У навколишньому світі постійно і безперервновідбувається безліч різних фізичних явищ і процесів. Одним з важливих можна вважати процес випаровування. Існує кілька обов'язкових умов для даного явища. У цій статті ми розберемо кожен з них більш детально.
Що таке випаровування?
Це процес перетворення речовин в газоподібнийабо пароподібний стан. Воно характерно тільки для речовин рідкої консистенції. Однак щось схоже спостерігається і у твердих тіл, тільки називається дане явище сублімацією. Це можна помітити при ретельному спостереженні за тілами. Наприклад, шматок мила з плином часу підсихає і починає тріскатися, це пояснюється тим, що крапельки води в його складі випаровуються і переходять в газоподібний стан H2O.
Визначення в фізиці
Випаровування - це ендотермічний процес, при якому джерелом енергії, що поглинається служить теплота фазового переходу. Вона включає в себе дві складові:
- певну кількість теплоти, необхідне для подолання молекулярних сил тяжіння, коли відбувається розрив між з'єднаними молекулами;
- теплота, необхідна при роботі розширення молекул в процесі перетворення рідких речовин в пар або газ.
Як це відбувається?
Перехід речовини з рідкого стану в газоподібний може відбуватися двома способами:
- Випаровування - це процес, при якому з поверхні рідкої речовини випаровуються молекули.
- Кипіння - процес пароутворення з рідини шляхом доведення температури до питомої теплоти кипіння речовини.
Незважаючи на те що обидва ці явища перетворятьрідка речовина в газ, між ними є істотні відмінності. Кипіння - це активний процес, який відбувається тільки при певній температурі, тоді як випаровування відбувається при будь-яких умовах. Ще одна відмінність полягає в тому, що кипіння характерно для всієї товщі рідини, а друге явище виникає тільки на поверхні рідких речовин.
Молекулярно-кінетична теорія випаровування
Якщо розглядати даний процес на молекулярному рівні, то він відбувається наступним чином:
- Молекули в рідких речовинах знаходяться впостійному хаотичному русі, всі вони мають абсолютно різні швидкості. Тим часом частинки притягуються один до одного завдяки силам тяжіння. Кожен раз коли вони стикаються один з одним, їх швидкості змінюються. У якийсь момент у деяких розвивається дуже велика швидкість, що дозволяє подолати сили тяжіння.
- Ці елементи, які опинилися на поверхні рідини, мають таку кінетичну енергію, що здатні долати міжмолекулярні зв'язки і залишати рідина.
- Саме ці найшвидші молекули вилітають з поверхні рідкої речовини, причому відбувається цей процес постійно і безперервно.
- Опинившись в повітрі, вони перетворюються на пару - називається це паротворенням.
- Як наслідок цього, середня кінетична енергіязалишилися частинок стає все менше. Цим і пояснюється охолодження рідини. Згадайте, як в дитинстві нас вчили дути на гарячу рідину, щоб вона швидше охолола. Виходить, що ми прискорювали процес випаровування води, і спад температури відбувався набагато швидше.
Від яких факторів залежить?
Існує безліч умов, необхідних длявиникнення даного процесу. Воно відбувається звідусіль, де присутні частинки води: це і озера, моря, річки, все вологі предмети, покриви тел тварин і людей, а також листя рослин. Можна зробити висновок, що випаровування - це вельми значущий і незамінний процес для навколишнього світу і всіх живих істот.
Ось які фактори впливають на дане явище:
- Швидкість випаровування безпосередньо залежить від складусамої рідини. Відомо, що у кожної з них існують свої особливості. Наприклад, ті речовини, у яких теплота пароутворення нижче, будуть перетворюватися швидше. Порівняємо два процеси: випаровування спирту і звичайної води. У першому випадку перетворення в газоподібний стан відбувається швидше, тому що питома теплота пароутворення у спирту дорівнює 837 кДж / кг, а у води майже в три рази більше - 2260 кДж / кг.
- Швидкість також залежить від початкової температурирідини: чим вона більше, тим швидше утворюється пара. Як приклад візьмемо склянку води, коли всередині судини знаходиться окріп, то пароутворення відбувається з набагато більшою швидкістю, ніж коли температура води нижче.
- Ще один фактор, що визначає швидкість протікання даного процесу, - це площа поверхні рідини. Згадайте, що в тарілці великого діаметра гарячий суп остигає швидше, ніж в маленькому блюдце.
- Швидкість поширення речовин у повітряномусередовищі багато в чому визначає і швидкість випаровування, т. е. чим швидше відбувається дифузія, тим швидше відбувається випаровування. Наприклад, при сильних вітрах крапельки води швидше випаровуються з поверхні озер, річок і водосховищ.
- Температура повітря в приміщенні також грає важливу роль. Детальніше про це ми поговоримо трохи нижче.
Яка роль вологості повітря?
Внаслідок того що процес випаровування відбувається звідусіль безперервно і постійно, то в повітрі завжди присутні частинки води. В молекулярному вигляді вони виглядають як група елементів H2O. Рідини можуть випаровуватися в залежності від показника обсягу водяної пари в атмосфері, цей коефіцієнт і називається вологістю повітря. Вона буває двох видів:
- Відносна вологість - це відношеннякількості водяної пари в повітрі до щільності насиченої пари при тій же температурі в процентному співвідношенні. Наприклад, показник 100% говорить про те, що атмосфера повністю насичена молекулами H2O.
- Абсолютна ж характеризує щільність водяної пари в повітряному середовищі, позначається буквою f і показує, яка маса молекул води міститься в 1м3 повітря.
Зв'язок процесу випаровування і вологості повітряможна визначити наступним чином. Чим менше показник відносної вологості повітря, тим швидше буде відбуватися випаровування з поверхні землі і інших предметів.
Випаровування різних речовин
У різних речовин цей процес протікаєпо різному. Наприклад, випаровування спирту відбувається швидше, ніж у багатьох рідин завдяки його маленької питомій теплоємності пароутворення. Найчастіше подібні рідкі речовини називаються летючими, тому що водяні пари буквально випаровуються з них практично при будь-яких температурах.
Спирт також може випаровуватися навіть при кімнатнійтемпературі. У процесі приготування вина або горілки спирт проганяється через самогонний апарат, тільки досягнувши температури кипіння, вона приблизно дорівнює 78 градусам. Однак реальна температура випаровування спирту буде трохи більше, тому як в вихідному продукті (наприклад, брагу) він являє собою з'єднання з різними ароматичними маслами і водою.
Конденсація і сублімація
Наступне явище можна спостерігати кожен раз,коли закипає вода в чайнику. Зверніть увагу, що при кипінні вода переходить з рідкого стану в газоподібний. Відбувається це таким чином: гарячий струмінь водяної пари з великою швидкістю вилітає з чайника через його носик. При цьому пара, що утворилася видний не прямо біля виходу з носика, а на невеликій відстані від нього. Даний процес називається конденсацією, т. Е. Водяну пару згущуються до такої міри, що стають видно для наших очей.
Випаровування твердого тіла називається сублімацією.При цьому вони переходять з агрегатного стану в газоподібний, минаючи стадію рідини. Найвідоміший випадок сублімації пов'язаний з кристалами льоду. У первісному вигляді лід є твердою речовиною, при температурі вище 0° він починає танути, приймаючи рідкий стан. Однак в деяких випадках при негативних температурах лід переходить в пароподібну форму, минаючи рідку фазу.
Вплив випаровування на людський організм
Завдяки випаровуванню в нашому тілі відбуваєтьсятерморегуляція. Відбувається цей процес через систему самоохолодження. У жаркий спекотний день людині, яка займається певним фізичною працею, стає дуже жарко. Це означає, що в ньому збільшується внутрішня енергія. А як відомо, при температурі вище 42 ° білок в крові людини починає згортатися, якщо вчасно не зупинити цей процес, він призведе до смерті.
Система самоохолодження влаштована якраз такимчином, щоб регулювати температуру для нормальної життєдіяльності. Коли температура стає гранично допустимої, через пори на шкірі починається активне потовиділення. А потім вже з поверхні шкіри відбувається випаровування, яке поглинає зайву енергію тіла. Іншими словами, випаровування - це процес, що сприяє охолодженню організму до нормального стану.
