Pavyzdžiui, nuo atviro indo paviršiaus, nuo rezervuaro paviršiaus ir tt Garavimas vyksta bet kokioje temperatūroje, tačiau bet kokio skysčio jo greitis didėja didėjant temperatūrai. Tūris, kurį užima tam tikra medžiagos masė, garuojant staigiai didėja.
Debesys danguje, šerkšnas ant medžių – visa tai vandens garavimo ir vandens garų kondensacijos procesų pasekmės.
Reikia išskirti du pagrindinius atvejus. Pirmoji – kai garavimas vyksta uždarame inde, o temperatūra visuose indo taškuose yra vienoda. Pavyzdžiui, vanduo išgaruoja garų katile arba virdulyje, uždarytame dangčiu, jei vandens ir garų temperatūra yra žemesnė nei verdantis. Tokiu atveju generuojamo garo tūrį riboja indo erdvė. Slėgis pora pasiekia tam tikrą ribinę vertę, kurioje ji yra šiluminė pusiausvyra su skysčiu; tokie garai paskambino turtingas, o jo slėgis yra garų slėgis. Antrasis atvejis – kai erdvė virš skysčio neuždaroma; Taip vanduo išgaruoja nuo tvenkinio paviršiaus. Šiuo atveju pusiausvyra beveik nepasiekiama, o garai yra nesotūs, o garavimo greitis priklauso nuo daugelio veiksnių.
Garavimo greičio matas yra medžiagos kiekis, išeinantis per laiko vienetą per vienetą laisvas paviršius skysčių. Anglų fizikas ir chemikas D. Daltonas in pradžios XIX V. nustatė, kad garavimo greitis yra proporcingas slėgio skirtumui sočiųjų garų garuojančio skysčio temperatūroje ir tikrojo garo, esančio virš skysčio, slėgyje. Jei skystis ir garai yra pusiausvyroje, tada garavimo greitis lygus nuliui. Tiksliau, tai atsitinka, bet atvirkštinis procesas taip pat vyksta tuo pačiu greičiu - kondensacija(medžiagos perėjimas iš dujinės ar garinės būsenos į skystį). Garavimo greitis taip pat priklauso nuo to, ar jis vyksta ramioje, ar judrioje atmosferoje; jo greitis padidėja, jei susidarę garai nupučiami oro srove arba išpumpuojami siurbliu.
Jei išgaruoja iš skysto tirpalo, tada kartu išgaruoja ir skirtingos medžiagos skirtingu greičiu. Tam tikros medžiagos garavimo greitis mažėja didėjant pašalinių dujų, pavyzdžiui, oro, slėgiui. Todėl išgaravimas į tuštumą įvyksta su didžiausias greitis. Priešingai, į indą įpilant pašalinių medžiagų, inertinės dujos, galite labai sulėtinti garavimą.
Garavimo metu tie, kurie išskrenda iš skysčio molekules turi įveikti gretimų molekulių trauką ir dirbti prieš jėgas, laikančias jas paviršiniame sluoksnyje paviršiaus įtempimas. Todėl, kad įvyktų garavimas, garuojančiai medžiagai turi būti perduota šiluma, paimdama ją iš rezervo. vidinė energija patį skystį arba pašalinant jį iš aplinkinių kūnų. Šilumos kiekis, kuris turi būti perduodamas skysčiui esant tam tikrai temperatūrai ir fiksuotam slėgiui, kad jis paverstų tos pačios temperatūros ir slėgio garais, vadinamas garavimo šiluma. Garų slėgis didėja kylant temperatūrai, kuo stipriau, tuo didesnė garavimo šiluma.
Jei šiluma iš išorės nepateikiama garuojančiam skysčiui arba jos tiekiama nepakankamai, skystis atvėsta. Štai kodėl, palikę šlapią ranką ore, jaučiamės šalti. Į indą su šilumai nelaidžiomis sienelėmis įdėtą skystį priverčiant intensyviai išgaruoti, jį galima gerokai atvėsinti. Pagal kinetinė teorija, greičiausios molekulės išgaruoja, vidutinė energija Skystyje likusių molekulių skaičius mažėja – štai kodėl skystis atvėsta.
Kartais dar vadinamas garavimu sublimacija, arba sublimacija, t.y., kietosios medžiagos perėjimas į dujinę būseną. Beveik visi jų modeliai yra tikrai panašūs. Sublimacijos šiluma yra didesnė už garavimo šilumą maždaug sintezės šiluma.
Esant žemesnei nei lydymosi temperatūrai, slėgis sočiųjų garų dauguma kietosios medžiagos labai mažai, o jų išgaravimo praktiškai nėra. Tačiau yra išimčių. Taigi 0 °C vandens sočiųjų garų slėgis yra 4,58 mm Hg. Art., o ledas esant –1 °C – 4,22 mm Hg. Art. ir net esant –10 °C – vis dar 1,98 mmHg. Art. Šie palyginti dideli vandens garų slėgiai paaiškina lengvai pastebimą garavimą kietas ledas, ypač gerai žinomas šlapių skalbinių džiovinimo šaltyje faktas.
Kaip ir bet kuriame kitame skystyje, yra energijos, kurios energija leidžia įveikti tarpmolekulinę trauką. Šios molekulės įsibėgėja su jėga ir išskrenda į paviršių. Todėl jei stiklinę vandens uždengsite popierine servetėle, po kurio laiko ji taps šiek tiek drėgna. Tačiau vandens išgaravimas viduje skirtingos sąlygos pasireiškia skirtingu intensyvumu. Raktas fizines savybes, turinčios įtakos srauto greičiui šis procesas ir jo trukmė yra medžiagos tankis, temperatūra, paviršiaus plotas, buvimas .Than didesnis tankis medžiagos, tuo arčiau molekulės viena prie kitos. Tai reiškia, kad jiems sunkiau įveikti tarpmolekulinę trauką, o į paviršių išskrenda daug mažiau. Jei du skirtingo tankio skysčius (pavyzdžiui, vandenį ir metilą) patalpinsite tomis pačiomis sąlygomis, mažesnio tankio skysčiai išgaruos greičiau. Vandens tankis – 0,99 g/cm3, o metilo – 0,79 g/cm3. Todėl metanolis išgaruos greičiau. Ne mažiau svarbus veiksnys Temperatūra turi įtakos vandens išgaravimo greičiui. Kaip jau minėta, garavimas vyksta bet kokioje temperatūroje, tačiau jai didėjant, didėja molekulių judėjimo greitis, o jos daugiau palikite skystį. Todėl deginimas vandens išgaruoja greičiau nei šaltas vanduo Vandens garavimo intensyvumas priklauso ir nuo jo paviršiaus ploto. Į butelį siauru kakleliu supiltas vanduo išgaruos, nes... išstumtos molekulės nusėda ant buteliuko sienelių, siaurėjančių į viršų ir rieda atgal. O lėkštėje esančios vandens molekulės laisvai paliks skystį Garavimo procesas žymiai paspartės, jei oro srovės judės paviršiumi, nuo kurio vyksta garavimas. Faktas yra tas, kad be molekulių, paliekančių skystį, jos grįžta atgal. Ir kuo stipresnė oro cirkuliacija, tuo mažiau molekulių patenka atgal į vandenį. Tai reiškia, kad jo tūris greitai mažės.
Šaltiniai:
- vandens garinimas
Įvairios savybės vanduo mokslininkus domino jau daugelį metų. Gali būti vandens įvairios valstybės– kietas, skystas ir dujinis. Esant normaliai vidutinė temperatūra vanduo atrodo kaip skystis. Galima gerti ir laistyti augalus. Vanduo gali plisti ir užimti tam tikrus paviršius ir įgauti indų, kuriuose jis yra, formą. Taigi kodėl vanduo yra skystas?
Vanduo turi ypatingą struktūrą, dėl kurios jis įgauna skysčio formą. Jis gali pilti, tekėti ir lašėti. Kietųjų medžiagų kristalai turi griežtai sutvarkytą struktūrą. Dujinėse medžiagose struktūra išreiškiama kaip visiškas chaosas. Vanduo yra tarpinė struktūra tarp ir dujinė medžiaga. Vandens struktūroje esančios dalelės yra nedideliais atstumais viena nuo kitos ir yra gana tvarkingos. Tačiau laikui bėgant dalelėms tolstant viena nuo kitos, struktūros tvarka greitai išnyksta.
Tarpatominės ir tarpmolekulinės įtakos jėgos lemia vidutinį atstumą tarp dalelių. Vandens molekulės yra sudarytos iš deguonies ir vandenilio atomų, kur vienos molekulės deguonies atomai pritraukiami kitos molekulės vandenilio atomai. Susidaro vandeniliniai ryšiai, kurie suteikia vandens tam tikros savybės sklandumas, o paties vandens struktūra beveik identiška kristalo struktūrai. Daugelio eksperimentų pagalba vanduo pats nustato savo struktūrą laisvu tūriu.
Kai vanduo derinamas su kieti paviršiai, vandens struktūra pradeda jungtis su paviršiaus struktūra. Kadangi gretimo vandens sluoksnio struktūra išlieka nepakitusi, pradeda keistis jo fizinės savybės. Keičiasi vandens klampumas. Tam tikros struktūros ir savybių turinčias medžiagas tampa įmanoma ištirpinti. Vanduo iš pradžių yra skaidrus, bespalvis skystis. Fizinės savybės vanduo gali būti vadinamas anomaliniu, nes jo yra gana aukšta temperatūra verdant ir užšaldant.
Vanduo turi paviršiaus įtempimas. Pavyzdžiui, jis turi neįprastai aukštą užšalimo ir virimo temperatūrą, taip pat paviršiaus įtempimą. Specifinis išgarinimas o vandens lydymosi temperatūra yra daug aukštesnė nei bet kurių kitų medžiagų. Nuostabi savybė yra ta, kad vandens tankis yra didesnis nei ledo tankis, o tai leidžia ledui plūduriuoti vandens paviršiuje. Visos šios nuostabios vandens, kaip skysčio, savybės vėlgi paaiškinamos tuo, kad jame egzistuoja vandenilio ryšiai, kuriais jungiasi molekulės.
Trijų atomų vandens molekulės struktūra geometrinė projekcija tetraedras veda prie labai stipraus atsiradimo abipusė trauka vandens molekulės tarpusavyje. Viskas apie molekulių vandenilinius ryšius, nes kiekviena molekulė gali sudaryti keturias visiškai identiškas vandenilio jungtis su kitomis vandens molekulėmis. Šis faktas paaiškina, kad vanduo yra skystas.
Ne paslaptis, kad gėlo vandensįjungta
Vanduo yra vienas iš labiausiai paplitusių ir tuo pat metu labiausiai nuostabi medžiagaŽemėje. Vandens yra visur: ir aplink mus, ir mūsų viduje. Pasaulio vandenynai, sudaryti iš vandens, dengia ¾ paviršiaus gaublys. Bet kuriame gyvame organizme, nesvarbu, ar tai augalas, gyvūnas ar žmogus, yra vandens. Žmonės sudaro daugiau nei 70% vandens. Vanduo yra vienas iš pagrindinės priežastys gyvybės Žemėje kilmė. Kaip ir bet kuri medžiaga, vanduo gali būti įvairių būsenų arba, kaip teigia fizikai, agreguotų medžiagų būsenų: kietos, skystos ir dujinės. Tokiu atveju nuolat vyksta perėjimai iš vienos būsenos į kitą – vadinamieji fazių perėjimai. Vienas iš šių perėjimų yra garavimas, atvirkštinis procesas vadinamas kondensacija. Pabandykime išsiaiškinti, kaip tai naudoti fizinis reiškinys, ir ką apie tai reikia žinoti.
Garavimo proceso metu vanduo juda iš skysta būsenaį dujinę formą, kuri gamina vandens garus. Tai atsitinka bet kurioje temperatūroje, kai vanduo yra skystos būsenos (0 0 – 100 0 C). Tačiau išgaravimo greitis ne visada yra vienodas ir priklauso nuo daugelio veiksnių: vandens temperatūros, vandens paviršiaus ploto, oro drėgmės ir vėjo buvimo. Kuo aukštesnė vandens temperatūra, tuo greičiau juda jo molekulės ir vyksta intensyvesnis garavimas. Kaip didesnis plotas vandens paviršiuje, o garavimas vyksta tik paviršiuje, todėl daugiau molekulių vanduo iš skystos galės pereiti į dujinę būseną, o tai padidins garavimo greitį. Kuo didesnis vandens garų kiekis ore, tai yra, kuo didesnė oro drėgmė, tuo mažiau intensyviai išgaruoja. Be to, kuo didesnis vandens garų molekulių pašalinimo iš vandens paviršiaus greitis, tai yra, kuo didesnis vėjo greitis, tuo didesnis vandens garavimo greitis. Taip pat reikia pažymėti, kad garavimo proceso metu greičiausios molekulės palieka vandenį, todėl vidutinis greitis molekulių, todėl mažėja vandens temperatūra.
Atsižvelgiant į aprašytus modelius, svarbu atkreipti dėmesį į šiuos dalykus. Gerti labai karštą arbatą nėra nekenksminga. Tačiau norint jį užvirinti, reikia vandens, kurio temperatūra artima virimo temperatūrai (100 0 C). Tuo pačiu metu vanduo aktyviai garuoja: virš arbatos puodelio aiškiai matomos kylančios vandens garų srovės. Kad arbata greitai atvėstų ir arbatos gėrimas būtų patogus, reikia padidinti garavimo greitį, o arbata atvės daug greičiau. Pirmasis būdas visiems žinomas nuo vaikystės: užpučiant arbatą ir taip nuo paviršiaus pašalinus vandens garų molekules bei įkaitintą orą, padidės garavimo ir šilumos perdavimo greitis, arbata greičiau atvės. Antrasis metodas buvo dažnai naudojamas senais laikais: jie pildavo arbatą iš puodelio į lėkštę ir taip kelis kartus padidindavo paviršiaus plotą, proporcingai padidindami garavimo ir šilumos perdavimo greitį, dėl kurio arbata greitai atvėsdavo iki patogios temperatūros. .
Vandens atšalimas garuojant aiškiai jaučiamas, kai vasarą išplaukiate iš atviro vandens telkinio. Išlikti vėsiau su drėgna oda. Todėl norint išvengti hipotermijos ir susirgti, reikia nusisausinti rankšluosčiu, taip sustabdant vėsinimą, kurį sukelia vandens išgaravimas. Tačiau šią vandens savybę – vėsinti išgaruojant – kartais pravartu panaudoti, norint šiek tiek sumažinti sergančiojo aukštą temperatūrą ir taip kompresais ar trynimais pagerinti jo savijautą.
Kai susidaro kondensatas, vanduo iš dujinė būsena išskirdamas šiluminę energiją virsta skysčiu. Tai svarbu atsiminti, kai esate šalia verdančio virdulio. Iš jo snapelio išeinantis vandens garų srautas yra aukštos temperatūros (apie 100 0 C). Be to, kai vandens garai liečiasi su žmogaus oda, jie kondensuojasi ir taip padidina neigiamą šiluminį poveikį, kuris gali sukelti skausmingus nudegimus.
Taip pat naudinga žinoti, kad ore visada yra tam tikras vandens garų kiekis. Ir kuo aukštesnė oro temperatūra, tuo daugiau vandens garų gali būti atmosferoje. Todėl vasarą, kai temperatūra naktį pastebimai nukrenta, dalis vandens garų kondensuojasi ir iškrenta rasos pavidalu. Jei ryte vaikštote basomis ant žolės, ji bus šlapia ir šalta liesti, nes ji jau aktyviai garuoja. ryto saulė. Panaši situacija pasitaiko ir įėjus į šiltą patalpą iš gatvės žiemą su akiniais – akiniai rasos, nes ore kondensuosis vandens garai. šaltas paviršius stiklo Norėdami to išvengti, galite naudoti įprastą muilą ir ant stiklo užtepti tinklelį maždaug 1 cm žingsniais, o tada lėtai ir stipriai nespausdami patrinkite muilą minkštu skudurėliu. Akinių lęšiai bus padengti plona nematoma plėvele ir nerasos.
Vandens garus ore galima išmatuoti labai tiksliai idealios dujos ir apskaičiuokite jo būsenos parametrus naudodami Mendelejevo-Klapeirono lygtį. Tarkime, kad oro temperatūra dieną normali atmosferos slėgis siekia 30 0 C, ir oro drėgmė 50% . Pažiūrėkime, iki kokios temperatūros oras turi atvėsti naktį, kad rasa iškristų. Šiuo atveju manysime, kad vandens garų kiekis (tankis) ore nepasikeitė.
Sočiųjų vandens garų tankis ties 30 0 C lygus 30,4 g/m3 (lentelės vertė). Kadangi oro drėgnumas yra 50%, vandens garų tankis yra 0,5 30,4 g/m3 = 15,2 g/m3. Rasa iškris, jei tam tikroje temperatūroje šis tankis bus lygus sočiųjų vandens garų tankiui. Remiantis lentelės duomenimis, tai įvyks esant maždaug temperatūrai 180 C. Tai yra, jei oro temperatūra naktį nukrenta žemiau 180 C, tada iškris rasa.
Naudodami siūlomą metodą siūlome išspręsti problemą:
Uždarytame indelyje su tūriu 2 l yra oro, kurio drėgnumas yra 80% , ir temperatūra 25 0 C. Stiklainis buvo dedamas į šaldytuvą, kurio vidaus temperatūra buvo 60 C. Kokia vandens masė rasos pavidalu iškris prasidėjus terminei pusiausvyrai.
