är Nusselttalet, l är den karakteristiska storleken på förångningsytan, lg är den termiska konduktiviteten ång-gasblandning, Sh* = bpyg, grl/Dp = bccg, grl/D är Sherwood-talet för diffusionskomponenten i ångflödet, Dp = D/ RpT är diffusionskoefficienten relaterad till ångpartialtrycksgradienten. Värdena för bp och bc beräknas från ovanstående förhållanden, siffrorna Nu0 och Sh0 motsvarar jp: 0 och kan bestämmas från data för separat förekommande värme- och massöverföringsprocesser. Siffran Sh0 för det totala (diffusion och konvektion) ångflödet hittas genom att dividera Sh* med den molära (yg, gr) eller massan (sg, gr) gaskoncentrationen vid gränsytan, beroende på vilken drivkraft av massan som överför koefficienten b är tilldelad.
Ekvationer
Likhetsekvationerna för Nu och Sh* under avdunstning inkluderar, förutom de vanliga kriterierna (Reynolds siffror Re, Archimedes Ar, Prandtl Pr eller Schmidt Sc och geom. parametrar), parametrar som tar hänsyn till påverkan av det tvärgående ångflödet och graden av inhomogenitet hos ång-gasblandningen (förhållandet mellan molära massor eller gaskonstanter dess komponenter) på profiler, hastigheter, temperaturer eller koncentrationer i tvärsnittet av gränsskiktet.
Vid små jp, som inte signifikant bryter mot den hydrodynamiska rörelseregimen för gas-ångblandningen (till exempel under avdunstning av vatten till atmosfärisk luft) och likheten mellan gränsförhållandena för temperatur- och koncentrationsfälten, påverkan av ytterligare argument i likhetsekvationerna är obetydliga och kan försummas, om man antar att Nu = Sh. När flerkomponentblandningar avdunstar blir dessa regelbundenheter mycket mer komplicerade. Samtidigt är förångningsvärmen för blandningskomponenterna och sammansättningen av vätske- och ånggasfaserna, som är i jämvikt med varandra, olika och beror på temperaturen. När en binär vätskeblandning avdunstar, är den resulterande ångblandningen relativt rikare på en mer flyktig komponent, exklusive endast azeotropa blandningar som avdunstar vid de extrema (maximala eller minimum) punkterna av tillståndskurvorna som en ren vätska.
Apparatkonstruktioner
Den totala mängden förångande vätska ökar med en ökning av kontaktytan för vätske- och gasfaserna; därför ger konstruktionen av anordningar där förångning sker en ökning av förångningsytan genom att skapa en stor vätskespegel som bryter upp den i strålar och droppar, eller bildar tunna filmer som rinner ner över munstyckenas yta. En ökning av intensiteten av värme och massöverföring under avdunstning uppnås också genom att öka hastigheten hos det gasformiga mediet i förhållande till vätskeytan. En ökning av denna hastighet bör emellertid inte leda till överdriven medryckning av vätska av det gasformiga mediet och en signifikant ökning av anordningens hydrauliska motstånd.
Ansökan
Indunstning används i stor utsträckning i industriell praxis för rengöring av ämnen, torkning av material, separering av vätskeblandningar och luftkonditionering. Evaporativ kylning av vatten används i företags cirkulerande vattenförsörjningssystem.
se även
Litteratur
- // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron: I 86 volymer (82 volymer och 4 ytterligare). - St. Petersburg. 1890-1907.
- Berman L.D., Evaporativ kylning av cirkulerande vatten, 2:a uppl., M.-L., 1957;
- Fuchs N. A., Avdunstning och tillväxt av droppar i ett gasformigt medium, M., 1958;
- Byrd R., Stuart W., Lightfoot E., Transfer Phenomena, trans. från English, M., 1974;
- Berman L. D., "Theoretical Foundations of Chem. teknologier”, 1974, vol. 8, nr 6, sid. 811-22;
- Sherwood T., Pigford R., Wilkie C., Mass transfer, trans. från engelska., M., 1982. L. D. Berman.
Länkar
Wikimedia Foundation. 2010 .
Synonymer:Se vad "Evaporation" är i andra ordböcker:
Övergången in va från ett flytande eller fast aggregationstillstånd till ett gasformigt tillstånd (ånga). I. förstås vanligen som en vätskas övergång till ånga, som sker på vätskans fria yta. I. fasta kroppar kallas. sublimering eller sublimering. Tryckberoende ... ... Fysisk uppslagsverk
Förångning sker på den fria ytan av en vätska. Avdunstning från ytan av ett fast ämne kallas sublimering... Stor encyklopedisk ordbok
Förångningen av en vätska sker vid vilken temperatur som helst och ju snabbare, ju högre temperatur, desto större är den fria ytarean av den förångande vätskan, och desto snabbare avlägsnas ångorna som bildas ovanför vätskan.
Vid en viss temperatur, beroende på vätskans beskaffenhet och trycket under vilket den är belägen, börjar förångningen i hela vätskans massa. Denna process kallas kokning.
Detta är en process av intensiv förångning inte bara från den fria ytan, utan också i huvuddelen av vätskan. Bubblor fyllda med mättad ånga bildas i volymen. De reser sig upp under inverkan av en flytande kraft och går sönder vid ytan. Centrum för deras bildning är de minsta bubblorna av främmande gaser eller partiklar av olika föroreningar.
Om bubblan har dimensioner i storleksordningen flera millimeter eller mer, kan den andra termen försummas och därför, för stora bubblor vid ett konstant yttre tryck, kokar vätskan när det mättade ångtrycket i bubblorna blir lika med det yttre tryck.
Som ett resultat av kaotisk rörelse ovanför vätskans yta återgår ångmolekylen, som faller in i molekylära krafters verkningssfär, till vätskan igen. Denna process kallas kondensation.
Indunstning och kokning
Avdunstning och kokning är två sätt på vilka en vätska övergår till en gas (ånga). Processen för en sådan övergång kallas förångning. Det vill säga, förångning och kokning är metoder för förångning. Det finns betydande skillnader mellan dessa två metoder.
Avdunstning sker endast från vätskans yta. Det är resultatet av det faktum att molekylerna i vilken vätska som helst rör sig hela tiden. Dessutom är hastigheten på molekylerna olika. Molekyler med tillräckligt hög hastighet, när de väl är på ytan, kan övervinna attraktionskraften från andra molekyler och hamna i luften. Vattenmolekyler, som finns separat i luften, bildar bara ånga. Det är omöjligt att se med pars ögon. Det vi ser som vattendimma är redan ett resultat av kondensering (den omvända processen av förångning), när ångan samlas i form av små droppar under kylning.
Som ett resultat av avdunstning kyls själva vätskan, eftersom de snabbaste molekylerna lämnar den. Som du vet bestäms temperaturen bara av rörelsehastigheten för molekylerna i ett ämne, det vill säga deras kinetiska energi.
Avdunstningshastigheten beror på många faktorer. För det första beror det på vätskans temperatur. Ju högre temperatur, desto snabbare avdunstar. Detta är förståeligt, eftersom molekylerna rör sig snabbare, vilket innebär att det är lättare för dem att fly från ytan. Avdunstningshastigheten beror på ämnet. I vissa ämnen attraheras molekylerna starkare, och därför är det svårare att flyga ut, medan de i andra är svagare, och därför är det lättare att lämna vätskan. Avdunstning beror också på ytan, luftens mättnad med ånga, vind.
Det viktigaste som skiljer avdunstning från kokning är att avdunstning sker vid vilken temperatur som helst, och den flyter bara från vätskans yta.
Till skillnad från avdunstning sker kokning endast vid en viss temperatur. Varje ämne i flytande tillstånd har sin egen kokpunkt. Till exempel kokar vatten vid normalt atmosfärstryck vid 100°C och alkohol vid 78°C. Men när atmosfärstrycket minskar, sjunker kokpunkten för alla ämnen något.
När vattnet kokar frigörs den luft som är löst i det. Eftersom kärlet vanligtvis värms upp underifrån är temperaturen i de nedre skikten av vattnet högre och det bildas först bubblor där. Vatten avdunstar till dessa bubblor, och de är mättade med vattenånga.
Eftersom bubblorna är lättare än själva vattnet stiger de upp. På grund av att de övre vattenlagren inte har värmts upp till kokpunkten kyls bubblorna ner och ångan i dem kondenseras tillbaka till vatten, bubblorna blir tyngre och sjunker igen.
När alla lager av vätskan värms upp till kokpunkten sjunker inte bubblorna längre, utan stiger upp till ytan och spricker. Ett par av dem är i luften. Sålunda, under kokning, sker förångningsprocessen inte på vätskans yta, utan genom hela dess tjocklek i de bildade luftbubblorna. Till skillnad från avdunstning är kokning endast möjlig vid en viss temperatur.
Det bör förstås att när en vätska kokar sker den vanliga avdunstning från dess yta också.
Vad bestämmer vätskans avdunstning?
Ett mått på avdunstningshastigheten är mängden av ett ämne som flyger iväg per tidsenhet från en enhet av vätskans fria yta. Engelsk fysiker och kemist D. Dalton i början av 1800-talet. fann att förångningshastigheten är proportionell mot skillnaden mellan trycket av mättad ånga vid temperaturen för den förångande vätskan och det faktiska trycket för den verkliga ångan som finns ovanför vätskan. Om vätska och ånga är i jämvikt är avdunstningshastigheten noll. Mer exakt, det inträffar, men den omvända processen sker också med samma hastighet - kondensation(övergång av ett ämne från ett gas- eller ångformigt tillstånd till ett flytande tillstånd). Avdunstningshastigheten beror också på om den sker i en lugn atmosfär eller en rörlig atmosfär; dess hastighet ökar om den resulterande ångan blåses bort av en luftström eller pumpas ut.
Om avdunstning sker från en flytande lösning, avdunstar olika ämnen med olika hastighet. Förångningshastigheten för ett givet ämne minskar med ökande tryck av främmande gaser, såsom luft. Därför sker avdunstning in i tomrummet i högsta takt. Tvärtom, genom att tillsätta en främmande, inert gas till kärlet, kan förångningen bromsas avsevärt.
Ibland kallas förångning också sublimering, eller sublimering, det vill säga övergången av ett fast ämne till ett gasformigt tillstånd. Nästan alla deras mönster är verkligen lika. Sublimeringsvärmen är större än förångningsvärmen med ungefär fusionsvärmet.
Så avdunstningshastigheten beror på:
- Typ vätska. Vätskan avdunstar snabbare, vars molekyler dras till varandra med mindre kraft. I det här fallet kan faktiskt ett större antal molekyler övervinna attraktion och flyga ut ur vätskan.
- Avdunstning sker ju snabbare, desto högre temperatur på vätskan. Ju högre temperatur vätskan har, desto större är antalet snabbt rörliga molekyler i den som kan övervinna attraktionskrafterna hos de omgivande molekylerna och flyga ut från vätskans yta.
- Avdunstningshastigheten för en vätska beror på dess yta. Detta skäl förklaras av det faktum att vätskan avdunstar från ytan, och ju större ytan av vätskan är, desto fler molekyler flyger samtidigt från den till luften.
- Avdunstning av vätska sker snabbare med vind. Samtidigt med övergången av molekyler från vätska till ånga sker också den omvända processen. Slumpmässigt rör sig ovanför vätskans yta, några av molekylerna som lämnade den återvänder till den igen. Därför förändras inte massan av vätskan i ett slutet kärl, även om vätskan fortsätter att avdunsta.
Slutsatser
Vi säger att vatten avdunstar. Men vad betyder det? Avdunstning är den process genom vilken en vätska i luft snabbt blir en gas eller ånga. Många vätskor avdunstar mycket snabbt, mycket snabbare än vatten. Detta gäller alkohol, bensin, ammoniak. Vissa vätskor, som kvicksilver, avdunstar mycket långsamt.
Vad orsakar avdunstning? För att förstå detta måste man förstå något om materiens natur. Så vitt vi vet är varje ämne uppbyggt av molekyler. Två krafter verkar på dessa molekyler. En av dem är sammanhållningen som drar dem till varandra. Den andra är den termiska rörelsen av enskilda molekyler, vilket får dem att flyga isär.
Om vidhäftningskraften är högre förblir ämnet i fast tillstånd. Om den termiska rörelsen däremot är så stark att den överskrider kohesionen, blir ämnet eller är en gas. Om de två krafterna är ungefär balanserade har vi en vätska.
Vatten är naturligtvis en vätska. Men på vätskans yta finns det molekyler som rör sig så snabbt att de övervinner sammanhållningskraften och flyger iväg ut i rymden. Processen för flykt av molekyler kallas förångning.
Varför avdunstar vattnet snabbare när det står i solen eller hettas upp? Ju högre temperatur, desto intensivare är den termiska rörelsen i vätskan. Det betyder att fler och fler molekyler får tillräckligt med hastighet för att flyga iväg. När de snabbaste molekylerna flyger iväg saktar hastigheten av de återstående molekylerna ner i genomsnitt. Varför kyls den kvarvarande vätskan genom avdunstning.
Så när vatten torkar betyder det att det har förvandlats till en gas eller ånga och har blivit en del av luften.
Detaljer Kategori: Molekylär-kinetisk teori Postat den 09.11.2014 21:08 Visningar: 13245I flytande tillstånd kan ett ämne existera i ett visst temperaturområde. Vid en temperatur under det lägre värdet av detta intervall förvandlas vätskan till en fast substans. Och om temperaturvärdet överstiger den övre gränsen för intervallet, övergår vätskan till ett gasformigt tillstånd.
Vi kan observera allt detta i exemplet med vatten. I flytande tillstånd ser vi det i floder, sjöar, hav, hav, en vattenkran. Vattnets fasta tillstånd är is. Det förvandlas till det när, vid normalt atmosfärstryck, dess temperatur sjunker till 0 o C. Och när temperaturen stiger till 100 o C, kokar vattnet och förvandlas till ånga, vilket är dess gasformiga tillstånd.
Processen att omvandla ett ämne till ånga kallas förångning. Den omvända processen att byta från ånga till vätska är kondensation .
Förångning sker i två fall: under avdunstning och under kokning.
avdunstning
Avdunstning är fasprocessen för övergången av ett ämne från ett flytande tillstånd till ett gasformigt eller ångformigt tillstånd, som sker på vätskans yta .
Precis som vid smältning, absorberas värme av ett ämne under avdunstning. Det spenderas på att övervinna de sammanhållande krafterna hos partiklar (molekyler eller atomer) i vätskan. Den kinetiska energin hos molekylerna med den högsta hastigheten överstiger deras potentiella energi för interaktion med andra molekyler i vätskan. På grund av detta övervinner de attraktionen av närliggande partiklar och flyger ut från vätskans yta. Medelenergin för de återstående partiklarna blir mindre, och vätskan kyls gradvis ned om den inte värms upp från utsidan.
Eftersom partiklar är i rörelse vid vilken temperatur som helst sker även avdunstning. vid vilken temperatur som helst. Vi vet att pölar torkar efter regn, även i kallt väder.
Men avdunstningshastigheten beror på många faktorer. En av de mest viktiga - ämnestemperatur. Ju högre den är, desto högre hastighet har partiklarna och deras energi, och desto större antal lämnar deras vätska per tidsenhet.
Fyll 2 glas med samma mängd vatten. Vi lägger en i solen och den andra lämnar vi i skuggan. Efter ett tag kommer vi att se att det är mindre vatten i det första glaset än i det andra. Den värmdes upp av solens strålar, och den förångades snabbare. Pölar efter regn torkar också mycket snabbare på sommaren än på våren eller hösten. Vid extrem värme sker snabb avdunstning av vatten från reservoarens ytor. Dammar och sjöar håller på att torka ut, grunda floder torkar ut. Ju högre omgivningstemperatur, desto högre förångningshastighet.
Med samma volym kommer vätskan i en bred tallrik att avdunsta mycket snabbare än vätskan som hälls i ett glas. Det betyder att avdunstningshastigheten beror på ytan av avdunstningen . Ju större denna yta är, desto fler molekyler flyger ut ur vätskan per tidsenhet.
Under samma yttre förhållanden avdunstningshastigheten beror på typen av ämne . Fyll glaskolvarna med samma volym vatten och alkohol. Efter ett tag kommer vi att se att det finns mindre alkohol kvar än vatten. Det avdunstar i snabbare takt. Detta beror på att alkoholmolekyler interagerar svagare med varandra än vattenmolekyler.
påverka avdunstningshastigheten och närvaro av vind . Vi vet att saker efter tvätt torkar mycket snabbare när de blåser av vinden. Varmluftsstrålen i en hårtork kan snabbt torka vårt hår.
Vinden bär bort de molekyler som runnit ut ur vätskan och de kommer inte tillbaka. Deras plats tas av nya molekyler som lämnar vätskan. Därför blir de mindre i själva vätskan. Därför avdunstar det snabbare.
Sublimering
Avdunstning sker även i fasta ämnen. Vi ser hur det frusna, istäckta linnet gradvis torkar ut i kylan. Is förvandlas till ånga. Vi känner en stickande lukt från avdunstning av det fasta naftalen.
Vissa ämnen har inte en flytande fas alls. Till exempel elementärt jodjag 2 - ett enkelt ämne, som är svartgrå kristaller med en lila metallglans, under normala förhållanden omedelbart förvandlas till gasformigt jod - lila ånga med en stickande lukt. Det flytande jod som vi köper på apotek är inte dess flytande tillstånd, utan en lösning av jod i alkohol.
Övergångsprocessen för fasta ämnen in i ett gasformigt tillstånd, förbi vätskestadiet, kallas sublimering, eller sublimering .
Kokande
Kokande Detta är också processen där vätska förvandlas till ånga. Men förångning under kokning sker inte bara på vätskans yta, utan genom hela dess volym. Dessutom är denna process mycket mer intensiv än under avdunstning.
Sätt en vattenkokare på elden. Eftersom det alltid finns luft löst i vatten, när det värms upp, uppstår bubblor på botten av vattenkokaren och på dess väggar. Dessa bubblor innehåller luft och mättad vattenånga. Först dyker de upp på tekannans väggar. Mängden ånga i dem ökar, och de själva ökar i storlek. Sedan, under inflytande av Arkimedes flytkraft, kommer de att bryta sig loss från väggarna, resa sig upp och brista på vattenytan. När vattentemperaturen når 100°C bildas bubblor genom hela vattenvolymen.
Avdunstning sker vid vilken temperatur som helst, och kokning sker endast vid en viss temperatur, vilket kallas kokpunkt .
Varje ämne har sin egen kokpunkt. Det beror på mängden tryck.
Vid normalt atmosfärstryck kokar vatten vid en temperatur av 100 o C, alkohol - vid 78 o C, järn - vid 2750 o C. Och kokpunkten för syre är minus 183 o C.
När trycket minskar sjunker kokpunkten. I bergen, där atmosfärstrycket är lägre, kokar vattnet vid en temperatur på mindre än 100 ° C. Och ju högre över havet, desto lägre blir kokpunkten. Och i en tryckkokare, där ökat tryck skapas, kokar vattnet vid en temperatur över 100 o C.
Mättad och omättad ånga
Om ett ämne samtidigt kan existera i en flytande (eller fast) fas och en gasformig, så kallas dess gasformiga tillstånd färja . Ånga är uppbyggd av molekyler som flyr från en vätska eller fast substans under avdunstning.
Häll vätskan i kärlet och stäng det tätt med ett lock. Efter ett tag kommer mängden vätska att minska på grund av dess avdunstning. Molekyler som lämnar vätskan kommer att koncentreras ovanför dess yta i form av ånga. Men när ångdensiteten blir ganska hög kommer några av dem att börja återvända till vätskan igen. Och det kommer att bli fler och fler sådana molekyler. Slutligen kommer ett ögonblick då antalet molekyler som lämnar vätskan och antalet molekyler som återvänder till den kommer att vara lika. I det här fallet säger de det vätskan är i dynamisk jämvikt med sin ånga . Detta par kallas rik .
Om fler molekyler flyger ut ur vätskan under förångningen än de kommer tillbaka, kommer sådan ånga att bli det omättad . Omättad ånga bildas när en förångande vätska finns i ett öppet kärl. Molekylerna som lämnar den är utspridda i rymden. Inte alla återgår till vätskan.
Ånga kondensation
Den omvända övergången av ett ämne från ett gasformigt till ett flytande tillstånd kallas kondensation. Under kondenseringen återgår en del av ångmolekylerna till vätskan.
Ånga börjar förvandlas till en vätska (kondensera) vid en viss kombination av temperatur och tryck. Denna kombination kallas kritisk punkt . Maximal temperatur , under vilken kondenseringen börjar kallas kritisk temperatur. Över den kritiska temperaturen kommer gasen aldrig att förvandlas till en vätska.
Vid den kritiska punkten är vätske-ånga-gränsytan suddig. Vätskans ytspänning försvinner, vätskans densiteter och dess mättade ånga utjämnas.
Vid dynamisk jämvikt, när antalet molekyler som lämnar vätskan och återvänder till den är lika, balanseras processerna för avdunstning och kondensation.
När vatten avdunstar bildas dess molekyler vattenånga , som blandas med luft eller annan gas. Den temperatur vid vilken sådan ånga i luften blir mättad, börjar kondensera vid kylning och förvandlas till vattendroppar, kallas daggpunkt .
När det finns en stor mängd vattenånga i luften sägs det att dess luftfuktighet ökar.
Vi observerar avdunstning och kondens mycket ofta i naturen. Morgondimma, moln, regn - allt detta är resultatet av dessa fenomen. Fukt avdunstar från jordens yta när den värms upp. Molekylerna i den resulterande ångan stiger upp. När man möter svala löv eller grässtrån på väg, kondenserar ångan på dem i form av daggdroppar. Lite högre, i ytskikten, blir det dimma. Och högt uppe i atmosfären vid låga temperaturer förvandlas den kylda ångan till moln som består av vattendroppar eller iskristaller. Därefter kommer regn eller hagel att falla från dessa moln till jorden.
Men vattendroppar bildas vid kondensering först när de minsta fasta eller flytande partiklarna finns i luften, som kallas kondensationskärnor . De kan vara produkter av förbränning, sprutning, dammpartiklar, havssalt över havet, partiklar som bildas till följd av kemiska reaktioner i atmosfären, etc.
desublimering
Ibland kan ett ämne gå från ett gasformigt tillstånd omedelbart till ett fast tillstånd, förbi vätskestadiet. En sådan process kallas desublimering .
Ismönster som visas på glasögon i kallt väder är ett exempel på desublimering. Under frost är jorden täckt av rimfrost - tunna iskristaller som vattenånga har förvandlats till från luften.
Vatten är ett av de vanligaste och samtidigt det mest fantastiska ämnena på jorden. Vatten finns överallt: runt oss och inuti oss. Världshavet, som består av vatten, täcker ¾ av jordklotet. Varje levande organism, vare sig det är en växt, djur eller människa, innehåller vatten. Människor är mer än 70 % vatten. Vatten är en av huvudorsakerna till uppkomsten av liv på jorden. Som vilket ämne som helst kan vatten vara i olika tillstånd eller, som fysiker säger, aggregerade tillstånd av materia: fast, flytande och gasformig. Samtidigt sker ständigt övergångar från ett tillstånd till ett annat - de så kallade fasövergångarna. En av dessa övergångar är avdunstning, den omvända processen kallas kondensation. Låt oss försöka ta reda på hur detta fysiska fenomen kan användas och vad du behöver veta om det.
Under förångningsprocessen ändras vatten från flytande till gasformigt tillstånd och vattenånga bildas. Detta händer vid vilken temperatur som helst när vattnet är i flytande tillstånd. (0 0 - 100 0 С). Avdunstningshastigheten är dock inte alltid densamma och beror på ett antal faktorer: vattentemperatur, vattenyta, luftfuktighet och förekomst av vind. Ju högre temperaturen på vattnet är, desto snabbare rör sig dess molekyler och desto mer intensiv avdunstning. Ju större ytan på vattnet, och avdunstning sker uteslutande på ytan, desto fler vattenmolekyler kommer att kunna gå från flytande till gasformigt tillstånd, vilket kommer att öka avdunstningshastigheten. Ju större innehåll av vattenånga i luften, det vill säga ju högre luftfuktighet, desto mindre intensiv avdunstning sker. Dessutom, ju högre hastigheten för avlägsnande av vattenångmolekyler från vattenytan, det vill säga ju högre vindhastigheten är, desto högre hastigheten för vattenavdunstning. Det bör också noteras att under förångningsprocessen lämnar de snabbaste molekylerna vattnet, så molekylernas medelhastighet och därmed vattnets temperatur minskar.
Med tanke på de beskrivna regelbundenheterna är det viktigt att uppmärksamma följande. Att dricka väldigt varmt te är inte ofarligt. För att brygga det krävs dock vatten med en temperatur nära kokpunkten. (100 0 С). Samtidigt avdunstar vattnet aktivt: stigande strömmar av vattenånga är tydligt synliga ovanför koppen te. För att snabbt kyla te och göra tedrickandet bekvämt måste du öka avdunstningshastigheten, och kylningen av te kommer att ske mycket snabbare. Den första metoden har varit känd för alla sedan barndomen: om du blåser på te och därigenom tar bort vattenångmolekyler och uppvärmd luft från ytan, kommer avdunstningshastigheten och värmeöverföringen att öka, och teet kommer att svalna snabbare. Den andra metoden användes ofta förr i tiden: de hällde te från en kopp i ett fat och ökade därigenom ytan med flera gånger, vilket proportionellt ökade avdunstningshastigheten och värmeöverföringen, vilket gjorde att teet snabbt kyldes till en bekväm temperatur.
Kylningen av vatten under avdunstning känns väl när du lämnar en öppen reservoar på sommaren efter att ha simmat. Fuktig hud är svalare. Därför, för att inte överkyla och inte bli sjuk, måste du torka av dig själv med en handduk och därigenom stoppa kylningen som orsakas av avdunstning av vatten. Men denna egenskap hos vattnet - att kyla genom avdunstning - är ibland användbar för att något sänka den höga temperaturen hos en sjuk person och därigenom lindra hans välbefinnande med hjälp av kompresser eller rubdowns.
Under kondensation övergår vatten från ett gasformigt tillstånd till ett flytande tillstånd med frigörande av termisk energi. Detta är viktigt att komma ihåg när du är nära en kokande vattenkokare. Strålen av vattenånga som kommer ut ur dess pip har en hög temperatur (cirka 100 0 С). Dessutom, när den kommer i kontakt med mänsklig hud, kondenserar vattenånga, vilket ökar den negativa termiska effekten, vilket kan leda till smärtsamma brännskador.
Det är också bra att veta att det alltid finns en viss mängd vattenånga i luften. Och ju högre lufttemperaturen är, desto mer vattenånga kan finnas i atmosfären. Därför, på sommaren, med en märkbar minskning av temperaturen på natten, kondenserar en del av vattenångan och faller i form av dagg. Om du går barfota på gräset på morgonen blir det fuktigt och kallt att ta på, eftersom det redan aktivt avdunstar på grund av morgonsolen. En liknande situation uppstår om du går in i ett varmt rum från gatan på vintern med glasögon - glasögonen kommer att imma, eftersom vattenångan i luften kommer att kondensera på den kalla ytan av glasögonen. För att förhindra detta kan du använda vanlig tvål och applicera ett galler på glasen i steg om cirka 1 cm, och sedan gnugga tvålen med en mjuk trasa, långsamt och utan att trycka hårt. Glasögon kommer att täckas med en tunn osynlig film och kommer inte att imma.
Vattenånga i luften kan betraktas som en idealisk gas med stor noggrannhet och parametrarna för dess tillstånd kan beräknas med hjälp av Mendeleev-Clapeyron-ekvationen. Låt oss anta att lufttemperaturen under dagen vid normalt atmosfärstryck är 30 0 C och luftfuktighet 50% . Låt oss ta reda på till vilken temperatur luften måste svalna på natten för att dagg ska falla. I det här fallet antar vi att innehållet (densiteten) av vattenånga i luften inte förändrades.
Densitet av mättad vattenånga vid 30 0 Cär lika med 30,4 g/m3(tabellvärde). Eftersom luftfuktigheten är 50 % är vattenångdensiteten 0,5 30,4 g/m 3 \u003d 15,2 g/m 3. Dagg kommer att falla om vid en viss temperatur denna densitet är lika med densiteten av mättad vattenånga. Enligt tabelldata kommer detta att ske vid en temperatur på ungefär 18 0 C. Det vill säga om på natten lufttemperaturen sjunker under 18 0 C, då faller daggen.
Enligt den föreslagna metoden föreslår vi att du löser problemet:
I en stängd burk 2 l det finns luft vars fuktighet är 80% och temperaturen 25 0 C. Burken placerades i ett kylskåp, inuti vilket temperaturen 60 C. Vilken vattenmassa kommer att falla i form av dagg efter början av termisk jämvikt.
Kvantitativt kännetecknas avdunstning av mängden vatten som avdunstar per tidsenhet från en enhetsyta. Detta värde kallas för avdunstningshastigheten. I SI-systemet uttrycks det i kg / (m 2. s), i CGS - i g / (cm 2. s).
Avdunstningshastigheten ökar med ökande temperatur på den förångande ytan. I förångningsprocessen spenderar vattenmolekyler som förvandlas till ånga en del av sin energi på att övervinna kohesionskrafter och på expansionsarbetet i samband med en ökning av vätskans volym, som övergår i ett gasformigt tillstånd. Som ett resultat av detta minskar medelenergin för de molekyler som finns kvar i vätskan och vätskan svalnar. För att fortsätta förångningsprocessen behövs ytterligare värme, vilket kallas för förångningsvärme. Förångningsvärmen minskar med ökande temperatur på den förångande ytan.
Om avdunstning sker från vattenytan, uttrycks detta beroende med formeln:
Q \u003d Q 0 - 0,65. t, (5,9)
där Q är förångningsvärmet, J/g;
t är temperaturen på ytan som avdunstar, 0 С;
Q 0 \u003d 2500 J / kg.
Om avdunstning sker från ytan av is eller snö, då:
Q \u003d Q 0 - 0,36. t, (5,10)
För praktiska ändamål uttrycks avdunstningshastigheten i termer av höjden (i mm) på det vattenskikt som avdunstar per tidsenhet. Ett vattenlager 1 mm högt, som kommer att avdunsta från en yta på 1 m 2, motsvarar dess massa på 1 kg.
Enligt Daltons lag är förångningshastigheten W i kg / (m 2. s) direkt proportionell mot fuktunderskottet beräknat från temperaturen på den förångande ytan, och omvänt proportionell mot atmosfärstrycket:
där E 1 - mättnadselasticitet, tagen från temperaturen på den förångande ytan, hPa;
e är ångtrycket i den omgivande luften, hPa;
Р – atmosfärstryck, hPa;
A är proportionalitetskoefficienten, som beror på vindhastigheten.
Det framgår av Daltons lag att ju större skillnaden är (E 1 - e), desto större blir förångningshastigheten. Om ytan som avdunstar är varmare än luft, så är E 1 större än mättnadselasticiteten E vid lufttemperatur. I detta fall fortsätter förångningen även när luften är mättad med vattenånga, det vill säga om e = E (men E Tvärtom, om den förångande ytan är kallare än luft, kan det vid en ganska hög relativ luftfuktighet visa sig att E 1 Avdunstningshastighet kontra atmosfärstryck på grund av det faktum att i stillastående luft ökar molekylär diffusion med en minskning av det yttre trycket: ju mindre det är, desto lättare är det för molekyler att bryta sig loss från den förångande ytan. Atmosfärstrycket nära jordytan fluktuerar dock inom relativt små gränser. Därför kan det inte väsentligt ändra avdunstningshastigheten. Men det måste tas med i beräkningen, till exempel när man jämför avdunstningshastigheter på olika höjder i bergsområden. Avdunstningshastigheten beror på vindhastigheten. Med en ökning av vindhastigheten ökar turbulent diffusion, vilket avdunstningshastigheten till stor del beror på. Ju intensivare den turbulenta blandningen är, desto snabbare överförs vattenånga till omgivningen. Om luft transporteras från land till en vattenförekomst ökar avdunstningshastigheten från vattenförekomsten, eftersom i luften som strömmar ut på en relativt torrare yta är fuktunderskottet större än det är över vattenförekomsten. När luft förs över från vattenytan till land minskar avdunstningshastigheten successivt till följd av att fuktunderskottet i luften som är ovanför vattnet minskar. Avdunstningshastigheten från havens och havens ytor påverkas av deras salthalt, eftersom elasticiteten för mättnad över en lösning är mindre än över sötvatten. Avdunstning från markytan påverkas avsevärt fysiska egenskaper, tillstånd av den aktiva ytan, lättnad och andra faktorer. En slät yta avdunstar mindre än en grov, eftersom turbulent blandning är mindre utvecklad över den än över en grov yta. Ljusa jordar, allt annat lika, avdunstar mindre än mörka, eftersom de värms upp mindre. Lösa jordar med breda kapillärer avdunstar mindre än täta jordar med smala kapillärer. Detta förklaras av att vatten stiger närmare markytan genom smala kapillärer än genom breda kapillärer. Avdunstningshastigheten beror på graden av markfuktighet: ju torrare jorden är, desto långsammare avdunstningen. Avdunstningshastigheten påverkas av terrängen. På högre höjder, över vilka det är intensiv turbulent blandning, sker avdunstning snabbare än i lågland, raviner och dalar, där luften är mindre rörlig. Vegetationstäcke påverkar avdunstningshastigheten. Det minskar avdunstningen avsevärt direkt från markytan. Däremot avdunstar växterna själva mycket fukt, som de tar från jorden. Avdunstning av fukt av växter är en fysisk och biologisk process och kallas transpiration. Det fullständiga avlägsnandet av vattenånga från en given yta med samma vegetationstäcke kallas evapotranspiration. Det inkluderar avdunstning från jordens yta och från växter. Avdunstning är den maximala avdunstning som är möjlig i ett givet område från en viss aktiv yta med tillräcklig mängd fukt under de meteorologiska förhållanden som råder här.