Сообщение о испарении и кипении

Обновлено: 04.07.2024

Из повседневных наблюдений известно, что количество воды или другой жидкости, которая находится в открытом сосуде, постепенно уменьшается. На самом деле жидкость не может исчезнуть бесследно она превращается в пар.

Испарением называют переход молекул из жидкости в пар.

Процесс испарения можно объяснить с точки зрения молекул. Жидкость покидают молекулы с большей скоростью. То есть обладают большей кинетической энергией. А остаются медленные молекулы, то есть обладающие меньшей энергией. Поэтому температура испаряющейся жидкости понижается.

Отчего зависит испарение.

1. От температуры (Чем выше температура, тем больше молекул может покинут жидкость).

2. Зависит от рода испаряющейся жидкости, то есть от плотности жидкости (опыт: на промокательную бумагу нанесем капельку воды, спирта, масло, эфира. Повесим этот листочек на доску. И мы увидим, что эфир испаряется быстрее, чем другие жидкости. После испарения всех жидкостей, на бумаге останется пятно от масла. Вывод, чем больше плотность жидкости, тем труднее молекулам покинуть жидкость).

3. От ветра (ветер помогает молекулам преодолеть притяжение других молекул и покинуть жидкость).

4. От площади испаряемой поверхности (чем больше площадь, тем больше молекул покинет жидкость).

Понятие о конденсации жидкости. Объяснение конденсации с точки зрения молекул

Летним вечером, когда воздух становится холоднее, выпадает роса. Это водяной пар, находящийся в воздухе. Он при охлаждении конденсируется, и маленькие капельки воды оседают на траве и листьях.

Конденсацией называют переход молекул из пара в жидкость.

Проведем опыт: возьмём колбу и нальем воду. И закроем пробкой с V образной трубкой. Поставим на нагреватель и доведем до кипения. Пар, образующийся при кипении, проходит через трубку. Ударяется о стеклянную пластинку и превращается в воду. Капельки воды начинают падать от поверхности стекла. Молекулы пара, ударяясь о поверхность, уменьшают свою скорость, поэтому происходит переход из одного агрегатного состояния в другое.

Понятие кипения

Испарением и конденсацией сопровождается процесс кипения жидкости.

Понаблюдаем это явление на опыте. Для этого будем нагревать воду в открытом стеклянном сосуде. Измеряя её температуру. При нагревании испарение воды с поверхности усиливается. Иногда даже можно заметить над ней туман. Это водяной пар конденсируется в воздухе при охлаждении. Образует мельчайшие капельки. При дальнейшем повышении температуры, мы заметим появление в воде многочисленных мелких пузырьков. Их размеры постепенно растут, это пузырьки воздуха, который растворен в воде. При нагревании излишек воздуха выделяется из воды в виде пузырьков. В них содержится насыщенный водяной пар. Так как вода испаряется внутрь этих пузырьков воздуха. По мере дальнейшего нагревания воды пузырьки становятся крупнее, и их количество увеличивается. С ростом размеров пузырьков возрастает и Сила Архимеда. Выталкивающая их из воды, и они всплывают на поверхность. В этот момент будет слышен шум, предшествующей обычно кипению. При определённой температуре с приближением к поверхности жидкости. Объем пузырьков резко возрастает на поверхности. Они лопают. И находящиеся в них насыщенный пар выходит в атмосферу. Вода кипит.

Признаки кипения

Выделим признаки кипения:

1). Появляются мелкие пузырьки, которые увеличиваются и поднимаются, вверх.

2). Сопровождается испарением.

3). Сопровождается конденсацией.

4) Температура не изменяется.

5) Нужен нагреватель.

6) Сопровождается шумом.

Зависимость температуры кипения от давления.

Чтобы показать, зависимость температуры кипения от давления, рассмотрим опыт: Возьмём колбу, заполненную водой. Поставим на нагреватель. Доведем воду до кипения и плотно закроем колбу пробкой. Перевернем колбу и опустим в кольцо закреплённое в штативе. Под колбой установим пустую чашу. Казалось бы вода в колбе прекратила кипение. Но как только мы начнём обливать эту колбу холодной водой, вода снова закипит. Отсюда можно сделать вывод. При обливании холодной водой, давление в колбе уменьшается. И уменьшается температура кипения. Кипение при низком давлении применяется при изготовлении сахара, различных сладостей, сухого молока и других кондитерских изделий. В скороварках, автоклавах создают условия высокого давления. И при этом повышается температура кипения. Такие устройства используют для стерилизации медицинских инструментов, для быстрого приготовления мясных изделий. Также при изготовлении клея и стеариновой кислоты.

Испарение происходит при любой температуре. При испарении молекулы покидают жидкость, энергия жидкости уменьшается, значит, температура жидкости тоже уменьшается .

Пар над кружкой с чаем — испарившаяся вода. Молекулы пара имеют большую кинетическую энергию, чем молекулы жидкости. Это позволяет им преодолеть притяжение соседних молекул жидкости. Испарившиеся молекулы забирают часть энергии жидкости, поэтому чай остывает.

Весной сугробы снега тают не только с помощью перехода в жидкое состояние. Сублимация ускоряет уменьшение снежных и ледяных покровов. На иллюстрации видно, что снег уменьшил свой объём без образования ручейков.

Резкий запах нафталина — это сублимированные молекулы, которые с помощью диффузии доходят до наших органов обоняния.

Кипение — это интенсивное парообразование, которое происходит при нагревании жидкости не только с поверхности, но и внутри неё.

Известно, что одновременно с испарением происходит переход молекул из пара в жидкость. Это явление называют конденсацией.

Как известно, для процесса испарения необходимо подводить энергию. При конденсации происходит обратный процесс — энергия выделяется.

Всем знакома ситуация, когда летним вечером при заходе солнца становится прохладно. В этот момент водяной пар, находящийся в атмосфере, конденсируется. Мы наблюдаем это явление, как выпадение росы, т.е. на окружающих нас предметах появляются капельки воды.

Роса — не единственный пример конденсации. Все видели как запотевают окна или трубы с холодной водой в ванной комнате. При кипячении жидкости, например, в чайнике, мы говорим, что идет пар. На самом деле это образуется туман (поток испарившихся молекул воды, попадая в воздух значительно меньшей температуры, тут же конденсируется). Образование облаков также связано с явлением конденсации. Как известно, облако состоит из мелких капелек воды.

Агрегатное состояние воды может быть твёрдым, жидким, газообразным. Речь пойдёт о двух последних фазах, наблюдаемых при парообразовании: испарении, кипении. Двигателем фазовых переходов влаги является изменение температуры, в рассматриваемом случае — повышение градусов при нагревании. Не менее важно и влияние других внешних факторов. Обратный парообразованию процесс называется конденсация, он завершает цикл круговорота воды в природе.

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:

Парообразование — явление превращения состояния жидкого вещества в газообразное. Сопровождается поглощением энергии: происходит переток внешнего нагревания во внутренний энергетический потенциал предмета.
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.
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.

Переход вещества из газообразной формы в жидкость — обратное превращению воды в пар действие, называется конденсацией. При этом всегда выделяется энергия, почему и требуется отводить теплоту от вещества для поддержания процесса. Температура перехода совпадает с точкой кипения.

Процессы парообразования и испарения

Причиной распада жидкости с выветриванием из вещества лёгких фракций считается разница температур на границе фазного перехода: воздух обычно теплее жидкости, что и вызывает испарение. Процесс протекает медленно, когда ему не способствуют внешние факторы, отличается от кипения тем, что отделение пара происходит только с водной поверхности.

Если естественное парообразование с зеркальной глади озера может быть незаметным, то процесс перехода в пар кипением всегда является интенсивным. Наглядный пример бурного природного парообразования — гейзер, выбрасывающий из недр под давлением горячую воду с паром. На способность жидкости испаряться быстрее или медленнее влияют несколько факторов:

Свойства текучего вещества, его физико-химические характеристики: прочность молекулярных связей, плотность жидкого тела. Сближенные молекулы труднее оторвать от поверхности, а с нагреванием подвижность их возрастает. Испарение спирта происходит быстрее, чем воды такого же градуса.
Температура — её понижение приводит к замедлению процесса парообразования.
Простирание поверхности — чем больше площадь соприкосновения воздуха с водной гладью, тем выше скорость испарения.
Величина атмосферного давления — с его понижением интенсивность парообразования возрастает.
Скорость ветра — способствует отрыву молекул жидкости на контакте её с воздушной средой.

Для определения количества теплоты, необходимого для превращения 1 кг жидкости в пар, используется физическая величина, обозначаемая в физике буквой L. У воды при температуре 0ºС этот показатель равен 2500 кДж/кг, а в стадии кипения удельная теплота парообразования меньше — 2260. Для сравнения: у этилового спирта L =906, у эфира — 356 кДж на кг. Величина L =0 у воды при 374,15ºС.

Рассчитать кипящую жидкость на нужное для перехода в пар количество теплоты можно по формуле Q = L *m.

Образование конденсата как завершение цикла

Одновременно с испарением при температуре кипения вещества происходит его превращение в жидкость. Хаотичное движение молекул над поверхностью воды или другого текучего субстрата приводит к их столкновению, а при совпадении векторов скорости в направлении к жидкости происходит возврат капель в кипящую среду. Конденсация длится на протяжении всего времени кипения, то есть пока температура остаётся равной 100ºС, если это вода. Другая часть испарившихся молекул улетучивается в атмосферу. В разных обстоятельствах взаимодействие парообразования и конденсации отличается:

Сосуд с жидкостью открытый. Процесс испарения в этом случае превалирует — масса жидкости становится меньше, а пар над поверхностью называется ненасыщенным.
Закрытая ёмкость. В начале перехода количество вылетающих из воды молекул преобладает над возвратом, но со временем под давлением пара в сосуде наступает динамическое равновесие. Число отделившихся капель сравнивается с количеством вернувшихся в воду молекул. В состоянии, когда влага в воздухе находится в устойчивом балансе с базовой жидкостью, пар называется насыщенным.
Посуда с содержимым в равновесном динамическом состоянии. Если её нагреть, то вылетающих молекул станет больше, чем возвращающихся, но после баланс восстановится. При этом плотность пара и его давление над поверхностью жидкости увеличатся.

Парообразование, составляющими которого являются испарение и кипение, всегда завершается конденсацией. В природе благодаря этим процессам непрерывно осуществляется водообмен между морями, реками, сушей, атмосферой.

Круговорот воды обеспечивает окружающий человека мир и его самого полезными веществами, способствует сохранению естественной среды обитания живых организмов.

На первый взгляд процессы испарения и кипения очень схожи, ведь и то и другое приводит к переходу вещества в парообразное состояние. В действительности, между этими процессами есть существенная разница, которую можно понять, детально разобравшись в вопросе.

Испарением называют парообразование, происходящее с поверхности какой-либо жидкости. Кипение - это парообразование внутри структуры жидкости.

Подробнее о том, чем отличается кипение от испарения, поговорим в статье.

Что такое пароообразование?

Парообразованием называют изменение капельными жидкостями агрегатного состояния, в результате чего они из жидкости превращаются в пар.

Если этот процесс происходит на поверхности воды, то он называется испарением. Когда он затрагивает весь объём, то происходит кипение, для чего нужно поддерживать конкретную температуру и давление насыщенного пара.

Определение видов

Рассмотрим определения процессов кипения и испарения.

Кипение

Кипение — это процесс, происходящий внутри объёма жидкости. При комнатной t вода крайне насыщена воздухом, но в ней присутствуют пузырьки, свидетельствующие о наличии газа.

При нагревании он будет выделяться на стенки и дно сосуда. Это приводит к формированию воздушных пузырьков, а, находящаяся в них жидкость, начнёт испаряться, если давление пара станет больше давления газа, находящегося в пузырьках.

В процессе нагревания, наполненные паром пузырьки расширяются, что приводит к их всплыванию на поверхность. При кипении в жидкости всё время формируются пузырьки пара, через которые она испаряется. Для этого нужна определённая температура и давление.

При достижении температуры кипения молекулы начинают наращивать и поглощать тепловую энергию и энергию движения тела. Это приводит к увеличению скорости испарения, которое будет происходить, пока воздушные массы остаются насыщенными.

Если давление внешней среды приравняется к внутреннему молекулярному давлению жидкости, начнет происходить кипение, сопровождающееся преобразованием воды в пар.

Кипение бывает двух видов:

Пузырьковое. Пузырьковое кипение заключается во время от времени появляющихся и увеличивающихся пузырьках. Если этот процесс происходит медленно, то они наполняются паром. Их увеличение в размерах происходит за счёт быстрого испарения жидкости, что провоцирует их всплытие и образование пара.
Плёночное. Плёночное кипение возникает, когда некоторые пузырьки сливаются вместе до определённой критической отметки. Это приводит к формированию сплошного слоя пара, который время от времени прорывается в тело жидкости.

Испарение

Испарение — процесс спонтанный, происходящий при температуре 20 — 25°C и спровоцированный перемещением высокоэнергетических молекул, переходящих в воздушную массу.

Находясь в жидкости, молекулы обладают некоторой степенью свободы и определённым количеством энергии движения тела, побуждающей их переходить в газовую фазу, справляясь со сдерживающим их напряжением. Переходят из жидкой в газообразную фазу молекулы, находящиеся на поверхности, так как им для этого нужно мало энергии.

Однако это доступно и молекулам, располагающимся глубже в структуре жидкости, при условии, что у них есть достаточная для этого энергия движения тела, позволяющая преодолеть сопротивление поверхности и не сталкиваться с другими молекулами, находящимися внутри.

Испарение будет происходить, пока, находящийся над жидкой средой, воздух будет оставаться ненасыщенным.

Только в этом случае воздух примет молекулы паров, поглощающие тепловую энергию. В результате процесса испарения происходит снижение температуры той части жидкости, которая не преобразуется в пар.

Испарение становится возможным благодаря следующим особенностям молекулярной структуры жидкости:

молекулы расположены очень близко одна к другой;
отсутствует привязка молекул к каким-либо центрам, что позволяет им свободно перемещаться по всему телу жидкости;
существуют силы притяжения, связывающие молекулы между собой;
молекулы всё время находятся недалеко от собственного положения равновесия.

Чтобы произошло испарение, необходимо выполнить одно важное условие: накопление молекулами энергии движении тела, которая будет выше их связи другими молекулами в структуре жидкости. Это позволит им вылетать с поверхности и образовывать над ней пар.

Однако для молекул характерно хаотичное движение, в результате которого они возвращаются в жидкое состояние, а часть из них теряется безвозвратно. Оставшиеся в структуре тела жидкости молекулы характеризуются сокращением средних показателей энергия движения тела, что приведёт к снижению температуры.

В чем разница между процессами?

Есть отличия между этими двумя процессами. Если испарение — это парообразование, происходящее при комнатной температуре, то кипением называют преобразование воды в пар при достижении температуры кипения. Эта температура будет постоянной на протяжении всего процесса кипения.

При парообразовании, происходящем на поверхности воды, расположенные там молекулы участвуют в этой процедуре наибольшую часть времени.

Основное отличие этих процессов состоит в том, что для кипения свойственно поддержание постоянной температуры, в результате чего происходит газообразование, а испарение — это спонтанный, а не принудительный процесс, поддерживаемый изменением давления или температуры.

Кипение считают массовым явлением, происходящим во всём теле жидкости, в то время как, испарение затрагивает исключительно поверхностные молекулы. Кипячение приводит к образованию пузырьков во внутренней структуре, откуда они поднимаются и преобразуются в газ.

Что общего?

Сходства заключаются в следующем:

происходит преобразование воды из жидкого состояния в газообразное;
сокращается объём тела жидкости;
часть молекул безвозвратно теряется;
происходит отрыв молекул с наибольшей энергией движения тела.

Таблица сходств и различий

Рассмотрим таблицу, в которой наглядно показано сравнение и разница между процессами.

Параметры	Испарение	Кипение
Температура окружающей среды	Комнатная	Температура кипения, характерная для конкретной жидкости
Температура жидкости	Сокращается по мере испарения	Остаётся постоянной на протяжении всего процесса
Источник энергии	Поставляется окружающей средой	Необходим дополнительно для нагрева
Газообразование	Не образуются пузырьки	Формируются пузырьки из-за выделения газа
Где происходит	Происходит на поверхности жидкости	Происходит в структуре жидкости

Заключение

Понимая разницу процессами кипения и испарения, можно их наблюдать и исследовать, занимаясь изучением основ физики и механизмов преобразования воды из жидкого состояния в парообразное.

Читайте также: