Например с поверхности открытого сосуда, с поверхности водоема и т. д. Испарение происходит при любой температуре, но для всякой жидкости с повышением температуры скорость его увеличивается. Объем, занимаемый данной массой вещества, при испарении скачком возрастает.
Облака на небе, иней на деревьях - это все следствия процессов испарения воды и конденсации водяного пара.
Следует различать два основных случая. Первый, когда испарение происходит в замкнутом сосуде и температура во всех точках сосуда одинакова. Так, например, испаряется вода внутри парового котла или в чайнике, закрытом крышкой, если температура воды и пара ниже температуры кипения . В этом случае объем образующегося пара ограничен пространством сосуда. Давление пара достигает некоторого предельного значения, при котором он находится в тепловом равновесии с жидкостью; такой пар называется насыщенным , а его давление - упругостью пара . Второй случай, когда пространство над жидкостью незамкнутое; так испаряется вода с поверхности пруда. В этом случае равновесие не достигается практически никогда, и пар ненасыщенный, а скорость испарения зависит от многих факторов.
Мерой скорости испарения является количество вещества, улетающего в единицу времени с единицы свободной поверхности жидкости. Английский физик и химик Д. Дальтон в начале XIX в. нашел, что скорость испарения пропорциональна разности между давлением насыщенного пара при температуре испаряющейся жидкости и действительным давлением того реального пара, который над жидкостью имеется. Если жидкость и пар находятся в равновесии, то скорость испарения равна нулю. Точнее, оно происходит, но с той же скоростью происходит и обратный процесс - конденсация (переход вещества из газообразного или парообразного состояния в жидкое). Скорость испарения зависит также от того, происходит ли оно в спокойной атмосфере или движущейся; скорость его увеличивается, если образующийся пар сдувается потоком воздуха или откачивается насосом.
Если испарение происходит из жидкого раствора, то разные вещества испаряются с разной скоростью. Скорость испарения данного вещества уменьшается с увеличением давления посторонних газов, например воздуха. Поэтому испарение в пустоту происходит с наибольшей скоростью. Напротив, добавляя в сосуд посторонний, инертный газ, можно очень сильно замедлить испарение.
При испарении вылетающие из жидкости молекулы должны преодолеть притяжение соседних молекул и совершить работу против удерживающих их в поверхностном слое сил поверхностного натяжения . Поэтому, чтобы испарение происходило, испаряющемуся веществу надо сообщить тепло, черпая его из запаса внутренней энергии самой жидкости или отбирая у окружающих тел. Количество тепла, которое нужно сообщить жидкости, находящейся при данной температуре и фиксированном давлении, чтобы перевести ее в пар при этой же температуре и давлении, называется теплотой испарения . Упругость пара растет с ростом температуры тем сильнее, чем больше теплота испарения.
Если к испаряющейся жидкости не подводить тепла извне или подводить его недостаточно, то жидкость охлаждается. Вот почему, оставив мокрую руку на воздухе, мы ощущаем холод. Заставляя жидкость, помещенную в сосуд с нетеплопроводными стенками, усиленно испаряться, можно добиться значительного ее охлаждения. Согласно кинетической теории , испаряются наиболее быстрые молекулы, средняя энергия остающихся в жидкости молекул убывает - вот почему жидкость охлаждается.
Иногда испарением называют также сублимацию , или возгонку , т. е. переход твердого вещества в газообразное состояние. Почти все их закономерности действительно похожи. Теплота сублимации больше теплоты испарения приблизительно на теплоту плавления.
При температурах ниже температуры плавления давление насыщенных паров большинства твердых тел очень мало, и их испарение практически отсутствует. Бывают, однако, исключения. Так, вода при 0 °C имеет давление насыщенных паров 4,58 мм рт. ст., а лед при −1 °C - 4,22 мм рт. ст. и даже при −10 °C - всё еще 1,98 мм рт. ст. Этими сравнительно большими упругостями водяного пара объясняется легко наблюдаемое испарение твердого льда, в частности известный всем факт высыхания мокрого белья на морозе.
Как и в любой другой жидкости, есть , энергия которых позволяет им преодолеть межмолекулярное притяжение. Эти молекулы с силой разгоняются и вылетают на поверхность. Поэтому если стакан с водой накрыть бумажной салфеткой, то через некоторое время она станет немного влажной. Но испарение воды в разных условиях протекает с различной интенсивностью. Ключевыми физическими характеристиками, влияющими на скорость протекания данного процесса и его длительность, являются плотность вещества, температура, площадь поверхности, наличие .Чем больше плотность вещества, тем ближе друг к другу расположены молекулы. А значит, им сложнее преодолеть межмолекулярное притяжение, и они в гораздо меньшем количестве вылетают на поверхность. Если поместить две жидкости с разной плотностью (к примеру, воду и метиловый ) в одинаковые условия, то быстрее испарится та, плотность которой меньше. Плотность воды равна 0,99 г/см3, а плотность метилового - 0,79 г/см3. Следовательно, метанол испарится быстрее. Не менее важным фактором, влияющим на скорость испарения воды, является температура. Как уже говорилось, испарение при любой температуре, но с ее увеличением скорость движения молекул растет, и они в большем количестве покидать жидкость. Поэтому горящая вода испаряется быстрее, чем холодная.Интенсивность испарения воды зависит также и от площади ее поверхности. Вода, налитая в бутылку с узким горлышком будет испаряться , т.к. вылетевшие молекулы будут оседать на сужающихся вверху стенках бутылки и скатываться обратно. А молекулы воды, находящейся в блюдце, беспрепятственно будут покидать жидкость.Процесс испарения значительно ускорится, если над поверхностью, с которой происходит испарение, перемещаются воздушные потоки. Дело в том, что помимо выхода молекул из жидкости происходит их возвращение обратно. И чем сильнее циркуляция воздуха, тем меньше молекул, опускаясь, попадут обратно в воду. А значит, объем ее будет стремительно уменьшаться.
Источники:
- испарение воды
Различные свойства воды на протяжении многих лет интересуют ученых. Вода может находиться в различных состояниях – твёрдом, жидком и газообразном. При обычной средней температуре вода имеет вид жидкости. Ее можно пить, поливать ею растения. Вода может растекаться и занимать определенные поверхности и принимать форму тех сосудов, в которых она находится. Так почему же вода жидкая?
Вода имеет особую структуру, благодаря которой принимает вид жидкости. Она может литься, течь и капать. В кристаллах твердых веществ имеется строго упорядоченная структура. В газообразных веществах структура выражена как полный хаос. Вода же – промежуточная структура между и газообразным веществом. Частицы в структуре воды расположены на небольших расстояниях друг от друга и относительно упорядоченно. Но поскольку частицы со временем удаляются друг от друга, то и порядок структуры быстро исчезает.
Силы межатомного и межмолекулярного воздействия задают между частицами среднее расстояние. Молекулы воды состоят из атомов кислорода и водорода, где атомы кислорода одной молекулы притягиваются к атомам водорода другой молекулы. Образуется водородных связей, которая и придает воде определенные свойства текучести, при этом структура самой воды практически идентична структуре кристалла. С помощью многочисленных опытов то, что вода сама задает себе структуру в свободном объеме.
При соединении воды с твердыми поверхностями, структура воды начинает объединяться со структурой поверхности. Так как структура граничащего слоя воды остается без изменений, то начинают меняться его физико- . Меняется вязкость воды. Появляется возможность растворять вещества с определенной структурой и свойствами. Вода изначально представляет собой прозрачную бесцветную жидкость. Физические свойства воды можно называть аномальными, так как она имеет довольно высокую температуру кипения и замерзания.
У воды имеется поверхностное натяжение. Например, она имеет аномально высокие температуры замерзания и кипения, а также поверхностное натяжение. Удельные испарения и плавления у воды значительно выше, чем у каких-либо других веществ. Удивительная особенность в том, что плотность воды выше, чем плотность льда, что позволяет льду плавать на поверхности воды. Все эти чудесные свойства воды, как жидкости, снова объясняются существованием в ней тех водородных связей, которыми связаны молекулы.
Строение молекулы воды из трех атомов в геометрической проекции тетраэдра приводит к возникновению очень сильного взаимного притяжения молекул воды друг к другу. Всё дело в водородных связях молекул, ведь каждая молекула может образовать четыре абсолютно одинаковые водородные связи с другими молекулами воды. Этот факт и объясняет то, что вода – жидкая.
Не секрет, что пресной воды на
Вода – одно из самых распространенных и вместе с тем самое удивительное вещество на Земле. Вода находится повсюду: и вокруг нас, и внутри нас. Мировой океан, состоящий из воды, покрывает ¾ поверхности земного шара. Любой живой организм, будь то растение, животное или человек, содержит воду. Человек более чем на 70% состоит из воды. Именно вода – одна из главнейших причин возникновения жизни на Земле. Как и любое вещество, вода может находиться в различных состояниях или, как говорят физики, ‑ агрегатных состояниях вещества: твердом, жидком и газообразном. При этом постоянно происходят переходы из одного состояния в другое – так называемые фазовые переходы. Одним из таких переходов является испарение, обратный процесс называется конденсацией. Давайте попробуем разобраться, как можно использовать это физическое явление, и что нужно знать об этом.
В процессе испарения вода переходит из жидкого состояния в газообразное, при этом образуется водяной пар. Это происходит при любой температуре, когда вода находится в жидком состоянии (0 0 – 100 0 С) . Однако скорость испарения не всегда одинаковая и зависит от ряда факторов: от температуры воды, от площади поверхности воды, от влажности воздуха и от наличия ветра. Чем выше температура воды, тем быстрее двигаются ее молекулы и тем интенсивнее происходит испарение. Чем больше площадь поверхности воды, а испарение происходит исключительно на поверхности, тем больше молекул воды смогут перейти из жидкого состояния в газообразное, что увеличит скорость испарения. Чем больше содержание водяных паров в воздухе, то есть чем выше влажность воздуха, тем менее интенсивно происходит испарение. Кроме того, чем больше скорость удаления молекул водяного пара от поверхности воды, то есть чем больше скорость ветра, тем больше скорость испарения воды. Также следует отметить, что в процессе испарения воду покидают самые быстрые молекулы, поэтому средняя скорость молекул, а, значит, и температура воды уменьшаются.
Учитывая описанные закономерности, важно обратить внимание на следующее. Очень горячий чай пить не безвредно. Однако чтобы его заварить, требуется вода с температурой, близкой к температуре кипения (100 0 С) . При этом вода активно испаряется: над чашкой с чаем хорошо видны поднимающиеся струйки водяного пара. Чтобы быстро охладить чай и сделать чаепитие комфортным, нужно увеличить скорость испарения, и охлаждение чая произойдет существенно быстрее. Первый способ известен всем с детства: если подуть на чай и тем самым удалить молекулы водяного пара и нагретый воздух от поверхности, то скорость испарения и теплопередачи увеличится, и чай быстрее остынет. Второй способ часто использовали в старину: переливали чай из чашки в блюдце и тем самым увеличивали площадь поверхности в несколько раз, пропорционально увеличивая скорость испарения и теплопередачи, благодаря чему чай быстро остывал до комфортной температуры.
Охлаждение воды при испарении хорошо ощущается, когда летом выходишь из открытого водоема после купания. С влажной кожей находиться прохладнее. Поэтому чтобы не переохладиться и не заболеть, нужно обтереться полотенцем, тем самым остановить охлаждение, вызванное испарением воды. Однако это свойство воды – охлаждаться при испарении – иногда полезно использовать для того, чтобы немного понизить высокую температуру заболевшему человеку и тем самым облегчить его самочувствие при помощи компрессов или обтираний.
При конденсации вода из газообразного состояния переходит в жидкое с выделением тепловой энергии. Это важно помнить, находясь вблизи кипящего чайника. Струя водяного пара, выходящая из его носика, имеет высокую температуру (около 100 0 С) . Кроме того, соприкасаясь с кожей человека, водяной пар конденсируется, тем самым увеличивая неблагоприятное термическое воздействие, что может привести к болезненным ожогам.
Также полезно знать, что в воздухе всегда содержится какое-то количество водяных паров. И чем выше температура воздуха, тем больше водяных паров может быть в атмосфере. Поэтому летом при заметном понижении температуры в ночное время часть водяных паров конденсируется и выпадает в виде росы. Если утром пройти босиком по траве, то она будет влажной и холодной на ощупь, так как уже активно испаряется благодаря утреннему солнцу. Похожая ситуация происходит, если зимой войти с улицы в теплое помещение в очках, ‑ очки будут запотевать, так как водяные пары, находящиеся в воздухе, будут конденсироваться на холодной поверхности стекол. Чтобы это предотвратить, можно воспользоваться обычным мылом и нанести на стеклах сетку с шагом около 1 см, а затем растереть мыло мягкой тканью, не спеша и не сильно нажимая. Стекла очков покроются тонкой невидимой пленкой и не будут запотевать.
Водяной пар, находящийся в воздухе, можно с большой точностью считать идеальным газом и рассчитывать параметры его состояния при помощи уравнения Менделеева-Клапейрона. Предположим, что температура воздуха днем при нормальном атмосферном давлении составляет 30 0 С , а влажность воздуха 50% . Найдем, до какой температуры должен охладиться воздух ночью, чтобы выпала роса. При этом будем считать, что содержание (плотность) водяных паров в воздухе не изменялось.
Плотность насыщенного водяного пара при 30 0 С равна 30,4 г/м 3 (табличное значение). Так как влажность воздуха 50%, то плотность водяных паров составляет 0,5·30,4 г/м 3 = 15,2 г/м 3 . Роса выпадет, если при некоторой температуре эта плотность будет равна плотности насыщенного водяного пара. Согласно табличным данным это наступит при температуре примерно 18 0 С . То есть, если ночью температура воздуха опустится ниже 18 0 С , то выпадет роса.
По предложенному методу мы предлагаем вам решить задачу:
В закрытой банке объемом 2 л находится воздух, влажность которого составляет 80% , а температура 25 0 С. Банку поставили в холодильник, внутри которого температура 6 0 С . Какая масса воды выпадет в виде росы после наступления теплового равновесия.
