Что такое испарение и как оно происходит? §6.1. испарение жидкостей

Испарение и конденсация. Кипение жидкости – FIZI4KA

Что такое испарение и как оно происходит? §6.1. испарение жидкостей

ОГЭ 2018 по физике ›

1.Явление превращения вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием. Парообразование может осуществляться в виде двух процессов: испарения и кипения.

Испарение происходит с поверхности жидкости при любой температуре. Так, лужи высыхают и при 10 °С, и при 20 °С, и при 30 °С. Таким образом, испарением называется процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное, происходящий с поверхности жидкости при любой температуре.

С точки зрения молекулярно-кинетической теории строения вещества испарение жидкости объясняется следующим образом. Молекулы жидкости, участвуя в непрерывном движении, имеют разные скорости.

Наиболее быстрые молекулы, находящиеся на границе поверхности воды и воздуха и имеющие сравнительно большую энергию, преодолевают притяжение соседних молекул и покидают жидкость.

Таким образом, над жидкостью образуется пар.

Поскольку из жидкости при испарении вылетают молекулы, обладающие большей внутренней энергией по сравнению с энергией молекул, остающихся в жидкости, то средняя скорость и средняя кинетическая энергия молекул жидкости уменьшаются и, следовательно, температура жидкости уменьшается.

Скорость испарения жидкости зависит от рода жидкости. Так, скорость испарения эфира больше, чем скорость испарения воды и растительного масла. Кроме того, скорость испарения зависит от движения воздуха над поверхностью жидкости. Доказательством может служить то, что бельё сохнет быстрее на ветру, чем в безветренном месте при тех же внешних условиях.

Скорость испарения зависит от температуры жидкости. Иапример, вода при температуре 30 °С испаряется быстрее, чем вода при 10 °С.

Хорошо известно, что вода, налитая в блюдце, испариться быстрее, чем вода такой же массы, налитая в стакан. Следовательно, скорость испарения зависит от площади поверхности жидкости.

2.Процесс превращения вещества из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией.

Процесс конденсации происходит одновременно с процессом испарения. Молекулы, вылетевшие из жидкости и находящиеся над её поверхностью, участвуют в хаотическом движении. Они сталкиваются с другими молекулами, и в какой-то момент времени их скорости могут быть направлены к поверхности жидкости, и молекулы вернутся в неё.

Если сосуд открыт, то процесс испарения происходит быстрее, чем конденсация, и масса жидкости в сосуде уменьшается. Пар, образующийся над жидкостью, называется ненасыщенным.

Если жидкость находится в закрытом сосуде, то вначале число молекул, вылетающих из жидкости, будет больше, чем число молекул, возвращающихся в неё, но с течением времени плотность пара над жидкостью возрастет настолько, что число молекул, покидающих жидкость, станет равным числу молекул, возвращающихся в неё. В этом случае наступает динамическое равновесие жидкости с её паром.

Пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называется насыщенным паром.

Если сосуд с жидкостью, в котором находится насыщенный пар, нагреть, то вначале число молекул, вылетающих из жидкости, увеличится и будет больше, чем число молекул, возвращающихся в неё. С течением времени равновесие восстановится, но плотность пара над жидкостью и соответственно его давление увеличатся.

3. В воздухе всегда содержится водяной пар, являющийся продуктом испарения воды. водяного пара в воздухе характеризует его влажность.

Абсолютной влажностью воздуха ​\( (\rho) \)​ называют массу водяного пара, содержащегося в 1 м3 воздуха, или плотность водяного пара, содержащегося в воздухе.

Если относительная влажность равна 9,41·10-3 кг/м3, то это означает, что в 1 м3 содержится 9,41·10-3 кг водяного пара.

Для того чтобы судить о степени влажности воздуха, вводят величину, называемую относительной влажностью.

Относительной влажностью воздуха ​\( (\varphi) \)​ называют величину, равную отношению плотности водяного пара ​\( (\rho) \)​, содержащегося в воздухе (абсолютной влажности), к плотности насыщенного водяного пара ​\( (\rho_0) \)​ при этой температуре:

\[ \varphi=\frac{\rho}{\rho_0}100\% \]

​Обычно относительную влажность выражают в процентах.

При понижении температуры ненасыщенный нар может превратиться в насыщенный. Примером такого превращения является выпадение росы и образование тумана. Так, летним днём при температуре 30 °С плотность водяного пара равна 12,8·10-3 кг/м3. Этот водяной пар является ненасыщенным. При понижении вечером температуры до 15 °С он уже будет насыщенным, и выпадет роса.

Температуру, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным, называют точкой росы.

Для измерения влажности воздуха используют прибор, называемый психрометром.

Психрометр состоит из двух термометров, один из которых сухой, а другой — влажный (рис. 74). Термометры прикреплены к таблице, в которой по вертикали указана температура, которую показывает сухой термометр, а по горизонтали — разность показаний сухого и влажного термометров. Определив показания термометров, по таблице находят значение относительной влажности воздуха.

Например, температура, которую показывает сухой термометр, 20 °С, показание влажного термометра — 15 °С. Разность показаний 5 °С. По таблице находим значение относительной влажности ​\( \varphi \)​ = 59%.

4. Второй процесс парообразования — кипение. Наблюдать этот процесс можно с помощью простого опыта, нагревая воду в стеклянной колбе.

При нагревании воды в ней через некоторое время появляются пузырьки, в которых содержатся воздух и насыщенный водяной пар, который образуется при испарении воды внутри пузырьков.

При повышении температуры давление внутри пузырьков растёт, и под действием выталкивающей силы они поднимаются вверх. Однако, поскольку температура верхних слоёв воды меньше, чем нижних, пар в пузырьках начинает конденсироваться, и они сжимаются.

Когда вода прогреется по всему объёму, пузырьки с паром поднимаются до поверхности, лопаются, и пар выходит наружу. Вода кипит. Это происходит при такой температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках равно атмосферному давлению.

Процесс парообразования, происходящий во всем объёме жидкости при определённой температуре, называют кипением. Температуру, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения.

Эта температура зависит от атмосферного давления. При повышении атмосферного давления температура кипения возрастает.

Опыт показывает, что в процессе кипения температура жидкости не изменяется, несмотря на то, что извне поступает энергия. Переход жидкости в газообразное состояние при температуре кипения связан с увеличением расстояния между молекулами и соответственно с преодолением притяжения между ними.

На совершение работы по преодолению сил притяжения расходуется подводимая к жидкости энергия. Так происходит до тех пор, пока вся жидкость не превратится в пар.

Поскольку жидкость и пар в процессе кипения имеют одинаковую температуру, то средняя кинетическая энергия молекул не изменяется, увеличивается лишь их потенциальная энергия.

На рисунке 75 приведён график зависимости температуры воды от времени в процессе её нагревания от комнатной температуры до температуры кипения (АБ), кипения (БВ), нагревания пара (ВГ), охлаждения пара (ГД), конденсации (ДЕ) и последующего охлаждения (ЕЖ).

5. Для превращения разных веществ из жидкого состояния в газообразное требуется разная энергия, эта энергия характеризуется величиной, называемой удельной теплотой парообразования.

Удельной теплотой парообразования ​\( (L) \)​ называют величину, равную отношению количества теплоты, которое нужно сообщить веществу массой 1 кг, для превращения его из жидкого состояния в газообразное при температуре кипения.

Единица удельной теплоты парообразования — ​\( [L] \)​ = Дж/кг.

Чтобы рассчитать количество теплоты ​\( Q \)​, которое необходимо сообщить веществу массой ​\( m \)​ для его превращения из жидкого состояния в газообразное, необходимо удельную теплоту парообразования ​\( (L) \)​ умножить на массу вещества: ​\( Q=Lm \)​.

При конденсации пара выделяется некоторое количество теплоты, причем его значение равно значению количества теплоты, которое необходимо затратить для превращения жидкости в пар при той же температуре.

  • Примеры заданий
  • Ответы

Часть 1

1. Испарение и кипение — два процесса превращения вещества из одного агрегатного состояния в другое. Общей характеристикой этих процессов является то, что оба они

А. Представляют собой процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное
Б. Происходят при определённой температуре

Правильный ответ

1) только А 2) только Б 3) и А, и Б

4) ни А, ни Б

2. Испарение и кипение — два процесса перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое. Различие между ними заключается в том, что

А. Кипение происходит при определённой температуре, а испарение — при любой температуре.
Б. Испарение происходит с поверхности жидкости, а кипение — во всём объёме жидкости.

Правильным(-и) является(-ются) утверждение(-я)

1) только А 2) только Б 3) и А, и Б

4) ни А, ни Б

3. При нагревании вода превращается в пар той же температуры. При этом

1) увеличивается среднее расстояние между молекулами 2) уменьшается средний модуль скорости движения молекул 3) увеличивается средний модуль скорости движения молекул

4) уменьшается среднее расстояние между молекулами

4. В процессе конденсации водяного пара при неизменной его температуре выделилось некоторое количество теплоты. Что произошло с энергией молекул водяного пара?

1) изменилась как потенциальная, так и кинетическая энергия молекул пара 2) изменилась только потенциальная энергия молекул пара 3) изменилась только кинетическая энергия молекул пара

4) внутренняя энергия молекул пара не изменилась

5. На рисунке приведён график зависимости температуры воды от времени при её охлаждении и последующем нагревании. Первоначально вода находилась в газообразном состоянии. Какой участок графика соответствует процессу конденсации воды?

1) АВ 2) ВС 3) CD

4) DE

6. На рисунке приведён график зависимости температуры воды от времени. В начальный момент времени вода находилась в газообразном состоянии. В каком состоянии находится вода в момент времени ​\( \tau_1 \)​?

1) только в газообразном 2) только в жидком 3) часть воды в жидком состоянии, часть — в газообразном
4) часть воды в жидком состоянии, часть — в кристаллическом

7. На рисунке приведён график зависимости температуры спирта от времени при его нагревании и последующем охлаждении. Первоначально спирт находился в жидком состоянии. Какой участок графика соответствует процессу кипения спирта?

1) АВ 2) ВС 3) CD

4) DE

8. Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы превратить в газообразное состояние 0,1 кг спирта при температуре кипения?

1) 240 Дж 2) 90 кДж 3) 230 кДж

4) 4500 кДж

9. В понедельник абсолютная влажность воздуха днём при температуре 20 °С была равной 12,8 г/см3. Во вторник она увеличилась и стала равной 15,4 г/см3. Выпала ли роса при понижении температуры до 16 °С, если плотность насыщенного пара при этой температуре 13,6 г/см3?

1) не выпала ни в понедельник, ни во вторник 2) выпала и в понедельник, и во вторник 3) в понедельник выпала, во вторник не выпала

4) в понедельник не выпала, во вторник выпала

10. Чему равна относительная влажность воздуха, если при температуре 30 °С абсолютная влажность воздуха равна 18·10-3 кг/м3, а плотность насыщенного пара при этой температуре 30·10-3 кг/м3?

1) 60% 2) 30% 3) 18 %

4) 1,7 %

11. Для каждого физического понятия из первого столбца подберите соответствующий пример из второго столбца. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ A) физическая величина Б) единица физической величины

B) прибор для измерения физической величины

ПРИМЕРЫ 1) кристаллизация 2) джоуль 3) кипение 4) температура

5) мензурка

12. На рисунке приведены графики зависимости от времени температуры двух веществ одинаковой массы, находившихся первоначально в жидком состоянии, получающих одинаковое количество теплоты в единицу времени. Из приведённых ниже утверждений выберите правильные и запишите их номера.

1) Вещество 1 полностью переходит в газообразное состояние, когда начинается кипение вещества 2 2) Удельная теплоёмкость вещества 1 больше, чем вещества 2 3) Удельная теплота парообразования вещества 1 больше, чем вещества 2 4) Температура кипения вещества 1 выше, чем вещества 2

5) В течение промежутка времени ​\( 0-t_1 \)​ оба вещества находились в жидком состоянии

Часть 2

13. Какое количество теплоты необходимо для превращения в стоградусный пар 200 г воды, взятой при температуре 40 °С? Потерями энергии на нагревание окружающего воздуха пренебречь.

Ответы

Источник: https://fizi4ka.ru/ogje-2018-po-fizike/isparenie-i-kondensacija-kipenie-zhidkosti.html

Что такое испарение и как оно происходит?

Что такое испарение и как оно происходит? §6.1. испарение жидкостей

Солнечная энергия приводит в действие невероятно сильную тепловую машину, которая, преодолевая гравитацию, без труда поднимает в воздух огромных размеров куб (каждая сторона составляет около восьмидесяти километров). Таким образом, с поверхности нашей планеты за год испаряется водяной слой метр толщиной.

Что такое испарение

Во время испарения жидкое вещество постепенно переходит в паро- или газообразное состояние после того, как мельчайшие частицы (молекулы или атомы), двигаясь на скорости, достаточной для того, чтобы преодолеть силы сцепления между частицами, отрываются от поверхности.

Несмотря на то, что процесс испарения известен больше как переход жидкого вещества в пар, существует сухое испарение, когда при минусовой температуре лёд переходит из твёрдого состояния в парообразное, минуя жидкую фазу. Например, если выстиранное сырое бельё развесить сушиться на морозе, оно, замерзнув, становится очень жёстким, но через какое-то время, размягчившись, становится сухим.

Как улетучивается жидкость

Молекулы жидкости расположены друг к другу практически впритык, и, несмотря на то, что связаны между собой силами притяжения, к определённым точкам не привязаны, а потому свободно перемещаются по всей площади вещества (они постоянно сталкиваются друг с другом и изменяют свою скорость).

Частицы, что уходят на поверхность, набирают во время движения темп, достаточный для того, чтобы покинуть вещество. Оказавшись наверху, своё движение они не останавливают и, преодолев притяжение нижних частиц, вылетают из воды, преобразовываясь в пар. При этом часть молекул из-за хаотического движения возвращается в жидкость, остальные уходят дальше, в атмосферу.

Цветные озера вулкана Келимуту87454.670

Испарение на этом не заканчивается, и на поверхность вырываются следующие молекулы (так происходит до тех пор, пока жидкость полностью не улетучивается).

Если речь идёт, например, о круговороте воды в природе, можно наблюдать за процессом конденсации, когда пар, сконцентрировавшись, при определённых условиях возвращается назад.

Таким образом, испарение и конденсация в природе тесно связаны между собой, поскольку благодаря им осуществляется постоянный водообмен между землёй, сушей и атмосферой, благодаря чему окружающая среда снабжается огромным количеством полезных веществ.

Стоит заметить, что интенсивность испарения у каждого вещества различна, а потому основными физическими характеристиками, которые влияют на скорость испарения, являются:

  1. Плотность. Чем вещество плотнее, тем ближе молекулы находятся по отношению друг к другу, тем труднее верхним частицам преодолеть силу притяжения других атомов, следовательно, испарение жидкости происходит медленнее. Например, метиловый спирт улетучивается намного быстрее воды (метиловый спирт – 0,79 г/см3, вода – 0,99 г/см3).
  2. Температура. На скорость испарения также влияет теплота испарения. Несмотря на то, что процесс испарения происходит даже при минусовой температуре, чем больше температура вещества, тем выше теплота испарения, значит, тем быстрее двигаются частицы, которые, увеличивая интенсивность испарения, массово покидают жидкость (поэтому кипящая вода испаряется быстрее холодной).Из-за потери быстрых молекул внутренняя энергия жидкости уменьшается, а потому температура вещества во время испарения понижается. Если жидкость в это время будет находиться возле источника тепла или непосредственно нагреваться, её температура снижаться не будет, так же, как и не снизится интенсивность испарения.
  3. Площадь поверхности. Чем большую площадь поверхности занимает жидкость, тем больше молекул с неё улетучивается, тем выше скорость испарения. Например, если влить воду в кувшин с узким горлышком, жидкость будет исчезать очень медленно, поскольку испаряемые частицы начнут оседать на сужающихся стенках и спускаться. В то же время, если налить воду в миску, молекулы будут беспрепятственно уходить с поверхности жидкости, поскольку им будет не на чем конденсироваться, дабы вернуться в воду.
  4. Ветер. Процесс испарения окажется намного быстрее, если над ёмкостью, в которой находится вода, движется воздух. Чем быстрее он это делает, тем скорость испарения больше. Нельзя не учитывать взаимодействие ветра с испарением и конденсацией.Молекулы воды, поднимаясь с океанической поверхности, частично возвращаются назад, но большая часть высоко в небе конденсируется и образует облака, которые ветер перегоняет на сушу, где капли выпадают в виде дождя и, проникнув в грунт, через какое-то время возвращаются в океан, снабжая растущую в почве растительность влагой и растворёнными минеральными веществами.

Роль в жизни растений

Значение испарения в жизни растительности трудно переоценить, особенно учитывая, что живое растение на восемьдесят процентов состоит из воды. Поэтому если растению не хватает влаги, оно может погибнуть, так как вместе с водой в него не будут поступать также нужные для жизнедеятельности питательные вещества и микроэлементы.

Вода, передвигаясь по растительному организму, переносит и образует внутри него органические вещества, для образования которых растение нуждается в солнечном свете.

А вот тут немаловажная роль отводится испарению, так как солнечные лучи имеют способность чрезвычайно сильно нагревать предметы, а потому способны вызвать гибель растения от перегрева (особенно в жаркие летние дни). Чтобы этого избежать, происходит испарение воды листьями, через которые в это время выделяется много жидкости (например, из кукурузы за сутки испаряется от одного до четырёх стаканов воды).

Это значит, что чем больше в организм растения поступит воды, тем испарение воды листьями будет интенсивнее, растение будет больше охлаждаться и нормально расти. Испарение воды растениями можно ощутить, если во время прогулки в знойный день прикоснуться к зелёным листьям: они обязательно окажутся прохладными.

Связь с человеком

Не менее велика роль испарения в жизнедеятельности человеческого организма: он борется с нагреванием посредством потоотделения. Испарение происходит обычно через кожу, а также через дыхательные пути. Это можно легко заметить во время болезни, когда температура тела поднимается или в период занятий спортом, когда повышается интенсивность испарения.

Если нагрузка невелика, из организма уходит от одного до двух литров жидкости в час, при более интенсивном занятии спортом, особенно когда температура внешней среды превышает 25 градусов, интенсивность испарения увеличивается и с потом может выйти от трёх до шести литров жидкости.

Через кожу и дыхательные пути вода не только покидает организм, но и поступает в него вместе с испарениями окружающей среды (не зря своим пациентам врачи часто прописывают отдых на море). К сожалению, вместе с полезными элементами в него нередко попадают и вредные частицы, среди них – химические вещества, вредные испарения, которые наносят здоровью непоправимый ущерб.

Град87454.231

Одни из них токсичны, другие, вызывают аллергию, третьи – канцерогенны, четвёртые вызывают онкологические и другие не менее опасные заболевания, при этом многие обладают сразу несколькими вредными свойствами.

Вредные испарения оказываются в организме в основном через органы дыхания и кожу, после чего, оказавшись внутри, моментально всасываются в кровь и разносятся по всему телу, оказывая токсическое воздействие и вызывая серьёзные заболевания.

В данном случае много зависит от местности, где обитает человек (возле фабрики или завода), помещения, в котором живёт или работает, а также времени пребывания в опасных для здоровья условиях.

Вредные испарения могут попадать в организм из предметов быта, например, линолеума, мебели, окон и пр. Дабы сохранить жизнь и здоровье, таких ситуаций желательно избегать и наилучшим выходом будет покинуть опасную территорию, вплоть до обмена квартиры или работы, а при обустройстве жилища обращайте внимание на сертификаты качества покупаемых материалов.

Источник: https://awesomeworld.ru/prirodnye-yavleniya/isparenie.html

Испарение, кипение, конденсация

Что такое испарение и как оно происходит? §6.1. испарение жидкостей
Подробности Категория: Молекулярно-кинетическая теория 09.11.2014 21:08 13944

В жидком состоянии вещество может существовать в определённом интервале температур. При температуре, меньшей нижнего значения этого интервала, жидкость превращается в твёрдое вещество. А если значение температуры превысит верхнюю границу интервала, жидкость переходит в газообразное состояние.

Всё это мы можем наблюдать на примере воды. В жидком состоянии мы видим её в реках, озёрах, морях, океанах, водопроводном кране. Твёрдое состояние воды – лёд. В него она превращается, когда при нормальном атмосферном давлении её температура снижается до 0оС. А при повышении температуры до 100оС вода закипает и превращается в пар, который является её газообразным состоянием.

Процесс превращения вещества в пар называют парообразованием. Обратный процесс перехода из пара в жидкость – конденсация.

Парообразование происходит в двух случаях: при испарении и при кипении.

Испарение

Испарением называют фазовый процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное или парообразное, происходящий на поверхности жидкости.

Как и при плавлении, при испарении веществом поглощается теплота. Она затрачивается на преодоление сил сцепления частиц (молекул или атомов) жидкости.

Кинетическая энергия молекул, обладающих самой высокой скоростью, превышает их потенциальную энергию взаимодействия с другими молекулами жидкости. Благодаря этому они преодолевают притяжение соседних частиц и вылетают с поверхности жидкости.

Средняя энергия оставшихся частиц становится меньше, и жидкость постепенно остывает, если её не подогревать извне.

Так как частицы находятся в движении при любой температуре, то и испарение также происходит при любой температуре. Мы знаем, что лужи после дождя высыхают даже в холодную погоду.

Но скорость испарения зависит от многих факторов. Один из важнейших – температура вещества. Чем она выше, тем больше скорость движения частиц и их энергия, и тем большее их количество покидает жидкость в единицу времени.

Наполним одинаковым количеством воды 2 стакана. Один поставим на солнцепёк, а другой оставим в тени. Через некоторое время увидим, что воды в первом стакане стало меньше, чем во втором. Её нагрели солнечные лучи, и она испарилась быстрее.

Лужи после дождя летом также высыхают гораздо быстрее, чем весной или осенью. В сильную жару происходит быстрое испарение воды с поверхностей водоёмов. Высыхают пруды, озёра, пересыхают русла неглубоких рек.

Чем выше температура окружающей среды, тем выше скорость испарения.

При одинаковом объёме жидкость, находящаяся в широкой тарелке, испарится гораздо быстрее жидкости, налитой в стакан. Это означает, что скорость испарения зависит от площади поверхности испарения. Чем больше эта площадь, тем большее количество молекул вылетает из жидкости в единицу времени.

При одинаковых внешних условиях скорость испарения зависит от рода вещества. Заполним стеклянные колбы одинаковым объёмом воды и спирта. Через некоторое время увидим, что спирта осталось меньше, чем воды. Он испаряется с большей скоростью. Так происходит, потому что молекулы спирта слабее взаимодействуют друг с другом, чем молекулы воды.

Влияет на скорость испарения и наличие ветра. Мы знаем, что вещи после стирки гораздо быстрее высыхают, когда их обдувает ветер. Струя горячего воздуха в фене способна быстро высушить наши волосы.

Ветер уносит молекулы, вылетевшие из жидкости, и обратно они уже не возвращаются. Их место занимают новые молекулы, покидающие жидкость. Поэтому в самой жидкости их становится меньше. Следовательно, она испаряется быстрее.

Сублимация

Испарение происходит и в твёрдых телах. Мы видим, как постепенно высыхает на морозе замёрзшее, покрытое льдом бельё. Лёд превращается в пар. Мы ощущаем резкий запах, образующийся при испарении твёрдого вещества нафталина.

Некоторые вещества вообще не имеют жидкой фазы.

К примеру, элементарный иод I2 – простое вещество, представляющее собой кристаллы чёрно-серого цвета с фиолетовым металлическим блеском, при нормальных условиях сразу же превращается в газообразный иод – фиолетовые пары с резким запахом. Тот жидкий йод, который мы покупаем в аптеках, – это не жидкое его состояние, а раствор йода в спирте.

Процесс перехода твёрдых тел в газообразное состояние, минуя жидкую стадию, называют сублимацией, или возгонкой.

Кипение

Кипение – это тоже процесс перехода жидкости в пар. Но парообразование при кипении происходит не только на поверхности жидкости, но и по всему её объёму. Причём процесс этот проходит гораздо интенсивнее, чем при испарении.

Поставим на огонь чайник с водой. Так как в воде всегда есть растворённый в ней воздух, то при нагревании на дне чайника и на его стенках появляются пузырьки. Эти пузырьки содержат воздух и насыщенный водяной пар. Сначала они появляются на стенках чайника.

Количество пара в них увеличивается, увеличиваются в размерах и они сами. Затем под воздействием выталкивающей силы Архимеда они будут отрываться от стенок, подниматься вверх и лопаться на поверхности воды.

Когда температура воды достигнет 100оС, пузырьки будут образовываться уже по всему объёму воды.

Испарение происходит при любой температуре, а кипение – только при определённой температуре, которая называется температурой кипения.

Каждое вещество имеет свою температуру кипения. Она зависит от величины давления.

При нормальном атмосферном давлении вода закипает при температуре 100оС, спирт – при 78 оС, железо – при 2750 оС. А температура кипения кислорода – минус 183 оС.

При уменьшении давления температура кипения снижается. В горах, где атмосферное давление ниже, вода закипает при температуре менее 100 оС. И чем выше над уровнем моря, тем меньшей будет температура кипения. А в кастрюле-скороварке, где создаётся повышенное давление, вода закипает при температуре выше 100 оС.

Насыщенный и ненасыщенный пар

Если вещество может одновременно существовать в жидкой (или твёрдой) фазе и газообразной, то его газообразное состояние называют паром. Пар образуют молекулы, вылетевшие при испарении из жидкости или твёрдого вещества.

Нальём жидкость в сосуд и плотно закроем его крышкой. Через некоторое время количество жидкости уменьшится из-за её испарения. Молекулы, покидающие жидкость, будут концентрироваться над её поверхностью в виде пара. Но когда плотность пара станет довольно высокой, некоторые из них начнут снова возвращаться в жидкость.

И таких молекул будет всё больше и больше. Наконец, настанет такой момент, когда число молекул, вылетающих из жидкости, и число молекул, возвращающихся в неё, сравняется. В этом случае говорят, что жидкость находится в динамическом равновесии со своим паром.

А такой пар называется насыщенным.

Если при парообразовании из жидкости вылетает больше молекул, чем возвращается, то такой пар будет  ненасыщенным. Ненасыщенный пар образуется, когда испаряющаяся жидкость находится в открытом сосуде. Покидающие её молекулы рассеиваются в пространстве. Возвращаются в жидкость далеко не все из них.

Конденсация пара

Обратный переход вещества из газообразного состояния в жидкое называют конденсацией. При конденсации часть молекул пара возвращается в жидкость.

Пар начинает превращаться в жидкость (конденсироваться) при определённом сочетании температуры и давления. Такое сочетание называется критической точкой. Максимальная температура, ниже которой начинается конденсация, называется критическойтемпературой. При температуре выше критической газ никогда не превратится в жидкость.

В критической точке граница раздела фазовых состояний жидкость-пар размывается. Исчезает поверхностное натяжение жидкости, выравниваются плотности жидкости и её насыщенного пара.

При динамическом равновесии, когда число молекул, покидающих жидкость и возвращающихся в неё равно, процессы испарения и конденсации уравновешены.

При испарении воды её молекулы образуют водяной пар, который смешивается с воздухом или другим газом. Температура, при которой такой пар в воздухе становится насыщенным, начинает конденсироваться при охлаждении и превращается в капельки воды, называется точкой росы.

Когда в воздухе находится большое количество водяного пара, говорят, что его влажность повышена.

В природе испарение и конденсацию мы наблюдаем очень часто. Утренний туман, облака, дождь – всё это результат этих явлений. С земной поверхности при нагревании испаряется влага. Молекулы образовавшегося пара поднимаются вверх.

Встречая на своём пути прохладные листики или травинки, пар конденсируется на них в виде капелек росы. Чуть выше, в приземных слоях, он становится туманом. А высоко в атмосфере при низкой температуре остывший пар превращается в облака, состоящие из капелек воды или кристалликов льда.

Впоследствии из этих облаков на землю прольётся дождь или выпадет град.

Но капельки воды при конденсации образуются лишь в том случае, когда в воздухе находятся мельчайшие твёрдые или жидкие частицы, которые называют ядрами конденсации. Ими могут быть продукты горения, распыления, частицы пыли, морской соли над океаном, частицы, образовавшиеся в результате химических реакций в атмосфере и др.

Десублимация

Иногда вещество может перейти из газообразного состояния сразу в твёрдое, минуя жидкую стадию. Такой процесс называется десублимацией.

Ледяные узоры, которые появляются на стёклах в мороз, и есть пример десублимации. При заморозках почва покрывается инеем – тонкими кристалликами льда, в которые превратились водяные пары из воздуха.

Источник: http://ency.info/materiya-i-dvigenie/molekulyarno-kineticheskaya-teoriya/357-isparenie

Испарение: определение, условия и особенности процесса

Что такое испарение и как оно происходит? §6.1. испарение жидкостей

  • Что такое испарение?
  • Испарение на молекулярном уровне
  • Испарение и кипение: в чем отличие?
  • Факторы, влияющие на скорость испарения
  • Роль испарения
  • Испарение в организме человека, в животных и растениях
  • Испарение в природе и окружающей среде
  • Испарение в промышленности и быту
  • Испарение, видео
  • Испарением в физике (впрочем, и не только в ней) называют фазовый переход любой жидкости в парообразное или газообразное состояние. Простейший пример, с которым сталкивается каждый человек – испарение воды, когда мы ее сильно нагреваем, к примеру, делая себе чай, из нее идет пар. Пар этот и есть та самая вода, которая из жидкого состояния перешла в парообразное. Особенности процесса испарения разных жидкостей хорошо изучены физиками, а само испарение широко применяется в промышленности и в быту, встречается также и в природе.

    Что такое испарение?

    Классическое определение звучит так: испарение – это переход из жидкости в газ. При этом это термодинамический процесс, то есть такой, который происходит под воздействием температурных колебаний. Именно вследствие испарения количество любой жидкости в любой незакрытой емкости будет постепенно уменьшаться.

    Какие же причины испарения? Физика объясняет это явление разницей температур на грани фазового перехода: жидкость обычно несколько холоднее окружающего воздуха.

    Если нет каких-то внешних влияний, испарение жидкостей происходит крайне медленно.

    Молекулы покидают жидкость вследствие диффузии, они переходят через полупроницаемую для жидкостей, но непроницаемую для газовых веществ поверхность раздела фаз массового потока.

    Важно знать, что испарение всегда происходит только с поверхности жидкости, в этом основное отличие испарения от других форм парообразования. Атомы и молекулы испаряются не все сразу, а небольшими слоями, постепенно. Но, разумеется, со временем они могут испариться полностью.

    Еще одной интересной особенностью испарения является тот факт, что оно может иметь разную направленность тепловых потоков. Они могут идти:

    • из глубины жидкости к поверхности, а затем в воздух,
    • только из жидкости к поверхности,
    • к поверхности из воды и газовой среды одновременно,
    • к площади поверхности только от воздуха.

    Направленность тепловых потоков при испарении зависит от характера жидкости, температуры окружающего воздуха и фазового раздела. Эти три величины и их соотношение формируют формулу испарения.

    Испарение на молекулярном уровне

    В жидкостях молекулы, хотя и расположены близко друг к другу, тем не менее, они не имеют твердой связи между собой, как в твердых телах. Поэтому они находятся в непрерывном движении, в ходе которого часто сталкиваются друг с другом, меняют свое направление и скорость своего движения.

    Часть молекул, которые оказались близко к поверхности могут и вовсе покинуть жидкость, если проникнут через зону фазового перехода. И тогда произойдет испарение. Как видите, обязательным условием для этого физического процесса является непрерывное движение молекул в жидкости.

    Если движущаяся молекула обладает достаточной кинетической энергией и скоростью, то она может преодолеть притяжение соседних частиц и вылететь на поверхность.

    Почему же испарение усиливается при нагревании жидкости? При нагревании движение молекул в воде, или другой жидкости заметно ускоряется, и все больше молекул начинают гонять аки «Шумахеры», в результате вылетая на поверхность.

    При этом в какой-то момент может произойти такое явление как «испарительное охлаждение жидкости», когда нагретую жидкость уже покинули все самые быстрые молекулы и происходит снижении температуры самой жидкости.

    В частности это явление объясняет, почему человеку, даже облитому теплой водой постепенно будет становиться холодно – все быстрые молекулы этой теплой воды испарятся, а оставшаяся вода быстро охладится без своих «молекул-гонщиков».

    Кипение гейзеров, отличный пример испарения в природе.

    Испарение и кипение: в чем отличие?

    В начале статьи мы писали, что испарение особенно заметно при кипении воды, когда мы, к примеру, делаем себе чай. На самом деле испарение может происходить и без кипения, просто тогда оно не будет для нас заметно.

    Например, вода в речке или озере непрерывно испаряется, хотя мы этого и не замечаем.

    Что же касается кипения, то оно является, по сути, катализированным испарением, когда сам процесс становится заметным невооруженным глазом и во много раз ускоренным.

    Но кипение происходит только при определенных температурах, причем в разных жидкостях разные температуры кипения (например, у воды температура кипения 100 °C), в то же время испарение происходит всегда, независимо от температуры жидкости. В этом и заключается их отличие.

    Факторы, влияющие на скорость испарения

    Учеными выделены такие основные факторы, которые имеют влияние на скорость испарения:

    • Химические и физические свойства жидкости, характер связей между молекулами, плотность вещества. Чем ближе друг к другу расположены молекулы жидкости, тем им труднее набрать нужную скорость, чтобы вылететь и тем ниже скорость испарения, и тем больше температура кипения. К слову спирты и алкоголь улетучиваются гораздо быстрее, нежели просто вода.
    • Температура. В отличии от явления кипения, испарение жидкости может происходить даже при минусовых температурах жидкости. Но все равно при понижении температуры скорость движения частиц уменьшается, и как следствие уменьшается скорость испарения.
    • Размер поверхности. Тут все просто, чем больше площадь испарения, то есть площадь соприкосновения жидкости с воздухом, тем большей будет скорость испарения.
    • Скорость ветра также может влиять на скорость испарения в природных условиях, так как быстрое движение воздуха «сдувает» молекулы с поверхности, увеличивая их скорость и кинетическую энергию.
    • Атмосферное давление, чем оно ниже, тем быстрее испаряется любая жидкость.

    Роль испарения

    И испарение, и кипение распространенные физические явления в нашей жизни. Мы постоянно сталкиваемся с ними в нашем быту, испарение активно используется в промышленности и природных условиях, как именно, читайте далее.

    Испарение в организме человека, в животных и растениях

    Испарение играет важную роль процессе саморегуляции температуры тела человека, как впрочем, и почти всех млекопитающих.

    Так как чрезмерный перегрев тела вредный, а порой и смертельный (так при температуре тела более 42,2 °C в крови человека происходит свертывание белка, что приводит к смерти) организм имеет защитный механизм для предотвращения перегрева – потоотделение. Например, когда мы болеем и имеем высокую температуру, а потом она падает, мы обильно потеем.

    Также мы потеем при тяжелом физическом труде, при перегреве на Солнце. Пот выделяется через поры кожи, а затем испаряется, все это позволяет нашему организму быстро избавиться от лишней энергии, охладить тело и нормализировать температуру.

    Аналогично это работает и у животных, а некоторые порой даже стремятся ускорить процесс испарения. Так, например собаки для этой цели в жаркую погоду открывают рот и высовывают язык. Именно гортань и язык собаки наиболее подходят для испарения влаги и охлаждения тела животного.

    Что же касается растений, то и они обладают схожим механизмом. Во избежание перегрева на Солнце они запускают процесс испарения ранее поглощенной воды, таким образом, охлаждаясь.

    Именно поэтому очень важно в жаркую погоду усиленно поливать культурные растения, предотвращая их выгорание или засыхание, ведь в такие дни влага особенно нужна растениями не только для питания, но и для охлаждения.

    Испарение в природе и окружающей среде

    Роль испарения в природе просто огромна, так как без этого физического явления была бы невозможна сама Жизнь на нашей планете.

    Именно испарение лежит в основе естественного круговорота воды, который обеспечивает экосистему Земли необходимыми питательными элементами и разносит жизненно важную влагу по всему миру.

    Испарение воды с поверхности рек, озер, морей и океанов создает дождевые тучи, которые затем, проливаясь дождем, питают растения и деревья.

    Именно благодаря испарению на Земле идут дожди, а о том, как они важны и как трудно без них приходится порой, спросите об этом жителей Северной Африки или Центральной Индии, которые часто страдают от засухи.

    Испарение в промышленности и быту

    Вот лишь несколько примеров использования испарения в промышленности.

    • Испарения применятся при создании охладителей для двигателей и ядерных реакторов.
    • При сушке различных вещей: от одежды до промышленного сырья.
    • При кондиционировании и очищении воздуха.
    • При очистке разных веществ на молекулярном уровне.
    • Во время готовке на пару в кулинарии.
    • При охлаждении воды.

    Промышленная техника, работающая на основе процессов испарения, конструируется по одному и тому же принципу: в ней всегда максимально увеличена площадь поверхности жидкости, чем обеспечивается наиболее оптимальный теплообмен с газовой средой.

    Испарение, видео

    И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.

    Эта статья доступна на английском языке – Evaporation: Definitions, Causes and Examples.

    Источник: https://www.poznavayka.org/fizika/isparenie/

    Что такое испарение? Как происходит процесс испарения?

    Что такое испарение и как оно происходит? §6.1. испарение жидкостей

    Окружающий мир – взаимосвязанный организм, в котором все процессы и явления живой и неживой природы происходят не просто так. Доказано учёными, что даже незначительные вмешательства человека несут колоссальные изменения. Несмотря на это, люди забывают, что тоже являются неотъемлемой частью окружающего мира. В связи с этим перемены происходят и в человечестве, в целом.

    Все о процессах жизнедеятельности и явлениях природы начинают преподавать детям уже в школе, что очень важно для дальнейшего их понимания происходящего вокруг. Как известно, тема “Испарение” (8 класс) изучается именно в рамках программы средней школы, когда ученики уже готовы размышлять над проблемами.

    Как происходит испарение

    Все знают, что такое испарение. Это явление превращения различных по консистенции веществ в состояние пара или газа. Известно, что данный процесс происходит при соответствующей температуре.

    Обычно при естественных условиях многие вещества (как твёрдые, так и жидкие) практически не испаряются или делают это очень медленно. Но есть и такие образцы, например, камфара и большинство жидкостей, которые при нормальном состоянии испаряются очень быстро. Поэтому их назвали летучими. Заметить такой процесс можно с помощью запаха, т. к. многие тела токсичны.

    Испарение жидкости (воды, спирта) можно проследить, благодаря наблюдению за ней в течение некоторого времени. Затем начинается уменьшение объёма этого вещества.

    Основа жизни на Земле

    Как известно, вода – неотъемлемая часть существования окружающего мира. Без неё невозможно никакое бытие, т. к. все живые существа состоят на 75% из воды.

    Это особенное соединение, свойства которого исключительны. И лишь благодаря таким аномалиям данного феномена вероятна жизнь в той форме, какая сейчас есть на планете.

    Человечество интересовалось этим чудом с древних времён. Ещё философ Аристотель в IV веке до нашей эры объявил, что вода – это начало всего.

    В XVII веке нидерландский механик, физик, математик, астроном и изобретатель Гюйгенс рекомендовал установить коэффициенты кипения воды и оттаивания льда в качестве главных уровней шкалы градусника. Но что такое испарение человечество узнало много позже.

    В 1783 году французский естествоиспытатель и основатель современной химии Лавуазье воспроизвёл формулу – Н2О.

    Свойства воды

    Одно из невероятных качеств этого вещества – способность Н2О находиться в трёх разных состояниях при обычных условиях:

    • в твёрдом (лёд);
    • текучем;
    • газообразном (испарение жидкости).

    Кроме того, у воды очень высокая плотность, если сравнить с другими субстанциями, а также большая теплота испарения и скрытая теплота плавления (количество поглощаемого или высвобождаемого жара).

    У Н2О есть ещё одно качество – возможность варьировать свою плотность от перемены показателей градусника. А самое поразительное то, что если бы этого качества не было, лёд не смог бы плавать, а моря, океаны, реки и озёра замерзали бы все до дна. Тогда жизнь на земле не могла бы существовать, ведь именно водоёмы являются первым пристанищем микроорганизмов.

    Круговорот Н2О в природе

    Как происходит этот процесс? Циркуляция является непрерывной процедурой, т. к. в мире всё взаимосвязано. С помощью круговорота создаются условия для существования и развития жизни. Он происходит между водоёмами, сушей и атмосферой.

    Например, при столкновении туч с холодным воздухом возникают большие капли, впоследствии выпадающие в форме осадков.

    Затем происходит процесс испарения, при котором солнце нагревает плоскость земли, водоёмы, и жидкость поднимается ввысь, в атмосферу.

    Растительность берёт влагу из почвы, а циркуляция воды осуществляется с поверхности листьев. Такая процедура называется транспирацией и является физико-биологическим процессом.

    Слои атмосферы, насыщенные паром и находящиеся рядом с землёй, затем делаются более лёгкими и начинают двигаться вверх. Мельчайшие капельки воды в атмосфере восстанавливаются примерно каждые восемь-девять дней.

    Испарение происходит вследствие круговорота, и оно является важной составляющей в циркуляции Н2О в природе. Этот процесс состоит в превращении воды из жидкого или твёрдого состояния в газообразное и поступлении недоступного взору пара в воздух.

    Испаряемость и испарение

    А в чём разница понятий “испаряемость” и “испарение”? Сначала рассмотрим первый термин. Это показатель климата местности, который определяет сколько жидкости улетучилось с поверхности по максимуму. Если учитывать, что увлажнённость территории, как отмечает Г. Н. Высоцкий, складывается из отношения осадков к испаряемости, то это важнейший показатель микроклимата.

    Есть и некая зависимость: если испаряемость меньше, то увлажнённость больше. Описываемый процесс опирается на влажность воздуха, скорость ветра и зависит именно от них.

    А что такое испарение? Это явление, при котором в определённой фазе происходит превращение вещества из жидкости в пар или газ. Обратный эффект такого процесса называется конденсацией. Если сравнивать эти два явления, без труда определяется, насколько доступны для выпаривания ресурсы воды или льда.

    Процесс испарения: условия

    В воздухе всегда присутствует какое-то количество молекул Н2О. Этот показатель варьируется в зависимости от определённых условий и называется влажностью. Это коэффициент, который измеряет объём водяных паров в атмосфере. В зависимости от этого различается климат местностей. Влажность присутствует везде. Есть два ее вида:

    1. Абсолютная – число водных молекул в одном кубометре атмосферы.
    2. Относительная – процентное соотношение паров к воздуху. Например, если влажность составляет 100%, это значит атмосфера полностью насыщена водяными частицами.

    Чем выше температура испарения, тем больше молекул Н2О содержится в воздухе. Итак, если относительная влажность в знойный день будет составлять 90%, то это является показателем, что атмосфера предельно насыщена мельчайшими капельками.

    Частности

    Допустим, в помещении, где высокая влажность, вода, стоящая в нём, испаряться не будет вообще. Хотя если воздух сухой, то процесс насыщения паром станет непрерывным до тех пор, пока он окончательно им не заполнится.

    При внезапном охлаждении воздуха водные пары, которые насытили его прежде, будут улетучиваться не прекращаясь и осядут в виде росы. Но в случае нагревания воздуха, который достаточно увлажнён, процесс насыщения возобновится.

    Чем выше t°, тем испарение происходит более интенсивно, а также увеличивается так называемая упругость паров, которые насыщают пространство. Кипение возникает при условии, когда упругость паров будет равна упругости газа, который окружает жидкость. Температура кипения варьируется в зависимости от давления газа вокруг и становится больше тогда, когда оно повышается.

    Быстро ли происходит испарение

    Как известно, процесс превращения воды в пар непосредственно связан с существованием жидкостей. Следовательно, можно подвести итог, что это явление очень важно для природы и промышленности.

    В процессе изучения и экспериментов была выявлена скорость испарения. Кроме того, стали известны некоторые явления, его сопровождающие. Но они выглядят очень противоречиво и до нынешних времён ещё не ясна их природа.

    Заметим, что скорость испарения зависит от многих факторов. Повлиять на неё могут:

    • величина и форма ёмкости;
    • погодные условия внешней среды;
    • t° жидкости;
    • давление в атмосфере;
    • состав и происхождение водяной структуры;
    • природа поверхности, с которой происходит испарение;
    • некоторые другие причины, например, электризация жидкости.

    Ещё раз о воде

    Испарение производится отовсюду, где есть жидкость: озёра, пруды, влажные предметы, покровы тел людей и животных, листьев и стеблей растений.

    К примеру, подсолнечник во время своей непродолжительной жизни отдаёт воздуху влагу в размере 100 л. А океаны нашей планеты освобождают примерно 450 000 кубометров жидкости в год.

    Температура испарения воды может быть любой. Но, когда становится теплее, то процесс перехода жидкости ускоряется. Заметим, что во время летнего зноя лужи на поверхности земли высыхают куда быстрее чем весной или осенью.

    А если на улице ветрено, то, соответственно, испарение протекает еще интенсивнее, чем в тех ситуациях, когда воздух спокоен. Это свойство имеют также снег и лёд.

    Если повесить сушиться белье на улицу зимой, то оно сначала замёрзнет, а потом через несколько дней высохнет.

    Температура испарения воды в 100°С является самым интенсивным фактором, при котором названный процесс достигает наивысшего результата. В это время происходит кипение, когда жидкость интенсивно превращается в пар – прозрачный, невидимый газ.

    Если рассмотреть под микроскопом, то в его состав входят единичные молекулы H2O, располагающиеся далеко друг от друга. Но когда воздух охлаждается, водяной пар становится видимым, например, в качестве тумана или росы. В атмосфере этот процесс можно наблюдать благодаря облакам, которые появляются за счёт превращения капелек воды в видимые кристаллики льда.

    Статистика природы

    Итак, что такое испарение, мы выяснили. Теперь заметим факт, что оно теснейшим образом связано с температурой воздуха.

    Следовательно, в течение суток самое большое количество кубометров воды превращается в пар примерно в полдень. Кроме того, этот процесс наиболее интенсивен именно в тёплые месяцы.

    Самое сильное испарение в годовом цикле наблюдается в середине лета, тогда как слабое попадает на зиму.

    Каждый человек несёт ответственность за состояние окружающей среды. Чтобы понять это суждение, необходимо уловить простой расчёт.

    Представим, что человек говорит о своей беспомощности по отношению к предотвращению экологической катастрофы и считает, что он ничего не способен сделать.

    Но если умножить какое-то одно незначительное действие индивидуума на 6,5 млрд. людей на земле, то станет ясным, зачем стоит так рассуждать.

    Источник: https://FB.ru/article/271240/chto-takoe-isparenie-kak-proishodit-protsess-ispareniya

    Поделиться:
    Нет комментариев

      Добавить комментарий

      Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.