Испарение

Чем отличается кипение от испарения

Влияние испарения на здоровье человека

Обезвоживание, вызванное испарением, может привести к таким негативным последствиям, как сухость кожи, снижение уровня энергии, плохое самочувствие, головная боль и слабость. Также это может повлиять на работу почек и сердечно-сосудистой системы

Поэтому важно пить достаточное количество жидкости, чтобы поддерживать водный баланс организма

• Как справиться с обезвоживанием?
• Пейте достаточное количество воды — не менее 8-10 стаканов в день.
• Избегайте употребления алкоголя и кофеиновых напитков, так как они могут способствовать дегидратации организма.
• Питайтесь продуктами, богатыми водой — овощи и фрукты.
• Используйте увлажнители в помещении, особенно при сухом климате.

От чего зависит скорость испарения

Факторы, влияющие на скорость испарения

На то, как быстро испаряется жидкость, влияет множество факторов:

1. Температура жидкости. Чашка горячей воды испарится быстрее, чем чашка холодной воды.
2. Открытая площадь поверхности жидкости. Такое же количество воды испарится быстрее в широкой неглубокой миске, чем в высоком узком стакане.
3. Наличие или отсутствие других веществ в жидкости. Чистая вода испаряется быстрее, чем соленая.
4. Движение воздуха. Одежда на бельевой веревке высохнет быстрее в ветреный день, чем в безветренный.
5. Концентрация испаряющегося вещества в воздухе. Одежда высохнет быстрее, если в воздухе содержится мало водяного пара.

Испарительное охлаждение

Мы можем замечать, что движущийся воздух охлаждает нас, когда нам жарко и потно. Например, если мы сидим перед вентилятором, мы чувствуем себя прохладнее. Это потому, что движущийся воздух помогает испарять пот с вашей кожи.

Но почему испарение пота охлаждает вас? Когда жидкость (такая, как пот) испаряется, энергетические частицы на поверхности жидкости улетучиваются в воздух. После того как эти частицы уходят, оставшаяся жидкость обладает меньшей энергией, поэтому она холоднее. Это называется испарительным охлаждением.

Таким образом, испарение — это процесс, при котором жидкость превращается в газ, не становясь достаточно горячей, чтобы закипеть. Это происходит только на ее открытой поверхности.На скорость испарения жидкости влияет множество факторов, в том числе ее температура и движение воздуха.Когда частицы испаряются с поверхности жидкости, оставшаяся становится холоднее, потому что в ней меньше энергии.

Скорость испарения из градирни (охладительной башни) составляет примерно 1 % от скорости циркуляции на каждое падение температуры в градирне на 5 °C, или около 7 л/ч на тонну охлаждения. Потери на ветру будут зависеть от преобладающих ветровых условий и конструкции башни. Как правило, они составляют около 0,2 % от скорости циркуляции.

Требуемое количество отвода будет зависеть от характера подпиточной воды и типа используемых кондиционирующих химикатов. Специализированный производитель градирен, поставщик кондиционирующих химикатов или консультант по очистке воды сообщит о допустимом коэффициенте максимальной концентрации (отношение концентрации циркулирующей воды к концентрации подпиточной воды).

Затем необходимый отвод осуществляется с помощью:

Слив может быть установлен простым ручным клапаном, непрерывно работающим для слива, или автоматическим клапаном, управляемым проводимостью циркулирующей воды.

На практике мы не можем рассчитать относительную влажность, потому что мы не можем легко определить скорость испарения и конденсации в любой момент времени. Однако можно связать скорость испарения и конденсацию с погодными переменными, которые можно легко измерить.

Поскольку скорость конденсации определяется количеством присутствующего водяного пара, и мы используем точку росы для оценки количества присутствующего водяного пара, то скорость конденсации связана с точкой росы.

Действительно, более высокая точка росы приводит к более высокой скорости конденсации. Между тем, температура контролирует скорость испарения (более высокая температура приводит к более высокой скорости испарения), поэтому относительная влажность зависит от точки росы (которая отражает количество присутствующего водяного пара) и температуры.

Агрегатные состояния вещества

Агрегатные состояния вещества-состояния одного и того же вещества, отличающиеся характером теплового движения частиц (атомов или молекул). Обычно различают три агрегатных состояния вещества: газообразное, жидкое и твёрдое.

Газообразное: Газы не имеют собственной формы и постоянного объема. Они принимают форму сосуда и полностью заполняют предоставленный им объём.

Жидкое: Жидкости легко меняют свою форму, но сохраняют объём.

Твёрдое: Твёрдое тело имеет собственную форму и объём.

Развитие представлений о строении вещества

Ещё в глубокой древности, 2500 лет назад, некоторые учёные высказывали предположение о строении вещества. Греческий учёный Демокрит (460-370 до н. э. ) считал, что все вещества состоят из мельчайших частичек. В научную теорию эта идея превратилась только в 18в. и получила дальнейшее развитие в 19в. Возникновение представлений о строении вещества позволило не только объяснить многие явления, но и предсказать, как они будут протекать в тех или иных условиях. Кроме этого, появилась возможность влиять на процесс прохождение явлений.

В 19в. учёные доказали, что вещество состоит из мельчайших частиц, именно потому, в нём имеются пустые пространства, благодаря которым тела могут изменять свой объём — увеличивать его или уменьшать, сжиматься при охлаждении и расширяться при нагревании.

Молекулы

Частицы, из которых состоят вещества, называют молекулами (в переводе с греческого «молекула» означает маленькая масса).

Молекула – мельчайшая частица вещества, сохраняющая его свойства. Современные приборы – электронные микроскопы – позволили увидеть и сфотографировать наиболее крупные молекулы.

Приведем несколько штрихов к обобщенному «портрету» молекул:

1. Молекула – наименьшая частица вещества.

2. Молекулы одного и того же вещества одинаковы.

3. Размеры молекул очень малы.

4. Между молекулами есть промежутки.

5. Молекулы постоянно находятся в движении.

Атомы

Можно ли разделить молекулу? Оказывается можно; хотя молекулы очень маленькие частицы вещества, но и они делимы.

Частицы, на которые делится молекула, называются атомами (в переводе с греческого «атом» означает неделимый). Позже ученые доказали, что и атом делится. Но он настолько мал, что ни в один микроскоп увидеть его не удается.

Работы М. В. Ломоносова

Существенный вклад в развитие молекулярно – кинетических представлений сделал в середине 18 века великий русский учёный Михаил Васильевич Ломоносов. Он объяснил основные свойства газа, предположив, что все молекулы газа движутся беспорядочно, хаотично и при столкновениях отталкиваются друг от друга. Беспорядочным движением молекул М. В. Ломоносов впервые объяснил природу теплоты. Так как скорости теплового движения молекул могут быть сколько угодно велики, температура вещества по его представлениям не имеет ограничения сверху. При уменьшении скорости молекул до нуля, должно быть возможное минимальное значение температуры вещества. Объяснение природы теплоты движением молекул и вывод о существовании абсолютного нуля температуры, сделанный М. В. Ломоносовым, получили теоретическое и экспериментальное подтверждение в конце 19 века.

Основные положения молекулярно-кинетической теории

Молекулярно-кинетической теорией называется учение о строении и свойствах вещества, использующее представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химического вещества.

Способность газов неограниченно расширяться, упругость газов, жидкостей и твёрдых тел, способность к взаимному проникновению тел путём диффузии можно объяснить, если принять следующие положения молекулярно-кинетической теории строения вещества:

1. Вещество состоит из частиц-атомов и молекул.

2. Частицы хаотически движутся.

3. Частицы взаимодействуют друг с другом.

Движение атомов и молекул, их взаимодействие подчиняются законам механики.

Это позволяет использовать законы механики для выяснения свойств тел, состоящих из большого числа хаотически движущихся молекул.

Взаимодействие атомов и молекул

При сближении двух атомов или молекул сначала преобладают силы притяжения. Но на некотором расстоянии r0 между их центрами силы отталкивания возрастают настолько, что становятся равными по модулю силам притяжения. Силы притяжения между атомами и молекулами препятствуют растяжению твёрдого тела, силы отталкивания препятствуют его сжатию.

Действия сил молекулярного притяжения обнаруживается в опыте со свинцовыми цилиндрами, слипающимися после очистки их поверхностей.

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.

Виды выпаривания

Испарение за счет комбинации эффектов

Этот процесс очень часто используется в лабораториях, когда необходимо удалить органический растворитель с летучими характеристиками из простого органического соединения. Для этого требуется оборудование, называемое роторным испарителем, хотя можно использовать и вакуумную печь, соединенную с вакуумным насосом.

Испарение путем снижения давления

В этом процессе цель состоит в том, чтобы высушить вещество при комнатной температуре, поскольку указанное вещество имеет нестабильные свойства при высоких температурах.

Испарение из-за повышения температуры

Целью повышения температуры является концентрирование раствора или испарение жидкости. Обычно используются водяные бани или другие источники тепла. Этот метод идеально подходит для работы с легковоспламеняющимися растворителями, которые не могут получать тепло напрямую. Он часто используется, когда вы хотите высушить влажное твердое тело, и это наиболее частый процесс в повседневной жизни.

Общие представления об испарении влаги с почвы

Осадки, которые выпадают на земную поверхность, испаряются как непосредственно с почвы (физическое испарение), так и через растения (транспирация).

Вода также испаряется с поверхности растений и других предметов (вода, которая задержалась на их поверхности после выпадения дождя, росы, снега, инея).

Все эти виды испарения в гидрологической литературе принято называть суммарным испарением или эвапотранспирацией. Агрономов прежде всего интересует физическое испарение, которое составляет наибольшую статью непродуктивных потерь почвенной влаги. Поэтому в дальнейшем мы будем рассматривать именно этот процесс.

Обычно выделяют три характерные стадии испарения воды почвой в процессе её высыхания.

Испарение при достаточном увлажнении поверхности почвы (первая стадия)

Наблюдается при насыщении почвы водой почти до полной влагоёмкости. В таком (мокром) состоянии почва испаряет воды столько же, как и открытая водная поверхность, или даже больше при условии, что поверхность почвы характерна неровностями, имеет более тёмный цвет и лучше прогревается.

При таком увлажнении почвы приток воды по капиллярам к её поверхности равный испаряющей способности почвы (испаряемости) или превышает её. Свойства почвы при этой стадии увлажнения на испарение воды влияют слабо (кроме её теплоёмкости).

Интенсивность испарения определяется исключительно комплексом метеорологических условий, при котором оно происходит.

Испарение при недостаточном увлажнении поверхности почвы (вторая стадия)

Когда почва теряет определённое количество воды, скорость движения последней замедляется, и подток воды к испаряющей поверхности уже не компенсирует испарение. Тогда поверхность почвы подсыхает, и фронт испарения (зона преобразования) опускается в глубь.

Скорость испарения при этом определяется скоростью притока воды в зону парообразования и в значительно меньшей мере – уменьшением уровня увлажнения верхнего просыхающего слоя почвы.

Интенсивность испарения при этом, кроме метеорологических условий, зависит от капиллярной проводимости почвы. С высыханием почвы всё большая часть капилляров выключается с водопроводящей системы. Фронт капиллярной подачи воды опускается.

Испарение от капиллярно увлажнённого слоя почвы идёт теперь под поверхностью. Пары воды через просушенный верхний слой почвы в атмосферу проникают диффузно. Так как интенсивность испарения на этой стадии кроме всего зависит от глубины зоны испарения и рыхлости почвы, через которую будут проникать пары воды. Отсюда станет понятным, что интенсивность испарения при постоянных внешних условиях будет явно затухать.

Приостановление испарения влаги (третья стадия)

Почва постепенно просыхает сверху вниз, отдавая влагу диффузно в форме пара. Скорость испарения при третьей стадии значительно ниже, чем при второй и беспрерывно падает.

Естественно, в природных условиях чёткой границы между этими стадиями испарения нет. Каждая последующая стадия зарождается в пределах предыдущей и какое то время они идут параллельно. При этом первая постепенно затухает, вторая нарастает.

Влияние испарения на природу и окружающую среду

Испарение является важным процессом в природе, который оказывает значительное влияние на окружающую среду. Оно происходит, когда жидкость превращается в пар, поэтому его воздействие может быть как положительным, так и отрицательным.

Влияние испарения на климат:

Испарение играет важную роль в формировании климата и погоды на Земле. Пары, образующиеся в результате испарения, поднимаются в атмосферу, где конденсируются, образуя облака и осадки. Этот процесс называется конденсацией. Вода, испаряющаяся с поверхности океанов и других водоемов, является основным источником влаги для образования облаков и осадков в атмосфере.

• Испарение с поверхности океанов помогает охлаждать планету, уменьшая температуру морской воды и влияя на формирование ветров и течений.
• Вполне очевидно, что испарение и конденсация влияют на количество доступной пресной воды на Земле. Благодаря испарению, вода из океанов и других водоемов становится пресной и образует облачные системы, которые затем движутся и осаждаются на суше в виде осадков, обеспечивая пресную воду для питья и сельского хозяйства.

Испарение является важным процессом в биологических экосистемах. Многие растения испаряют воду из своих листьев в процессе фотосинтеза, что помогает им получать питательные вещества и расти. Это также способствует охлаждению растений в жаркую погоду.

• Испарение влияет на биоразнообразие в экосистемах. Некоторые виды растений и животных предпочитают обитать в условиях с высоким уровнем испарения, тогда как другие виды могут выживать в условиях с низким уровнем испарения.
• Испарение также играет важную роль в цикле питания в экосистемах. При испарении влага из почвы переходит в атмосферу, а затем возвращается на землю в виде осадков. Это помогает в поддержании плодородия почвы и продуктивности растений.

Влияние испарения на состояние воздуха:

Испарение может также иметь отрицательное влияние на качество воздуха. При испарении вредных химических веществ, таких как растворители, из открытых источников, эти вещества могут попадать в атмосферу, загрязняя окружающую среду. Токсичные испарения могут представлять угрозу для здоровья человека и животных, а также вызывать загрязнение воздуха.

Примеры веществ, испарение которых влияет на окружающую среду
Вещество
Влияние на окружающую среду

Бензол
Вызывает загрязнение воздуха и может быть вредным для здоровья человека

Метанол
Может вызывать загрязнение воздуха и иметь токсическое воздействие

Сероводород
Вызывает неприятный запах и загрязнение воздуха

Ацетон
Может быть вредным для здоровья человека и вызывать загрязнение воздуха

Формальдегид
Может быть канцерогенным и вызывать загрязнение воздуха

Где применяются процессы испарения и конденсации

Контроль и управление испарением

Контроль и управление испарением являются актуальными задачами во многих областях, особенно связанных с сохранением ресурсов и энергии. Вот некоторые методы контроля испарения:

• Изоляция: Использование изоляционных материалов помогает снизить теплопередачу и предотвратить быстрое испарение жидкости.
• Покрытие поверхностей: Нанесение покрытий на поверхность жидкости может уменьшить её взаимодействие с окружающей средой, что замедлит процесс испарения.
• Контроль температуры: Регулирование температуры жидкости может быть эффективным способом контроля скорости испарения.
• Обратный конденсатор: Метод заключается в конденсации паров обратно в жидкость для повторного использования или сохранения ресурсов.

Cохранение воды, энергии и других ресурсов путем контроля испарения является важным аспектом экологической устойчивости и энергоэффективности.