Jak szybkość parowania cieczy zależy od temperatury? Od czego zależy szybkość parowania cieczy? Czynniki wpływające na ten proces

Przejście ze stanu ciekłego do stanu gazowego możliwe jest na drodze dwóch różnych procesów: parowania i wrzenia.

Parowanie to tworzenie się pary, które zachodzi tylko na swobodnej powierzchni cieczy w sąsiedztwie ośrodka gazowego lub próżni.

Parowanie to proces fazowy przejścia substancji ze stanu ciekłego do stanu gazowego lub pary, zachodzący na powierzchni cieczy.

Odparowanie

CIEKŁA PARA

Ustalono eksperymentalnie, że podczas parowania temperatura ciała spada.

Kiedy substancja odparowuje, ciepło jest pochłaniane. Wydawany jest na pokonanie sił adhezji cząstek (cząsteczek lub atomów) cieczy. Energia kinetyczna cząsteczek o największej prędkości przekracza ich energię potencjalną oddziaływania z innymi cząsteczkami w cieczy. Dzięki temu pokonują przyciąganie sąsiadujących cząstek i wylatują z powierzchni cieczy. Średnia energia pozostałych cząstek staje się mniejsza, a ciecz stopniowo ochładza się, jeśli nie jest podgrzewana z zewnątrz.

Jeśli nasmarujesz część dłoni alkoholem, ostygnie, ponieważ gdy płyn odparuje, odbierze część energii wewnętrznej dłoni, w wyniku czego jej temperatura spadnie.

Teraz dowiedzmy się, od jakich czynników zależy szybkość parowania

Szybkość parowania zależy od następujących czynników

:

Temperatura

Powierzchnia

Rodzaj substancji

Obecność wiatru

Od wilgoci powietrza

Najważniejszym czynnikiem wpływającym na szybkość parowania jest temperatura. Obserwacje kałuż po deszczu latem i jesienią dowodzą, że parowanie zachodzi w każdej temperaturze, ponieważ cząsteczki poruszają się w dowolnej temperaturze.

Zwilż dwa identyczne ręczniki wodą. Jeden ręcznik wieszamy na słońcu, a drugi w cieniu. Na słońcu ręcznik schnie szybciej, ponieważ nagrzewa się pod wpływem promieni słonecznych i szybciej paruje.

Im wyższa temperatura otoczenia, tym większa jest prędkość ruchu cząstek i ich energia, a także większa ich liczba opuszcza ciecz w jednostce czasu.

Kolejnym czynnikiem wpływającym na szybkość parowania jest powierzchnia.

Przy tej samej objętości płyn w szerokim talerzu wyparuje znacznie szybciej niż płyn wlany do szklanki. Oznacza to, że szybkość parowania zależy od powierzchni parowania. Im większy ten obszar, tym większa liczba cząsteczek wylatujących z cieczy w jednostce czasu.

Intensywność parowania zależy od rodzaju cieczy: im mniejsze przyciąganie pomiędzy cząsteczkami cieczy, tym intensywniejsze parowanie.Jeśli na jeden spodek wlejemy olej roślinny, a do drugiego wodę. Woda wyparuje znacznie szybciej. Po zwilżeniu waty alkoholem obserwujemy parowanie w ciągu kilku minut.

Alkohol odparowuje szybciej. Dzieje się tak, ponieważ cząsteczki alkoholu oddziałują ze sobą mniej niż cząsteczki wody.

Wpływa na szybkość parowania i obecność wiatru. Wiemy, że strumień gorącego powietrza w suszarce do włosów może szybko wysuszyć nasze włosy. A liście drzew wysychają szybciej po deszczu przy wietrznej pogodzie.

Wiatr unosi cząsteczki wylatujące z cieczy i nigdy nie wracają. Ich miejsce zajmują nowe cząsteczki opuszczające ciecz. Dlatego w samej cieczy jest ich mniej. Dlatego szybciej odparowuje.

Katedra ETT. Dyscyplina „Podstawy technologii bazowej komponentów elektronicznych”

Praca laboratoryjna nr 1. Cechy zastosowania folii

Z termicznym odparowaniem próżniowym

Cel pracy: zapoznanie z cechami powstawania i propagacji przepływu cząsteczek w próżni oraz rozkładem grubości filmu na powierzchni podłoża wielkopowierzchniowego podczas termicznego odparowania próżniowego.

Podstawowe pojęcia i zależności

W termicznym odparowaniu próżniowym strumień atomów lub cząsteczek substancji powstaje w wyniku ogrzewania materiału w próżni do temperatury bliskiej lub wyższej od jego temperatury topnienia.

Odparowanie z powierzchni fazy ciekłej najczęściej stosowane w technologii. Zaproponowano kilka modeli wyjaśniających mechanizm tego procesu. W najprostszym z nich fazę ciekłą (stopiony materiał) traktuje się jako układ oscylatorów, których cząsteczki powierzchniowe są powiązane z określoną energią parowania. Zakłada się, że przejście do fazy gazowej następuje, gdy energia drgań cząsteczek na powierzchni jest równa lub większa od energii parowania. Zakłada się również, że wszystkie cząsteczki powierzchniowe mają tę samą energię wiązania i równe prawdopodobieństwo parowania. Dzięki interferencji drgań oscylatora możliwe staje się odparowanie poszczególnych cząsteczek.

W ulepszonym modelu statystycznym stan cząsteczek na powierzchni opisuje się za pomocą Maxwellowskiego rozkładu energii i rozkładu przestrzennego, który wiąże przemieszczenie cząsteczek z ich położenia równowagi z ich energią potencjalną. Parowanie cząsteczki następuje, gdy zostanie ona przesunięta na taką odległość, że jej energia potencjalna zrówna się z energią parowania.

Badania eksperymentalne wykazały, że model statystyczny dość dobrze sprawdza się w przypadku cieczy, których parowanie następuje w wyniku wymiany pojedynczych atomów z parami jednoatomowymi (rtęć, potas, beryl i szereg innych metali). Podobnie zachowują się niektóre ciecze organiczne, których cząsteczki mają symetrię kulistą i niskie entropie parowania (na przykład czterochlorek węgla - CCl 4).

W substancjach, których cząsteczki mają różny stopień swobody w stanie skondensowanym i gazowym, podczas parowania powinna nastąpić zmiana nie tylko ruchu translacyjnego, ale także energii wewnętrznej cząsteczek. Jednocześnie jest statystycznie mało prawdopodobne, aby cząsteczka na powierzchni otrzymała w tym samym momencie zarówno energię kinetyczną, jak i potencjalną, niezbędną do odparowania w równowadze termodynamicznej. Bardziej prawdopodobne jest, że cząsteczka najpierw otrzyma niezbędną energię kinetyczną, a następnie musi otrzymać kwant energii wewnętrznej przed odparowaniem.

Uważa się, że spośród różnych rodzajów energii wewnętrznej cząsteczek, największy wpływ na prawdopodobieństwo parowania ma energia rotacyjna. Potwierdza to fakt, że czas relaksacji potrzebny cząsteczce z dodatkiem energii kinetycznej do uzyskania rotacyjnego stopnia swobody jest dłuższy niż w przypadku innych procesów. Zatem ograniczenie parowania następuje na skutek utraty jednego stopnia swobody, co zmniejsza liczbę możliwych stanów cząsteczek w fazie ciekłej. Ta forma ograniczenia przejścia fazowego nazywa się ograniczeniem entropii.

Parowanie ograniczone entropijnie potwierdzono dla cieczy o małych cząsteczkach polarnych, które odparowują z niezakłóconych powierzchni (benzyna, chloroform, etanol, metanol itp.). Niektóre ciecze organiczne mają stopień swobody rotacyjnej nawet w stanie aktywowanym.

Podczas odparowania metali głównym rodzajem cząstek w fazie gazowej są pojedyncze atomy metali, a tylko niewielka część (mniej niż 0,1%) to cząsteczki dwuatomowe. W przypadku niektórych pierwiastków (C, S, Se, Te, P, As, Sb) pary składają się z cząsteczek wieloatomowych.

Odparowanie z powierzchni fazy stałej, zwaną sublimacją, tłumaczy się obecnością na powierzchni materiału stopni jednoatomowych i stanów o różnej liczbie atomów w pierwszej i kolejnych warstwach. Ponieważ siły wiązania działające na dany atom z sąsiednich atomów są addytywne (dodawane), wartości energii parowania dla atomów w różnych stanach będą różne. Atomy z najmniejszą liczbą wiązań (sąsiadów) odparowują jako pierwsze, co stwarza korzystne warunki do parowania pozostałych atomów.

Podczas odparowywania materiałów o złożonym składzie należy wziąć pod uwagę frakcjonowanie substancji i możliwość dysocjacji. Bardzo ważne jest, aby wziąć pod uwagę specyfikę interakcji odparowanego materiału z materiałem parownika.

Lot cząstek materii z parownika do powierzchni podłoża towarzyszą ich zderzenia ze sobą oraz z cząsteczkami gazów resztkowych. Aby zmniejszyć taką interakcję, odparowuje się pod ciśnieniem pary nasyconej substancji nie większej niż 10 -2 Torr i gazów resztkowych - nie więcej niż 10 -4 - 10 -5 Torr.

Kondensacja atomów(cząsteczki) substancji następuje po przelocie materiału na powierzchnię podłoża. Zależy to od stosunku energii swobodnej przepływu cząstek do powierzchni. Tryb wzrostu filmu warstwa po warstwie (tryb Franka – van der Merwe) realizowany jest wtedy, gdy energia wiązania atomów osadzonej substancji z podłożem jest większa niż energia wiązania atomów między sobą.

Reżim wyspowy Volmera-Webera realizuje się, gdy atomy substancji są ze sobą związane silniej niż z podłożem. Małe jądra rosną, zamieniając się w duże wyspy fazy skondensowanej. Po wypełnieniu szczelin (kanałów) pomiędzy wyspami łączą się one i tworzą ciągły film.

W pośrednim reżimie Strańskiego-Krastanowa najpierw następuje wzrost warstwa po warstwie jednej lub dwóch monowarstw. Następnie rozpoczyna się rozwój wysp na ich powierzchni. Jeśli wyspy są wystarczającej wielkości, łączą się, tworząc ciągły film. Jedną z przyczyn takiego zachowania jest zmiana parametru sieci podczas wypełniania kolejnej monowarstwy.

Obliczanie szybkości parowania

Masa odparowanej substancji, spadającego na elementarną platformę kulistą z parownika małopowierzchniowego, wyznacza się z zależności:

, (1)

gdzie jest czas parowania; – kąt pomiędzy normalną do powierzchni parownika a kierunkiem do wybranego punktu podłoża; – promień kuli, na której znajduje się elementarna powierzchnia sferyczna z odmierzoną ilością substancji.

Szybkość parowania substancji w próżni oblicza się ze wzoru:

, (2)

gdzie jest szybkością parowania, g cm–2 s–1; – masa atomowa (molekularna) substancji, – ciśnienie pary nasyconej, Torr; – temperatura, K.

Prężność pary nasyconej substancji w objętości parowania określa zależność:

, (3)

w którym ilości i charakteryzują właściwości odparowanego materiału. Dla wszystkich materiałów układu okresowego = 8,8 (dla Si–10,2); = / 4,576, K; – ciepło parowania, cal/mol. Wartości, gęstość i temperatura topnienia wielu metali podano w tabeli 1.

Dla płaskiego podłoża, którego powierzchnia jest usytuowana dowolnie w stosunku do powierzchni płaskiej wyparki o skończonych wymiarach i małej powierzchni, równanie (1) przekształca się do postaci:

, (4)

gdzie jest kątem pomiędzy normalną do powierzchni podłoża a kierunkiem parowania.

Tabela 1

W praktycznym zastosowaniu metody osadzania folii nie jest istotna ilość odparowanego materiału, lecz grubość powstałych folii i jej rozmieszczenie na powierzchni podłoża.

Obliczanie grubości folii

Wskazane wzorce rozkładu odparowanej substancji prowadzą do tego, że rozkład grubość folii na powierzchni podłoża może być złożony. Ponieważ dla elementarnej powierzchni podłoża ilość materiału (gdzie jest gęstość odparowanego materiału), grubość folii dla dowolnie umiejscowionego podłoża określa zależność:

(5)

W tej zależności położenie punktu podłoża, w którym obliczana jest grubość folii, jest określone przez trzy wielkości.

Dla parownik o płaskiej powierzchni małej powierzchni i płaskiego podłoża położonego w odległości równoległej do powierzchni parownika (rys. 1), grubość filmu określa się stosunkiem:

, (6)

Gdzie ; – współrzędna wzdłuż powierzchni podłoża (odległość od

Rysunek 1. Położenie podłoża względem parownika

środek podłoża w jednym punkcie A do momentu B, w którym określa się grubość folii); – znormalizowana wartość współrzędnych; – całkowita ilość odparowanej substancji.

Największą grubość powłoki uzyskuje się w miejscu A podłoża, a względna zmiana grubości folii dla różnych punktów podłoża ma w tym przypadku postać:

, . (7)

Parownik punktowy to kula, której wymiary są znikome w porównaniu z odległością od powierzchni podłoża i jej wymiarami. Z takiego parownika pewna ilość substancji odparowuje do elementarnego kąta bryłowego . Jeśli folię nałożymy na dowolnie położone płaskie podłoże, to jak wynika z rysunku, podstawowe zależności dla wyparki punktowej przyjmują następującą postać:

; . (8)

W tabeli 2 przedstawiono zależność grubości względnej od x/h dla wyparki punktowej i powierzchniowej.

Tabela - Zależność jednorodności grubości od x/h

x/godz		0,25	0,5	0,75
(d/d0)n		0,83	0,64	0,41	0,25	0,04
(d/d0)t		0,88	0,71	0,51	0,35	0,09

Dla standardowych rozmiarów podłoża 60x48 mm i odległości parownik-podłoże 200 mm nierówność grubości warstwy wynosi około 10%. A w nowoczesnych przetwornikach analogowo-cyfrowych wymagania dotyczące dokładności rezystora (rozpiętości rezystancji) nie przekraczają 0,05%. Aby zapewnić wymaganą jednorodność przy nakładaniu folii na podłoża zarówno o dużych, jak i małych rozmiarach, stosuje się różne metody:

Stosowanie wyparek wielkopowierzchniowych,

Zastosowanie wyparek pierścieniowych,

Zastosowanie dużej liczby jednocześnie pracujących parowników,

Przemieszczanie substratów po złożonej (planetarnej) trajektorii,

Przemieszczenie parownika o ściśle określoną odległość względem środka wirującego podłoża,

Zastosowanie specjalnie ukształtowanych membran obrotowych przy nieruchomym podłożu.

Podczas używania parownik płaski skończonych wymiarów promienia R, odpowiednie wyrażenia na grubości przyjmują ostateczną postać:

, . (9)

Dla parownik pierścieniowy promień R, którego środek pokrywa się ze środkiem płaskiego podłoża położonego równolegle do płaszczyzny parownika, wyrażenie na grubość filmu przyjmuje postać:

. . (10)

Opcja najczęściej stosowana w praktyce to z przemieszczenie parownika względem środka obracającego się podłoża. W przypadku tej opcji z parownikiem o małej powierzchni odpowiednie wyrażenia mają postać podobną do wzorów dla parownika pierścieniowego. Różnica polega na tym, że zamiast promienia cienkiego pierścienia R we wzorze uwzględniana jest odległość l od parownika do osi obrotu podłoża.

. . (11)

Stosowanie membrany obrotowe (tłumiki) Specjalny kształt polega na dodatkowej regulacji ilości materiału podawanego z parownika na określoną powierzchnię podłoża. Bardzo ważne jest, aby środek obrotu membrany pokrywał się ze środkiem parownika i podłoża. Aby ograniczyć niepożądane ubytki grubości, nie przerywa się przepływu odparowanej substancji w najdalszych punktach podłoża. W miarę zbliżania się do geometrycznego środka podłoża krawędź żaluzji powinna tworzyć łuk o rosnącej długości, tak aby czas trwania przerwy w przepływie w dowolnej odległości zapewniał zmniejszenie szybkości osadzania w danym miejscu do szybkości osadzania w najbardziej odległe punkty. Kontury tłumików zapewniające równomierne pokrycie to spirale, których dokładne linie dla różnych warunków uzyskuje się poprzez obliczenia na komputerze. Zastosowanie membran obrotowych pozwala na uzyskanie jednorodności grubości w granicach ułamka procenta. Wadą tej metody jest nadmierne zużycie materiału, gdyż główna część odparowanego materiału zostaje zablokowana i osadza się na powierzchni przepustnicy.

Przydział do pracy

Podczas przygotowywania w domu Dla danego materiału i grubości filmu odparowanego materiału należy wyznaczyć temperaturę wyparki powierzchniowej małopowierzchniowej, przy której największa grubość filmu d 0 będzie równa zadanej. Do obliczeń wykorzystywane są zależności (2), (3), (7), dane tabelaryczne i opcje zadań.

Podczas pracy w laboratorium W eksperymencie komputerowym należy uzyskać następujące zależności:

Bezwzględny rozkład grubości d(x) dla danego d 0 dla małej powierzchni, dysku, pierścienia i przesunięcia względem środka wirujących wyparek substratu. (W przypadku trzech ostatnich typów parowników należy najpierw wybrać temperaturę zapewniającą tę samą grubość d 0 przy x = 0);

Względne odchylenie grubości warstwy danego materiału w zależności od odległości X wzdłuż powierzchni podłoża przy zadanym d 0 dla badanych parowników;

Dla danego d 0 i wymiaru podłoża 100x150 mm 2 należy dobrać rodzaj parownika, wszystkie jego charakterystyki (z wyjątkiem F) i odległość h, zapewniając równomierność grubości warstwy nie gorszą niż 2%.

Notatka: dodatkowe informacje niezbędne do obliczeń znajdują się na liście „Opcje zadań”.

Wymagania dotyczące raportu

Raport sporządzany jest indywidualnie na kartkach formatu A4. Przygotowując się w domu, musisz przestudiować treść pracy, obliczyć temperaturę dla swojej wersji zadania i wprowadzić do przygotowanego raportu główne zależności analityczne i kolejność obliczeń. Protokół przygotowany do obrony musi zawierać:

Część teoretyczna i wyniki obliczeń (przygotowanie w domu),

Szkice konfiguracji układu odparowania,

Wzory obliczeniowe,

Kolejność obliczeń oraz rozkład grubości bezwzględnej i względnej wzdłuż przekątnych podłoża,

Analiza wyników,

Odpowiedzi na pytania zabezpieczające.

6. Pytania zabezpieczające

Co decyduje o maksymalnej możliwej grubości filmu podczas termicznego odparowywania próżniowego?

Jakie zależności wiążą grubość filmu z temperaturą parownika?

W jaki sposób odparowuje się sproszkowane materiały?

Jakie typy parowników stosuje się do odparowywania materiałów proszkowych?

Co to jest sublimacja?

Jakie są wymagania dotyczące materiałów parownika?

W jakich warunkach podczas odparowywania następuje wzrost filmu warstwa po warstwie?

Jak zachodzi parowanie z powierzchni fazy stałej?

©2015-2019 strona
Wszelkie prawa należą do ich autorów. Ta witryna nie rości sobie praw do autorstwa, ale zapewnia bezpłatne korzystanie.
Data utworzenia strony: 2017-12-12

Rozumiejąc pytanie, co decyduje o szybkości parowania cieczy, należy wziąć pod uwagę wzorce wymiany wilgoci występujące w życiu codziennym. Zatem wymiana ciepła bezpośrednio wpływa na ulatnianie się cząsteczek dowolnego roztworu. Cząstki łatwiej oddzielają się od powierzchni przy wystarczającym dopływie energii kinetycznej. To drugie objawia się podczas procesu, gdy próbujemy schłodzić filiżankę kawy lub herbaty poprzez nadmuch powietrza na powierzchnię szklanki.

Procesy fizyczne

Zastanówmy się, co decyduje o szybkości parowania cieczy w różnych warunkach. Wpływ wywiera światło słoneczne, wiatr, skład roztworu, temperatura. Sam fizyczny proces parowania można przedstawić jako chaotyczny ruch nieważkich kulek. Każdy z nich ma pewną rezerwę energii kinetycznej. Te ostatnie mogą otrzymać z zewnątrz lub z sąsiednich cząsteczek.

W wyniku uwolnienia cząsteczek z roztworu otrzymuje się substancję gazową. Z tego wynika pierwsza rzecz, od której zależy szybkość parowania cieczy - od gęstości najmniejszych cząstek nad powierzchnią dowolnej ciekłej substancji. Ale na cały proces wpływa również gęstość samego roztworu. W destylacie oczyszczonym z soli łatwiej jest rozbić cząsteczki, niż pokonać ciśnienie ciężkich cząstek.

Proces parowania obserwuje się z dowolnej substancji: stałej, ciekłej. Rozrzedzenie w powietrzu ułatwia uwalnianie cząstek z powierzchni, natomiast podwyższona wilgotność utrudnia ich ruch. Ogrzewanie roztworu nad ogniem zwiększa wymianę energii kinetycznej między cząsteczkami, pomagając rozbić utworzone wiązania.

Od czego zależy szybkość parowania cieczy? Z powierzchni, z której wylecą cząsteczki. Dzięki temu woda zniknie z rozlanej kałuży szybciej niż z butelki z wąską szyjką. Wiatr pomoże uwolnić najbardziej naładowane kinetycznie cząstki.

Eksperyment nr 1. Powierzchnia

Szybkość parowania cieczy zależy od powierzchni naczynia, w którym się ona znajduje. Dowodem na to jest eksperyment, w którym wybiera się kilka rodzajów pojemników różniących się kształtem szyjki. Wszędzie wlewa się tę samą ilość jednorodnego roztworu.

Szyje są otwarte. Odnotowuje się czas i po jego upływie mierzy się pozostałą objętość cieczy w każdym naczyniu. Zestawiono tabelę i z wyników łatwo zobaczyć, że najmniejsza ilość będzie w najszerszym pojemniku. Pod uwagę bierze się jednak znacznie więcej czynników: temperaturę, ruch i gęstość powietrza w pomieszczeniu.

Kolejne proste doświadczenie pozwala sprawdzić, jak szybkość parowania cieczy zależy od powierzchni. Wystarczy wylać wodę z naczynia na podłogę i zanotować czas. W związku z tym widać, że rozlana objętość zniknie niemal natychmiast, w przeciwieństwie do cieczy w naczyniu.

Eksperyment nr 2. Źródło ruchu powietrza

Szybkość parowania wzrasta, jeśli źródło ruchu powietrza zostanie zainstalowane naprzeciwko powierzchni. Pomóc w tym może wentylator lub inne podobne urządzenie. Czas zostanie skrócony dzięki zastosowaniu elementów grzejnych.

Suszarka jest w stanie w ciągu kilku minut odparować znaczną objętość, natomiast pod wpływem wentylatora woda o podobnej objętości zniknie na cały dzień. Nie tylko drgania powietrza wpływają na uwalnianie cząsteczek cieczy z powierzchni, ale także ruch samej objętości wraz z cieczą ułatwia ten proces.

Ciągłe mieszanie płynu w szkle pomaga w redystrybucji energii pomiędzy cząsteczkami. Ruch przyspiesza proces przenoszenia ciepła z roztworu do powietrza, co odpowiednio wpływa na szybkość parowania. Tak więc podczas mieszania gorącej herbaty część płynu unosi się w postaci pary.

Doświadczenie nr 3. Gęstość ośrodka

Na szybkość parowania wpływa gęstość ośrodka - zarówno samej cieczy, jak i powietrza nad nią. Przeprowadza się eksperyment: w jednym naczyniu będzie woda z solą, w drugim - przefiltrowana woda o podobnej objętości. Po jednym dniu roztwór soli zmieni swoją objętość o nieistotną część w porównaniu z ilością cieczy w drugim naczyniu.

W domach nad morzem można zauważyć, że wyprane rzeczy schną dość długo. Dzieje się tak na skutek zwiększonej wilgotności powietrza. W związku z tym parowanie ze statku w takim miejscu trwa dłużej niż daleko od morza, rzeki lub jeziora.

Gimnazjum GOU nr 000

„Moskiewskie Gimnazjum Pedagogiczne-Laboratorium”

Praca pisemna

Czynniki wpływające na szybkość parowania wody

Zhaleev Timur

Kierownik:

Wstęp

Definicja parowania. Cel pracy. Adekwatność pracy Opis struktury pracy.

Głównym elementem

Mechanizm parowania na poziomie molekularnym. Czynniki wpływające na szybkość parowania.

2.1 Wpływ temperatury wody na szybkość parowania.

2.1.1 Nierównomierne podgrzewanie wody.

2.1.2 Konwekcja. Reżim laminarny i turbulentny. Liczba Rayleigha. Zależność rodzaju sposobu mieszania cieczy od szybkości przekazywania energii.

2.1.3 Temperatura powietrza i jej wpływ na temperaturę wody. Liczby Rayleigha w powietrzu i rodzaj reżimu mieszania powietrza.

2.2.1 Zależność pomiędzy wilgotnością powietrza przy powierzchni wody a wilgotnością powietrza „w nieskończoności”.

2.2.2 Zależność pomiędzy wilgotnością powietrza przy powierzchni wody a szybkością parowania.

2.2.3 Zależność wilgotności powietrza przy powierzchni wody od szybkości odpływu pary wodnej z powierzchni wody.

2.2.4 Zależność pomiędzy wilgotnością powietrza na powierzchni a geometrią powierzchni.

Wniosek.

Bibliografia.

Wstęp.

Parowanie to proces przejścia substancji ze stanu ciekłego do stanu gazowego, który zachodzi wraz z absorpcją ciepła.

Cel pracy: identyfikacja czynników wpływających na szybkość parowania wody.

Znaczenie:

1. Parowanie pochłania dużą ilość ciepła, dlatego proces ten można wykorzystać do chłodzenia.

2. Intensywność parowania znacząco wpływa na wilgotność powietrza, która w wielu procesach ma decydujące znaczenie.

3. Badanie mechanizmów parowania umożliwi zbudowanie bardziej wiarygodnych modeli rozkładu temperatury i wilgotności, tj. umożliwi dokładniejsze przewidywanie różnych procesów klimatycznych. Do obliczania takich modeli wykorzystuje się nowoczesne systemy komputerowe, jednak aby mogły one działać poprawnie, konieczne jest szczegółowe zrozumienie wszystkich procesów mających wpływ na kształtowanie się pogody.

W artykule rozważymy czynniki wpływające na szybkość parowania wody i ich związek.

Na parowanie wpływa wiele czynników, ale najważniejsze z nich to temperatura powierzchni wody i wilgotność powietrza nad powierzchnią wody. Na każdy z tych czynników wpływa szereg innych:

1. Temperatura wody. Wpływ na to ma temperatura otoczenia. Wymiana ciepła z powietrza do wody i z powrotem odbywa się poprzez wymianę ciepła (bezpośrednie przekazywanie ciepła bez mieszania) i konwekcję. Konwekcja z kolei może zachodzić w różnych trybach: laminarnym i turbulentnym. Laminarny to tryb, w którym ciecz porusza się w stacjonarnych strumieniach, bez mieszania. Turbulentny to reżim, w którym ciecz jest losowo mieszana z powodu dużej różnicy temperatur.

2. Wilgotność powietrza nad powierzchnią wody. Wpływ na to ma szybkość parowania wody (im więcej pary wydobywa się z wody, tym więcej jej jest w powietrzu), powierzchnia (im większa powierzchnia, tym więcej pary wydobywa się z wody), wiatr lub inne formy konwekcji w powietrzu (jak szybko para wodna jest usuwana z powierzchni wody).

Głównym elementem.

Mechanizm parowania na poziomie molekularnym.

Cząsteczki wody, które mają wystarczającą energię kinetyczną i znajdują się blisko powierzchni, są w stanie oddzielić się od pozostałych cząsteczek wody, czyli następuje parowanie. Jeśli szybkie cząsteczki znajdują się w słupie wody, a nie na powierzchni, wówczas uderzając w inne cząsteczki, faktycznie na nie działają i tracą energię. Szybkie cząsteczki wody, które odrywają się od powierzchni wody, niosą ze sobą energię, przez co energia wewnętrzna wody maleje i woda się ochładza.

Część cząsteczek pary wodnej, poruszając się chaotycznie, powraca do cieczy. Proces ten nazywa się kondensacją. Szybkość kondensacji zależy od stężenia cząsteczek pary wodnej.

2. Czynniki wpływające na szybkość parowania.

2.1. Wpływ temperatury wody na szybkość parowania.

Na szybkość parowania wpływa wiele czynników, ale najważniejszym z nich jest temperatura powierzchni wody. Im wyższa temperatura, tym większa jest średnia prędkość cząsteczek, a co za tym idzie, tym więcej cząsteczek o dużych prędkościach jest w stanie uciec z powierzchni. Woda nie ma tej samej temperatury na całej swojej grubości; do badania parowania ważna jest temperatura na powierzchni. Z kolei na tę temperaturę wpływa szereg czynników:

1. Temperatura w słupie wody. Ilość ciepła ze słupa wody na powierzchnię może być przekazywana na dwa sposoby: przenoszenie ciepła lub konwekcja. Konwekcja rozpoczyna się, gdy ciecz ma wysoką temperaturę na głębokości, w tym przypadku rozszerzając się w wyższej temperaturze, zaczyna unosić się w górę. W wodzie podczas parowania rozkład temperatur niezbędny do konwekcji zachodzi ze względu na fakt, że na powierzchni woda staje się zimniejsza w miarę parowania.

2. Temperatura powietrza zwykle wyższa niż temperatura powierzchni wody, ponieważ na powierzchni następuje parowanie i woda się ochładza. Dlatego z reguły ciepło dostarczane jest z powietrza na powierzchnię. Jeżeli temperatura powietrza jest niższa, wówczas przepływ ciepła przebiega w przeciwnym kierunku, a szybkość usuwania ciepła zależy od konwekcji powietrza nad powierzchnią wody.

3. Szybkość parowania wpływa na temperaturę powierzchni wody. Im większa jest intensywność parowania, tym więcej energii ponoszą cząsteczki i tym niższa jest temperatura powierzchni. Im niższa temperatura, tym mniej energii w wodzie i mniejsza intensywność parowania.

Widzimy, że wszystkie te czynniki są ze sobą ściśle powiązane: jeśli szybkość parowania wzrasta, temperatura powierzchni cieczy maleje, a zatem wzrasta wymiana ciepła między powierzchnią a słupem wody, z drugiej strony wzrasta wymiana ciepła między wodą powierzchni i powietrza wzrasta, a także przepływ konwekcyjny nad wodą.

Oczywiście tylko model komputerowy może w pełni uwzględnić wszystkie te czynniki.

2.1.1 Nierównomierne podgrzewanie wody.

Rozważmy bardziej szczegółowo proces wymiany ciepła w słupie wody. Prawie zawsze w warunkach nieidealnych temperatura w różnych miejscach cieczy nie jest taka sama: woda odparowuje tylko z góry, dlatego jest chłodzona tylko od góry. Ogrzewanie wody również zwykle przebiega nierównomiernie. Na przykład promienie słoneczne przenikają przez słup wody i podgrzewają go w różny sposób w zależności od przezroczystości wody. Każde inne źródło wyższej lub niższej temperatury również nierównomiernie przekazuje ciepło, np. dłoń osoby trzymającej naczynie.

Jeśli temperatura wody powyżej jest niższa, zaczyna zachodzić konwekcja: zimna woda jest cięższa od gorącej wody, więc zimna woda opada, a gorąca woda unosi się. Ale ponieważ ciecz nie jest całkowicie wymieszana, ale porusza się w całych objętościach, temperatura rozkłada się nierównomiernie. Kiedy następuje konwekcja, ciecz zaczyna poruszać się całymi „kawałkami”. Jeśli w tym przypadku umieścisz termometr w określonym punkcie cieczy, będzie on wskazywał wahania temperatury, co będzie odzwierciedlać ruch „kawałków” gorącej lub zimnej cieczy.

2.1.2. Konwekcja. Reżim laminarny i turbulentny. Liczba Rayleigha. Zależność rodzaju sposobu mieszania cieczy od szybkości przekazywania energii.

Jak wspomniano powyżej, konwekcja jest zjawiskiem, w którym wymiana ciepła następuje w wyniku mieszania substancji. Za jego pomocą gorąca woda przemieszcza się z grubości na powierzchnię, a woda schłodzona w wyniku parowania z kolei przemieszcza się z powierzchni na dno.

Ciecz podgrzewana od dołu lub chłodzona od góry może być mieszana w dwóch trybach: laminarnym i turbulentnym.

Przepływ laminarny to przepływ, w którym płyn porusza się w stałych strumieniach bez mieszania się lub przypadkowych, szybkich zmian prędkości. W przypadku przepływów laminarnych ruch płynu można przedstawić za pomocą linii prądu: wyimaginowanych linii, wzdłuż których poruszają się cząsteczki wody.

Przepływ turbulentny to przepływ, w którym płyn miesza się losowo na skutek dużej różnicy temperatur. W tym przypadku nie da się wskazać konkretnej trajektorii cząstki.

W przypadku przepływu turbulentnego następuje bardziej równomierne wymieszanie całej cieczy. Jeśli w przypadku mieszania laminarnego poruszają się całe „kawałki” o określonej temperaturze, to w przypadku reżimu turbulentnego ciecz ma prawie tę samą temperaturę w całej objętości.

Rodzaj reżimu (laminarny lub turbulentny) określa liczba Rayleigha. Liczba Rayleigha jest wielkością bezwymiarową, oblicza się ją według wzoru

, Gdzie

g - przyspieszenie swobodnego spadania; mierzone w m/s2.

β jest współczynnikiem rozszerzalności cieplnej cieczy; obliczone według wzoru

Gdzie Δ V– zmiana objętości ciała, V– początkowa objętość ciała, Δ T– zmiana temperatury; mierzone w K-1.

ΔT - różnica temperatur między powierzchnią a słupem wody; mierzone w K.

L jest decydującym rozmiarem liniowym powierzchni wymiany ciepła; mierzona w m. Jest to maksymalna długość na powierzchni naczynia, np. dla naczynia okrągłego jest to średnica, dla naczynia prostokątnego jest to przekątna itp.

ν - lepkość kinematyczna cieczy; liczbowo równy ν = 0,000183/(ρ(1 + 0,0337t + 0,000221t2)), gdzie t to temperatura, a ρ to gęstość cieczy; mierzona przy 10-6 m2/s.

χ - dyfuzyjność cieplna cieczy; obliczono według wzoru https://pandia.ru/text/78/415/images/image006_104.gif" alt="\varkappa" width="14 height=10" height="10"> - теплопроводность, cp - удельная теплоемкость, ρ - плотность; измеряется в м2/с. !}

Gdy liczba ta osiągnie pewną, tzw. wartość krytyczną, w cieczy powstają przepływy konwekcyjne. Ta wartość krytyczna jest w przybliżeniu równa. Jeśli liczba Rayleigha jest mniejsza niż 7,4 Racrita, wówczas nie obserwuje się żadnych przepływów. W obszarze od 7,4 Racrit do 9,9 Racrit powstaje jeden główny przepływ laminarny o jednej częstotliwości oscylacji i wiele mniejszych. W przedziale od 9,9 Racrit do 10,97 Racrit pojawia się kolejny główny przepływ laminarny z inną częstotliwością oscylacji, lecz pozostają niewielkie przepływy. Do 11.01 Racrit pojawia się trzeci przepływ laminarny z trzecią częstotliwością. Po 11.01 Racrit następują przepływy burzliwe.

Na wodę i cylindryczne naczynie o wysokości 2,2 cm i promieniu 12,5 cm w temperaturze pokojowej (200 "style="margin-left:-5.3pt;border-collapse:collapse">

ρ = 998,2 kg/m3

β = 0,00015 K-1

ν =1,004*10-6 m2/s

0,6 W/(m*K)

śr = 4183 J/(kg*K)

χ = /(cp*ρ) = 1,437e-7 m2/s

Ra = (g*β*ΔT*L3)/(ν*χ) = 3669

Program tworzący modele parowania wody obliczył różnicę temperatur wynoszącą 0,2°.

Można stwierdzić, że w tych warunkach tryb konwekcyjny jest turbulentny

2.1.3. Temperatura powietrza i jej wpływ na temperaturę wody. Liczby Rayleigha w powietrzu i rodzaj reżimu mieszania powietrza.

Na temperaturę powierzchni wody wpływa również temperatura otaczającego powietrza.

Jeśli temperatura powietrza różni się od temperatury wody, następuje wymiana ciepła między wodą a powietrzem w wyniku wymiany ciepła i konwekcji.

Konwekcję w powietrzu określa się także liczbą Rayleigha. Tam jest ona mniejsza o jeden lub dwa rzędy wielkości, ponieważ lepkość i dyfuzyjność cieplna powietrza jest większa niż wody.

Poniżej znajdują się dane do obliczenia liczby Rayleigha oraz same obliczenia dla powietrza:

ρ = 1,205 kg/m3 β = 0,00343 K-1 ν =15,11*10-6 m2/s 0,0257 W/(m*K) śr = 1005 J/(kg*K)	χ = /(cp*ρ) = 2,122e-5 m2/s Ra = (g*β*ΔT*L3)/(ν*χ) = 40990,072

Konwekcja w powietrzu

Na konwekcję wpływa także wilgotność powietrza. Ponieważ para wodna ma gęstość mniejszą niż powietrze, wilgotne powietrze jest lżejsze od suchego i zaczyna się unosić. Zatem im większa szybkość parowania, tym wyższa wilgotność powietrza, tym intensywniejsza konwekcja.

2.2. Wpływ wilgotności powietrza.

Jak już wspomniano, wraz ze wzrostem wilgotności powietrza nad powierzchnią wody wzrasta kondensacja, czyli maleje intensywność parowania. Dlatego spróbujemy dowiedzieć się, jakie czynniki wpływają na wielkość wilgotności powietrza, w tym celu najpierw sformułowamy dokładną definicję wilgotności.

Wilgotność bezwzględna i względna.

Wilgotność bezwzględna powietrza to masa pary wodnej zawartej w metrze sześciennym powietrza. Ze względu na małą wartość, najczęściej mierzona jest w g/m3. Wilgotność względna to stosunek aktualnej wilgotności bezwzględnej do maksymalnej możliwej wilgotności bezwzględnej w danej temperaturze. Im wyższa temperatura, tym wyższa maksymalna możliwa wilgotność bezwzględna.

2.2.1. Zależność pomiędzy wilgotnością powietrza przy powierzchni wody a wilgotnością powietrza „w nieskończoności”.

Powietrze „w nieskończoności” to powietrze znajdujące się w takiej odległości od powierzchni cieczy, że jego wilgotność nie jest zależna od obecności tej powierzchni. Wilgotność powietrza „w nieskończoności” z pewnością wpływa na wilgotność powietrza na powierzchni. Para z powierzchni wody wypiera parę znajdującą się już w powietrzu, zwiększając w ten sposób wilgotność „do nieskończoności”. Im wyższa wilgotność powietrza w nieskończoności, tym trudniej wznoszącej się parze wodnej wyprzeć parę w nieskończoności i tym mniej intensywne jest parowanie.

2.2.2 Zależność pomiędzy wilgotnością powietrza przy powierzchni wody a szybkością parowania.

Przy wysokiej wilgotności parowanie zachodzi zasadniczo z tą samą szybkością, ale kondensacja zachodzi szybciej, dlatego można uznać, że parowanie zachodzi wolniej. Kondensacja to proces odwrotny do parowania, czyli przejścia ze stanu gazowego do stanu ciekłego.

2.2.3 Zależność wilgotności powietrza przy powierzchni wody od szybkości odpływu pary wodnej z powierzchni wody.

Para wodna, jeżeli jej wilgotność różni się od wilgotności w nieskończoności, przemieszcza się z powierzchni wody na drodze dwóch procesów: dyfuzji i konwekcji.

Dyfuzja to proces wyrównywania stężeń substancji w określonej objętości poprzez przenikanie cząsteczek jednej substancji do drugiej. Zależy to od prędkości ruchu cząsteczek, czyli od temperatury ośrodka. Dyfuzja w gazach zachodzi dość szybko.

Konwekcja- Jest to zjawisko przenoszenia ciepła w wyniku mieszania substancji. Substancja jest mieszana ze względu na różnice temperatur, które mogą być spowodowane parowaniem. Konwekcja, w porównaniu do dyfuzji, zachodzi powoli.

Można również zauważyć, że wiatr, który unosi parę wodną z powierzchni, wpływa na szybkość parowania w większym stopniu niż dwa poprzednie czynniki.

2.2.4 Zależność pomiędzy wilgotnością powietrza na powierzchni a geometrią powierzchni.

Jeśli powierzchnia, z której następuje parowanie, jest mała, pary natychmiast rozpraszają się w otaczającej przestrzeni, jeśli jest duża, to nie od razu, ponieważ zajmują znaczną powierzchnię przestrzeni. Zgodnie ze wzorem J. Daltona na szybkość parowania, który wskazuje na jego zależność od pola powierzchni: P=AS(F-f)/H gdzie S jest powierzchnią naczynia, F jest graniczną sprężystością w danej temperaturze, f jest ciśnienie pary w środowisku, H to ciśnienie, a A to współczynnik zależny od charakteru cieczy. Kształt naczynia również ma znaczenie. Przykładowo, jeśli przy równej powierzchni jedno naczynie jest wydłużone, a drugie okrągłe, to dyfuzja będzie szybciej odprowadzać parę od wydłużonego naczynia, a co za tym idzie, szybciej będzie z niego parować.

Podsumowując, na szybkość parowania wpływają przede wszystkim dwa czynniki: temperatura powierzchni wody i wilgotność powietrza nad powierzchnią, ale na te dwa czynniki wpływa wiele innych. Diagram pokazuje ogólną zależność pomiędzy tymi czynnikami.

Wniosek.

W naszej pracy badaliśmy czynniki wpływające na szybkość parowania wody. W rezultacie stwierdzono, że na szybkość parowania wpływa głównie temperatura na powierzchni wody i wilgotność powietrza nad naczyniem, ale także powierzchnia, konwekcja, dyfuzja i wilgotność „w nieskończoności”. .”

Bibliografia:

1. Wikipedia. http://ru. wikipedia. org/wiki/ Współczynnik rozszerzalności cieplnej. Link jest ważny od dnia 04.02.2012.

2. *****. Lepkość wody. http://www. *****/article/answer/pnanetwater/vyazkost. htm Link ważny na dzień 04.02.2012.

3. Wikipedia. http://ru. wikipedia. org/wiki/Dyfuzyjność termiczna. Link jest ważny od dnia 04.02.2012.

4. Wikipedia. http://ru. wikipedia. org/wiki/ Numer Rayleigha. Link jest ważny od dnia 04.02.2012.

5. Wielka encyklopedia radziecka. Turbulencja. http://www. BSE. *****/bse/id_81476 Link ważny od 04.02.2012.

6. *****. Niestabilności i struktury czasoprzestrzenne. http://innereferaty. *****/physics/_0.html Link ważny od 04.02.2012.

7. Wikipedia. http://ru. wikipedia. org/wiki/ Przewodność cieplna. Link jest ważny od dnia 04.02.2012.

8. Wikipedia. http://ru. wikipedia. org/wiki/Specyficzna pojemność cieplna. Link jest ważny od dnia 04.02.2012.

9. Podręcznik inżynierski Tabele DVPA. informacje. Przegląd: Temperatura, gęstość, ciepło właściwe, objętościowy współczynnik rozszerzalności cieplnej, lepkość kinematyczna i liczba Prandtla dla suchego powietrza pod ciśnieniem atmosferycznym w zakresie -150 / +400 oC. http://www. dpva. info/Guide/GuideMedias/GuideAir/AirMaihHeatPropAndPrandtl/ Link ważny od 04.02.2012.

10. Znaczenie słowa „parowanie” w Słowniku Encyklopedycznym Brockhausa i Efrona. http://be. /article045569.html Link ważny od 04.02.2012.

Wikipedia. http://ru. wikipedia. org/wiki/Dyfuzyjność termiczna. Dane odpowiadają dacie 04.02.12.

Wikipedia. http://ru. wikipedia. org/wiki/ Numer Rayleigha. Dane odpowiadają dacie 04.02.12.

Wielka encyklopedia radziecka. Turbulencja. http://www. BSE. *****/bse/id_81476 Dane odpowiadają dacie 04.02.12.

*****. Niestabilności i struktury czasoprzestrzenne. http://innereferaty. *****/physics/_0.html Dane odpowiadają dacie 04.02.12.

Wikipedia. http://ru. wikipedia. org/wiki/ Współczynnik rozszerzalności cieplnej. Dane odpowiadają dacie 04.02.12.

*****. Lepkość wody. http://www. *****/article/answer/pnanetwater/vyazkost. htm Dane odpowiadają dacie 04.02.12.

Wikipedia. http://ru. wikipedia. org/wiki/ Przewodność cieplna. Dane odpowiadają dacie 04.02.12.

Wikipedia. http://ru. wikipedia. org/wiki/Specyficzna pojemność cieplna. Dane odpowiadają dacie 04.02.12.

Podręcznik inżynierski Tabele DVPA. informacje. Przegląd: Temperatura, gęstość, ciepło właściwe, objętościowy współczynnik rozszerzalności cieplnej, lepkość kinematyczna i liczba Prandtla dla suchego powietrza pod ciśnieniem atmosferycznym w zakresie -150 / +400 oC. http://www. dpva. info/Guide/GuideMedias/GuideAir/AirMaihHeatPropAndPrandtl/ Dane odpowiadają dacie 04.02.12.

Znaczenie słowa „parowanie” w słowniku encyklopedycznym Brockhausa i Efrona. http://be. /article045569.html Dane odpowiadają dacie 04.02.12.

Dodaj swoją cenę do bazy danych

Komentarz

Odparowanie cieczy zachodzi w dowolnej temperaturze i im szybciej im wyższa jest temperatura, tym większa jest wolna powierzchnia odparowującej cieczy i tym szybciej usuwane są pary powstałe nad cieczą.

W określonej temperaturze, w zależności od charakteru cieczy i ciśnienia, pod jakim się ona znajduje, rozpoczyna się parowanie w całej masie cieczy. Proces ten nazywa się gotowaniem.

Jest to proces intensywnego odparowania nie tylko z powierzchni swobodnej, ale także w objętości cieczy. W objętości tworzą się pęcherzyki wypełnione parą nasyconą. Pod wpływem siły wyporu unoszą się do góry i pękają na powierzchni. Ośrodkami ich powstawania są maleńkie pęcherzyki obcych gazów lub cząstki różnych zanieczyszczeń.

Jeżeli pęcherzyk ma wymiary rzędu kilku milimetrów lub więcej, wówczas drugi człon można pominąć i dlatego w przypadku dużych pęcherzyków przy stałym ciśnieniu zewnętrznym ciecz wrze, gdy ciśnienie pary nasyconej w pęcherzykach zrówna się z ciśnieniem zewnętrznym .

W wyniku chaotycznego ruchu nad powierzchnią cieczy cząsteczka pary, wpadając w sferę działania sił molekularnych, ponownie powraca do cieczy. Proces ten nazywa się kondensacją.

Parowanie i wrzenie

Parowanie i wrzenie to dwa sposoby, w jakie ciecz może zmienić się w gaz (parę). Proces takiego przejścia nazywa się parowaniem. Oznacza to, że parowanie i gotowanie są metodami odparowywania. Istnieją znaczne różnice pomiędzy tymi dwiema metodami.

Parowanie zachodzi tylko z powierzchni cieczy. Wynika to z faktu, że cząsteczki dowolnej cieczy stale się poruszają. Co więcej, prędkość cząsteczek jest inna. Cząsteczki poruszające się z odpowiednio dużą prędkością, gdy znajdą się na powierzchni, mogą pokonać siłę przyciągania innych cząsteczek i wylądować w powietrzu. Cząsteczki wody, pojedynczo w powietrzu, tworzą parę. Nie da się zobaczyć par ich oczami. To, co postrzegamy jako mgłę wodną, ​​jest już wynikiem kondensacji (procesu odwrotnego do parowania), gdy po ochłodzeniu para gromadzi się w postaci drobnych kropelek.

W wyniku parowania sama ciecz ochładza się, gdy opuszczają ją najszybsze cząsteczki. Jak wiadomo, temperaturę dokładnie określa prędkość ruchu cząsteczek substancji, czyli ich energia kinetyczna.

Szybkość parowania zależy od wielu czynników. Po pierwsze, zależy to od temperatury cieczy. Im wyższa temperatura, tym szybsze parowanie. Jest to zrozumiałe, ponieważ cząsteczki poruszają się szybciej, co oznacza, że ​​łatwiej im uciec z powierzchni. Szybkość parowania zależy od substancji. W niektórych substancjach cząsteczki są przyciągane silniej i przez to trudniej im wylecieć, w innych są słabsze i przez to łatwiej opuszczają ciecz. Parowanie zależy również od powierzchni, nasycenia powietrza parą i wiatru.

Najważniejszą rzeczą odróżniającą parowanie od wrzenia jest to, że parowanie zachodzi w dowolnej temperaturze i zachodzi tylko z powierzchni cieczy.

W przeciwieństwie do parowania, wrzenie zachodzi tylko w określonej temperaturze. Każda substancja w stanie ciekłym ma swoją własną temperaturę wrzenia. Na przykład woda pod normalnym ciśnieniem atmosferycznym wrze w temperaturze 100°C, a alkohol w temperaturze 78°C. Jednakże wraz ze spadkiem ciśnienia atmosferycznego temperatura wrzenia wszystkich substancji nieznacznie spada.

Kiedy woda się zagotuje, uwalnia się rozpuszczone w niej powietrze. Ponieważ naczynie jest zwykle podgrzewane od dołu, temperatura w dolnych warstwach wody jest wyższa i tam najpierw tworzą się pęcherzyki. Woda paruje do tych pęcherzyków, które nasycają się parą wodną.

Ponieważ bąbelki są lżejsze od samej wody, unoszą się do góry. Ponieważ górne warstwy wody nie nagrzały się do temperatury wrzenia, pęcherzyki ochładzają się, a zawarta w nich para ponownie skrapla się w wodę, pęcherzyki stają się cięższe i ponownie toną.

Kiedy wszystkie warstwy cieczy zostaną podgrzane do temperatury wrzenia, pęcherzyki nie opadają, lecz wypływają na powierzchnię i pękają. Para z nich unosi się w powietrzu. Zatem podczas wrzenia proces parowania zachodzi nie na powierzchni cieczy, ale na całej jej grubości w tworzących się pęcherzykach powietrza. W przeciwieństwie do parowania, gotowanie jest możliwe tylko w określonej temperaturze.

Należy rozumieć, że gdy ciecz wrze, następuje również normalne parowanie z jej powierzchni.

Od czego zależy szybkość parowania cieczy?

Miarą szybkości parowania jest ilość substancji wydostającej się w jednostce czasu z jednostki swobodnej powierzchni cieczy. Angielski fizyk i chemik D. Dalton na początku XIX wieku. odkryli, że szybkość parowania jest proporcjonalna do różnicy między ciśnieniem pary nasyconej w temperaturze parującej cieczy a rzeczywistym ciśnieniem pary rzeczywistej znajdującej się nad cieczą. Jeśli ciecz i para są w równowadze, wówczas szybkość parowania wynosi zero. Dokładniej, tak się dzieje, ale z tą samą prędkością zachodzi również proces odwrotny - kondensacja(przejście substancji ze stanu gazowego lub parowego w ciecz). Szybkość parowania zależy również od tego, czy zachodzi ono w spokojnej, czy ruchomej atmosferze; jego prędkość wzrasta, jeśli powstała para zostanie wydmuchana przez strumień powietrza lub wypompowana za pomocą pompy.

Jeśli parowanie następuje z ciekłego roztworu, wówczas różne substancje odparowują z różną szybkością. Szybkość parowania danej substancji maleje wraz ze wzrostem ciśnienia obcych gazów, takich jak powietrze. Dlatego parowanie do pustki następuje z największą prędkością. Wręcz przeciwnie, dodając do naczynia obcy, obojętny gaz, parowanie można znacznie spowolnić.

Czasami parowanie nazywane jest także sublimacją, czyli sublimacją, czyli przejściem ciała stałego w stan gazowy. Prawie wszystkie ich wzory są naprawdę podobne. Ciepło sublimacji jest większe od ciepła parowania o mniej więcej ciepło topnienia.

Zatem szybkość parowania zależy od:

1. Rodzaj płynu. Ciecz, której cząsteczki przyciągają się z mniejszą siłą, paruje szybciej. Rzeczywiście w tym przypadku większa liczba cząsteczek może pokonać przyciąganie i wylecieć z cieczy.
2. Parowanie zachodzi tym szybciej, im wyższa jest temperatura cieczy. Im wyższa temperatura cieczy, tym większa jest liczba szybko poruszających się w niej cząsteczek, które są w stanie pokonać siły przyciągania otaczających cząsteczek i odlecieć od powierzchni cieczy.
3. Szybkość parowania cieczy zależy od jej powierzchni. Powód ten tłumaczy się faktem, że ciecz odparowuje z powierzchni, a im większa jest powierzchnia cieczy, tym większa jest liczba cząsteczek jednocześnie wylatujących z niej do powietrza.
4. Parowanie cieczy następuje szybciej przy wietrze. Równolegle z przejściem cząsteczek z cieczy do pary zachodzi również proces odwrotny. Poruszając się losowo po powierzchni cieczy, część cząsteczek, które ją opuściły, powraca do niej ponownie. Dlatego masa cieczy w zamkniętym pojemniku nie zmienia się, chociaż ciecz nadal paruje.

wnioski

Mówimy, że woda paruje. Ale co to oznacza? Parowanie to proces, w wyniku którego ciecz znajdująca się w powietrzu szybko zamienia się w gaz lub parę. Wiele płynów odparowuje bardzo szybko, znacznie szybciej niż woda. Dotyczy to alkoholu, benzyny i amoniaku. Niektóre ciecze, takie jak rtęć, odparowują bardzo powoli.

Co powoduje parowanie? Aby to zrozumieć, trzeba zrozumieć naturę materii. O ile nam wiadomo, każda substancja składa się z cząsteczek. Na te cząsteczki działają dwie siły. Jednym z nich jest spójność, która przyciąga ich do siebie. Drugim jest ruch termiczny poszczególnych cząsteczek, który powoduje ich rozbicie.

Jeżeli siła przyczepności jest większa, substancja pozostaje w stanie stałym. Jeżeli ruch termiczny jest tak silny, że przekracza spójność, wówczas substancja staje się lub jest gazem. Jeśli obie siły są w przybliżeniu zrównoważone, mamy ciecz.

Woda jest oczywiście cieczą. Ale na powierzchni cieczy znajdują się cząsteczki, które poruszają się tak szybko, że pokonują siłę przyczepności i odlatują w przestrzeń kosmiczną. Proces opuszczania cząsteczek nazywa się parowaniem.

Dlaczego woda wyparowuje szybciej, gdy jest wystawiona na działanie słońca lub podgrzana? Im wyższa temperatura, tym intensywniejsze ruchy termiczne w cieczy. Oznacza to, że coraz więcej cząsteczek zyskuje prędkość wystarczającą do odlotu. Gdy najszybsze cząsteczki odlatują, prędkość pozostałych cząsteczek średnio maleje. Dlaczego pozostała ciecz ochładza się poprzez parowanie?

Kiedy więc woda wysycha, oznacza to, że zamieniła się w gaz lub parę i stała się częścią powietrza.