Реферат пароутворення і конденсація
Обновлено: 07.07.2024
Жидкости могут превращаться в пар – такой процесс называют парообразованием. Существует и обратный процесс – конденсация, во время которого молекулы пара возвращаются в жидкость. Разберем эти процессы подробнее.
Процесс образования пара — парообразование
Жидкости имеют свойство переходить из жидкого состояния в газообразное — пар. Превращение жидкости в пар называется парообразованием.
Парообразование – это превращение жидкости в пар (газ).
Нальем в емкость какую-либо жидкость — например, воду, эфир, спирт, бензин, и т. п. Если не накрывать емкость крышкой, то через некоторое время количество жидкости в емкости уменьшается. Это происходит из-за парообразования.
Когда парообразование происходит на поверхности, его называют испарением.
Испарение – это образование пара на поверхности жидкости. Жидкости испаряются при любой температуре.
Примечание: Жидкости могут превращаться в пар с помощью двух процессов – испарения и кипения (ссылка).
Что происходит во время испарения
Во время испарения:
- с поверхности тела вылетают молекулы;
- улетающие молекулы уносят с собой часть внутренней энергии этого тела.
Почему при быстром испарении температура жидкости ощутимо понижается
Мы знаем, что температура влияет на скорость движения молекул.
При одной и той же температуре скорости соседних молекул немного различаются. Одни молекулы будут двигаться несколько быстрее других.
Часть молекул будет двигаться насколько быстро, что преодолеет притяжение соседних молекул жидкости и покинет ее. Такие молекулы испаряются и уносят с собой энергию.
Испарение – это эндотермический процесс. Он происходит с поглощением энергии.
Куда тратится полученная энергия? Ее забирают с собой испарившиеся молекулы, вылетевшие из жидкости.
Примечание: Из-за потерь тепловой энергии при испарении температура жидкости понижается. Чем быстрее испаряется жидкость, тем сильнее понижается ее температура.
Если же испарение происходит медленно, то потери теплоты успевают восполниться. Молекулы окружающего воздуха будут отдавать часть своей (тепловой) энергии молекулам жидкости и ее температура значительно понижаться не будет.
При быстром испарении температура жидкости понижается, а при медленном –значительно понижаться не успевает, так как теплопотеря восполняется из окружающей среды.
Могут ли испаряться твердые тела
Испаряются не только жидкости, но и твердые тела.
Жителям северных районов известно, что кусочки льда, не прикрытые снегом, со временем уменьшаются в размерах. Происходит выветривание льда. Лед испаряется даже при минусовой температуре воздуха.
От чего зависит скорость испарения
Скорость, с которой вещество испаряется, зависит от:
- силы, с которой молекулы вещества притягиваются к соседним молекулам (род вещества),
- площади поверхности жидкости,
- движения воздуха над поверхностью жидкости (дует ли ветер, или нет),
- температуры (чем выше температура, тем интенсивнее испарение).
Рассмотрим влияние каждого из этих факторов подробнее.
Рис. 2. Скорость испарения зависит от рода вещества, температуры, площади поверхности тела и наличия движения воздуха над поверхностью тела
Как влияет на испарение род вещества
Из жизненного опыта известно, что некоторые жидкости испаряются быстрее, другие — медленнее.
Возьмем воду и ацетон при одинаковой температуре и сравним скорости их испарения.
Если капнуть ацетон на руку, он начнет быстро испаряться и в месте контакта мы будем ощущать холод.
Примечание: Ощущение холода возникает из-за того, что испаряющиеся молекулы уносят с собой тепловую энергию.
А если руку смочить водой, то значительного ощущения холода не возникает.
Вода будет испаряться медленнее, потому, что молекулы воды притягиваются друг к другу сильнее, чем молекулы ацетона. Из-за этого, скорость испарения воды меньше скорости, с которой испаряется ацетон.
Рис. 3. Молекулы воды притягиваются друг к другу сильнее, чем молекулы ацетона. Из-за этого, ацетон испаряется быстрее воды
Быстро испаряющиеся вещества химики иногда называют летучими. Примерами таких летучих веществ могут служить медицинский спирт, бензин, ацетон и т. п. Такие вещества хорошо испаряются, потому, что невелики силы притяжения между их молекулами.
Скорость испарения зависит от рода вещества. В быстро испаряющихся веществах малы силы притяжения между молекулами.
Как влияет на испарение движение воздуха над поверхностью
Скорость испарения жидкости возрастает, когда воздух над ее поверхностью приходит в движение.
Некоторые испаряющиеся молекулы не имеют запаса кинетической энергии, чтобы улететь подальше от своей жидкости. Они остаются близко к поверхности и спустя какое-то время возвращаются назад в жидкость. Движение воздуха эти вылетевшие молекулы подхватывает и уносит, не давая им вернуться назад. Из-за этого, скорость испарения жидкости увеличивается.
Рис. 4. Из-за ветра скорость испарения жидкости увеличивается — движение воздуха подхватывает испарившиеся молекулы и уносит, не давая им вернуться назад в жидкость
Если подуть на мокрую руку, мы почувствуем ощущение прохлады отчетливее. Возникшее движение воздуха увеличило количество испаряющихся молекул. И теперь из жидкости уходит больше тепловой энергии. Это повлияло на усиление ощущения холода.
Когда над поверхностью жидкости движется воздух, жидкость испаряется быстрее.
Как влияет на испарение площадь поверхности жидкости
Нальем одинаковое количество воды в стакан и в блюдечко. Оставим эти емкости на столе на некоторое время. Через несколько дней мы заметим, что в стакане количество воды уменьшилось, а из блюдца вода испарилась полностью. Вода из блюдца испарилась быстрее, потому, что имела большую площадь поверхности.
Рис. 5. Чем больше поверхность жидкости, тем быстрее она испаряется, ведь испарение происходит на поверхности
Процесс испарения происходит у поверхности жидкости. Поэтому, чем больше поверхность жидкости, тем быстрее будет испаряться жидкость.
Скорость испарения жидкости зависит от площади ее поверхности. Чем больше площадь поверхности, тем быстрее испаряется жидкость.
Как влияет на испарение температура
Жидкости испаряются при любой температуре. А с ростом температуры скорость испарения возрастает. Потому, что возрастает количество молекул, обладающих энергией, достаточной, чтобы покинуть жидкость.
Рис. 6. С ростом температуры скорость испарения возрастает, потому, что все больше молекул обладает энергией, достаточной, чтобы покинуть жидкость
Примечание: Зависимость испарения от температуры в некоторых учебниках описывают так: При повышении температуры все большее количество молекул жидкости имеют кинетическую энергию, превышающую потенциальную энергию взаимодействия с соседними молекулами. Поэтому, с ростом температуры, скорость испарения жидкости возрастает.
Скорость испарения жидкости зависит от ее температуры. Чем выше температура, тем быстрее испаряется жидкость.
Примечание: Процесс образования пара в одних случаях называют испарением, а в других – кипением (ссылка).
Какой пар называют насыщенным
Из-за испарения воздух над жидкостью всегда содержит какое-то количество молекул, вылетевших из жидкости. Некоторые из испарившихся молекул могут вернуться обратно в жидкость. Рассмотрим процесс испарения и возвращения молекул подробнее. Для этого сопоставим, как происходит испарение в закрытом и открытом сосудах.
Сравним испарение в открытом и закрытом сосудах
Рассмотрим сосуд, например, кастрюльку, в которой происходит испарение жидкости.
Поначалу накрывать крышкой ее не будем. Молекулы, вылетевшие из открытого сосуда, будут уноситься движением окружающего кастрюльку воздуха. Благодаря этому масса жидкости в открытом сосуде со временем уменьшится.
Если же емкость накрыта крышкой (пробкой), то часть испарившихся молекул будет возвращаться обратно в жидкость. Потому, что в закупоренном сосуде нет движения больших масс воздуха над жидкостью. Поэтому, некоторые из испарившихся молекул вернутся из воздуха обратно в жидкость.
Масса жидкости, находящейся в закупоренном сосуде, со временем не меняется. Поэтому, жидкости хранят в сосудах, плотно закупоренных пробками.
Что такое динамическое равновесие пара и жидкости
Пусть жидкость находится в закрытом сосуде и испаряется. Поначалу, количество испаряющихся молекул увеличивается. Плотность пара, находящегося над жидкостью, возрастает.
Некоторые из вылетевших молекул возвращаются обратно в жидкость. Но при этом число вылетевших молекул, больше числа вернувшихся обратно.
Пар над жидкостью ненасыщенный, когда число вылетевших молекул больше числа вернувшихся в жидкость.
Время течет и плотность пара над жидкостью продолжает возрастать. Будет возрастать и количество вернувшихся в жидкость молекул.
А когда число вылетевших молекул сравняется с числом вернувшихся, плотность пара станет максимальной.
Теперь, если несколько молекул вылетит из жидкости, то такое же количество других молекул из пара вернется обратно в жидкость.
Такое состояние пара и жидкости называют динамическим равновесием. А пар называют насыщенным.
Рис. 7. Если несколько молекул вылетит из жидкости и одновременно такое же количество других молекул из пара вернется обратно в жидкость, то пар насыщенный. Такое состояние пара и жидкости называют динамическим равновесием
Пар над жидкостью насыщенный, когда число вылетевших молекул равно числу вернувшихся в жидкость. Такое состояние пара и жидкости — динамическое равновесие. Плотность насыщенного пара – самая высокая при любой выбранной температуре. Чем выше температура, тем больше будет плотность насыщенного пара.
Где применяется испарение
Благодаря испарению высыхают развешенные для просушки постиранные вещи.
На электро- и теплостанциях используются большие испарительные колонны – градирни. Они, благодаря испарению, охлаждают большое количество воды, использующейся там для технических нужд.
В кондиционерах и холодильниках применяют высоко летучие жидкости. Испаряясь, эти жидкости охлаждают воздух в помещениях или продукты, хранящиеся внутри холодильника.
И даже в космонавтике процесс испарения играет важную роль. Корпуса спускаемых космических аппаратов покрывают веществами, способными быстро испаряться. Проходя через атмосферу, оболочка капсулы разогревается. А вещество покрытия, испаряясь, охлаждает капсулу и спасает находящихся внутри космонавтов от действия высоких температур.
Что такое конденсация
Если закупоренный прозрачный сосуд с водой из теплого места переместить в прохладное, то через некоторое время на стенках этого сосуда появятся капельки.
Капли жидкости на стенках появляются потому, что существует процесс, обратный испарению. Во время такого процесса молекулы из пара возвращаются обратно в жидкость.
Конденсация – это переход молекул из пара в жидкость, процесс обратный парообразованию.
Круговорот воды в природе происходит благодаря процессам конденсации и испарения. Конденсация – это причина появления росы и осадков.
Что происходит во время конденсации
Во время конденсации происходит смена агрегатного состояния вещества:
- молекулы пара из воздуха возвращаются обратно в жидкость;
- возвратившиеся молекулы приносят с собой энергию, которая при их переходе в жидкость передается в окружающее пространство.
Дело в том, что молекулы, находящиеся в жидкости, будут двигаться медленнее молекул пара. Когда молекулы пара конденсируются в жидкость, их кинетическая энергия уменьшается. Излишки энергии передаются в окружающую среду.
Процесс конденсации – экзотермический процесс, потому, что при конденсации в окружающую среду выделяется энергия.
Цель работы: Подробно изучить явление парообразования и конденсации
Провести опыты с парообразованием и конденсацией
Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием, а обратный переход – конденсацией.
Парообразование может происходить двумя способами : с помощью испарения и кипения
Испарение – это превращение или переход жидкости в газ (пар) со свободной поверхности жидкости.
Испарение обусловлено хаотическим движением молекул и происходит только со свободной поверхности, граничащей с газообразной средой. Вылетая из жидкости, молекулы должны преодолеть силы притяжения, действующие со стороны других молекул, т.е. совершить работу выхода. Сделать это могут только быстрые молекулы, обладающие наибольшей кинетической энергией
2.1)Факторы, влияющие на скорость испарения:
1. Строение вещества
В первую очередь испарение связано со строением самого вещества. Можно привести следующий пример: возьмём две бумажные салфетки, смочим одну салфетку водой, а другую – эфиром. Можно заметить, что та салфетка, которая смочена эфиром, высохнет гораздо быстрее. Это объясняется тем, что сила взаимодействия между молекулами эфира гораздо меньше, чем сила взаимодействия между молекулами воды. И поэтому испарение происходит у эфира быстрее.
2. Площадь поверхности
Площадь свободной поверхности жидкости играет очень важную роль: если площадь поверхности достаточно большая, то количество частиц, покидающих жидкость, будет, конечно же, больше, и в этом случае испарение будет происходить быстрее. Можно привести такой пример: если в блюдце налить воду и такое же количество воды налить в стакан, то из блюдца испарение будет происходить гораздо быстрее
3. Температура
Ещё одно явление, которое влияет на испарение, – это изменение температуры. Чем температура выше, тем быстрее происходит испарение. То есть, нагревая тело, мы можем увеличивать скорость процесса испарения, ускорять его, или, наоборот, если мы будем понижать температуру, то процесс испарения будет замедляться. Объясняется это тем, что с увеличением температуры возрастает скорость движения частиц. А раз скорость движения возрастает, то большее количество частиц может покинуть жидкость и перейти в газообразное состояние.
Поскольку движение частиц происходит непрерывно, то процесс испарения также непрерывен. Поскольку при любой температуре движение частиц не прекращается, то и испарение может происходить практически при любой температуре. Поэтому испарение происходит даже при низкой температуре. Например, лужи на улице высыхают не только летом, когда жарко, но и осенью, когда холодно .Отличается лишь скорость высыхания луж.
4. Ветер
Следующий фактор, который влияет на испарение, – это наличие ветра. Над поверхностью жидкости образуется газ. Процесс испарения продолжается непрерывно. Но точно так же будет происходить процесс возвращения молекул обратно в жидкость. Если же дует ветер, то он уносит молекулы, которые перешли из жидкости в газ, и не даёт им вернуться обратно в жидкость. В этом случае процесс испарения ускоряется, то есть скорость испарения возрастает.
В быту часто встречается испарение в закрытых сосудах. К примеру, если взять кастрюлю, в которой находится вода, то на поверхности крышки с внутренней стороны образуются капельки воды.
Кроме испарения существует и обратный ему процесс, который называется конденсацией
То есть, конденсация – это процесс перехода пара в жидкость. Этот процесс происходит всегда с выделением количества теплоты (так как внутренняя энергия вещества уменьшается). То есть температура окружающих тел будет повышаться (жидкость передаёт избыточную энергию окружающим телам).
Конденсация происходит так же непрерывно, как и испарение. Точнее, можно сказать, что эти два процесса происходят одновременно, непрерывно.
Подтверждением этого, например, является образование облаков, ведь облака – это сконденсированная жидкость. Выпадение росы или, например, дождь, который идёт, – это всё процессы, которые связаны с конденсацией.
Кипение – это процесс интенсивного перехода жидкости в газообразное состояние, сопровождающийся образованием пузырьков пара и происходящий по всему объему жидкости при определенной температуре, которую называют температурой кипения.
Температура кипения— температура, при которой происходит кипение жидкости, находящейся под постоянным давлением
4.1)Описание протекания процесса кипения на примере кипения воды
Сравним два вида парообразования между собой. Процесс кипения более интенсивен, чем процесс испарения. Кроме того процесс испарения протекает при любой температуре выше температуры плавления, а процесс кипения – строго при определенной температуре, которая является различной для каждого из веществ и называется температурой кипения . Еще следует отметить, что испарение происходит только со свободной поверхности жидкости, а кипение – сразу со всего объема.
Представим ситуацию, с которой многие из нас неоднократно сталкивались – это нагревание и кипячение воды в некотором сосуде, например, в кастрюле. В ходе нагревания воде будет передаваться определенное количество теплоты, что будет приводить к увеличению ее внутренней энергии и увеличению активности движения молекул. Этот процесс будет протекать до определенного этапа, пока энергия движения молекул не станет достаточной для начала кипения.
В воде присутствуют растворенные газы ,которые выделяются в ее структуре, что приводит к так называемому возникновению центров парообразования. Т. е. именно в этих центрах начинает происходить выделение пара, и по всему объему воды образовываются пузырьки, которые наблюдаются при кипении. Важно понимать, что в этих пузырьках находится не воздух, а именно пар, который образовывается в процессе кипения. После образования пузырьков количество пара в них растет, и они начинают увеличиваться в размерах. Зачастую, изначально пузырьки образуются вблизи стенок сосуда и не сразу поднимаются на поверхность; сначала они, увеличиваясь в размерах, оказываются под воздействием нарастающей силы Архимеда, а затем отрываются от стенки и поднимаются на поверхность, где лопаются и высвобождают порцию пара.
Важно выделить тот факт, что температура, при которой проходит процесс кипения, остается неизменной даже в том случае, если увеличивать интенсивность подвода тепла к жидкости
Температура кипения воды при нормальном давлении составляет 100°С.
Интересен тот факт, что температура кипения жидкостей зависит от величины атмосферного давления,. При возрастании давления воздуха возрастает и температура кипения жидкости, при уменьшении, наоборот, уменьшается.
На этой зависимости температуры кипения от давления окружающей среды основан принцип работы такого известного кухонного прибора, как скороварка .Она представляет собой кастрюлю с плотно закрывающейся крышкой, под которой в процессе парообразования воды давление воздуха с паром достигает значения до 2 атмосферных давлений, что приводит к увеличению температуры кипения воды в ней до . Из-за этого вода с продуктами в ней имеют возможность нагреться до температуры выше, чем обычно , и процесс приготовления ускоряется. Из-за такого эффекта устройство и получило свое название.
Ситуация с уменьшением температуры кипения жидкости с понижением атмосферного давления также имеет пример из жизни, но уже не повседневной для многих людей. Относится такой пример к путешествиям альпинистов в высокогорных районах. Оказывается, что в местности, находящейся на высоте 3000–5000 м, температура кипения воды из-за
уменьшения атмосферного давления снижается до и более низких значений, что приводит к сложностям при приготовлении пищи в походах, т. к. для эффективной термической обработки продуктов в таком случае требуется значительно большее время, чем при нормальных условиях. На высотах около 7000 м температура кипения воды доходит до , что приводит к невозможности приготовления многих продуктов в таких условиях
1)С помощью пипетки нанесем на стеклянную пластину две капли воды. Одну каплю размажем на возможно большую площадь, другую оставим так. Вывод: испарение жидкости происходит тем быстрее, чем больше площадь её свободной поверхности.
2) Нанесем на две стеклянные пластины по капле воды. Одну пластину поместим под лампу, а другую оставим при комнатной температуре. Вывод: испарение происходит быстрее при более высокой температуре жидкости.
3) Закипание воды при пониженном давлении!
Для опыта понадобится: горячая вода, шприц, бутылка.
1. Наливаем в бутылку только что вскипевшую воду.
2. Вставляем в горлышко бутылки шприц.
3. Втягиваем шприц, а затем отпускаем обратно.
Итог: при поднимании поршня над горячей водой она закипает; при опускании поршня кипение прекращается. Это связано с пониженным давлением, возникающим при увеличении объема.
Явление превращения вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием. Парообразование может осуществляться в виде двух процессов: испарение и кипение.
Испарение
Испарение происходит с поверхности жидкости при любой температуре. Так, лужи высыхают и при 10 °С, и при 20 °С, и при 30 °С. Таким образом, испарением называется процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное, происходящий с поверхности жидкости при любой температуре.
С точки зрения молекулярно-кинетической теории строения вещества испарение жидкости объясняется следующим образом. Молекулы жидкости, участвуя в непрерывном движении, имеют разные скорости. Наиболее быстрые молекулы, находящиеся на границе поверхности воды и воздуха и имеющие сравнительно большую энергию, преодолевают притяжение соседних молекул и покидают жидкость. Таким образом, над жидкостью образуется пар.
Поскольку из жидкости при испарении вылетают молекулы, обладающие большей внутренней энергией по сравнению с энергией молекул, остающихся в жидкости, то средняя скорость и средняя кинетическая энергия молекул жидкости уменьшаются и, следовательно, температура жидкости уменьшается.
Скорость испарения жидкости зависит от рода жидкости. Так, скорость испарения эфира больше, чем скорость испарения воды и растительного масла. Кроме того, скорость испарения зависит от движения воздуха над поверхностью жидкости. Доказательством может служить то, что бельё сохнет быстрее на ветру, чем в безветренном месте при тех же внешних условиях.
Скорость испарения зависит от температуры жидкости. Например, вода при температуре 30 °С испаряется быстрее, чем вода при 10 °С.
Хорошо известно, что вода, налитая в блюдце, испариться быстрее, чем вода такой же массы, налитая в стакан. Следовательно, скорость испарения зависит от площади поверхности жидкости.
Конденсация
Процесс превращения вещества из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией.
Процесс конденсации происходит одновременно с процессом испарения. Молекулы, вылетевшие из жидкости и находящиеся над её поверхностью, участвуют в хаотическом движении. Они сталкиваются с другими молекулами, и в какой-то момент времени их скорости могут быть направлены к поверхности жидкости, и молекулы вернутся в неё.
Если сосуд открыт, то процесс испарения происходит быстрее, чем конденсация, и масса жидкости в сосуде уменьшается. Пар, образующийся над жидкостью, называется ненасыщенным.
Если жидкость находится в закрытом сосуде, то вначале число молекул, вылетающих из жидкости, будет больше, чем число молекул, возвращающихся в неё, но с течением времени плотность пара над жидкостью возрастет настолько, что число молекул, покидающих жидкость, станет равным числу молекул, возвращающихся в неё. В этом случае наступает динамическое равновесие жидкости с её паром.
Пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называется насыщенным паром.
Если сосуд с жидкостью, в котором находится насыщенный пар, нагреть, то вначале число молекул, вылетающих из жидкости, увеличится и будет больше, чем число молекул, возвращающихся в неё. С течением времени равновесие восстановится, но плотность пара над жидкостью и соответственно его давление увеличатся.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 1 г. Сельцо
ПО ФИЗИКЕ
КИПЕНИЕ ИСПАРЕНИЕ КОНДЕНСАЦИЯ
1.2. Как происходит испарение…………………………………………………..5
1.8. Роль испарения в жизни растений…………………………………………..9
1.9. Использование испарения в промышленности и быту…………………. 10
1.11. Круговорот воды в природе……………………………………………….11
2.1. Испарение воды в стакане………………………………………………….14
4.Список используемой литературы………………………. 23
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1.Испарение
Испарение — это переход вещества из жидкого состояния в газообразное (пар), происходящее со свободной поверхности жидкости.
Из повседневных наблюдений известно, что количество любой жидкости (бензина, эфира, воды), находящейся в открытом сосуде, постепенно уменьшается. Жидкость не исчезает бесследно — она превращается в пар.
Испарение — это один из видов парообразования. Другой вид — это кипение.
Механизм испарения . Как происходит испарение? Молекулы любой жидкости находятся в непрерывном и беспорядочном движении, причем, чем выше температура жидкости, тем больше кинетическая энергия молекул. Среднее значение кинетической энергии имеет определенную величину. Но у каждой молекулы кинетическая энергия может быть как больше, так и меньше средней. Если вблизи поверхности окажется молекула с кинетической энергией, достаточной для преодоления сил межмолекулярного притяжения, она вылетит из жидкости. То же самое повторится с другой быстрой молекулой, со второй, третьей и т. д. Вылетая наружу, эти молекулы образуют над жидкостью пар. Образование этого пара и есть испарение.
Поглощение энергии при испарении. Поскольку при испарении из жидкости вылетают более быстрые молекулы, средняя кинетическая энергия оставшихся в жидкости молекул становится все меньше и меньше. Это значит, что внутренняя энергия испаряющейся жидкости уменьшается. Поэтому если нет притока энергии к жидкости извне, температура испаряющейся жидкости понижается, жидкость охлаждается (именно поэтому, в частности, человеку в мокрой одежде холоднее, чем в сухой, особенно при ветре).
Однако при испарении воды, налитой в стакан, мы не замечаем понижения ее температуры. Чем это объяснить? Дело в том, что испарение в данном случае происходит медленно, и температура воды поддерживается постоянной за счет теплообмена с окружающим воздухом, из которого в жидкость поступает необходимое количество теплоты. Значит, чтобы испарение жидкости происходило без изменения ее температуры, жидкости необходимо сообщать энергию.
Количество теплоты, которое необходимо сообщить жидкости для образования единицы массы пара при постоянной температуре, называется теплотой парообразования.
Скорость испарения жидкости. В отличие от кипения испарение происходит при любой температуре, однако с повышением температуры жидкости скорость испарения возрастает. Чем выше температура жидкости, тем больше быстро движущихся молекул имеет достаточную кинетическую энергию, чтобы преодолеть силы притяжения соседних частиц и вылететь за пределы жидкости, и тем быстрее идет испарение.
Если же процесс испарения происходит в закрытом сосуде, то начальное число молекул вылетевших из жидкости, будет превосходить число молекул возвратившихся в нее. Таким образом, плотность пара в сосуде будет медленно увеличиваться. При увеличенной плотности пара увеличится и плотность количества молекул, возвращающихся в жидкость. Через некоторое время число молекул, которые покидают жидкость, сравняется с числом молекул, которые возвращаются в нее. Таким образом, количество парящих молекул над жидкостью станет постоянным. Наступит так называемое динамическое равновесие между паром и жидкостью.
Пар, который находится в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным. И наоборот, если в пространстве с паром какой-нибудь жидкости может наблюдаться дальнейшее испарение данной жидкости, пар, который находится в этом пространстве, называется ненасыщенным паром.
1.2.Как происходит испарение
1.3.Условия испарения
Наблюдая за лужами после дождя, можно заметить, что некоторые из них высыхают быстрее, а некоторые дольше. Поскольку их высыхание является процессом испарения, то можно на данном примере разобраться с условиями, необходимыми для этого. Скорость испарения зависит от типа испаряемого вещества, ведь каждое из них имеет уникальные особенности, влияющие на время, за которое его молекулы полностью перейдут в газообразное состояние. Если оставить открытыми 2 идентичных флакона, наполненных одинаковым количеством жидкости (в одном спирт С2Н5ОН, в другом – вода Н2О), то первая емкость опустеет быстрее. Поскольку, как уже было сказано выше, температура испарения у спирта ниже, а значит, он быстрее испарится. Второе, от чего зависит испарение, – температура окружающей среды и температура кипения испаряемого вещества. Чем выше первая и ниже вторая, тем быстрее жидкость сможет ее достигнуть и перейти в газообразное состояние. Именно поэтому при проведении некоторых химических реакций с участием испарения вещества специально нагреваются. Еще одним условием, от чего зависит испарение, является площадь поверхности вещества, с которого оно происходит. Чем она больше, тем быстрее происходит процесс. Рассматривая различные примеры испарения, можно снова вспомнить о чае. Его часто переливают в блюдце, чтобы охладить. Там напиток быстрее остывал, потому что увеличивалась площадь поверхности жидкости (диаметр блюдца больше диаметра чашки). И снова о чае. Известен еще одни способ быстрее его остудить – подуть на него. Каким образом можно заметить, что наличие ветра (движения воздуха) - это то, от чего также зависит испарение. Чем выше скорость ветра, тем быстрее молекулы жидкости перейдут в пар. Также влияет на интенсивность испарения атмосферное давление: чем оно ниже, тем быстрее молекулы переходят из одного состояния в другое.
Кипение — процесс интенсивного парообразования , который происходит в жидкости, как на свободной её поверхности, так и внутри её структуры. При этом в объёме жидкости возникают границы разделения фаз , то есть на стенках сосуда образуются пузырьки, которые содержат воздух и насыщенный пар . Кипение, как и испарение , является одним из способов парообразования. В отличие от испарения, кипение может происходить лишь при определённой температуре и давлении . Температура, при которой происходит кипение жидкости, находящейся под постоянным давлением, называется температурой кипения . Как правило, температура кипения при нормальном атмосферном давлении приводится как одна из основных характеристик химически чистых веществ . Процессы кипения широко применяются в различных областях человеческой деятельности. Например, кипячение является одним из распространённых способов физической дезинфекции питьевой воды. Кипячение воды представляет собой процесс нагревания её до температуры кипения с целью получения кипятка .
1.5.Температура кипения
Температура кипения находится в прямо пропорциональной зависимости от давления, оказываемого на всю жидкость, точнее, на ее поверхность. В школьном курсе физике указано, что вода начинает кипеть при температуре в сто градусов по Цельсию. Но мало кто помнит, что данное утверждение верно только в условиях нормального давления. За норму принято считать величину в 101 кПа. Если увеличить давление, то кипение жидкости будет происходить при другой температуре. Это физическое свойство используют производители современных бытовых приборов. Примером может послужить скороварка. Всем хозяйками известно, что в подобных устройствах пища готовится гораздо быстрее, чем в обычных кастрюлях. С чем это связано? С давлением, которое образуется в скороварке. Оно в два раза превышает норму. Поэтому и кипение воды происходит приблизительно при ста двадцати градусов по Цельсию.
1.6.Испарение и кипение
Кипение – это активный процесс, который происходит при определенной температуре. Для каждого вещества она уникальна и может меняться только при понижении атмосферного давления. При нормальных условиях для кипения воды нужно 100°С, для рафинированного подсолнечного масла - 227 °С, для нерафинированного - 107 °С. Спирту, чтобы закипеть, наоборот, нужна более низкая температура – 78 °С. Температура же испарения может быть любой и оно, в отличие от кипения, происходит постоянно.
Вторым существенным отличием между процессами является то, что при кипении парообразование происходит по всей толще жидкости. Тогда как испарение воды или других веществ происходит только с их поверхности. Кстати, процесс кипения всегда одновременно сопровождается и испарением .
1.7.Испарение и человек
1.8.Роль испарения в жизни растений
Как известно, не только человек на 70% состоит из воды, но и растения, а некоторые, вроде редиса, и на все 90%. Поэтому испарение также важно и для них. Вода является одним из главных источников попадания полезных (и вредных тоже) веществ в организм растения. Однако, чтобы эти вещества могли усвоиться, необходим солнечный свет. Вот только в жаркие дни солнце способно не просто нагреть растение, но и перегреть, тем самым погубив его. Чтобы этого не произошло, представители флоры способны самоохлаждаться (похоже на человеческий процесс потоотделения). Иными словами при перегреве растения испаряют воду и таким образом охлаждаются. Поэтому поливу садов и огородов уделяется летом так много внимания.
1.9.Использование испарения в промышленности и быту
Для химической и пищевой промышленности испарение – это незаменимый процесс. Как уже было сказано выше, оно не только помогает производить дегидратацию многих продуктов (испарять влагу из них), что увеличивает срок их хранения; но также помогает изготавливать идеальные диетические продукты (меньше веса и калорий, при большем содержании полезных веществ). Также испарение (в особенности сублимация) используется для очистки различных веществ. Еще одной сферой применения является кондиционирование воздуха Не стоит забывать и о медицине. Ведь процесс ингаляции (вдыхание пара, насыщенного лечебными препаратами) основан тоже на процессе испарения.
1.10.Опасные испарения
1.11.Круговорот воды в природе
В сильную жару реки, пруды и озера мелеют, вода испаряется, то есть из жидкого состояния переходит в газообразное -- превращается в невидимый пар. В течении дня, вода луж, прудов, озер, рек, морей, влага, содержащаяся в растениях нагревается Солнцем и испаряется, причем тем скорее, чем сильнее нагрета. Можно заметить это, если две одинаковые тарелки наполнить разным количеством воды и одну из них выставить на солнцепек, а другую поместить в тень. Там где вода нагревается солнечными лучами, она будет испаряться заметно быстрее. Ускоряет испарение и ветер. Влажный лист бумаги на ветру высохнет быстрее, чем оставленный там, где воздух спокоен и неподвижен.
В жаркие сухие дни человек потеет, но пот мало его беспокоит: он мгновенно высыхает. А когда стоит влажная жара, то от пота намокает даже одежда. Но если влага постоянно испаряется из морей, рек, озер, если она уходит из растений и исчезает в атмосфере, то почему же тогда Земля не высыхает?
Это не случается потому, что вода совершает постоянный круговорот. Испарившись, она поднимается вместе с нагретым воздухом, вверху водяной пар охлаждается, принимая форму мельчайших капелек. Из них образуются облака, которые ветер несет по небу, постепенно влаги становится все больше и больше, облака превращаются в тучи, и вода возвращается на поверхность земли в виде дождя, снега и града.
1.12.Конденсация
Конденсация (от лат. condensatio — уплотнение, сгущение) — переход вещества из газообразного состояния (пара) в жидкое или твердое состояние.
Известно, что при наличии ветра жидкость испаряется быстрее. Почему? Дело в том, что одновременно с испарением с поверхности жидкости идет и конденсация. Конденсация происходит из-за того, что часть молекул пара, беспорядочно перемещаясь над жидкостью, снова возвращается в нее. Ветер же выносит вылетевшие из жидкости молекулы и не дает им возвращаться.
Конденсация может происходить и тогда, когда пар не соприкасается с жидкостью. Именно конденсацией объясняется, например, образование облаков: молекулы водяного пара, поднимающиеся над землей, в более холодных слоях атмосферы группируются в мельчайшие капельки воды, скопления которых и представляют собой облака. Следствием конденсации водяного пара в атмосфере являются также дождь и роса.
При испарении жидкость охлаждается и, став более холодной, чем окружающая среда, начинает поглощать ее энергию. При конденсации же, наоборот, происходит выделение некоторого количества теплоты в окружающую среду, и ее температура несколько повышается. Количество теплоты, выделяющееся при конденсации единицы массы, равно теплоте испарения.
Конденсация может происходить в объёме (туман, дождь) и на охлаждаемой поверхности. В теплообменных аппаратах – конденсация на охлаждаемой поверхности. Разумеется, при такой конденсации температура поверхности стенки должна быть меньше температуры насыщения. В свою очередь, конденсация на охлаждаемой поверхности может быть двух видов:
Плёночная конденсация – имеет место, когда жидкость смачивает поверхность, тогда конденсат образует сплошную плёнку.
Капельная конденсация – когда конденсат – не смачивающая жидкость и собирается на поверхности в капли, которые быстро стекают, оставляя почти всю поверхность чистой.
Если на газовой плите с предельно большим пламенем горелки стоит открытая кастрюля с водой, близкой к кипению,то как только выключить газ, над кастрюлей появляется обильный пар. Оказывается, что при работе горелки конденсация пара происходила на большом расстоянии от кастрюли, конденсат уносится конвекционными потоками воздуха, поэтому сконденсированные частицы пара не видны. Когда горелку выключают, пар начинает конденсироваться над кастрюлей и поэтому становится видимым .
Конденсат на окнах.
Образование конденсата на стеклах происходит в холодное время года. С точки зрения физики, образование конденсата на окнах происходит из-за понижения температуры поверхности ниже температуры точки росы. Температура точки росы зависит от температуры и влажности воздуха в помещении. Причина образования конденсата на окнах может состоять как в чрезмерном повышении влажности внутри помещения, вызванном нарушением вентиляции, так и в невысоких теплоизолирующих свойствах стеклопакета, металлопластиковой рамы, оконной коробки, в неправильной глубине монтажа окна в однородной стене, неправильной глубине монтажа относительно слоя стенового утеплителя, в полном отсутствии, либо в некачественном утеплении оконных откосов.
Конденсация пара в трубах . По мере прохождения по трубе пар постепенно конденсируется и на стенках образуется пленка конденсата.
Читайте также: