Испарение 💨 определение явления в физике, общая формула, от каких факторов зависит скорость испарения, значение температуры, виды, особенности, роль в природе

Испарение 💨 определение явления в физике, общая формула, от каких факторов зависит скорость испарения, значение температуры, виды, особенности, роль в природе Реферат

Что такое испарение

Во время испарения жидкое вещество постепенно переходит в паро- или газообразное состояние после того, как мельчайшие частицы (молекулы или атомы), двигаясь на скорости, достаточной для того, чтобы преодолеть силы сцепления между частицами, отрываются от поверхности.

Несмотря на то, что процесс испарения известен больше как переход жидкого вещества в пар, существует сухое испарение, когда при минусовой температуре лёд переходит из твёрдого состояния в парообразное, минуя жидкую фазу. Например, если выстиранное сырое бельё развесить сушиться на морозе, оно, замерзнув, становится очень жёстким, но через какое-то время, размягчившись, становится сухим.

В быту и промышленности


Испарение широко применяется в бытовой жизни людей, а также в создании сложных механизмов и промышленных машин. Некоторые примеры использования этого процесса:

  • создание охладителей для двигателей, ядерных реакторов, спускаемых аппаратов в космической технике;
  • сушка различных вещей — от одежды до производственного сырья;
  • запчасти бытовых и промышленных холодильников;
  • кондиционирование и очищение воздуха;
  • энергетическая промышленность;
  • очистка различных веществ на молекулярном уровне;
  • охлаждение воды;
  • дегидрация продуктов для увеличения срока хранения, создание диетической еды путём вывода лишних веществ;
  • готовка на пару в кулинарии;
  • стимуляция процессов при химических опытах;
  • декор и дизайн одежды — например, сублимационная фотопечать;
  • оздоровительные процедуры — бани, криотерапия, косметические техники;
  • медицинские ингаляции — приготовление насыщенных полезными веществами газов основано на процессе испарения.

Промышленная техника, использующая испарение для работы, строится по одной и той же схеме. В ней максимально увеличивается площадь поверхности жидкости, чем обеспечивается наилучший теплообмен с газовой средой. Это достигается за счёт разделения воды на отдельные струи и капли, а также образования тонких плёнок вещества на внутренней поверхности и насадках. Газ в приборах разгоняется, что также улучшает эффективность охлаждения.

В природе и окружающей среде

Роль испарения и конденсации (превращение газа обратно в жидкость) в природе трудно переоценить. Они лежат в основе естественного круговорота воды, который обеспечивает экосистему необходимыми питательными веществами, спасает водоёмы от пересыхания, а животных и растений — от вымирания. Только благодаря этому явлению жизнь на земле может существовать в нынешнем виде.

Испарение большого количества воды с поверхности морей, океанов, рек и озёр приводит к появлению дождевых туч, которые разносят влагу по всему миру и питают окружающую среду. Это же явление препятствует затоплению и заболачиванию участков (особенно зимой, когда тают снега и льды), возвращая лишнюю воду обратно в мировой океан.

Благодаря испарению возможно такое явление, как запахи. Животные используют его во множестве сфер своей жизни — от охоты и поиска пищи до размножения и общения. Оно также помогает представителям фауны распознавать опасность в виде хищников или огня и дыма, обнаруживать токсичные вещества в атмосфере.

Испарение и конденсация, влажность воздуха 🐲 спадило.ру

Определение

Испарениепереход молекул вещества из жидкого состояния в газообразное.

Процесс парообразования при испарении происходит только со свободной поверхности жидкости. Испарение бывает при любой температуре, так как всегда найдутся достаточно «быстрые» молекулы, способные преодолеть притяжение молекул жидкости.

Важно! В результате испарения жидкости вылетают самые быстрые молекулы. Поэтому средняя скорость молекул газа уменьшается. Это приводит к уменьшению средней кинетической энергии газа, а следовательно — и температуре.

Скорость испарения зависит от:

  • Температуры жидкости. Чем больше температура, тем интенсивнее происходит испарение, так как находится больше «быстрых» молекул.
  • Рода жидкости. Если взаимодействие между молекулами жидкости слабое, испарение будет происходить интенсивнее, так как молекулам проще преодолеть слабые связи.
  • Наличия воздушных потоков. На ветре испарение более интенсивно, так как потоки воздуха помогают «быстрым» молекулам преодолевать притяжение других молекул.
  • Влажности воздуха. Чем меньше влажность, тем интенсивнее испарение, так как «быстрые» молекулы встречают на пути меньшее сопротивление.
  • Площади открытой поверхности. Так как испарение происходит только на открытой поверхности, чем она больше, тем интенсивнее испаряется жидкость.
Определение
Рефераты:  Кровотечение и методы его остановки

Конденсация — процесс, обратный испарению, т.е. молекулы из газообразного состояния переходят в жидкое.

В открытом сосуде всегда преобладает испарение. В герметично закрытом сосуде устанавливается равновесие между этими процессами.

Динамическое равновесие — это состояние, при котором число испарившихся за единицу времени молекул равно числу сконденсированных. пар, который находится в состоянии динамического равновесия, называется насыщенным.

Давление насыщенного пара в изотермическом процессе не зависит от объема. При уменьшении объема пара «лишние» молекулы воды конденсируются, а при увеличении объема недостаток молекул восполняется за счет испарения. В итоге через некоторое время снова наступает динамическое равновесие.

Пример №1. В сосуде под поршнем при температуре 100 oC находится 2 г водяного пара и такое количество воды. Не изменяя температуры, объем сосуда увеличили в 3 раза. Определить массу воды, перешедшей при этом в пар.

2 г = 10–3 кг

V2 = 3V1

Вода и пар под поршнем находятся в динамическом равновесии. Поэтому при увеличении объема изменение (уменьшение) давления вызывает усиление испарения. Вода кипит при 100 оС только при условии, что давление равно 105 Па. Следовательно, давление насыщенного пара равно именно 105 Па.

Применим уравнение состояния идеального газа для первого и второго случая:

p1V1=m1M..RT

p2V2=m2M..RT

m1 — масса пара в состоянии 1, m2 — масса газа в состоянии 2.

Внимание! Несмотря на постоянство температуры, применять закон Бойля — Мариотта нельзя, так как в данном случае не сохраняется постоянство массы (количества молекул) пара.

Преобразуем уравнения:

RTM..=p1V1m1..

RTM..=p2V2m2..

Приравняем правые части и выразим массу пара в состоянии 2:

p1V1m1..=p2V2m2..

p1V1m1..=p23V1m2..

Испарение 💨 определение явления в физике, общая формула, от каких факторов зависит скорость испарения, значение температуры, виды, особенности, роль в природе

6 г — это масса пара в состоянии 2. Это значит, что в газообразное состояние должно перейти 6 – 2 = 4 г воды. Но под поршнем было лишь 2 г. Следовательно, испарится вся вода.

Выделяют абсолютную и относительную влажности воздуха.

Определение

Абсолютная влажность воздуха — физическая величина, показывающая массу водяных паров, содержащихся в 1 м3 воздуха.

Абсолютная влажность воздуха обозначается буквой ƒ. Единица измерения — кг/м3. Но так как содержание в воздухе водяных паров мало, абсолютную влажность воздуха часто указывают в г/м3.Исходя из определения, она определяется формулой:

ƒ=mV.

Так как количество испаренных молекул зависит от температуры среды, при одинаковом объеме сосуда и количестве жидкости испарится больше там влаги, где температура выше. Поэтому абсолютная влажность воздуха не дает представления о том, насколько насыщенным является пар. В связи с этим было введено понятие относительной влажности воздуха.

Определение

Относительная влажность воздуха — отношение парциального давления водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного пара при той же температуре, выраженной в процентах.

Относительная влажность воздуха обозначается буквой ϕ. Это безразмерная физическая величина. Математически ее можно вычислить по формуле:

φ=pp..100%

p — парциальное давление водяного пара, p — давление насыщенного пара (при той же температуре).

Парциальное давление водяного пара — давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали.

Относительную влажность воздуха можно также вычислить через плотности:

φ=ρρ..100%

ρ — плотность водяного пара, ρ — плотность насыщенного пара при той же температуре (табличная величина).

Пример №2. Парциальное давление водяного пара в воздухе при 20 оС равно 699 Па, а давление насыщенных паров при этой температуре равно 2330 Па. Определить относительную влажность воздуха.

Испарение 💨 определение явления в физике, общая формула, от каких факторов зависит скорость испарения, значение температуры, виды, особенности, роль в природе

Испарение на молекулярном уровне

В жидких веществах молекулы расположены почти вплотную друг к другу, но не связаны, как в твёрдых субстанциях. Из-за этого они находятся в непрерывном движении, случайным образом сталкиваются друг с другом, меняют направление и скорость движения. Частицы, оказавшиеся близко к поверхности, со временем могут покинуть её, проникнув через зону фазового перехода.

Таким образом, испарение обусловлено непрерывным движением молекул. Если они обладают достаточной кинетической энергией и скоростью, то часть из них может сорваться с поверхности воды, преодолевая притяжение соседних частиц. Некоторые отражаются и возвращаются, другие вырываются в газовую среду и навсегда покидают вещество. Процесс повторяется с новыми (теперь тоже поверхностными) частицами, пока вся жидкость не станет газообразной.

В процессе жидкость теряет часть своей энергии, из-за чего снижается также её температура — это обусловлено тем, что первыми её покидают самые быстрые (а значит, и обладающие наибольшей кинетической силой) молекулы. В результате наблюдается явление, называемое испарительным охлаждением жидкости.

Рефераты:  Курсовая работа: Учет кассовых операций -

Отличия от кипения и сублимации

Испарение нередко путают с кипением. Оба процесса являются разновидностями парообразования, то есть превращения жидкого вещества в газообразное. Разница состоит в том, что закипание — гораздо более активный и быстрый процесс, смена агрегатного состояния при котором наблюдается невооружённым глазом.

Не менее важное различие состоит в том, что испарение происходит всегда, а кипение — только при достижении жидкостью определённой температуры. Точная цифра меняется и зависит от характера вещества — для воды она составляет 100 °C, для рафинированного масла — 227 °C, для гелия — -269°C, вольфрама — 5680 °C.

Кипение — постоянный процесс, обусловленный определёнными закономерностями в движении молекул. Их отрыв от поверхности при этом явлении происходит постоянно и не зависит от случайностей при движении. Кроме того, смена агрегатного состояния при кипении происходит с жидкостью по всей толще, а не только на поверхности.

Кипение всегда сопровождается испарением, потому во многом они взаимосвязаны. Особняком стоит явление сублимации — перехода вещества из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкую стадию. Это явление сопровождается разрывом молекулярных связей в результате внешнего подвода энергии (обычно через нагревание).

В природе сублимация наблюдается редко. Иногда её можно наблюдать при быстром таянии льда — например, замёрзшая мокрая одежда при потеплении мгновенно высыхает.

Роль в жизни растений

Значение испарения в жизни растительности трудно переоценить, особенно учитывая, что живое растение на восемьдесят процентов состоит из воды. Поэтому если растению не хватает влаги, оно может погибнуть, так как вместе с водой в него не будут поступать также нужные для жизнедеятельности питательные вещества и микроэлементы.

Вода, передвигаясь по растительному организму, переносит и образует внутри него органические вещества, для образования которых растение нуждается в солнечном свете.

А вот тут немаловажная роль отводится испарению, так как солнечные лучи имеют способность чрезвычайно сильно нагревать предметы, а потому способны вызвать гибель растения от перегрева (особенно в жаркие летние дни). Чтобы этого избежать, происходит испарение воды листьями, через которые в это время выделяется много жидкости (например, из кукурузы за сутки испаряется от одного до четырёх стаканов воды).

Это значит, что чем больше в организм растения поступит воды, тем испарение воды листьями будет интенсивнее, растение будет больше охлаждаться и нормально расти. Испарение воды растениями можно ощутить, если во время прогулки в знойный день прикоснуться к зелёным листьям: они обязательно окажутся прохладными.

Роль явления

Испарение и кипение — очень распространённые физические явления, без которых стала бы невозможной нормальная жизнь на земле. Люди ежедневно сталкиваются с ним в быту, а также используют в промышленности, технике, энергетике и других сферах жизнедеятельности.

Связь с человеком

Не менее велика роль испарения в жизнедеятельности человеческого организма: он борется с нагреванием посредством потоотделения. Испарение происходит обычно через кожу, а также через дыхательные пути. Это можно легко заметить во время болезни, когда температура тела поднимается или в период занятий спортом, когда повышается интенсивность испарения.

Если нагрузка невелика, из организма уходит от одного до двух литров жидкости в час, при более интенсивном занятии спортом, особенно когда температура внешней среды превышает 25 градусов, интенсивность испарения увеличивается и с потом может выйти от трёх до шести литров жидкости.

Через кожу и дыхательные пути вода не только покидает организм, но и поступает в него вместе с испарениями окружающей среды (не зря своим пациентам врачи часто прописывают отдых на море). К сожалению, вместе с полезными элементами в него нередко попадают и вредные частицы, среди них – химические вещества, вредные испарения, которые наносят здоровью непоправимый ущерб.

Одни из них токсичны, другие, вызывают аллергию, третьи – канцерогенны, четвёртые вызывают онкологические и другие не менее опасные заболевания, при этом многие обладают сразу несколькими вредными свойствами. Вредные испарения оказываются в организме в основном через органы дыхания и кожу, после чего, оказавшись внутри, моментально всасываются в кровь и разносятся по всему телу, оказывая токсическое воздействие и вызывая серьёзные заболевания.

Рефераты:  Интерес в социальном управлении

В данном случае много зависит от местности, где обитает человек (возле фабрики или завода), помещения, в котором живёт или работает, а также времени пребывания в опасных для здоровья условиях.

Вредные испарения могут попадать в организм из предметов быта, например, линолеума, мебели, окон и пр. Дабы сохранить жизнь и здоровье, таких ситуаций желательно избегать и наилучшим выходом будет покинуть опасную территорию, вплоть до обмена квартиры или работы, а при обустройстве жилища обращайте внимание на сертификаты качества покупаемых материалов.

Суть понятия

Основное определение испарения — переход из жидкости в газ. Это термодинамический процесс, обусловленный хаотичным движением молекул тел в определённых агрегатных состояниях. Благодаря его существованию количество воды, масла, эфира, бензина или любого другого жидкого вещества в незакрытой ёмкости будет непрерывно уменьшаться с течением времени.

С точки зрения физики, испарение можно объяснить разницей температур на грани фазового перехода — жидкость обычно холоднее окружающего воздуха. Если других внешних влияний нет, испарение происходит медленно. Молекулы покидают воду в результате диффузии, переходя через полупроницаемую для жидкостей, но непроницаемую для газообразных веществ поверхность раздела фаз массового потока.

Основное отличие испарения от других форм парообразования заключается в том, что оно происходит только с поверхности. Атомы и молекулы меняют агрегатное состояние постепенно, испаряясь небольшими слоями. Впрочем, несмотря на это, с течением времени вся жидкость может постепенно испариться.


Другая отличительная черта процесса — возможность разной направленности тепловых потоков. Они могут идти:

  • из толщи жидкости к поверхности, а затем в воздух;
  • только из жидкости к поверхности;
  • к поверхности из воды и газовой среды одновременно;
  • к площади поверхности только от воздуха.

Направленность потоков зависит от температуры воздуха, фазового раздела и самой жидкости. Соотношения этих трёх величин по-разному учитываются в формуле испарения. От них зависит его скорость, направленность теплообмена и другие факторы. Для вычисления величины используются также экспериментальные коэффициенты, полученные путём опытов. Они уникальны для каждого вещества или смеси и обусловлены их химическим составом.

Факторы, влияющие на скорость процесса

Учёные заметили, что процесс происходит по-разному при изменяющихся свойствах жидкости и условиях внешней среды. Они выделили основные факторы, влияющие на испарение:

  • Химические и физические свойства вещества, его тип и класс. Большое значение имеет его плотность — чем ближе расположены молекулы, тем труднее им преодолеть общее притяжение и оторваться, вырвавшись в газовую среду. Из-за этого свойства спирты и алкоголь улетучиваются гораздо быстрее, чем обычная вода.
  • Температура. В отличие от кипения, испарение происходит при минусовых показателях термометра, но она всё ещё влияет на его скорость. При повышении температуры частицы двигаются быстрее, при понижении — медленнее. Соответственно, увеличивается или уменьшается их шанс покинуть жидкую среду и перейти в газообразную. Из-за испарительного охлаждения естественная скорость процесса со временем снижается, если нет дополнительного нагревания.
  • Размеры поверхности. Зависимость объясняется тем, что чем обширнее площадь соприкосновения у жидкой и газовой среды, тем больше молекул перелетят из одной в другую. Роль играет также обратная конденсация молекул — если налить их в ёмкость с узким горлышком, пар будет оседать на её стенках и стекать обратно в толщу воды. Эту особенность явления часто эксплуатируют при охлаждении различных веществ в промышленности и бытовых целях.
  • Скорость ветра. Движение воздуха «сдувает» молекулы с поверхности, увеличивая их кинетическую энергию, а также передвигает саму воду, увеличивая площадь поверхности за счёт ряби, волн, слетевших капелек и струй. Потому наличие ветра делает испарение более интенсивным. Это можно легко заметить, подув на ложку с горячей водой или чаем — так он остынет гораздо быстрее.
  • Атмосферное давление. Чем оно ниже, тем быстрее жидкости испаряются. Показатель влияет и на температуру кипения — например, при показателе барометра в 0,5 АТМ вместо стандартного 1 вода закипает при 82 °C. В природе это явление можно наблюдать, если отправиться в горы.

Факторы, способные повлиять на скорость испарения, известны большинству из повседневных примеров. Далёкие предки современных людей применяли их для сушки одежды, охлаждения жидкостей и других задач.

Оцените статью
Реферат Зона
Добавить комментарий