При каких условиях происходит испарение жидкости

Испарение в жизни

И действительно: чего в этой жизни только не испаряется — мы встречаемся с этим каждый день. Давайте узнаем, зачем этот процесс вообще нужен, и как люди научились извлекать из него пользу.

Испарение в организме человека и животных

Выше мы разбирали вопрос, почему если облиться теплой водой, нам все равно станет холодно. По этому же принципу работает ощущение холода после того, как мы вспотели — в какой-то момент нам становится холодно.

Само потоотделение — важный процесс терморегуляции организма. Если мы достигаем высокой температуры (из-за внешних воздействий или же из-за болезни), то организм стремится себя охладить, чтобы не умереть из-за превращения белков в нашем организме в яичницу.

Пот выделяется через поры кожи, а затем испаряется — все это позволяет нашему организму быстро избавиться от лишней энергии, охладить тело и нормализовать температуру.

При низкой влажности происходит нечто похожее. Как ни странно, в мороз мы тоже потеем (намного меньше, но все-таки это происходит). Если влажность на улице низкая, то пот испарится из-под куртки и нам будет комфортно. А при высокой влажности — он там задержится и будет проводить тепло наружу, забирая у нас драгоценные Джоули тепла. Поэтому зимой в Петербурге холоднее, чем в Москве.

У животных этот механизм работает схожим образом. Но, например, собакам испарения с кожи недостаточно, поэтому они часто открывают пасть, высовывают язык и дышат порой ну очень смешно

Именно гортань и язык собаки идеально подходят для испарения влаги и охлаждения тела животного.

Испарение у растений

Удивительно, но у растений механизм испарения тоже работает схожим образом. Растения очень любят воду, поэтому домашние растения мы поливаем, а в пустынях их просто нет.

Ту воду, которую цветы поглотили, они могут испарять, чтобы не перегреться под жарким солнцем. Да, вода нужна, чтобы растения питались, но в жаркие дни еще и для температурной саморегуляции. Поэтому не забывайте поливать цветы, а в очень жаркие дни делайте это еще интенсивнее.

Испарение в природе и окружающей среде

Процесс испарения напрямую связан с круговоротом воды в природе. Именно круговоротом воды в природе обеспечивается жизнь на Земле — так как влага разносится по всему миру, растения в дикой природе способны жить без наших попыток полить большую пальму из леечки.

Испарение воды с поверхности рек, озер, морей и океанов создает дождевые тучи, которые затем, проливаясь дождем, поливают растения и деревья. Многие дождь не любят, мол, он мокрый, мерзкий и затекает в ботинки, но он очень нужен засушливым регионам — Северной Африке или Центральной Индии, которые часто страдают от засухи.

Испарение в промышленности и быту

С бытом совсем все просто: мы сушим вещи, готовим еду, покупаем увлажнители воздуха или размазываем разлитую лужу по полу.

В случае с промышленностью для нас все не так очевидно. Промышленная техника, работающая на основе испарения, разрабатывается по схожей схеме: в ней всегда максимально увеличена площадь поверхности жидкости, чтобы испарение шло интенсивно.

Например, испаритель, изображенный на схеме, состоит из совокупности соединенных между собой испарителей. В основе его действия — пар, полученный в одной ступени, который используют в качестве источника тепла для следующей ступени. По мере того, как температура уменьшается от одной ступени к другой, вакуум увеличивается, так что температура кипения становится ниже и испарение поддерживается. Он предназначен для того, чтобы очистить воду от отходов.

Испарение, конденсация, кипение. Насыщенные и ненасыщенные пары

Все вещества имеют три кумулятивных состояния, которые возникают при определенных условиях: твердое, жидкое и газообразное.

Фазовый переход — это переход одного вещества из одной ситуации в другую.

Примерами этого процесса являются конденсация и испарение.

При создании определенных условий реальный газ (например, азот, водород, кислород) может быть превращен в жидкость. Для этого температура должна опуститься ниже определенного минимального порога, называемого критической температурой. Это обозначается T k p. Так, для азота его цена составляет 126 k, для воды — 647,3 K, а кислорода — 154,3 K при комнатной температуре вода остается и газом, и жидкостью, а азот и азотно-кислородный газ — только газом.

Испарение — это переход вещества из жидкого состояния в газообразное.

Молекулярно-кинетическая теория описывает этот процесс постепенным смещением от поверхности жидкости молекул, кинетическая энергия которых больше их энергии связи с остальным жидким веществом. Испарение уменьшает среднюю кинетическую энергию оставшихся молекул, что приводит к снижению температуры жидкости, если не предусмотрен дополнительный источник внешней энергии.

Концентрация — это переход вещества из газообразного состояния в жидкое (обратный процесс истощения).

При конденсации молекулы пара возвращаются во влажное состояние.

Рис. 3. 4. 1. Модель испарения и конденсации.

Задачи

Поглощение энергии при испарении.

Поскольку при испарении из жидкости вылетают более быстрые молекулы, средняя кинетическая энергия оставшихся в жидкости молекул становится все меньше и меньше. Это значит, что внутренняя энергия испаряющейся жидкости уменьшает-ся. Поэтому если нет притока энергии к жидкости извне, температура испаряющейся жидкости понижается, жидкость охлаждается (именно поэтому, в частности, человеку в мокрой одежде холоднее, чем в сухой, особенно при ветре).

Однако при испарении воды, налитой в стакан, мы не замечаем понижения ее температуры. Чем это объяснить? Дело в том, что испарение в данном случае происходит медленно, и темпера-тура воды поддерживается постоянной за счет теплообмена с окружающим воздухом, из которого в жидкость поступает необходимое количество теплоты. Значит, чтобы испарение жидкости про исходило без изменения ее температуры, жидкости необходимо сообщать энергию.

Количество теплоты, которое необходимо сообщить жидкости для образования единицы массы пара при постоянной температуре, называется теплотой парообразования.

Насыщенный пар

Процесс испарения напрямую связан с круговоротом воды в природе. Вода, испаряясь, превращается в водяной пар и поднимается вверх, где происходит конденсация пара, образуются облака, и вода возвращается на землю в виде осадков.

Вследствие конденсации водяного пара, который живет в воздухе, образуются облака и туман. По этой же причине холодное стекло запотевает, соприкасаясь с теплым воздухом.

На рисунке — процессы испарения и конденсации в плотно закрытом сосуде, когда жидкость и пар находятся в динамическом равновесии. Это значит, что одновременно конденсируется и испаряется одинаковое количество вещества.

Влажность воздуха говорит нам о том, сколько в воздухе содержится водяного пара. Но бесконечное количество пара в воздух не запихнешь. Поэтому, во-первых, его там очень мало, а во-вторых, при избыточном количестве водяного пара происходит конденсация — это когда образуется роса.

Допустим, зимой при температуре -20 градусов в 1 литре воздуха содержится 1 миллиграмм пара. Относительная влажность в таком случае равна 100% — испарения не будет, больше пара в этот воздух уже не запихнешь.

Но если мы тот же воздух поместим в помещение с температурой +20 градусов, то в него может испариться уже до 17 миллиграмм пара. Значит его влажность будет равна 1/17 = 6%. Человеку комфортнее всего находиться при значении влажности 40-50%.

Роль явления

Испарение и кипение — очень распространённые физические явления, без которых стала бы невозможной нормальная жизнь на земле. Люди ежедневно сталкиваются с ним в быту, а также используют в промышленности, технике, энергетике и других сферах жизнедеятельности. Кроме того, фазовый переход жидкости и газа играет важную роль в существовании живых организмов и экосистеме планеты в целом.

В организме человека, животных и растений

Испарение играет важную роль в процессе саморегуляции температуры тела человека и большинства млекопитающих. Поскольку чрезмерное тепло для них вредно или даже смертельно (при 42,2 °C в крови происходит свёртывание белка, что приводит к быстрой смерти), в процессе эволюции организм разработал систему самоохлаждения — потоотделение. Она задействуется при пребывании в жарких или душных помещениях, тяжёлом физическом труде, болезнях.

Через поры на коже выделяется жидкость, которая затем быстро испаряется. Это позволяет быстро избавиться от лишней энергии и охладить тело, нормализовав температуру. Некоторые животные инстинктивно пытаются усилить этот процесс — например, собаки в жаркую погоду открывают рот и высовывают язык.

Представители флоры обладают похожим защитным механизмом. Чтобы не перегреться на солнце, они запускают процесс испарения ранее поглощённой воды, тем самым охлаждаясь. Поэтому в летнюю пору садоводы усиленно поливают культурные растения, предотвращая их засыхание или выгорание в самые жаркие дни.

В природе и окружающей среде

Роль испарения и конденсации (превращение газа обратно в жидкость) в природе трудно переоценить. Они лежат в основе естественного круговорота воды, который обеспечивает экосистему необходимыми питательными веществами, спасает водоёмы от пересыхания, а животных и растений — от вымирания. Только благодаря этому явлению жизнь на земле может существовать в нынешнем виде.

Испарение большого количества воды с поверхности морей, океанов, рек и озёр приводит к появлению дождевых туч, которые разносят влагу по всему миру и питают окружающую среду. Это же явление препятствует затоплению и заболачиванию участков (особенно зимой, когда тают снега и льды), возвращая лишнюю воду обратно в мировой океан.

Благодаря испарению возможно такое явление, как запахи. Животные используют его во множестве сфер своей жизни — от охоты и поиска пищи до размножения и общения. Оно также помогает представителям фауны распознавать опасность в виде хищников или огня и дыма, обнаруживать токсичные вещества в атмосфере.

В быту и промышленности

Испарение широко применяется в бытовой жизни людей, а также в создании сложных механизмов и промышленных машин. Некоторые примеры использования этого процесса:

• создание охладителей для двигателей, ядерных реакторов, спускаемых аппаратов в космической технике;
• сушка различных вещей — от одежды до производственного сырья;
• запчасти бытовых и промышленных холодильников;
• кондиционирование и очищение воздуха;
• энергетическая промышленность;
• очистка различных веществ на молекулярном уровне;
• охлаждение воды;
• дегидрация продуктов для увеличения срока хранения, создание диетической еды путём вывода лишних веществ;
• готовка на пару в кулинарии;
• стимуляция процессов при химических опытах;
• декор и дизайн одежды — например, сублимационная фотопечать;
• оздоровительные процедуры — бани, криотерапия, косметические техники;
• медицинские ингаляции — приготовление насыщенных полезными веществами газов основано на процессе испарения.

Промышленная техника, использующая испарение для работы, строится по одной и той же схеме. В ней максимально увеличивается площадь поверхности жидкости, чем обеспечивается наилучший теплообмен с газовой средой. Это достигается за счёт разделения воды на отдельные струи и капли, а также образования тонких плёнок вещества на внутренней поверхности и насадках. Газ в приборах разгоняется, что также улучшает эффективность охлаждения.

• Проект цветы в младшей группе детского сада

    

• Что такое пороги в древнем египте определение кратко

    

• Что такое попечительство кратко

    

• Сердце и кровеносные сосуды план урока

    

• Социальный проект для детского сада презентация

Влажность воздуха и его движение

Влажность воздуха и его движение являются двумя важными факторами, которые влияют на процесс испарения воды.

1. Влажность воздуха: чем выше влажность воздуха, тем меньше возможность для испарения воды. Высокая влажность означает, что воздух уже содержит большое количество водяных паров, и они не могут быть дополнительно поглощены. Низкая влажность воздуха, наоборот, способствует быстрому испарению воды, так как воздух может поглощать больше водяных паров.

2. Движение воздуха: скорость движения воздуха также влияет на испарение воды. Большая скорость воздушных потоков способствует более быстрому испарению, так как они удаляют водяные пары с поверхности воды. Например, при сильном ветре испарение воды будет происходить быстрее, чем при отсутствии ветра.

3. Температура: более высокая температура также способствует большему испарению воды. При повышении температуры, молекулы воды двигаются быстрее и имеют большую энергию, что облегчает процесс испарения.

4. Поверхность: Поверхность, на которой находится вода, также влияет на процесс испарения. Чем больше поверхности, имеющих доступ к воздуху, тем больше возможностей для испарения. Например, вода в открытом озере испаряется быстрее, чем вода в закрытом емкости.

5. Давление: Давление также может влиять на процесс испарения. При повышенном давлении молекулы воды могут испаряться при более низкой температуре, чем при низком давлении.

Все эти факторы тесно связаны между собой и влияют на скорость испарения воды. Понимание этих факторов может быть полезно для понимания различных аспектов окружающей среды и влияния на нее человеческой деятельности.

Какими способами можно ускорить процесс?

Ускорить процесс испарения очень просто. Главное — распознать зависимость от определенных физических факторов.

Увеличение площади поверхности

Для увеличения скорости парового слоя достаточно выбрать сосуд с большой открытой поверхностью. Опыт показывает, что одинаковое количество воды быстрее испаряется из большого тазика, чем из чайника.

Это связано с тем, что бассейн имеет большую поверхность и поэтому может освободить ее за одно и то же время. Размер поверхности также влияет на степень нагрева.

Нагрев

Испарение можно ускорить путем повышения температуры. При повышении температуры плотность жидкости уменьшается, тем самым увеличивая внутреннюю поверхность вещества. Увеличение поверхности увеличивает скорость молекул и уменьшает их внутреннее сопротивление.

Увеличение скорости молекул повышает кинетическую энергию, необходимую для преодоления поверхностных препятствий в виде упругости, взаимного притяжения и цены атмосферного давления, тем самым ускоряя испарение.

Увеличить обмен воздуха над поверхностью

Испарение можно увеличить, сняв крышку контейнера с нагревательным раствором. Молекулы могут быстрее покидать поверхность без конденсации.

Дальнейшее увеличение скорости движения воздуха способствует ускорению процесса испарения. В проветриваемом помещении вода в открытой емкости закипает гораздо быстрее. Движение воздуха увеличивает количество молекул, покидающих поверхность воды, а также снижает общую влажность воздуха.

Уменьшение давления воздуха

Давление воздуха значительно уменьшается с высотой. Это также влияет на ускорение парообразования. На вершине Эвереста испарение воды начинается при температуре кипения 65°C. На поверхности температура кипения составляет 100°C.

Давление воздуха можно уменьшить, ускорив циркуляцию воздуха. В лабораториях для этих целей используются вытяжные шкафы. Его можно использовать и в домашних условиях. Простое открытие вытяжки над открытым чайником приводит к более быстрому испарению воды.

Практика

И вот теория вся изложена и сейчас стоит перейти к практике. Зачем? (подумают многие). Я отвечу из личного опыта крайне часто возникают подобные (описанному ниже ) случаи в практике прудостроителей. Мы заключаем контракт на строительство водоёма , строим его усердно,вообщем из всех сил (но кто-то может здесь проколоться в прямом и переносном смысле, но это уже другая история). Завершаем строительство, набираем воду, запускаем насосы, тестируем водоём и сдаём его в эксплуатацию Заказчику. Но вдруг происходит следующее через 2 недели звонок от Заказчика и куча упрёков, и непонимания, и неодобрения от того, что вода в водоёме упала на 10-15-20 см. (согласитесь, что это бывало почти с каждым). И вы чтобы не ударить в грязь лицом и не запачкать горячолюбимый лейбл не менее любимой компании мчитесь к Заказчику. По причине того ,что (по словам Заказчика): это немыслимо? чтобы столько воды куда-то делось, это, несомненно, брак и надо что-то с этим делать. Вот такая щекотливая ситуация. И что дальше? А дальше я в этом случае привожу следующий расчёт (ведь против точных математических расчётов никуда не попрёшь), где чётко посчитано то количество воды, которое испарилось только с поверхности воды.

Количество испаряющейся с поверхности воды в основном зависит от температуры наружного воздуха, его влажности, средней скорости ветра и определяется приближенно по формуле:

Н_исп=11,6 ∙(E1-e )∙ B∙ t, (1)

где:

Н_исп – слой испарения в водной чаше за месяц в мм;

11,6 – коэффициент учитывающий удельную всасывающую атмосферы в мм/мбмес.;

E1 – максимальная упругость водяных паров при заданной температуре поверхности воды (определяется по табл.1) в мб;

e – парциальное давление водяного пара в воздухе(определяется по форм.2) в мб;

В – коэффициент учитывающий силу ветра, В=1+0.134Vв;

V_в – средняя скорость ветра в м/с (за месяц);

t – расчетное время испарения , измеряется в месяцах.

Парциальное давление водяного пара в воздухе определяется по формуле:

e=μ E1/100, (2)

где: μ – относительная влажность воздуха в %.

Если в системе оборотного водоснабжения предусматривается очистка воды на песчаном фильтре, то необходимо также учитывать расход воды на промывку зернистой загрузки фильтра, который может быть принят в пределах 2% от суточной производительности фильтра.

Конденсация.

Конденсация
(от лат. condensatio
— уплотнение, сгущение) — переход вещества из газообраз-ного состояния (пара) в жидкое или твердое состояние.

Известно, что при наличии ветра жидкость испаряется быстрее. Почему? Дело в том, что од-новременно с испарением с поверхности жидкости идет и конденсация. Конденсация происходит из-за того, что часть молекул пара, беспорядочно перемещаясь над жидкостью, снова возвраща-ется в нее. Ветер же выносит вылетевшие из жидкости молекулы и не дает им возвращаться.

Конденсация может происходить и тогда, когда пар не соприкасается с жидкостью. Именно конденсацией объясняется, например, образование облаков: молекулы водяного пара, поднима-ющиеся над землей, в более холодных слоях атмосферы группируются в мельчайшие капельки воды, скопления которых и представляют собой облака . Следствием конденсации водяного пара в атмосфере являются также дождь и роса.

При испарении жидкость охлаждается и, став более холодной, чем окружающая среда, начи-нает поглощать ее энергию. При конденсации же, наоборот, происходит выделение некоторого количества теплоты в окружающую среду, и ее температура несколько повышается. Количество теплоты, выделяющееся при конденсации единицы массы, равно теплоте испарения.

Влияние скорости ветра на скорость испарения

Воздушное движение способствует интенсификации испарения. Это происходит из-за особенностей взаимодействия ветра и поверхности жидкости.

Ветер стимулирует испарение, увлажняя поверхность и смягчая ее слой газа. Это позволяет более активно выпариваться жидкости, поскольку воздух насыщается влагой вокруг поверхности.

Усиление скорости ветра увеличивает скорость испарения еще больше. Это связано с усилением турбулентности воздушного потока над поверхностью жидкости.

Особенно ярко влияние скорости ветра заметно на открытой поверхности, например, на водной глади или морской поверхности. В этом случае мощные порывы ветра могут значительно увеличить скорость испарения.

Короче говоря, скорость ветра имеет прямое влияние на скорость испарения. Чем сильнее ветер, тем быстрее испарение происходит из-за лучшего смешивания воздуха и поверхности жидкости.

Роль явления

Экспериментальные исследования и их результаты

Для проверки влияния ветра на скорость испарения был проведен ряд экспериментов. Исследование проводилось в специально созданном лабораторном условии, где были созданы одинаковые условия испарения для двух групп.

Первая группа испаряющейся жидкости находилась в закрытом контейнере без наличия ветра, а вторая группа находилась в контейнере, через который пропускался воздух с определенной скоростью. В каждой группе были проведены несколько повторений эксперимента.

Результаты эксперимента представлены в таблице:

Группа	Скорость ветра (м/с)	Скорость испарения (мл/ч)
Без ветра	10
12
11
С ветром	1	9
1	8
1	10

Как видно из результатов эксперимента, скорость испарения в группе без ветра составляла в среднем 11 мл/час. В то же время, когда присутствовал ветер со скоростью 1 м/с, скорость испарения снижалась до 9 мл/час. Таким образом, экспериментальные данные подтверждают гипотезу о влиянии ветра на скорость испарения, и показывают, что наличие ветра может замедлить процесс испарения.

Поверхность воды и ее размер

Поверхность воды играет важную роль в процессе испарения. Благодаря своей особой структуре и способности образовывать водородные связи, молекулы воды могут образовывать поверхностную пленку.

Одним из факторов, влияющих на скорость испарения, является размер поверхности воды. Чем больше площадь поверхности, тем больше молекул воды может испаряться одновременно.

Например, если мы возьмем два стакана с равным объемом воды, однако один стакан будет иметь прямые стенки, а другой — изогнутую или волнистую поверхность, то вода в стакане с изогнутой поверхностью будет испаряться быстрее. Это связано с тем, что изогнутая поверхность предоставляет больше места для образования пленки и образования молекулярных связей.

Также стоит отметить, что молекулы воды на поверхности испаряются гораздо быстрее, чем те, которые находятся внутри жидкости. Это связано с тем, что на поверхности молекулы испытывают меньшее взаимодействие с соседними молекулами и имеют больше свободы для движения.

Итак, размер поверхности воды играет важную роль в процессе испарения. Чем больше площадь поверхности и чем более изогнутая она, тем быстрее молекулы воды могут испаряться.

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.

Интересные факты об испарении

Испарение увлекательный природный процесс это происходит повсюду вокруг нас. Это трансформация жидкости в газ, как правило, из-за Влияние тепла. Давайте исследуем некоторые интересные факты Об испарении и факторах, влияющих на него.

Факторы, влияющие на испарение

На скорость испарения влияют несколько факторов. Климатические условия, такие как температура, влажность, скорость ветра и атмосферное давление, играют значительную роль. Площадь поверхности жидкости также влияет испарение ставка.

Влияние температуры на испарение

Температура имеет прямое воздействие по скорости испарения. По мере повышения температуры, кинетическая энергия молекул жидкости также увеличивается. Это приводит к более высокой скорости испарения. И наоборот, более низкие температуры приводят к более медленные скорости испарения.

Влажность и испарение

Влажность, что относится к количество Влага, присутствующая в воздухе, влияет на испарение. Когда воздух уже насыщен влагой, становится труднее дополнительное испарение происходить. В влажные условия, скорость испарения медленнее по сравнению с более сухая среда.

Площадь поверхности и скорость испарения

Площадь поверхности жидкости, контактирующей с воздухом, влияет на скорость испарения. Большая площадь поверхности позволяет большему количеству молекул выйти из жидкости и перейти в газовую фазу. Поэтому жидкости с большей площадью поверхности имеют тенденцию испаряться быстрее.

Тепловая энергия и испарение

Испарение энергозатратный процесс. Для разрушения требуется тепловая энергия. межмолекулярные силы удерживая молекулы жидкости вместе. Как тепловая энергия поглощается, молекулы жидкости получают достаточно энергии, чтобы преодолеть эти силы и переход в газовую фазу.

Влияние давления на испарение

Изменения давления также могут влиять на испарение. Понижение атмосферное давление снижает температуру кипения жидкости, облегчая испарение. И наоборот, увеличение давления повышает температуру кипения и замедляет испарение.

Природа жидкости

Характер самой жидкости влияет его скорость испарения. Различные жидкости имеют разные свойства, такие как волатильность и поверхностное натяжение, что влияет на то, насколько легко они испаряются. Например, летучие жидкости более слабые межмолекулярные силы испаряться быстрее.

Факторы окружающей среды, влияющие на испарение

Различные факторы окружающей среды может влиять на испарение. Солнечная радиация, движение воздухаи наличие другие вещества в окружающей среде все это может влиять на скорость испарения. Кроме того, точка насыщения воздуха играет роль в определении сколько влаги он может выдержать до того, как произойдет конденсация.

Испарение в разных климатических условиях

Скорость испарения варьироваться в разные климаты. В засушливые регионы низкая влажность и высокие температуры, испарение происходит быстро. И наоборот, в более холодный и влажный климат, скорость испарения обычно медленнее.

Эти просто несколько интересных фактов об испарении. Это сложный процесс под влиянием многочисленных физические и экологические факторы. В следующий раз, когда вы заметите высыхание воды или почувствуете охлаждающий эффект испарения по yнаша кожа, вы можете оценить наука за этим.