Zakaj izhlapevanje spremlja znižanje temperature tekočine. Velika enciklopedija nafte in plina

Izhlapevanje tekočine se pojavi pri kateri koli temperaturi in hitreje kot je višja temperatura, večja je prosta površina izhlapevajoče tekočine in hitreje se odstranijo hlapi, ki nastanejo nad tekočino.

Pri določeni temperaturi, odvisno od narave tekočine in tlaka, pod katerim se nahaja, se začne uparjanje celotne mase tekočine. Ta proces se imenuje vrenje.

To je proces intenzivnega izhlapevanja ne samo s proste površine, ampak tudi v prostornini tekočine. V volumnu nastanejo mehurčki, napolnjeni z nasičeno paro. Pod vplivom vzgonske sile se dvignejo navzgor in se na površini razpočijo. Središča njihovega nastanka so drobni mehurčki tujih plinov ali delci različnih nečistoč.

Če ima mehurček velikosti nekaj milimetrov ali več, lahko drugi člen zanemarimo in zato pri velikih mehurčkih pri konstantnem zunanjem tlaku tekočina vre, ko tlak nasičene pare v mehurčkih postane enak zunanjemu tlaku .

Zaradi kaotičnega gibanja nad površino tekočine se molekula pare, ki pade v sfero delovanja molekularnih sil, spet vrne v tekočino. Ta proces se imenuje kondenzacija.

Izhlapevanje in vrenje

Izhlapevanje in vrenje sta dva načina, na katera se lahko tekočina spremeni v plin (paro). Proces takšnega prehoda imenujemo vaporizacija. To pomeni, da sta izhlapevanje in vrenje metodi uparjanja. Med tema dvema metodama so pomembne razlike.

Izhlapevanje poteka le s površine tekočine. To je posledica dejstva, da se molekule katere koli tekočine nenehno gibljejo. Poleg tega je hitrost molekul različna. Molekule z dovolj veliko hitrostjo, ko so enkrat na površini, lahko premagajo silo privlačnosti drugih molekul in končajo v zraku. Molekule vode, posamezno v zraku, tvorijo paro. Nemogoče je videti pare skozi njihove oči. Kar vidimo kot vodno meglo, je že posledica kondenzacije (proces, ki je nasproten uparjenju), ko se para ob ohlajanju zbira v obliki drobnih kapljic.

Zaradi izhlapevanja se tekočina sama ohladi, saj jo najhitrejše molekule zapustijo. Kot veste, je temperatura natančno določena s hitrostjo gibanja molekul snovi, to je njihovo kinetično energijo.

Hitrost izhlapevanja je odvisna od številnih dejavnikov. Prvič, odvisno je od temperature tekočine. Višja kot je temperatura, hitrejše je izhlapevanje. To je razumljivo, saj se molekule gibljejo hitreje, kar pomeni, da lažje pobegnejo s površine. Hitrost izhlapevanja je odvisna od snovi. Pri nekaterih snoveh se molekule močneje privlačijo in zato težje odletijo, pri drugih pa so šibkejše in zato lažje zapustijo tekočino. Izhlapevanje je odvisno tudi od površine, nasičenosti zraka s paro in vetra.

Najpomembnejša stvar, ki razlikuje izhlapevanje od vrenja, je, da se izhlapevanje pojavi pri kateri koli temperaturi in se zgodi samo s površine tekočine.

Za razliko od izhlapevanja se vrenje pojavi le pri določeni temperaturi. Vsaka snov v tekočem stanju ima svoje vrelišče. Na primer, voda pri normalnem atmosferskem tlaku vre pri 100 °C, alkohol pa pri 78 °C. Ko pa se atmosferski tlak zniža, se vrelišče vseh snovi nekoliko zniža.

Ko voda zavre, se sprosti v njej raztopljen zrak. Ker se posoda navadno segreva od spodaj, je temperatura v spodnjih plasteh vode višja in tam najprej nastanejo mehurčki. V te mehurčke izhlapeva voda in postanejo nasičeni z vodno paro.

Ker so mehurčki lažji od same vode, se dvigajo navzgor. Ker se zgornje plasti vode še niso segrele do vrelišča, se mehurčki ohladijo in para v njih kondenzira nazaj v vodo, mehurčki postanejo težji in ponovno potonejo.

Ko se vse plasti tekočine segrejejo do vrelišča, se mehurčki ne spuščajo več, ampak se dvignejo na površje in počijo. Para iz njih konča v zraku. Tako se med vrenjem proces uparjanja ne pojavi na površini tekočine, temveč po vsej njeni debelini v zračnih mehurčkih, ki nastanejo. Za razliko od izhlapevanja je vrenje možno le pri določeni temperaturi.

Treba je razumeti, da ko tekočina vre, pride tudi do normalnega izhlapevanja z njene površine.

Kaj določa hitrost izhlapevanja tekočine?

Merilo za hitrost izhlapevanja je količina snovi, ki uhaja na enoto časa z enote proste površine tekočine. Angleški fizik in kemik D. Dalton v začetku 19. stoletja. ugotovil, da je hitrost izhlapevanja sorazmerna z razliko med tlakom nasičene pare pri temperaturi izhlapevajoče tekočine in dejanskim tlakom prave pare, ki obstaja nad tekočino. Če sta tekočina in para v ravnotežju, je stopnja izhlapevanja enaka nič. Natančneje, zgodi se, vendar se z enako hitrostjo zgodi tudi obratni proces - kondenzacija(prehod snovi iz plinastega ali parastega stanja v tekoče). Hitrost izhlapevanja je odvisna tudi od tega, ali poteka v mirnem ali gibljivem ozračju; njegova hitrost se poveča, če nastalo paro odpihne zračni tok ali izčrpa črpalka.

Če pride do izhlapevanja iz tekoče raztopine, potem različne snovi izhlapevajo z različnimi hitrostmi. Hitrost izhlapevanja določene snovi se zmanjšuje z naraščajočim tlakom tujih plinov, kot je zrak. Zato se izhlapevanje v praznino zgodi z največjo hitrostjo. Nasprotno, z dodajanjem tujega, inertnega plina v posodo lahko močno upočasnimo izhlapevanje.

Včasih izhlapevanje imenujemo tudi sublimacija ali sublimacija, to je prehod trdne snovi v plinasto stanje. Skoraj vsi njihovi vzorci so res podobni. Toplota sublimacije je večja od toplote izparevanja za približno talilno toploto.

Torej je hitrost izhlapevanja odvisna od:

Nekakšna tekočina. Tekočina, katere molekule se privlačijo z manjšo silo, hitreje izhlapi. Dejansko lahko v tem primeru večje število molekul premaga privlačnost in odleti iz tekočine.
Izhlapevanje poteka hitreje, čim višja je temperatura tekočine. Višja kot je temperatura tekočine, večje je število hitro premikajočih se molekul v njej, ki lahko premagajo privlačne sile okoliških molekul in odletijo s površine tekočine.
Hitrost izhlapevanja tekočine je odvisna od njene površine. Ta razlog je razložen z dejstvom, da tekočina izhlapi s površine in večja kot je površina tekočine, večje je število molekul, ki hkrati letijo iz nje v zrak.
Izhlapevanje tekočine poteka hitreje z vetrom. Hkrati s prehodom molekul iz tekočine v paro poteka tudi obraten proces. Med naključnim premikanjem po površini tekočine se nekatere molekule, ki so jo zapustile, znova vrnejo vanjo. Zato se masa tekočine v zaprti posodi ne spremeni, čeprav tekočina še naprej izhlapeva.

zaključki

Pravimo, da voda izhlapeva. Toda kaj to pomeni? Izhlapevanje je proces, pri katerem tekočina v zraku hitro postane plin ali para. Veliko tekočin izhlapi zelo hitro, veliko hitreje kot voda. To velja za alkohol, bencin in amoniak. Nekatere tekočine, kot je živo srebro, izhlapevajo zelo počasi.

Kaj povzroča izhlapevanje? Da bi to razumeli, morate razumeti nekaj o naravi materije. Kolikor vemo, je vsaka snov sestavljena iz molekul. Na te molekule delujeta dve sili. Eden od njih je kohezija, ki jih privlači drug k drugemu. Drugi pa je toplotno gibanje posameznih molekul, ki povzroči, da te razletijo.

Če je adhezivna sila večja, snov ostane v trdnem stanju. Če je toplotno gibanje tako močno, da presega kohezijo, potem snov postane ali je plin. Če sta sili približno uravnoteženi, potem imamo tekočino.

Voda je seveda tekočina. Toda na površini tekočine so molekule, ki se premikajo tako hitro, da premagajo silo adhezije in odletijo v vesolje. Proces odhoda molekul se imenuje izhlapevanje.

Zakaj voda hitreje izhlapeva, če je izpostavljena soncu ali segreta? Višja kot je temperatura, intenzivnejše je toplotno gibanje v tekočini. To pomeni, da vedno več molekul pridobi dovolj hitrosti, da odleti. Ko najhitrejše molekule odletijo, se hitrost preostalih molekul v povprečju upočasni. Zakaj se preostala tekočina ohladi z izhlapevanjem?

Torej, ko se voda posuši, to pomeni, da se je spremenila v plin ali paro in postala del zraka.

1. Kateri pojav imenujemo izhlapevanje?

Izhlapevanje je tvorba hlapov, ki se pojavi s površine tekočine.

2. Zakaj pride do izhlapevanja tekočine pri kateri koli temperaturi?

Molekule tekočine se nenehno gibljejo z različnimi hitrostmi. Če se na površini tekočine pojavi dovolj "hitra" molekula, lahko premaga privlačnost sosednjih molekul in odleti iz tekočine. Molekule, ki se oddajajo s površine tekočine, nad njo tvorijo paro. Preostale molekule tekočine med trki spremenijo hitrost. Hkrati nekatere molekule pridobijo dovolj hitrosti, da poletijo iz tekočine, ko dosežejo površino. Ta proces se nadaljuje, tako da tekočina postopoma izhlapeva. Ker je v tekočini vedno prisotno določeno število hitro premikajočih se molekul, mora do izhlapevanja priti pri kateri koli temperaturi.

3. Kaj določa hitrost izhlapevanja tekočine?

Hitrost izhlapevanja je odvisna od vrste tekočine, njene površine in prisotnosti ali odsotnosti vetra.

4. Zakaj je izhlapevanje hitrejše, čim višja je temperatura tekočine?

Višja kot je temperatura tekočine, hitreje se gibljejo molekule, ki jih vsebuje. Zato izhlapevanje poteka tem hitreje, čim višja je temperatura tekočine.

5. Kako je hitrost izhlapevanja tekočine odvisna od njene površine?

Večja kot je površina tekočine, več molekul se hkrati sprosti v zrak (izhlapevanje poteka hitreje).

6. Katera para se imenuje nasičena?

Nasičena para je para, ki je v dinamičnem ravnovesju s celotno tekočino.

7. Katera para se imenuje nenasičena?

Nenasičena para je para, ki ni v ravnovesju s svojo tekočino.

8. Zakaj pride do izhlapevanja tekočine hitreje, če veter piha čez njeno površino?

V odprti posodi se masa tekočine zaradi izhlapevanja postopoma zmanjšuje. To je posledica dejstva, da se večina molekul pare razprši v zrak, ne da bi se vrnila v tekočino. Toda majhen del se jih vrne nazaj v tekočino in s tem upočasni izhlapevanje. Zato z vetrom, ki odnaša molekule pare, pride do hitrejšega izhlapevanja tekočine.

Kje voda hitreje izhlapeva?

Tako je, pri povišanih temperaturah. Vpliv povišane temperature na molekule tekočine povzroči njihovo pospešeno gibanje in s tem bistveno pospeši proces izhlapevanja. Kar zadeva mraz, se voda spremeni v led in nato v paro.

Če odprto posodo s tekočino pustite na prostem, bo voda po kratkem času izhlapela. Veliko bo odvisno od tega, kje točno je bila posoda puščena, pod vplivom sončne svetlobe ali v temnem, hladnem prostoru. Končni rezultat bo enak, vendar se bo čas izhlapevanja tekočine upočasnil. To je posledica dejstva, da je izhlapevanje naravni proces, ki se pojavi v katerem koli okolju in posodi, in človeško telo ni izjema.

Znojenje je proces, pri katerem se vlaga sprosti iz človeškega telesa in po kratkem času izhlapi s površine kože.

Prehod iz tekočega v plinasto stanje je posledica dejstva, da v vodi obstaja kinetična energija, ki pospešuje gibanje molekul - osnovnih delcev katere koli snovi. Kinetična energija, ki je prisotna v kateri koli tekočini, spodbuja gibanje molekul in jim omogoča, da premagajo medmolekularno privlačnost. Na primer, če pokrijete skodelico vode s papirjem, bo po eni uri postala mokra. Izhlapevanje se pojavi tudi v zaprtem prostoru, vendar obstajajo dejavniki, ki vplivajo na hitrost napredovanja tega procesa.

Fizikalni vidiki, ki lahko vplivajo na hitrost izhlapevanja, so:

Temperatura prostora, v katerem poteka ta proces. Druga stvar je naravno izhlapevanje, ki se dogaja v okoliškem svetu;
Prezračevanje. Pod vplivom vetra se tekočina hitreje pretvori v paro, kar ustreza deležu ½ (pri povečanem vetru (m/s) se stopnja pretvorbe vode v paro podvoji);
Območje, iz katerega se sprošča tekočina. Za vizualni primer vzemite kozarec in ravno ploščo. Kot veste, je izhlapevanje proces, pri katerem površina tekočine izhlapi. Da bi spodnje molekule premagale medmolekularno privlačnost in zapustile površino posode, morajo počakati, da zgornja vrsta delcev izvede to dejanje. Z drugimi besedami, večja kot je površina, hitrejše je izhlapevanje;
Gostota. Molekulam, ki se tesno prilegajo, je težje premagati medmolekularno privlačnost, saj se borijo proti privlačnosti enakih delcev. Iz tega sledi, da visoka gostota pomaga upočasniti izhlapevanje.

Zakaj tekoča voda izhlapi hitreje kot led?

Odgovor je preprost - temperatura in stanje molekul. V tekočem stanju so molekule vode zmerno aktivne (v obliki pare dosežejo največjo aktivnost). Ko so v stanju ledu, osnovni delci zamrznejo, njihovo gibanje se upočasni za polovico, kar jim bistveno prepreči premagovanje medmolekularne privlačnosti. Po natančnih podatkih znanstvenikov s področja fizike v eni uri s površine vode, ki se nahaja na ravnem predmetu, izstopi približno 1249 molekul vode. Pri ledu je situacija povsem nasprotna. V istih 60 minutah pride iz posode enake površine le 317 molekul. Sklepamo lahko, da voda, ki je v stanju ledu, izhlapeva štirikrat počasneje.

Drugi dejavnik je temperatura tekočine.
Poglejmo primer vode in metilnega alkohola. Metil je vnetljiva tekočina, vendar v tekočem stanju izhlapi v standardnih razmerjih (1249 molekul/uro). Ko pa ga zažgete, se postopek dvakrat hitreje pospeši. Dejstvo je, da se nad točko vžiga oblikuje zračni lijak z visokim pritiskom, ki ustvarja neprekinjene krožne tokove zraka. Ko so v njih, molekule alkohola, spremenjene v paro, hitro zapustijo prvotno mesto. Močnejši kot je pretok zraka, manj molekul tekočine se bo vrnilo v prvotni vir. Relativno se bo primarni volumen posode zmanjšal hitreje.

Izvedimo poskus.

Vzemimo plastično steklenico vode in jo postavimo na odprto mesto pod vplivom ultravijoličnega sevanja. Kot se je izkazalo prej, pod vplivom visoke temperature voda hitreje izhlapi. Toda zakaj bi se tekočina v steklenici počasneje spreminjala v paro? Uhajajoče molekule se ne bodo mogle takoj "stisniti" v ozek vrat, zato se bodo usedle na stene steklenice in se zvrnile v splošno maso. Iz tega sledi še en sklep - učinek temperature nima učinka, če je tekočina v veliki posodi, vendar z majhnim iztokom (vratom).

Pri določeni temperaturi, odvisno od narave tekočine in tlaka, pod katerim se nahaja, se začne uparjanje celotne mase tekočine. Ta proces se imenuje vrenje.

Zaradi kaotičnega gibanja nad površino tekočine se molekula pare, ki pade v sfero delovanja molekularnih sil, spet vrne v tekočino. Ta proces se imenuje kondenzacija.

Izhlapevanje in vrenje

Zaradi izhlapevanja se tekočina sama ohladi, saj jo najhitrejše molekule zapustijo. Kot veste, je temperatura natančno določena s hitrostjo gibanja molekul snovi, to je njihovo kinetično energijo.

Najpomembnejša stvar, ki razlikuje izhlapevanje od vrenja, je, da se izhlapevanje pojavi pri kateri koli temperaturi in se zgodi samo s površine tekočine.

Za razliko od izhlapevanja se vrenje pojavi le pri določeni temperaturi. Vsaka snov v tekočem stanju ima svoje vrelišče. Na primer, voda pri normalnem atmosferskem tlaku vre pri 100 °C, alkohol pa pri 78 °C. Ko pa se atmosferski tlak zniža, se vrelišče vseh snovi nekoliko zniža.

Treba je razumeti, da ko tekočina vre, pride tudi do normalnega izhlapevanja z njene površine.

Kaj določa hitrost izhlapevanja tekočine?

Torej je hitrost izhlapevanja odvisna od:

Nekakšna tekočina. Tekočina, katere molekule se privlačijo z manjšo silo, hitreje izhlapi. Dejansko lahko v tem primeru večje število molekul premaga privlačnost in odleti iz tekočine.
Izhlapevanje poteka hitreje, čim višja je temperatura tekočine. Višja kot je temperatura tekočine, večje je število hitro premikajočih se molekul v njej, ki lahko premagajo privlačne sile okoliških molekul in odletijo s površine tekočine.
Hitrost izhlapevanja tekočine je odvisna od njene površine. Ta razlog je razložen z dejstvom, da tekočina izhlapi s površine in večja kot je površina tekočine, večje je število molekul, ki hkrati letijo iz nje v zrak.
Izhlapevanje tekočine poteka hitreje z vetrom. Hkrati s prehodom molekul iz tekočine v paro poteka tudi obraten proces. Med naključnim premikanjem po površini tekočine se nekatere molekule, ki so jo zapustile, znova vrnejo vanjo. Zato se masa tekočine v zaprti posodi ne spremeni, čeprav tekočina še naprej izhlapeva.

zaključki

Voda je seveda tekočina. Toda na površini tekočine so molekule, ki se premikajo tako hitro, da premagajo silo adhezije in odletijo v vesolje. Proces odhoda molekul se imenuje izhlapevanje.

Torej, ko se voda posuši, to pomeni, da se je spremenila v plin ali paro in postala del zraka.

Voda je ena najpogostejših in hkrati najbolj neverjetnih snovi na Zemlji. Voda je povsod: tako okoli nas kot v nas. Svetovni oceani, sestavljeni iz vode, pokrivajo ¾ površine globus. Vsak živ organizem, naj bo to rastlina, žival ali človek, vsebuje vodo. Človek je več kot 70 % sestavljen iz vode. Voda je eden glavnih razlogov za nastanek življenja na Zemlji. Kot vsaka snov je tudi voda lahko v različnih agregatnih ali, kot pravijo fiziki, agregatnih stanjih snovi: trdnem, tekočem in plinastem. V tem primeru nenehno prihaja do prehodov iz enega stanja v drugo - tako imenovani fazni prehodi. Eden od teh prehodov je izhlapevanje; obratni proces se imenuje kondenzacija. Poskusimo ugotoviti, kako je mogoče uporabiti ta fizični pojav in kaj morate vedeti o njem.

Med procesom izhlapevanja voda preide iz tekočega v plinasto stanje, pri čemer nastane vodna para. To se zgodi pri kateri koli temperaturi, ko je voda v tekočem stanju (0 0 – 100 0 C). Hitrost izhlapevanja pa ni vedno enaka in je odvisna od številnih dejavnikov: temperature vode, površine vodne površine, vlažnosti zraka in prisotnosti vetra. Višja kot je temperatura vode, hitreje se gibljejo njene molekule in intenzivnejše je izhlapevanje. Večja ko je površina vode in se izhlapevanje dogaja izključno na površini, več molekul vode bo lahko prešlo iz tekočega v plinasto stanje, kar bo povečalo hitrost izhlapevanja. Večja kot je vsebnost vodne pare v zraku, to je višja kot je zračna vlaga, manj intenzivno je izhlapevanje. Poleg tega večja kot je hitrost odstranjevanja molekul vodne pare s površine vode, to je večja kot je hitrost vetra, večja je hitrost izhlapevanja vode. Upoštevati je treba tudi, da med procesom izhlapevanja najhitrejše molekule zapustijo vodo, zato se povprečna hitrost molekul in s tem temperatura vode zmanjša.

Ob upoštevanju opisanih vzorcev je pomembno biti pozoren na naslednje. Pitje zelo vročega čaja ni neškodljivo. Vendar pa za pripravo potrebujete vodo s temperaturo blizu vrelišča (100 0 C). Hkrati voda aktivno izhlapeva: nad skodelico čaja so jasno vidni naraščajoči tokovi vodne pare. Za hitro ohladitev čaja in udobno pitje čaja morate povečati stopnjo izhlapevanja in čaj se bo ohladil veliko hitreje. Prva metoda je znana vsem že od otroštva: če pihate na čaj in s tem s površine odstranite molekule vodne pare in segret zrak, se bo hitrost izhlapevanja in prenosa toplote povečala, čaj pa se bo hitreje ohladil. Druga metoda je bila pogosto uporabljena v starih časih: čaj so nalili iz skodelice v krožnik in s tem večkrat povečali površino, sorazmerno povečali hitrost izhlapevanja in prenosa toplote, zaradi česar se je čaj hitro ohladil na prijetno temperaturo. .

Hlajenje vode med izhlapevanjem je jasno občutiti, ko poleti po plavanju zapustite odprto vodno telo. Ostanite hladnejši z vlažno kožo. Da bi se izognili hipotermiji in zboleli, se morate obrisati z brisačo in s tem preprečiti hlajenje, ki ga povzroča izhlapevanje vode. Vendar je to lastnost vode - da se med izhlapevanjem ohlaja - včasih koristno uporabiti, da bolniku z obkladki ali drgnjenjem nekoliko znižamo visoko temperaturo in mu s tem olajšamo počutje.

Pri kondenzaciji voda preide iz plinastega v tekoče stanje, pri čemer se sprošča toplotna energija. To si je pomembno zapomniti, ko ste blizu vrelega kotlička. Tok vodne pare, ki prihaja iz njegovega izliva, ima visoko temperaturo (približno 100 0 C). Poleg tega vodna para, ko pride v stik s človeško kožo, kondenzira in s tem poveča škodljive toplotne učinke, ki lahko povzročijo boleče opekline.

Koristno je tudi vedeti, da zrak vedno vsebuje določeno količino vodne pare. In višja ko je temperatura zraka, več vodne pare je lahko v ozračju. Zato poleti, ko temperatura ponoči opazno pade, nekaj vodne pare kondenzira in izpade v obliki rose. Če zjutraj hodite bosi po travi, bo mokra in hladna na dotik, saj zaradi jutranjega sonca že aktivno izhlapeva. Podobno se zgodi, če pozimi z očali vstopite v topel prostor z ulice – očala se bodo zarosila, saj bo vodna para v zraku kondenzirala na hladni površini očal. Da bi to preprečili, lahko uporabite običajno milo in na steklo nanesete mrežico v korakih po približno 1 cm, nato pa milo počasi in brez močnega pritiska drgnete z mehko krpo. Stekla očal bodo prekrita s tanko nevidno folijo in se ne bodo zarosila.

Vodno paro v zraku je mogoče z veliko natančnostjo obravnavati kot idealen plin in parametre njenega stanja je mogoče izračunati z uporabo Mendeleev-Clapeyronove enačbe. Predpostavimo, da je temperatura zraka čez dan pri normalnem atmosferskem tlaku 30 0 C, in vlažnost zraka 50% . Ugotovimo, do katere temperature se mora ponoči ohladiti zrak, da začne rosa. V tem primeru bomo predpostavili, da se vsebnost (gostota) vodne pare v zraku ni spremenila.

Gostota nasičene vodne pare pri 30 0 C enako 30,4 g/m3(tabelarna vrednost). Ker je vlažnost zraka 50 %, je gostota vodne pare enaka 0,5 30,4 g/m 3 = 15,2 g/m 3. Rosa bo padla, če je pri določeni temperaturi ta gostota enaka gostoti nasičene vodne pare. Po tabelarnih podatkih se bo to zgodilo pri temperaturi približno 18 0 C. Se pravi, če temperatura zraka ponoči pade pod 18 0 C, takrat bo padla rosa.

Predlagamo, da s predlagano metodo rešite težavo:

V zaprtem kozarcu s prostornino 2 l je zrak, katerega vlažnost je 80% , in temperaturo 25 0 C. Kozarec smo postavili v hladilnik, katerega notranja temperatura je bila 6 0 C. Kakšna masa vode bo izpadla v obliki rose po nastopu toplotnega ravnovesja.

ZGOREVANJE TEKOČIN

Za zgorevanje tekočin sta značilna dva medsebojno povezana pojava - izhlapevanje in zgorevanje mešanice pare in zraka nad površino tekočine. Posledično zgorevanje tekočin ne spremlja le kemična reakcija (oksidacija, ki se spremeni v zgorevanje s plamenom), temveč tudi fizikalni pojavi (izhlapevanje in tvorba mešanice pare in zraka nad površino tekočine), brez katerih je zgorevanje nemogoče.

Prehod snovi iz tekočega v parno stanje imenujemo uparjanje. Obstajata dve obliki tega procesa: izhlapevanje in vrenje. Izhlapevanje je prehod tekočine v paro s proste površine pri temperaturi pod vreliščem tekočine (glej sliko 4.1). Izhlapevanje nastane kot posledica toplotnega gibanja molekul tekočine. Hitrost gibanja molekul niha v širokem območju in v obe smeri močno odstopa od svoje povprečne vrednosti. Nekatere molekule, ki imajo dovolj visoko kinetično energijo, uidejo iz površinske plasti tekočine v plinski (zračni) medij. Odvečna energija molekul, ki jo izgubi tekočina, se porabi za premagovanje interakcijskih sil med molekulami in delo ekspanzije (povečanje prostornine), ko se tekočina pretvori v paro. Vreti- to je izhlapevanje ne samo s površine, ampak tudi iz volumna tekočine z nastankom parnih mehurčkov po celotnem volumnu in njihovim sproščanjem. Izhlapevanje poteka pri kateri koli temperaturi tekočine. Vretje nastopi le pri temperaturi, pri kateri tlak nasičene pare doseže zunanji (atmosferski) tlak.

Zaradi Brownovega gibanja v plinskem območju poteka tudi obraten proces - kondenzacija. Če je prostornina nad tekočino zaprta, se pri kateri koli temperaturi tekočine vzpostavi dinamično ravnovesje med procesoma izhlapevanja in kondenzacije.

Paro, ki je v ravnovesju s tekočino, imenujemo nasičena para. Ravnotežno stanje ustreza koncentraciji hlapov, določeni za določeno temperaturo. Tlak pare v ravnotežju s tekočino se imenuje tlak nasičene pare.

riž. 4.1. Shema izhlapevanja tekočine v: a) odprti posodi, b) zaprti posodi

Nasičeni parni tlak (p.p.) dane tekočine pri stalni temperaturi je zanjo stalna in nespremenljiva vrednost. Vrednost nasičenega parnega tlaka določa temperatura tekočine: z naraščajočo temperaturo se nasičeni parni tlak povečuje. To je posledica povečanja kinetične energije molekul tekočine z naraščajočo temperaturo. V tem primeru se izkaže, da ima vse večji delež molekul dovolj energije za pretvorbo v paro.

Tako je nad površino (ogledalom) tekočine vedno mešanica pare in zraka, za katero je v ravnotežnem stanju značilen tlak nasičenih hlapov tekočine ali njihova koncentracija. Z naraščajočo temperaturo se tlak nasičene pare povečuje v skladu s Clayperon-Clasiusovo enačbo:

, (4.1)

ali v integralni obliki:

, (4.2)

kjer je p n.p. – nasičen parni tlak, Pa;

DH izhlapevanje je toplota izparevanja, količina toplote, ki je potrebna za pretvorbo enote mase tekočine v stanje pare, kJ/mol;

T – temperatura tekočine, K.

Koncentracija nasičenih hlapov nad površino tekočine je povezana z njenim tlakom z razmerjem:

. (4.3)

Iz (4.1 in 4.2) sledi, da z naraščajočo temperaturo tekočine tlak nasičenih hlapov (oz. njihova koncentracija) eksponentno narašča. V zvezi s tem se pri določeni temperaturi nad površino tekočine ustvari koncentracija hlapov, ki je enaka spodnji meji koncentracije širjenja plamena. Ta temperatura se imenuje spodnja temperaturna meja širjenja plamena (LTFL).

Zato za vsako tekočino vedno obstaja temperaturno območje, pri katerem bo koncentracija nasičenih hlapov nad ogledalom v območju vžiga, to je HKPRP £ j p £ VKPRP.

1. Pojav pretvorbe snovi iz tekočega v plinasto stanje imenujemo uparjanje. Uparjanje lahko poteka v obliki dveh procesov: izhlapevanja in vrenja.

Izhlapevanje poteka s površine tekočine pri kateri koli temperaturi. Tako se luže izsušijo pri 10 °C, 20 °C in 30 °C. Tako je izhlapevanje proces pretvorbe snovi iz tekočega v plinasto stanje, ki se pojavi s površine tekočine pri kateri koli temperaturi.

Z vidika molekularne kinetične teorije zgradbe snovi je izhlapevanje tekočine razloženo na naslednji način. Molekule tekočine, ki sodelujejo v neprekinjenem gibanju, imajo različne hitrosti. Najhitrejše molekule, ki se nahajajo na meji površine vode in zraka in imajo relativno visoko energijo, premagajo privlačnost sosednjih molekul in zapustijo tekočino. Tako se nad tekočino tvori para.

Ker pri izhlapevanju iz tekočine odletijo molekule, ki imajo večjo notranjo energijo v primerjavi z energijo molekul, ki ostanejo v tekočini, se povprečna hitrost in povprečna kinetična energija molekul tekočine zmanjšata, posledično pa se zniža tudi temperatura tekočine.

Hitrost izhlapevanja tekočine je odvisna od vrste tekočine. Tako je hitrost izhlapevanja etra večja od hitrosti izhlapevanja vode in rastlinskega olja. Poleg tega je hitrost izhlapevanja odvisna od gibanja zraka nad površino tekočine. Dokaz je lahko, da se perilo na vetru posuši hitreje kot v brezvetrju ob enakih zunanjih pogojih.

Hitrost izhlapevanja je odvisna od temperature tekočine. Na primer, voda pri temperaturi 30 °C izhlapi hitreje kot voda pri 10 °C.

Znano je, da voda, natočena v krožnik, izhlapi hitreje kot voda enake mase, natočena v kozarec. Zato je hitrost izhlapevanja odvisna od površine tekočine.

2. Proces pretvorbe snovi iz plinastega v tekoče stanje imenujemo kondenzacija.

Proces kondenzacije poteka sočasno s procesom izhlapevanja. Molekule, ki se oddajajo iz tekočine in se nahajajo nad njeno površino, sodelujejo v kaotičnem gibanju. Trčijo ob druge molekule in v nekem trenutku se lahko njihove hitrosti usmerijo proti površini tekočine in molekule se vanjo vrnejo.

Če je posoda odprta, se proces izhlapevanja zgodi hitreje kot kondenzacija in masa tekočine v posodi se zmanjša. Hlapi, ki nastanejo nad tekočino, se imenujejo nenasičen.

Če je tekočina v zaprti posodi, bo sprva število molekul, ki zapuščajo tekočino, večje od števila molekul, ki se vanjo vračajo, sčasoma pa se bo gostota pare nad tekočino toliko povečala, da bo število molekul, ki zapuščajo tekočina bo postala enaka številu molekul, ki se vanjo vračajo. V tem primeru se pojavi dinamično ravnotežje tekočine z njenimi hlapi.

Hlapi, ki so v stanju dinamičnega ravnovesja s svojo tekočino, se imenujejo nasičene pare.

Če posodo s tekočino, ki vsebuje nasičeno paro, segrejemo, se bo na začetku število molekul, ki zapustijo tekočino, povečalo in bo večje od števila molekul, ki se vanjo vračajo. Sčasoma se bo ravnovesje ponovno vzpostavilo, vendar se bo povečala gostota pare nad tekočino in s tem njen tlak.

3. Zrak vedno vsebuje vodno paro, ki je produkt izhlapevanja vode. Vsebnost vodne pare v zraku označuje njegovo vlažnost.

Absolutna vlažnost zraka \((\rho) \) je masa vodne pare v 1 m 3 zraka ali gostota vodne pare v zraku.

Če je relativna vlažnost zraka 9,41·10 -3 kg/m3, potem to pomeni, da vsebuje 1 m3 9,41·10 -3 kg vodne pare.

Da bi presodili stopnjo vlažnosti zraka, vrednost, imenovano relativna vlažnost.

Relativna vlažnost zraka \((\varphi) \) je vrednost, ki je enaka razmerju gostote vodne pare \((\rho) \) v zraku (absolutna vlažnost) in gostote nasičene vode hlapi \((\ rho_0) \) pri tej temperaturi:

\[ \varphi=\frac(\rho)(\rho_0)100\% \]

Relativna vlažnost je običajno izražena v odstotkih.

Ko temperatura pade, se lahko nenasičena slanica spremeni v nasičeno slanico. Primer takšne transformacije je izpadanje rose in nastanek megle. Tako je na poletni dan pri temperaturi 30 °C gostota vodne pare 12,8·10 -3 kg/m3. Ta vodna para je nenasičena. Ko se temperatura zvečer spusti na 15 °C, bo že nasičeno in bo rosilo.

Temperatura, pri kateri vodna para v zraku postane nasičena, se imenuje rosišče.

Za merjenje vlažnosti zraka je naprava, imenovana psihrometer.

Psihrometer je sestavljen iz dveh termometrov, od katerih je eden suh in drugi mokri (slika 74). Termometri so pritrjeni na tabelo, v kateri je temperatura, ki jo kaže suhi termometer, prikazana navpično, razlika v odčitkih suhega in mokrega termometra pa vodoravno. Po določitvi odčitkov termometra se iz tabele določi vrednost relativne vlažnosti zraka.

Na primer, temperatura, ki jo kaže suhi termometer, je 20 °C, odčitek mokrega termometra je 15 °C. Razlika v odčitkih je 5 °C. S pomočjo tabele najdemo vrednost relativne vlažnosti \(\varphi \) = 59%.

4. Drugi postopek uparjanja je Vreti. Ta proces lahko opazujemo s preprostim poskusom s segrevanjem vode v stekleni bučki. Ko se voda segreje, se čez nekaj časa v njej pojavijo mehurčki, ki vsebujejo zrak in nasičeno vodno paro, ki nastane pri izhlapevanju vode znotraj mehurčkov. Ko se temperatura dvigne, se tlak v mehurčkih poveča in pod vplivom vzgonske sile se dvignejo navzgor. Ker pa je temperatura zgornjih plasti vode nižja od spodnjih, začne para v mehurčkih kondenzirati in se ti skrčijo. Ko se voda segreje po vsej prostornini, se mehurčki s paro dvignejo na površje, počijo in para izstopi. Voda vre. To se zgodi pri temperaturi, pri kateri je tlak nasičene pare v mehurčkih enak atmosferskemu tlaku.

Imenuje se proces uparjanja, ki se pojavi v celotni prostornini tekočine pri določeni temperaturi Vreti. Temperatura, pri kateri tekočina zavre, se imenuje vrelišče.

Ta temperatura je odvisna od atmosferskega tlaka. Ko se atmosferski tlak poveča, se vrelišče poveča.

Izkušnje kažejo, da se med vrenjem temperatura tekočine ne spremeni, kljub temu, da energija prihaja od zunaj. Prehod tekočine v plinasto stanje pri vrelišču je povezan s povečanjem razdalje med molekulami in s tem s premagovanjem privlačnosti med njimi. Energija, dovedena v tekočino, se porabi za opravljanje dela za premagovanje sil privlačnosti. To se zgodi, dokler se vsa tekočina ne spremeni v paro. Ker imata tekočina in para med vrenjem enako temperaturo, se povprečna kinetična energija molekul ne spremeni, poveča se le njihova potencialna energija.

Slika 75 prikazuje graf odvisnosti temperature vode od časa med njenim segrevanjem od sobne temperature do vrelišča (AB), vrelišča (BV), segrevanja s paro (VG), hlajenja s paro (HD), kondenzacije (DE) in poznejšega hlajenja. (EZh ).

5. Za pretvorbo različnih snovi iz tekočega v plinasto stanje je potrebna različna energija, za katero je značilna količina, imenovana specifična toplota uparjanja.

Specifična toplota uparjanja \((L)\) je vrednost, ki je enaka razmerju med količino toplote, ki jo je treba privesti snovi z maso 1 kg, da se pri vrenju spremeni iz tekočega v plinasto stanje. točka.

Enota specifične toplote uparjanja - \([L]\) = J/kg.

Za izračun količine toplote \(Q \) , ki jo je treba pripisati snovi z maso \(m \) za njeno pretvorbo iz tekočega v plinasto stanje, je treba pomnožiti specifično toploto uparjanje \((L) \) z maso snovi : \(Q=Lm \) .

Pri kondenzaciji pare se sprosti določena količina toplote, njena vrednost pa je enaka količini toplote, ki jo je treba porabiti za pretvorbo tekočine v paro pri enaki temperaturi.

1. del

1. Izhlapevanje in vrenje sta dva procesa pretvorbe snovi iz enega agregatnega stanja v drugo. Skupna značilnost teh procesov je, da sta oba

A. Predstavi proces pretvorbe snovi iz tekočega v plinasto stanje
B. Pojavijo se pri določeni temperaturi

Pravilen odgovor

1) samo A
2) samo B
3) A in B
4) niti A niti B

2. Izhlapevanje in vrenje sta dva procesa prehoda snovi iz enega agregatnega stanja v drugo. Razlika med njima je v tem

A. Vrenje se pojavi pri določeni temperaturi, izhlapevanje pa pri kateri koli temperaturi.
B. Izhlapevanje poteka s površine tekočine, vrenje pa poteka po celotni prostornini tekočine.

Naslednje izjave so pravilne:

1) samo A
2) samo B
3) A in B
4) niti A niti B

3. Pri segrevanju se voda pri enaki temperaturi spremeni v paro. pri čemer

1) povprečna razdalja med molekulami se poveča
2) povprečni modul hitrosti gibanja molekul se zmanjša
3) povprečni modul hitrosti gibanja molekul se poveča
4) povprečna razdalja med molekulami se zmanjša

4. Pri kondenzaciji vodne pare pri stalni temperaturi se je sprostila določena količina toplote. Kaj se je zgodilo z energijo molekul vodne pare?

1) potencialna in kinetična energija molekul pare sta se spremenili
2) spremenila se je le potencialna energija molekul pare
3) spremenila se je samo kinetična energija molekul pare
4) notranja energija molekul pare se ni spremenila

5. Slika prikazuje graf odvisnosti temperature vode od časa med njenim hlajenjem in poznejšim segrevanjem. Sprva je bila voda v plinastem stanju. Kateri del grafa ustreza procesu kondenzacije vode?

1) AB
2) Sonce
3) CD
4) DE

6. Slika prikazuje graf odvisnosti temperature vode od časa. V začetnem trenutku je bila voda v plinastem stanju. V kakšnem stanju je voda v trenutku \(\tau_1 \) ?

1) samo v plinastem stanju
2) samo v tekočini
3) del vode je v tekočem, del pa v plinastem stanju
4) del vode je v tekočem stanju, del pa v kristalnem stanju

7. Slika prikazuje graf temperature alkohola v odvisnosti od časa med njegovim segrevanjem in kasnejšim ohlajanjem. Sprva je bil alkohol v tekočem stanju. Kateri del grafa ustreza procesu vrenja alkohola?

1) AB
2) Sonce
3) CD
4) DE

8. Koliko toplote je potrebno za pretvorbo 0,1 kg alkohola v plinasto stanje pri vrelišču?

1) 240 J
2) 90 kJ
3) 230 kJ
4) 4500 kJ

9. V ponedeljek je bila absolutna zračna vlaga čez dan pri temperaturi 20 °C 12,8 g/cm3. V torek se je povečala in postala enaka 15,4 g/cm 3 . Ali je nastala rosa, ko je temperatura padla na 16 °C, če je bila gostota nasičene pare pri tej temperaturi 13,6 g/cm3?

1) ni padla ne v ponedeljek ne v torek
2) padla v ponedeljek in torek
3) je izpadel v ponedeljek, ni izpadel v torek
4) ni izpadel v ponedeljek, izpadel je v torek

10. Kolikšna je relativna zračna vlaga, če je pri temperaturi 30 °C absolutna zračna vlaga 18·10 -3 kg/m 3, gostota nasičene pare pa pri tej temperaturi 30·10 -3 kg/m 3?

1) 60%
2) 30%
3) 18 %
4) 1,7 %

11. Za vsak fizični koncept v prvem stolpcu izberite ustrezen primer iz drugega stolpca. Izbrane številke zapišite v tabelo pod pripadajoče črke.

FIZIKALNI POJMI
A) fizikalna količina
B) enota fizikalne količine
B) naprava za merjenje fizikalne količine

PRIMERI
1) kristalizacija
2) joule
3) vrenje
4) temperatura
5) čaša

12. Slika prikazuje grafa časovne odvisnosti temperature dveh snovi enake mase, ki sta bili sprva v tekočem stanju in prejemata enako količino toplote na časovno enoto. Izmed spodnjih trditev izberi pravilne in zapiši njihove številke.

1) Snov 1 popolnoma preide v plinasto stanje, ko začne snov 2 vreti
2) Specifična toplotna kapaciteta snovi 1 je večja kot pri snovi 2
3) Specifična toplota uparjanja snovi 1 je večja kot pri snovi 2
4) Vrelišče snovi 1 je višje od vrelišča snovi 2
5) V časovnem obdobju \(0-t_1 \) sta bili obe snovi v tekočem stanju

2. del

13. Kolikšna količina toplote je potrebna za pretvorbo 200 g vode pri temperaturi 40 °C v stostopinjsko paro? Zanemarimo izgube energije za ogrevanje okoliškega zraka.