בעולם הסובב אותנו כל הזמן ובאופן מתמשךיש מגוון עצום של תופעות ותהליכים פיזיקליים. אחד החשובים ביותר הוא תהליך האידוי. ישנם מספר תנאים מוקדמים לתופעה זו. במאמר זה ננתח כל אחד מהם ביתר פירוט.
מה זה אידוי?
זהו תהליך של הפיכת חומרים לגזיםאו מצב אדים. זה אופייני רק לחומרים בעלי עקביות נוזלית. עם זאת, משהו דומה נצפה במוצקים, רק תופעה זו נקראת סובלימציה. ניתן לראות זאת על ידי התבוננות מדוקדקת בגופות. לדוגמה, חפיסת סבון מתייבשת עם הזמן ומתחילה להיסדק, זאת בשל העובדה שטיפות המים בהרכבו מתאדות ועוברות למצב גזי H2O.
הגדרה בפיזיקה
אידוי הוא תהליך אנדותרמי שבו חום מעבר הפאזה משמש כמקור האנרגיה הנספגת. הוא כולל שני מרכיבים:
- כמות מסוימת של חום הנדרשת כדי להתגבר על כוחות המשיכה המולקולריים כאשר נוצר פער בין המולקולות המחוברות;
- החום הנדרש בעבודה של הרחבת מולקולות בתהליך המרת חומרים נוזליים לאדים או גז.
איך זה הולך?
המעבר של חומר ממצב נוזלי למצב גזי יכול להתרחש בשתי דרכים:
- אידוי הוא התהליך שבו מולקולות בורחות מפני השטח של נוזל.
- רתיחה היא תהליך אידוי מנוזל על ידי הבאת הטמפרטורה לחום הרתיחה הספציפי של החומר.
למרות ששתי התופעות הללו משתנותנוזל לגז, יש הבדלים משמעותיים ביניהם. רתיחה היא תהליך פעיל המתרחש רק בטמפרטורה מסוימת, בעוד האידוי מתרחש בכל תנאי. הבדל נוסף הוא שהרתחה אופיינית לכל עובי הנוזל, בעוד שהתופעה השנייה מתרחשת רק על פני השטח של חומרים נוזליים.
תיאוריה קינטית מולקולרית של אידוי
אם ניקח בחשבון תהליך זה ברמה המולקולרית, הוא מתרחש באופן הבא:
- מולקולות בחומרים נוזליים נמצאים בפניםתנועה כאוטית מתמדת, לכולם יש מהירויות שונות לחלוטין. בינתיים, החלקיקים נמשכים זה לזה בגלל כוחות המשיכה. בכל פעם שהם מתנגשים זה בזה, המהירויות שלהם משתנות. בשלב מסוים, חלקם מפתחים מהירות גבוהה מאוד, המאפשרת להם להתגבר על כוחות הכבידה.
- ליסודות אלה, שנמצאים על פני הנוזל, יש אנרגיה קינטית כזו שהם מסוגלים להתגבר על קשרים בין-מולקולריים ולעזוב את הנוזל.
- אלו המולקולות המהירות ביותר שעפות החוצה מפני השטח של חומר נוזלי, ותהליך זה מתרחש ללא הרף וברציפות.
- ברגע שהם באוויר, הם הופכים לאדים - זה נקרא אידוי.
- כתוצאה מכך, האנרגיה הקינטית הממוצעתהחלקיקים הנותרים הולכים וקטנים. זה מסביר את קירור הנוזל. תזכרו איך בילדות לימדו אותנו לנשוף על נוזל חם כדי שיתקרר מהר יותר. מסתבר שהאצנו את תהליך אידוי המים, וירידת הטמפרטורה התרחשה הרבה יותר מהר.
באילו גורמים זה תלוי?
יש הרבה תנאים הנדרשים עבורהתרחשות של תהליך זה. זה מגיע מכל מקום שבו נמצאים חלקיקי מים: אלה הם אגמים, ימים, נהרות, כל חפצים רטובים, כיסויי גופות של בעלי חיים ואנשים, כמו גם עלי צמחים. ניתן להסיק כי אידוי הוא תהליך מאוד משמעותי ובלתי ניתן להחלפה עבור העולם הסובב וכל היצורים החיים.
להלן הגורמים המשפיעים על התופעה:
- קצב האידוי תלוי ישירות בהרכבהנוזל עצמו. זה ידוע שלכל אחד מהם יש מאפיינים משלו. לדוגמה, אותם חומרים שבהם חום האידוי נמוך יותר יומרו מהר יותר. נשווה שני תהליכים: אידוי אלכוהול ומים רגילים. במקרה הראשון, ההמרה למצב גזי מתרחשת מהר יותר, מכיוון שהחום הספציפי של אידוי ועיבוי עבור אלכוהול הוא 837 קילו-ג'יי/ק"ג, ועבור מים הוא גבוה כמעט פי שלושה - 2260 קילו-ג'יי/ק"ג.
- המהירות תלויה גם בטמפרטורה ההתחלתיתנוזל: ככל שהוא גדול יותר, כך נוצר אדים מהירים יותר. כדוגמה, ניקח כוס מים, כאשר יש מים רותחים בתוך הכלי, אז האידוי מתרחש בקצב הרבה יותר גבוה מאשר כאשר טמפרטורת המים נמוכה יותר.
- גורם נוסף שקובע את קצב תהליך זה הוא שטח הפנים של הנוזל. זכרו כי מרק חם מתקרר מהר יותר בקערה גדולה מאשר בצלוחית קטנה.
- קצב התפשטות החומרים באווירהמדיום קובע במידה רבה את קצב האידוי, כלומר, ככל שמתרחשת דיפוזיה מהירה יותר, האידוי מתרחש מהר יותר. לדוגמה, עם רוחות חזקות, טיפות מים מתאדות מהר יותר מפני השטח של אגמים, נהרות ומאגרים.
- גם טמפרטורת האוויר בחדר משחקת תפקיד חשוב. נדבר על כך יותר להלן.
מה תפקידה של לחות האוויר?
בשל העובדה שתהליך האידוי מתרחש מכל מקום ברציפות ובאופן קבוע, תמיד יש חלקיקי מים באוויר. בצורה מולקולרית, הם נראים כמו קבוצה של יסודות H2O. נוזלים יכולים להתאדות בהתאם לכמות אדי המים באטמוספרה, מקדם זה נקרא לחות אוויר. זה משני סוגים:
- לחות יחסית היא היחסכמות אדי המים באוויר לצפיפות האדים הרוויים באותה טמפרטורה באחוזים. לדוגמה, אינדיקטור של 100% מציין שהאטמוספירה רוויה לחלוטין במולקולות H2O.
- המוחלט מאפיין את צפיפות אדי המים באוויר, מסומן באות f ומראה איזו מסה של מולקולות מים מכילה ב-1 מ'3 אוויר.
הקשר בין תהליך האידוי ללחות האווירניתן להגדיר באופן הבא. ככל שהלחות היחסית של האוויר נמוכה יותר, כך יתרחש האידוי מפני כדור הארץ ומעצמים אחרים מהר יותר.
אידוי של חומרים שונים
עבור חומרים שונים, תהליך זה מתרחשבאופן שונה. לדוגמה, אלכוהול מתאדה מהר יותר מנוזלים רבים בשל חום האידוי הסגולי הנמוך שלו. לעתים קרובות, חומרים נוזליים כאלה נקראים נדיפים, כי אדי מים ממש מתאדים מהם כמעט בכל טמפרטורה.
אלכוהול יכול גם להתאדות אפילו בטמפרטורת החדר.טֶמפֶּרָטוּרָה. בתהליך הכנת היין או הוודקה, אלכוהול מונע דרך הירח, רק עד לנקודת הרתיחה, ששווה בערך ל-78 מעלות. עם זאת, טמפרטורת האידוי בפועל של אלכוהול תהיה מעט גבוהה יותר, כי במוצר המקורי (למשל, מחית) מדובר בשילוב עם שמנים ארומטיים שונים ומים.
עיבוי וסובלימציה
ניתן לראות את התופעה הבאה בכל פעםכשהמים רותחים בקומקום. שימו לב שכאשר מים רותחים, הם עוברים ממצב נוזלי למצב גזי. זה קורה בצורה כזו: סילון חם של אדי מים עף מהקומקום דרך הפיה שלו במהירות גבוהה. במקרה זה, הקיטור שנוצר אינו נראה ישירות ביציאה מהפיה, אלא במרחק קצר ממנה. תהליך זה נקרא עיבוי, כלומר אדי מים מתעבים עד כדי כך שהם נראים לעינינו.
אידוי של מוצק נקרא סובלימציה.במקביל, הם עוברים ממצב הצבירה למצב הגז, עוקפים את שלב הנוזל. המקרה המפורסם ביותר של סובלימציה קשור לגבישי קרח. בצורתו המקורית, קרח הוא מוצק, בטמפרטורות מעל 0° הוא מתחיל להמיס, מקבל מצב נוזלי. עם זאת, במקרים מסוימים, בטמפרטורות שליליות, קרח עובר לצורת אדים, עוקף את השלב הנוזלי.
השפעת האידוי על גוף האדם
הודות לאידוי בגופנו,ויסות חום. תהליך זה מתרחש באמצעות מערכת קירור עצמית. ביום לוהט לוהט, אדם העוסק בעבודה פיזית מסוימת מתחמם מאוד. זה אומר שזה מגביר את האנרגיה הפנימית. וכפי שאתה יודע, בטמפרטורות מעל 42 מעלות חלבון בדם אנושי מתחיל להתקפל, אם תהליך זה לא יופסק בזמן, זה יוביל למוות.
מערכת הקירור העצמית מעוצבת בדיוק כךדרך לווסת את הטמפרטורה לחיים נורמליים. כאשר הטמפרטורה הופכת למקסימום המותר, הזעה פעילה מתחילה דרך הנקבוביות בעור. ואז מתרחש אידוי מפני השטח של העור, אשר סופג את האנרגיה העודפת של הגוף. במילים אחרות, אידוי הוא תהליך התורם לקירור הגוף למצב תקין.
