Випаровування і конденсація, фізика

При паротворенні речовина переходить з рідкого стану в газоподібний (пар). Існують два види пароутворення: випаровування і кипіння.

Випаровування - це пароутворення, що відбувається з вільної поверхні рідини.

Як відбувається випаровування? Ми знаємо, що молекули будь-якої рідини знаходяться в безперервному і безладному русі, причому одні з них рухаються швидше, інші - повільніше. Вилетіти назовні їм заважають сили тяжіння один до одного. Якщо, проте, у поверхні рідини виявиться молекула з досить велику кінетичну енергію, то вона зможе подолати сили міжмолекулярної тяжіння і вилетить з рідини. Те ж саме повториться з іншого швидкої молекулою, з другої, третьої і т. Д. Вилітавши назовні, ці молекули утворюють над рідиною пар. Утворення цього пара і є випаровування.

Оскільки при випаровуванні з рідини вилітають найбільш швидкі молекули, середня кінетична енергія залишилися в рідині молекул стає все менше і менше. В результаті цього температура випаровується рідини знижується. рідина охолоджується. Саме тому, зокрема, людина в мокрому одязі почувається холодніше, ніж в сухий (особливо при вітрі).

У той же час всім відомо, що якщо налити воду в стакан і залишити на столі, то, незважаючи на випаровування, вона не буде безперервно охолоджуватися, стаючи все більш і більш холодної, поки не замерзне. Що ж цьому заважає? Відповідь дуже проста: теплообмін води з навколишнім стакан теплим повітрям.

Охолодження рідини під час випаровування більш помітно в тому випадку, коли випаровування відбувається досить швидко (так що рідина не встигає відновити свою температуру завдяки теплообміну з навколишнім середовищем). Швидко випаровуються летючі рідини, у яких сили міжмолекулярної тяжіння малі, наприклад ефір, спирт, бензин. Якщо капнути такою рідиною на руку, ми відчуємо холод. Випаровуючись з поверхні руки, така рідина буде охолоджуватися і відбирати від неї деяку кількість теплоти.

Бистроіспаряющіеся речовини знаходять широке застосування в техніці. Наприклад, в космічній техніці такими речовинами покривають спусковий апарат. При проходженні через атмосферу планети корпус-апарату в результаті тертя нагрівається, і покриває його речовина починає випаровуватися. Випаровуючись, воно охолоджує космічний апарат, рятуючи його тим самим від перегріву.

Охолодження води при її випаровуванні використовується також в приладах, що служать для вимірювання вологості повітря, - психрометр (від грецького «псіхрос» - холодний). Психрометр (рис. 81) складається з двох термометрів. Один з них (сухий) показує температуру повітря, а інший (резервуар якого обв'язаний батистом, опущеним у воду) - нижчу температуру, зумовлену інтенсивністю випаровування з вологого батисту. Чим сухіше повітря, вологість якого вимірюється, тим сильніше випаровування і тому тим нижче показання змоченого термометра. І навпаки, чим більше вологість повітря, тим менш інтенсивно йде випаровування і тому тим більш високу температуру показує цей термометр. На основі свідчень сухого і зволоженого термометрів за допомогою спеціальної (психрометричні) таблиці визначають вологість повітря, виражену у відсотках. Найбільша вологість становить 100% (при такій вологості повітря на предметах з'являється роса). Для людини найбільш сприятливою вважається вологість в межах від 40 до 60%.

За допомогою простих дослідів легко встановити, що швидкість випаровування збільшується зі зростанням температури рідини, а також при збільшенні площі її вільної поверхні і при наявності вітру.

Чому при наявності вітру рідина випаровується швидше? Справа в тому, що одночасно з випаровуванням на поверхні рідини відбувається і зворотний процес - конденсація. Конденсація відбувається через те, що частина молекул пара, безладно переміщуючись над рідиною, знову повертається в неї. Вітер же забирає вилетіли з рідини молекули і не дає їм повертатися назад.

Конденсація може відбуватися і тоді, коли пара не стикається з рідиною. Саме конденсацією, наприклад, пояснюється утворення хмар: молекули водяної пари, що піднімається над землею, в більш холодних шарах атмосфери групуються в дрібні крапельки води, скупчення яких і є хмари. Наслідком конденсації водяної пари в атмосфері є також дощ і роса.

При випаровуванні рідина охолоджується і, ставши більш холодної, ніж навколишнє середовище, починає поглинати її енергію. При конденсації ж, навпаки, відбувається виділення деякої кількості теплоти в навколишнє середовище, і її температура дещо підвищується.

1. Які два види пароутворення існують в природі? 2. Що таке випаровування? 3. Від чого залежить швидкість випаровування рідини? 4. Чому при випаровуванні температура рідини знижується? 5. Яким чином вдається запобігти спускаються космічні апарати від перегріву під час проходження через атмосферу планети? 6. Що таке конденсація? 7. Які явища пояснюються конденсацією пара? 8. За допомогою якого приладу вимірюють вологість повітря? Як він влаштований?

Експериментальні завдання. 1. У два однакових блюдця налийте по однаковій кількості води (наприклад, по три столові ложки). Одне блюдце поставте в тепле місце, а інше - в холодну. Виміряйте час, за яке випарується вода в тому і в іншому блюдцях. Поясніть різницю в швидкості випаровування. 2. Нанесіть піпеткою на аркуш паперу по краплині води і спирту. Виміряйте час, необхідний для їх випаровування. У який із цих рідин сили тяжіння між молекулами менше? 3. Налийте однакову кількість води в стакан і блюдце. Виміряйте час, за яке вона в них випарується. Поясніть різницю в швидкості її випаровування.