Поддать парку и другие примеры испарения

приложений

Испарительное охлаждение

Уже ясно, что только молекулы жидкости, которые увеличивают свою кинетическую энергию, изменяют свою жидкую фазу на газовую фазу.. Одновременно в молекулах жидкости, которые не уходят, происходит уменьшение кинетической энергии с понижением температуры..

Температура жидкости, которая все еще сохраняется в этой фазе, понижается, охлаждается; Этот процесс называется испарительным охлаждением. Это явление позволяет объяснить, почему жидкость, не испаряющаяся при охлаждении, может поглощать тепло из окружающей среды.

Как уже упоминалось выше, этот процесс позволяет регулировать температуру тела нашего тела. Этот процесс испарительного охлаждения также используется для охлаждения сред за счет использования испарительных охладителей..

Сушка материалов

-Испарение на промышленном уровне используется для сушки различных материалов, сделанных из ткани, бумаги, дерева и других..

-Процесс испарения также служит для разделения растворенных веществ, таких как соли, минералы, среди других растворов жидких растворов..

-Испарение используется для сушки предметов, образцов.

-Позволяет восстанавливать многие химические вещества или продукты.

Сушка веществ

Этот процесс необходим для сушки веществ в большом количестве биомедицинских и исследовательских лабораторий в целом..

Существуют центробежные и роторные испарители, которые используются для максимального удаления растворителей нескольких веществ одновременно. В этих устройствах или специальном оборудовании концентрируются образцы, которые медленно подвергаются вакууму до процесса испарения..

Насыщенный пар и динамическое равновесие между паром и жидкостью

Рассмотрим испарение жидкости в закрытом сосуде (рисунок 6).

Рисунок 6. Жидкость и пар в динамическом равновесии

Вначале испарение будет идти точно так же как и в открытом сосуде: количество вылетающих молекул будет больше количества молекул, которые возвращаются обратно в жидкость. Но они не могут улететь в окружающую среду, поэтому плотность пара над поверхностью жидкости будет постепенно увеличиваться.

С увеличением плотности пара будет увеличиваться и число молекул, возвращающихся обратно в жидкость. Постепенно, число молекул, вылетающих из жидкости, станет равным числу молекул, возвращающихся в нее. Число молекул пара над жидкостью станет постоянным — наступит динамическое равновесие между паром и жидкостью.

В таком случае пар называют насыщенным.

При динамическом равновесии масса жидкости в закрытом сосуде несмотря на испарение не изменяется.

ссылки

1. Химия LibreTexts. (20 мая 2018 г.) Испарение и конденсация. Получено от: chem.libretexts.org
2. Хименес В. и Макарулла Дж. (1984). Физиологическая Физикохимия. (6та. ред). Мадрид: Межамериканское
3. Уиттен К., Дэвис Р., Пек М. и Стэнли Г. (2008). Химия. (8AVA. ред). CENGAGE Обучение: Мексика.
4. Wikipedia. (2018). Испарение. Получено с: https://en.wikipedia.org/wiki/Evaporation
5. Фенхель Дж. (2018). Что такое испарение? – Определение и примеры. Исследование. Получено с: study.com
6. Малский, Мэллори. (16 апреля 2018 г.) Примеры испарения и дистилляции. Sciencing. Получено от: sciencing.com

Виды изменений жидкости при нагревании

Фазовый переход — превращение вещества из одного агрегатного состояния в другое. Понятие это более общее, чем положение о твёрдой, жидкой и газообразной формах. Различные фазы могут находиться в пределах одного физического положения воды и называются сообразно физике процесса. Определения переходов жидкости под влиянием температуры:

1. Парообразование — явление превращения состояния жидкого вещества в газообразное. Сопровождается поглощением энергии: происходит переток внешнего нагревания во внутренний энергетический потенциал предмета.
2. Испарение — парообразование с водной поверхности, которое происходит при любой температуре. Это постоянный процесс, его скорость может зависеть от величины градуса, присутствия ветра, площади зеркальной глади.
3. Кипение — образование пара по всему объёму воды или иной жидкости. Для инициирования процесса нужно нагреть вещество до какой-то определённой температуры, называемой точкой кипения: в случае Н2О — 100ºС. Величина градуса остаётся неизменной на всё время протекания процесса.

Испарение жидкости — что это за процесс в физике

Испарение является основным путем, по которому вода переходит из жидкого состояния обратно в круговорот воды в природе в виде атмосферного водяного пара. Исследования показали, что океаны, моря, озера и реки обеспечивают почти 90 % влаги в атмосфере за счет испарения, а остальные 10 % приходятся на транспирацию растений.

Очень небольшое количество водяного пара попадает в атмосферу посредством сублимации — процесса, посредством которого вода превращается из твердого вещества (льда или снега) в газ, минуя жидкую фазу. Это часто случается в скалистых горах, когда в конце зимы и начале весны с Тихого океана дуют сухие и теплые ветры.

Когда сухой воздух попадает на снег, он превращает снег непосредственно в водяной пар, минуя жидкую фазу. Сублимация — распространенный способ быстрого исчезновения снега в засушливом климате.

Лужа воды, оставленная нетронутой, в конце концов исчезает. Молекулы жидкости переходят в газовую фазу, превращаясь в водяной пар. Испарение — это процесс, при котором жидкость превращается в газ в виде пара ниже температуры кипения жидкости.

Если вместо этого вода хранится в закрытом контейнере, молекулы водяного пара не имеют возможности вырваться в окружающую среду, и поэтому уровень воды не меняется. Когда некоторые молекулы воды превращаются в пар, равное количество молекул водяного пара конденсируется обратно в жидкое состояние.

Процесс образования пара, что при этом происходит

В процессе испарения молекулы покидают жидкость, а также уносят с собой часть ее внутренней энергии. Известно, что температура оказывает влияние на скорость, с которой движутся молекулы. При одинаковой температуре скорость молекул, расположенных рядом, может несильно отличаться.

Однако определенная часть молекул будет перемещаться так быстро, что способна преодолеть притяжение других молекул, и покинуть жидкость. Данные молекулы испаряются, унося с собой энергию. Испарение является эндотермическим процессом, то есть протекает с поглощением энергии, которая высвобождается вместе с молекулами.

В результате потерь тепловой энергии в процессе испарения жидкость остывает. При повышении скорости испарения температура понижается сильнее. В том случае, когда жидкость испаряется медленно, тепловые потери восполняются. Это объясняется частичной отдачей тепловой энергии молекулами окружающего воздуха молекулам жидкости, что исключает значительное понижение ее температуры.

От чего зависит скорость испарения

Скорость испарения зависит от нескольких факторов. К ним относят:

• силу притяжения молекул к соседним, что определяется родом вещества;
• площадь поверхности жидкости;
• движение воздуха над поверхностью вещества;
• температуру.

Известно, что жидкости испаряются с неодинаковой скоростью. К примеру, вода будет испаряться медленнее, чем ацетон, так как сила притяжения молекул воды друг к другу больше, чем аналогичный показатель, характерный для молекул ацетона.

Примечание

В физике принято говорить не о силе притяжения молекул, а об их потенциальной энергии взаимодействий. Данная формулировка применима для описания процесса испарения веществ.

Скорость испарения также определяется движением воздуха над ее поверхностью. Некоторые молекулы, которые испаряются, не обладают запасом кинетической энергии. Такие молекулы находятся вблизи вещества и возвращаются через какое-то время обратно. Если дует ветер, то такие молекулы улетают без возможности вернуться назад. Таким образом, скорость испарения жидкости увеличивается.

Известно, что молекулы испаряются с поверхности. В связи с этим, испарение веществ происходит быстрее, если площадь поверхности больше.

Жидкости испаряются, независимо от температуры. При нагреве процесс ускоряется. Это связано с ростом числа молекул, которые обладают энергией, достаточной для высвобождения из вещества. Когда температура повышается, увеличивается количество молекул с кинетической энергией, превышающей потенциальную энергию взаимодействия молекул с соседними молекулами.

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. Кроме того, фазовый переход жидкости и газа играет важную роль в существовании живых организмов и экосистеме планеты в целом.

В организме человека, животных и растений

Испарение играет важную роль в процессе саморегуляции температуры тела человека и большинства млекопитающих. Поскольку чрезмерное тепло для них вредно или даже смертельно (при 42,2 °C в крови происходит свёртывание белка, что приводит к быстрой смерти), в процессе эволюции организм разработал систему самоохлаждения — потоотделение. Она задействуется при пребывании в жарких или душных помещениях, тяжёлом физическом труде, болезнях.

Через поры на коже выделяется жидкость, которая затем быстро испаряется. Это позволяет быстро избавиться от лишней энергии и охладить тело, нормализовав температуру. Некоторые животные инстинктивно пытаются усилить этот процесс — например, собаки в жаркую погоду открывают рот и высовывают язык.

Представители флоры обладают похожим защитным механизмом. Чтобы не перегреться на солнце, они запускают процесс испарения ранее поглощённой воды, тем самым охлаждаясь. Поэтому в летнюю пору садоводы усиленно поливают культурные растения, предотвращая их засыхание или выгорание в самые жаркие дни.

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.

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.

Испарение воды растениями

Растение потребляет из земли минеральные соли, растворенные в воде. Вода требуется для перемещения питательных элементов. Наконец, она нужна для создания органических веществ. Большая же часть воды испаряется листьями растений.

Убедиться в том, что совершается процесс испарения воды у растений очень легко. Возьмем любое растение и введем один из ее листьев, не отрывая его, в чистую сухую прозрачную емкость. Прикроем ватой отверстие емкости и поместим ее на какую-либо подставку. Польем растение теплой водой, оставим его на свету. 

Уже через несколько часов на внутренней стенке колбы можно будет видеть капельки воды. Эту воду выделил лист в виде пара. Пар сгустился в капельки воды на стенках колбы.

Опыт показывает, что у растений посредством листьев происходит испарение воды.

Растительный организм способен испарять значительное количество воды, причем у каждого вида по-разному.

Огромную роль в испарении воды играют устьица. Давайте вспомним строение устьиц, для того, чтобы определить какую роль они играют в жизни растений.

Каждое устьице состоит из двух замыкающих клеток, между которыми находится щель. У очень многих растений устьица расположены с нижней стороны листа, но не у всех. Познакомимся на рисунке.

Устьица в жизни растений играют роль форточек, через которые клетки мякоти листа сообщаются с окружающей средой.

Испарение воды во многом зависит от состояния устьиц и условий внешней среды.

Так, днем, на свету, устьица обычно открыты, и испарение идет более активно. Ночью же температура обычно понижается и устьица закрываются. Роль устьиц заключается в регулировании испарения воды у растений. К примеру, в засушливую погоду, когда у растений бывает недостаток влаги, устьица закрываются, и испарения не происходит, так как она необходима для других процессов. И, наоборот, в дождливую погоду, при избытке воды, испарение будет интенсивным. Так проявляется зависимость испарения от условий окружающей среды.

Попробуем выявить, какое значение имеет испарение воды для растений?

Прежде всего, листья, испаряя воду, получают ее из корня и стебля. Вода перемещается и разносит растворенные минеральные соли к органам растений. Соответственно, испарение имеет большое значение в перемещении веществ по растительному организму.

Самое главное значение испарения воды в жизни растений – это предохранение от перегревания солнцем. К примеру, смочите руку и помашите ею – вода испаряется и рука охлаждается. Точно так же в результате испарения воды охлаждаются листья. Причем свою роль регуляторов здесь выполняют устьица. В жаркую погоду в лесу дотроньтесь до листьев деревьев, и вы почувствуете прохладу.

Таким образом, испарение воды в жизни растений имеет приспособительный характер.

Испарение твердых тел

Некоторые твёрдые тела тоже могут испаряться. Испарение твердых тел называют возгонкой (или сублимацией). 

Например, таким свойством обладает лёд. Это объясняет то, что белье после стирки высыхает и на зимнем морозе. Нафталин испаряется при комнатной температуре, поэтому мы чувствуем его запах. 

Запах создается молекулами, оторвавшимися от вещества и достигшими нашего носа. Поэтому говорят, что всякое пахнущее твёрдое вещество возгоняется в значительной степени.

На самом деле испаряются все твердые тела (даже железо). Но плотность насыщенного пара оказывается настолько мала, что обнаружить его очень сложно, иногда практически невозможно.

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.

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.