Содержание
Что это за параметр?
Скорость испарения – это количество образующегося пара за 1 секунду. Параметр зависит от физических свойств жидкости и внешних факторов – температуры, площади испарения и др. В единой системе СИ скорость испарения измеряется в г/(м2·с).
Формула и правила расчета
Формула скорости испарения: u = m/St, где:
- u – скорость перехода жидкости в газ;
- m – количество испарившейся жидкости;
- S – испаряющая площадь;
- t – время.
Численно скорость определяется как отношение количества жидкости, превратившейся в пар, к площади испарения, умноженной на время, которое необходимо для завершения процесса.
Условия процесса парообразования
На скорость образования пара влияют:
- Вид раствора – чем более тяжелая жидкость, тем медленнее происходит парообразование.
- Температура – с увеличиением парообразование усиливается, с понижением — ослабевает.
- Размер зеркала жидкости – чем площадь больше, тем интенсивнее испарение.
- Движение воздуха (ветер).
Молекулы в растворах обладают разной энергией – есть более быстрые, которым хватит энергии выйти за пределы раствора, образуя пар. Количество таких молекул определяет скорость испарения.
Факторы, которые влияют
Переход между фазами жидкость-газ происходит тем быстрее, чем больше в жидкости присутствует молекул с повышенной кинетической энергией.
Род жидкости
Скорость перехода из жидкости в пар зависит от свойств вещества: чем меньше плотность вещества, тем меньшая энергия требуется молекуле для выхода за границу жидкости и быстрее происходит процесс испарения.
Если в одну емкость налить воду, а в другую такую же – эфир, можно увидеть разницу в скорости испарения. Количество эфира в емкости будет уменьшаться на глазах, а чтобы заметить изменение объема воды потребуется время.
Жидкости со слабыми связями между молекулами называют летучими, настолько быстро они испаряются. К ним относят эфиры, кетоны, спирты, фенолы, растворители, бензин и др.
Имеющие в сравнении с водой больший удельный вес кислоты, щелочи, молоко, масла, мед улетучиваются значительно медленнее. Это связано с увлечением плотности, как результат – ближе расположенные друг к другу молекулы сильнее притягиваются и труднее отрываются.
Самой тяжелой жидкостью является ртуть – единственный металл, являющийся жидкостью при комнатной температуре. Скорость испарения ртути незначительна – чтобы небольшая горошина вещества, массой в 1 г, превратилась в пар, потребуется 3 года.
Температура
Наибольшая скорость испарения – перед кипением, наименьшая – перед замерзанием. Если воду комнатной температуры налить в одну емкость, а в другую такую же – очень горячую, то над горячей можно увидеть пар. Это быстрые молекулы жидкости улетучиваются в воздух.
По достижении точки замерзания жидкость переходит в твердое состояние, имеющее кристаллическую решетку. В нем испарения из-за прочных связей молекул не происходит.
Площадь свободной поверхности
Скорость испарения зависимость от площади – чем больше зеркало, тем быстрее она улетучивается. Если в широкий и узкий сосуд налить воду, то уровень жидкости в широком будет понижаться быстрее.
Испарение – это улетучивание молекул из жидкого состояния. С ростом площади перехода увеличивается число молекул, способных покинуть жидкость. Пример: из тарелки вода испаряется быстрее, чем из стакана – разная площадь поверхности.
Наличие ветра
Движение воздуха над жидкостью ускоряет переход молекул в воздух и не позволяет беспорядочно двигающимся частицам пара вернуться в жидкость.
Движение воздушных потоков помогает быстрым молекулам покинуть жидкость и не дает вернуться обратно. Так быстро освобождается доступ к поверхности для следующих молекул, способных перейти в воздух.
Если ветер имеет более высокую температуру, чем обдуваемая им жидкость, то процесс парообразования протекает еще быстрее.
Пример: мокрые волосы высушиваются горячим воздухом из фена в считанные минуты. Если обдувать холодным воздухом – будет медленнее. Без обдува сушка волос затянется на час.
Атмосферное давление
Воздух атмосферы давит на зеркало жидкости. Чем меньше такое давление, тем больше молекул отрываются от поверхности и выше скорость испарения. В сравнении с поверхностью земли, в высокогорной местности, где давление меньше, процесс идет быстрее
От чего скорость увеличится или уменьшится?
Жидкость будет испаряться быстрее:
- с увеличением зеркала жидкости;
- с повышением температуры воды;
- с ростом температуры окружающего воздуха;
- при обдувании ветром;
- от обдувания горячим воздухом.
Факторы, снижающие скорость испарения:
- уменьшение площади жидкости;
- охлаждение раствора (уменьшение температуры);
- понижение температуры окружающей среды;
- отсутствие ветра над водой.
При равных условиях, статическое испарение всегда меньше динамического.
Примеры, где применяют знания в быту
Человек сталкивается с жидкостями постоянно и использует процесс испарения в самых разных сферах.
Для сушки белья
Хозяйки стараются стирать белья в жаркие и ветреные дни — вывешенное на улицу, белье быстро высыхает.
Процесс испарения влаги с поверхности расправленного белья ускоряют воздействие температуры (солнце) и горячего ветра.
К тому же у расправленного белья больше площадь испарения.
Для сбивания температуры
Бабушкин метод сбивать температуру маленьким детям и взрослым, если нежелательно пить лекарства. Влажную холодную салфетку кладут на лоб, держат до ее согревания и меняют на холодную.
Так как процесс испарения идет с потреблением энергии, температура тела понижается. Можно обтирать больного водой с уксусом или водкой – у этих веществ скорость испарения выше, и охлаждающий эффект будет больше.
В процессе приготовления пищи
Чтобы остудить горячий суп его достаточно налить в тарелку – испаряясь, вода отбирает некоторое количество теплоты у основной массы и еда охлаждается.
При уборке
Появившуюся лужу вытирают и увеличивают влажную площадь – так быстрее остатки жидкости улетучатся. В зимнее время года в помещениях воздух пересушен системами обогрева. Его увлажняют, поставив в удобном месте емкость с водой.
Если нужно медленное испарение – используют неширокую и глубокую емкость, для быстрого увлажнения следует поставить несколько широких плоских мисок, увеличив этим площадь испарения.
Промышленное использование
Процесс применяют:
- В оборотных системах водоснабжения.
- Для высушивания деталей и материалов.
- Для очищения изделий.
- При разделении сложных многокомпонентных жидких составов.
- В процессе кондиционирования помещений.
- Для создания системы охлаждения ядерных реакторов и др.
Видео по теме статьи
Факторы, влияющие на скорость испарения жидкости, рассмотрены в видео:
Заключение
На скорость испарения жидких соединений влияют природа вещества и воздействия внешних факторов.
Выводы:
- Переход в воздух быстрых молекул жидкости осуществляется при любом температурном режиме. Энергию для перехода молекулы получают при столкновении друг с другом.
- Чем больше площадь испарения, тем выше скорость образования пара.
- С ростом температуры увеличивается скорость испарения.
- Испарение под действием потока воздуха проходит быстрее.
- При испарении жидкости из окружающей среды поглощается энергия.
