Оглавление
Говоря о паре, мы обычно сразу представляем себе кипящий чайник или кастрюлю, полные бурлящей воды. Это самый быстрый, но не единственный способ. Есть также и испарение, которое, на самом деле, в значительной степени масштабнее в рамках планеты.
Что такое испарение?
Да, так тоже бывает: молекулы воды движутся с разными скоростями, и некоторые из них достаточно быстры, чтобы «оттолкнуться» от соседних, преодолеть поверхностное натяжение жидкости и силу притяжения из-за разницы температуры с окружающей средой, распределяя остатки энергии среди оставшихся.
Что влияет на парообразование?
- температура жидкости;
- площадь зеркала испарения;
- состав испаряемой жидкости;
- атмосферное давление;
- уровень воздушных колебаний;
- уровень влажности воздуха.
Рассмотрим каждый пункт отдельно и узнаем, как они могут ускорить или замедлить процесс испарения.
Температура жидкости
Так как температура это, на самом деле, скорость движения молекул, чем горячее жидкость, тем быстрее движутся молекулы и тем большее их число покидают поверхность вещества, отправляясь в атмосферу.
Площадь зеркала испарения
Также от площади зеркала зависит скорость прогревания всего объема вещества.
Состав испаряемой жидкости
Вода, как известно, закипает при температуре в 100 градусов выше нуля по Цельсию. В то же время есть вещества, кипящие при температурах в сотни и тысячи градусов, в десятки, или даже вовсе – при отрицательных температурах. Соответственно, процесс испарения для каждого из них происходит в совершенно разных условиях. Например, спирт испаряется, когда термометр показывает «всего лишь» 78 градусов, а для парообразования достаточно 837 кдж/кг.
Атмосферное давление
У молекул окружающего воздуха (или иного вещества, представляющего собой окружающую среду), есть вес, и они, следовательно, оказывают давление на все под ними. И:
- чем выше это атмосферное давление, тем больше энергии нужно молекулам пара, чтобы его преодолеть, а не потерять разгон и конденсироваться обратно.
- чем оно ниже, тем меньше энергии требуется.
Если налить в одинаковые сосуды две одинаковых по составу температуры жидкости, но одной из них обеспечить значительно отличающееся давление воздуха, то они испарятся с различной скоростью.
Уровень воздушных колебаний
Дело в том, что ветер, представляя собой движущиеся молекулы воздуха, несет с собой кинетическую энергию их движения. С одной стороны, это означает, что он уносит множество частиц испарившейся влаги, зависших над поверхностью, позволяя большему числу молекул испаряться. С другой стороны, это означает, что молекулы воздуха отбирают часть тепловой энергии при контакте, меняют температуру жидкости у поверхности и тем самым замедляют ее.
Уровень влажности воздуха
Если внешний фактор (например, ветер) не уносит их прочь, то они продолжают периодически контактировать с поверхностью жидкости и идущими с нее новыми молекулами, отбирая у них кинетический заряд и, соответственно, тепло. Это мешает им успешно испаряться. Если воздух влажный и насыщен паром, испарение происходит с большим трудом.
Как ускорить испарение?
И, конечно же, можно ускорить его, пользуясь зависимостью парообразования от этих показателей. Рассмотрим отдельно, что можно сделать с каждым из них.
Увеличение площади поверхности
Например, если у вас жидкость в высоком бокале или стакане, то вылив ее на плоское блюдце, можно ожидать, что она испарится значительно быстрее.
Подведение внешнего источника тепла
Повышение температуры позволяет увеличить внутренний объем в веществе за счет снижения ее плотности. Это дает молекулам больше возможностей для набора скорости.
Ускорение воздухообмена
Поэтому можно ускорить процесс испарения, если дать им больше возможностей для движения. Обычно для предотвращения преждевременной конденсации достаточно хотя бы снять крышку с емкости с кипящей водой.
Понижение атмосферного давления
И у разреженного воздуха меньше масса на кубометр, меньше плотность и меньше давление. Поэтому можно попытаться ради эксперимента подняться в горы.
Как замедлить испарение?
Те из них, что способны обеспечить значительное уменьшение его скорости, описаны далее в статье.
Состав вещества
То же самое происходит и с нерастворенными, твердыми и кристаллическими веществами. Например, с солью. Такие твердые тела требуют больше энергии для изменения агрегатного состояния, и поэтому они могут впитывать тепло в большем объеме без изменений своей структуры. Таким образом, при нагреве вода отдает часть тепловой энергии соли для ее прогревания.
Циркуляция жидкости
Примером подобной зависимости может стать система охлаждения двигателя автомобиля.
Насыщение воздуха паром
Это значит, что прямо в пар превращается столько же воды, сколько конденсируется из состояния пара обратно в воду. Конденсация проходит при разнице температур: возвращающаяся вода снизит температуру кипения.
Охлаждение окружающей среды
Так при минусовой температуре, вода нагревается и испаряется медленнее. Величина площади поверхности воды играет обратную роль. Чем она меньше, тем меньше влияние низкой температуры и ниже скорость охлаждения поверхности.
Лучший способ ускорить испарение
Но главное преимущество увеличения температуры – практичность, потому что со сравнительно небольшими объемами, с которыми люди постоянно имеют дело, он сработает отлично, да и доступен он повсеместно.
Заключение
Зная основные факторы увеличения и снижения скорости выпаривания, можно значительно упростить многие повседневные заботы, связанные с необходимостью испарения.
Интересное видео по теме:
Частые вопросы
Испарение – основной фактор образования облаков и последующих дождей. Оно происходит на поверхности морей и озер, когда их нагревают жаркие солнечные лучи и вода превращается в облака, которые после выпадают осадками. Также оно используется некоторыми животными для охлаждения из-за пота и растениями для передачи влаги через листья.
Эфир. Он входит в группу ЛОВ – летучих органических веществ. Они испаряются и растворяются в атмосфере даже при нормальных условиях давления и температуры, и делают это очень быстро.
Если нужно не просто замедлить испарение, а прекратить его полностью, обычно достаточно герметично закрыть жидкость в емкости. Без выхода для молекул она рано или поздно дойдет до термодинамического равновесия и перестанет испаряться.
Да, если испаряется токсичное вещество. Многие ЛОВ относятся именно к таким, а потому требуются особая осторожность и следование технике безопасности при работе с ними.
Нет. Помимо испарения, которое происходит при сравнительно низких температурах, и кипения, которое происходит интенсивно и при высоких температурах, есть сублимация, которая происходит с твердыми веществами. Обычно для нее нужны очень высокие температуры, но некоторые вещества, вроде сухого льда, сублимируют даже в комнатных условиях.