वाष्पीकरण की प्रक्रिया क्या है? शोध कार्य "वाष्पीकरण

तरल का वाष्पीकरण किसी भी तापमान पर होता है और तापमान जितना अधिक होगा, वाष्पित होने वाले तरल का मुक्त सतह क्षेत्र उतना ही बड़ा होगा और तरल के ऊपर बने वाष्प उतनी ही तेजी से हटेंगे।

एक निश्चित तापमान पर, तरल की प्रकृति और जिस दबाव में वह स्थित है, उसके आधार पर, तरल के पूरे द्रव्यमान में वाष्पीकरण शुरू हो जाता है। इस प्रक्रिया को उबालना कहते हैं।

यह न केवल मुक्त सतह से, बल्कि तरल की मात्रा में भी तीव्र वाष्पीकरण की प्रक्रिया है। आयतन में संतृप्त भाप से भरे बुलबुले बनते हैं। वे उत्प्लावन बल की क्रिया के तहत ऊपर की ओर उठते हैं और सतह पर फट जाते हैं। उनके गठन के केंद्र विदेशी गैसों के छोटे बुलबुले या विभिन्न अशुद्धियों के कण हैं।

यदि बुलबुले का आयाम कई मिलीमीटर या उससे अधिक है, तो दूसरे पद की उपेक्षा की जा सकती है और इसलिए, स्थिर बाहरी दबाव पर बड़े बुलबुले के लिए, तरल तब उबलता है जब बुलबुले में संतृप्त वाष्प का दबाव बाहरी दबाव के बराबर हो जाता है। .

तरल की सतह के ऊपर अराजक गति के परिणामस्वरूप, वाष्प अणु, आणविक बलों की कार्रवाई के क्षेत्र में गिरकर, फिर से तरल में लौट आता है। इस प्रक्रिया को संघनन कहते हैं।

वाष्पीकरण और उबलना

वाष्पीकरण और उबलना दो तरीके हैं जिनसे एक तरल गैस (भाप) में बदल सकता है। ऐसे संक्रमण की प्रक्रिया को वाष्पीकरण कहा जाता है। अर्थात् वाष्पीकरण और उबलना वाष्पीकरण की विधियाँ हैं। इन दोनों विधियों के बीच महत्वपूर्ण अंतर हैं।

वाष्पीकरण केवल द्रव की सतह से होता है। यह इस तथ्य का परिणाम है कि किसी भी तरल पदार्थ के अणु लगातार गतिशील रहते हैं। इसके अलावा, अणुओं की गति अलग-अलग होती है। पर्याप्त उच्च गति वाले अणु, एक बार सतह पर आने के बाद, अन्य अणुओं के आकर्षण बल पर काबू पा सकते हैं और हवा में समाप्त हो सकते हैं। पानी के अणु, हवा में अलग-अलग, भाप बनाते हैं। कपल्स को उनकी आंखों से देखना नामुमकिन है. जिसे हम पानी के कोहरे के रूप में देखते हैं वह पहले से ही संघनन (वाष्पीकरण के विपरीत प्रक्रिया) का परिणाम है, जब ठंडा होने पर भाप छोटी बूंदों के रूप में एकत्र होती है।

वाष्पीकरण के परिणामस्वरूप, तरल स्वयं ठंडा हो जाता है क्योंकि सबसे तेज़ अणु इसे छोड़ देते हैं। जैसा कि आप जानते हैं, तापमान निश्चित रूप से किसी पदार्थ के अणुओं की गति की गति, यानी उनकी गतिज ऊर्जा से निर्धारित होता है।

वाष्पीकरण की दर कई कारकों पर निर्भर करती है। सबसे पहले, यह तरल के तापमान पर निर्भर करता है। तापमान जितना अधिक होगा, वाष्पीकरण उतना ही तेज़ होगा। यह समझ में आने योग्य है, क्योंकि अणु तेजी से चलते हैं, जिसका अर्थ है कि उनके लिए सतह से बचना आसान है। वाष्पीकरण की दर पदार्थ पर निर्भर करती है। कुछ पदार्थों में, अणु अधिक दृढ़ता से आकर्षित होते हैं, और इसलिए उनके लिए बाहर निकलना अधिक कठिन होता है, जबकि अन्य में वे कमजोर होते हैं, और इसलिए वे तरल को अधिक आसानी से छोड़ देते हैं। वाष्पीकरण सतह क्षेत्र, भाप के साथ वायु संतृप्ति और हवा पर भी निर्भर करता है।

सबसे महत्वपूर्ण बात जो वाष्पीकरण को उबलने से अलग करती है वह यह है कि वाष्पीकरण किसी भी तापमान पर होता है, और यह केवल तरल की सतह से होता है।

वाष्पीकरण के विपरीत, उबलना केवल एक निश्चित तापमान पर होता है। तरल अवस्था में प्रत्येक पदार्थ का अपना क्वथनांक होता है। उदाहरण के लिए, सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर पानी 100 डिग्री सेल्सियस पर उबलता है, और अल्कोहल 78 डिग्री सेल्सियस पर उबलता है। हालाँकि, जैसे-जैसे वायुमंडलीय दबाव घटता है, सभी पदार्थों का क्वथनांक थोड़ा कम हो जाता है।

जब पानी उबलता है तो उसमें घुली हवा निकल जाती है। चूँकि बर्तन को आमतौर पर नीचे से गर्म किया जाता है, पानी की निचली परतों में तापमान अधिक होता है, और बुलबुले सबसे पहले वहीं बनते हैं। इन बुलबुलों में पानी वाष्पित हो जाता है और वे जलवाष्प से संतृप्त हो जाते हैं।

चूँकि बुलबुले पानी से हल्के होते हैं, इसलिए वे ऊपर की ओर उठते हैं। इस तथ्य के कारण कि पानी की ऊपरी परतें क्वथनांक तक गर्म नहीं हुई हैं, बुलबुले ठंडे हो जाते हैं और उनमें मौजूद भाप वापस पानी में संघनित हो जाती है, बुलबुले भारी हो जाते हैं और फिर से डूब जाते हैं।

जब तरल की सभी परतों को उबलते तापमान तक गर्म किया जाता है, तो बुलबुले नीचे नहीं उतरते, बल्कि सतह पर आ जाते हैं और फूट जाते हैं। उनसे निकलने वाली भाप हवा में समाप्त हो जाती है। इस प्रकार, उबलने के दौरान, वाष्पीकरण की प्रक्रिया तरल की सतह पर नहीं, बल्कि बनने वाले हवा के बुलबुले में इसकी पूरी मोटाई में होती है। वाष्पीकरण के विपरीत, उबलना केवल एक निश्चित तापमान पर ही संभव है।

यह समझना चाहिए कि जब कोई तरल पदार्थ उबलता है तो उसकी सतह से सामान्य वाष्पीकरण भी होता है।

द्रव के वाष्पीकरण की दर क्या निर्धारित करती है?

वाष्पीकरण की दर का माप द्रव की मुक्त सतह की एक इकाई से प्रति इकाई समय में निकलने वाले पदार्थ की मात्रा है। 19वीं सदी की शुरुआत में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी और रसायनज्ञ डी. डाल्टन। पाया गया कि वाष्पीकरण की दर वाष्पित होने वाले तरल के तापमान पर संतृप्त वाष्प के दबाव और तरल के ऊपर मौजूद वास्तविक वाष्प के वास्तविक दबाव के बीच के अंतर के समानुपाती होती है। यदि तरल और वाष्प संतुलन में हैं, तो वाष्पीकरण दर शून्य है। अधिक सटीक रूप से, ऐसा होता है, लेकिन विपरीत प्रक्रिया भी उसी गति से होती है - वाष्पीकरण(किसी पदार्थ का गैसीय या वाष्पशील अवस्था से तरल में संक्रमण)। वाष्पीकरण की दर इस पर भी निर्भर करती है कि यह शांत या गतिशील वातावरण में होता है; यदि परिणामी वाष्प को वायु धारा द्वारा उड़ा दिया जाए या पंप द्वारा बाहर निकाल दिया जाए तो इसकी गति बढ़ जाती है।

यदि किसी तरल घोल से वाष्पीकरण होता है, तो विभिन्न पदार्थ अलग-अलग दरों पर वाष्पित होते हैं। किसी दिए गए पदार्थ के वाष्पीकरण की दर हवा जैसी बाहरी गैसों के बढ़ते दबाव के साथ कम हो जाती है। इसलिए, शून्यता में वाष्पीकरण उच्चतम गति से होता है। इसके विपरीत, बर्तन में एक विदेशी, अक्रिय गैस जोड़ने से वाष्पीकरण को काफी धीमा किया जा सकता है।

कभी-कभी वाष्पीकरण को उर्ध्वपातन या उर्ध्वपातन भी कहा जाता है, अर्थात किसी ठोस का गैसीय अवस्था में संक्रमण। उनके लगभग सभी पैटर्न वास्तव में समान हैं। ऊर्ध्वपातन की ऊष्मा वाष्पीकरण की ऊष्मा से लगभग संलयन की ऊष्मा से अधिक होती है।

तो, वाष्पीकरण की दर इस पर निर्भर करती है:

1. एक प्रकार का तरल पदार्थ। जिस तरल पदार्थ के अणु एक दूसरे को कम बल से आकर्षित करते हैं वह तेजी से वाष्पित हो जाता है। दरअसल, इस मामले में, बड़ी संख्या में अणु आकर्षण पर काबू पा सकते हैं और तरल से बाहर निकल सकते हैं।
2. तरल का तापमान जितना अधिक होगा वाष्पीकरण उतनी ही तेजी से होता है। किसी तरल पदार्थ का तापमान जितना अधिक होता है, उसमें तेज़ गति से चलने वाले अणुओं की संख्या उतनी ही अधिक होती है जो आसपास के अणुओं की आकर्षक शक्तियों पर काबू पा सकते हैं और तरल की सतह से दूर उड़ सकते हैं।
3. किसी द्रव के वाष्पीकरण की दर उसके सतह क्षेत्र पर निर्भर करती है। इस कारण को इस तथ्य से समझाया जाता है कि तरल सतह से वाष्पित हो जाता है, और तरल का सतह क्षेत्र जितना बड़ा होता है, एक साथ हवा में उड़ने वाले अणुओं की संख्या उतनी ही अधिक होती है।
4. हवा के साथ तरल का वाष्पीकरण तेजी से होता है। इसके साथ ही अणुओं के तरल से वाष्प में संक्रमण के साथ-साथ विपरीत प्रक्रिया भी होती है। तरल की सतह पर बेतरतीब ढंग से घूमते हुए, इसे छोड़ने वाले कुछ अणु फिर से इसमें लौट आते हैं। इसलिए, एक बंद कंटेनर में तरल का द्रव्यमान नहीं बदलता है, हालांकि तरल वाष्पित होता रहता है।

निष्कर्ष

हम कहते हैं कि पानी वाष्पित हो जाता है। लेकिन इसका मतलब क्या है? वाष्पीकरण वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा हवा में कोई तरल पदार्थ शीघ्र ही गैस या वाष्प बन जाता है। कई तरल पदार्थ बहुत तेजी से वाष्पित हो जाते हैं, पानी की तुलना में बहुत तेजी से। यह अल्कोहल, गैसोलीन और अमोनिया पर लागू होता है। कुछ तरल पदार्थ, जैसे पारा, बहुत धीरे-धीरे वाष्पित होते हैं।

वाष्पीकरण का कारण क्या है? इसे समझने के लिए, आपको पदार्थ की प्रकृति के बारे में कुछ समझने की आवश्यकता है। जहाँ तक हम जानते हैं, प्रत्येक पदार्थ अणुओं से बना होता है। इन अणुओं पर दो बल कार्य करते हैं। उनमें से एक है सामंजस्य, जो उन्हें एक-दूसरे की ओर आकर्षित करता है। दूसरा अलग-अलग अणुओं की थर्मल गति है, जो उन्हें अलग-अलग उड़ने का कारण बनती है।

यदि चिपकने वाला बल अधिक है, तो पदार्थ ठोस अवस्था में रहता है। यदि तापीय गति इतनी प्रबल है कि यह संसंजन से अधिक हो जाती है, तो पदार्थ गैस बन जाता है या हो जाता है। यदि दोनों बल लगभग संतुलित हैं, तो हमारे पास एक तरल पदार्थ है।

निस्संदेह, पानी एक तरल पदार्थ है। लेकिन तरल की सतह पर ऐसे अणु होते हैं जो इतनी तेजी से चलते हैं कि वे चिपकने की शक्ति पर काबू पा लेते हैं और अंतरिक्ष में उड़ जाते हैं। अणुओं के निकलने की प्रक्रिया को वाष्पीकरण कहते हैं।

सूर्य के संपर्क में आने या गर्म होने पर पानी तेजी से वाष्पित क्यों हो जाता है? तापमान जितना अधिक होगा, तरल में तापीय गति उतनी ही तीव्र होगी। इसका मतलब यह है कि अधिक से अधिक अणु दूर उड़ने के लिए पर्याप्त गति प्राप्त कर लेते हैं। जैसे-जैसे सबसे तेज़ अणु उड़ते हैं, शेष अणुओं की गति औसतन धीमी हो जाती है। शेष द्रव वाष्पीकरण द्वारा ठंडा क्यों हो जाता है?

इसलिए जब पानी सूख जाता है, तो इसका मतलब है कि वह गैस या वाष्प में बदल गया है और हवा का हिस्सा बन गया है।

वाष्पीकरण

चाय के एक मग पर वाष्पीकरण

वाष्पीकरण- किसी पदार्थ के तरल से गैसीय अवस्था में संक्रमण की प्रक्रिया, जो किसी पदार्थ की सतह (वाष्प) पर होती है। वाष्पीकरण की प्रक्रिया संघनन (वाष्प अवस्था से तरल अवस्था में संक्रमण) की प्रक्रिया के विपरीत है। वाष्पीकरण (वाष्पीकरण), किसी पदार्थ का संघनित (ठोस या तरल) चरण से गैसीय (भाप) में संक्रमण; प्रथम क्रम चरण संक्रमण.

उच्च भौतिकी में वाष्पीकरण की एक अधिक विकसित अवधारणा है।

वाष्पीकरण- यह एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें कण (अणु, परमाणु) किसी तरल या ठोस की सतह से E k > E p के साथ उड़ते (फाड़ते) हैं।

सामान्य विशेषताएँ

किसी ठोस के वाष्पीकरण को उर्ध्वपातन कहा जाता है, और तरल मात्रा में वाष्प के गठन को उबलना कहा जाता है। आमतौर पर, वाष्पीकरण को निर्दिष्ट सतह के ऊपर स्थित गैसीय माध्यम के दबाव के अनुरूप क्वथनांक से नीचे के तापमान पर इसके अणुओं के थर्मल आंदोलन के परिणामस्वरूप तरल की मुक्त सतह पर वाष्प के गठन के रूप में समझा जाता है। इस मामले में, पर्याप्त उच्च गतिज ऊर्जा वाले अणु तरल की सतह परत से गैसीय वातावरण में भाग जाते हैं; उनमें से कुछ वापस परावर्तित हो जाते हैं और तरल द्वारा पकड़ लिए जाते हैं, जबकि बाकी इसके द्वारा अपरिवर्तनीय रूप से नष्ट हो जाते हैं।

वाष्पीकरण एक एंडोथर्मिक प्रक्रिया है जिसमें चरण संक्रमण की गर्मी को अवशोषित किया जाता है - वाष्पीकरण की गर्मी तरल चरण में आणविक सामंजस्य की ताकतों पर काबू पाने और तरल को वाष्प में परिवर्तित करते समय विस्तार कार्य पर खर्च की जाती है। वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा को 1 मोल तरल (वाष्पीकरण की दाढ़ ऊष्मा, J/mol) या उसके द्रव्यमान की प्रति इकाई (वाष्पीकरण की द्रव्यमान ऊष्मा, J/kg) कहा जाता है। वाष्पीकरण दर तरल के एक इकाई सतह क्षेत्र [mol/(s.m 2) या kg/(s.m 2)] से गैस चरण में प्रति इकाई समय में प्रवेश करने वाले वाष्प प्रवाह jп की सतह घनत्व द्वारा निर्धारित की जाती है। जेपी का उच्चतम मूल्य निर्वात में प्राप्त होता है। यदि तरल के ऊपर अपेक्षाकृत घना गैसीय माध्यम है, तो वाष्पीकरण इस तथ्य के कारण धीमा हो जाता है कि तरल की सतह से वाष्प अणुओं को गैसीय माध्यम में हटाने की दर तरल से उनके उत्सर्जन की दर की तुलना में छोटी हो जाती है। इस मामले में, चरण इंटरफ़ेस पर वाष्प-गैस मिश्रण की एक परत बनती है, जो लगभग भाप से संतृप्त होती है। इस परत में आंशिक दबाव और वाष्प सांद्रता वाष्प-गैस मिश्रण के थोक की तुलना में अधिक है।

वाष्पीकरण प्रक्रिया अणुओं की तापीय गति की तीव्रता पर निर्भर करती है: अणु जितनी तेजी से चलते हैं, उतनी ही तेजी से वाष्पीकरण होता है। इसके अलावा, वाष्पीकरण प्रक्रिया को प्रभावित करने वाले महत्वपूर्ण कारक बाहरी (पदार्थ के सापेक्ष) प्रसार की दर, साथ ही पदार्थ के गुण भी हैं। सीधे शब्दों में कहें तो जब हवा चलती है तो वाष्पीकरण बहुत तेजी से होता है। उदाहरण के लिए, पदार्थ के गुणों के लिए, शराब पानी की तुलना में बहुत तेजी से वाष्पित हो जाती है। एक महत्वपूर्ण कारक तरल का सतह क्षेत्र भी है जिससे वाष्पीकरण होता है: एक संकीर्ण कैफ़े से यह एक विस्तृत प्लेट की तुलना में अधिक धीरे-धीरे घटित होगा।

सूक्ष्म स्तर

आइए आणविक स्तर पर इस प्रक्रिया पर विचार करें: जिन अणुओं में पड़ोसी अणुओं के आकर्षण पर काबू पाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा (गति) होती है, वे पदार्थ (तरल) की सीमाओं से बाहर निकल जाते हैं। इस स्थिति में, तरल अपनी कुछ ऊर्जा खो देता है (ठंडा हो जाता है)। उदाहरण के लिए, एक बहुत गर्म तरल: हम इसे ठंडा करने के लिए इसकी सतह पर फूंक मारते हैं, जबकि हम वाष्पीकरण प्रक्रिया को तेज करते हैं।

थर्मोडायनामिक संतुलन

वाष्प-गैस मिश्रण में निहित तरल और वाष्प के बीच थर्मोडायनामिक संतुलन का उल्लंघन चरण इंटरफ़ेस पर तापमान कूद द्वारा समझाया गया है। हालाँकि, इस छलांग को आमतौर पर उपेक्षित किया जा सकता है और यह माना जा सकता है कि इंटरफ़ेस पर वाष्प का आंशिक दबाव और एकाग्रता तरल सतह के तापमान वाले संतृप्त वाष्प के लिए उनके मूल्यों के अनुरूप है। यदि तरल और वाष्प-गैस मिश्रण स्थिर हैं और उनमें मुक्त संवहन का प्रभाव नगण्य है, तो तरल की सतह से वाष्पीकरण के दौरान गठित वाष्प का गैसीय माध्यम में निष्कासन मुख्य रूप से आणविक प्रसार और उपस्थिति के परिणामस्वरूप होता है एक द्रव की सतह से गैसीय माध्यम में निर्देशित वाष्प-गैस मिश्रण के अर्ध-पारगम्य (गैस के लिए अभेद्य) सतह (तथाकथित स्टेफानोव्स्की) प्रवाह के साथ उत्तरार्द्ध के कारण होने वाले द्रव्यमान चरण इंटरफ़ेस का (प्रसार देखें)। तरल के वाष्पीकरणीय शीतलन के विभिन्न तरीकों के तहत तापमान वितरण। ताप प्रवाह को निर्देशित किया जाता है: ए - तरल चरण से वाष्पीकरण सतह से गैस चरण में; बी - तरल चरण से केवल वाष्पीकरण सतह तक; सी - दोनों चरणों से वाष्पीकरण सतह तक; डी - केवल गैस चरण की ओर से वाष्पीकरण सतह तक।

बारो-, थर्मल प्रसार

दबाव और थर्मल प्रसार के प्रभावों को आमतौर पर इंजीनियरिंग गणना में ध्यान में नहीं रखा जाता है, लेकिन थर्मल प्रसार का प्रभाव महत्वपूर्ण हो सकता है जब वाष्प-गैस मिश्रण अत्यधिक विषम (इसके घटकों के दाढ़ द्रव्यमान में बड़े अंतर के साथ) और महत्वपूर्ण हो तापमान प्रवणता. जब एक या दोनों चरण अपने इंटरफ़ेस के सापेक्ष चलते हैं, तो वाष्प-गैस मिश्रण और तरल के पदार्थ और ऊर्जा के संवहनी हस्तांतरण की भूमिका बढ़ जाती है।

तरल-गैस प्रणाली को बाहर से ऊर्जा आपूर्ति के अभाव में। ऊष्मा स्रोत वाष्पीकरण को एक या दोनों चरणों से तरल की सतह परत तक आपूर्ति की जा सकती है। पदार्थ के परिणामी प्रवाह के विपरीत, जो हमेशा तरल से गैसीय माध्यम में वाष्पीकरण के दौरान निर्देशित होता है, तरल टीएल के थोक के तापमान अनुपात, चरण सीमा टीजीआर और गैसीय माध्यम के आधार पर गर्मी प्रवाह की अलग-अलग दिशाएं हो सकती हैं। टीजी. जब एक निश्चित मात्रा में तरल अर्ध-अनंत मात्रा या उसकी सतह को धोने वाले गैसीय माध्यम के प्रवाह के संपर्क में आता है और गैस तापमान (टीएल> टीजी> टीजी) से अधिक तरल तापमान पर होता है, तो तरल से गर्मी का प्रवाह होता है। चरण इंटरफ़ेस: (क्यूएलजी = क्यूएल - क्यूई, जहां क्यूई वाष्पीकरण की गर्मी है, क्यूएलजी तरल से गैसीय माध्यम में स्थानांतरित गर्मी की मात्रा है। इस मामले में, तरल ठंडा हो जाता है (तथाकथित वाष्पीकरणीय शीतलन)। यदि, इस तरह के शीतलन के परिणामस्वरूप, समानता tgr = tg प्राप्त हो जाती है, तो तरल से गैस में गर्मी का स्थानांतरण बंद हो जाता है (Qlg = 0) और तरल पक्ष से इंटरफ़ेस तक आपूर्ति की गई सभी गर्मी वाष्पीकरण पर खर्च हो जाती है (Ql = क्यूई)।

भाप से संतृप्त न होने वाले गैसीय माध्यम के मामले में, चरण इंटरफ़ेस और क्यूएल = क्यूई पर उत्तरार्द्ध का आंशिक दबाव गैस के थोक की तुलना में अधिक रहता है, जिसके परिणामस्वरूप तरल का वाष्पीकरण और वाष्पीकरणीय शीतलन होता है। रुकता नहीं है और टीजीआर टीएल और टीजी से कम हो जाता है। इस मामले में, दोनों चरणों से इंटरफ़ेस को गर्मी की आपूर्ति की जाती है, जब तक कि टीएल में कमी के परिणामस्वरूप, समानता टीजीआर = टीएल प्राप्त नहीं हो जाती है और तरल पक्ष से गर्मी का प्रवाह बंद हो जाता है, और गैस माध्यम से क्यूजीएल बराबर हो जाता है क्यूई. तरल का आगे वाष्पीकरण एक स्थिर तापमान tm = tl = tgr पर होता है, जिसे बाष्पीकरणीय शीतलन के दौरान तरल की शीतलन सीमा या वेट-बल्ब तापमान कहा जाता है (जैसा कि वेट-बल्ब साइकोमीटर द्वारा दिखाया गया है)। टीएम का मान वाष्प-गैस माध्यम के मापदंडों और तरल और गैस चरणों के बीच गर्मी और द्रव्यमान हस्तांतरण की स्थितियों पर निर्भर करता है।

यदि एक तरल और एक गैसीय माध्यम, अलग-अलग तापमान वाले, एक सीमित मात्रा में हैं जो बाहर से ऊर्जा प्राप्त नहीं करता है और इसे बाहर नहीं छोड़ता है, तो वाष्पीकरण तब तक होता है जब तक कि दो चरणों के बीच थर्मोडायनामिक संतुलन नहीं हो जाता, जिसमें तापमान दोनों चरणों को सिस्टम की निरंतर एन्थैल्पी के साथ बराबर किया जाता है, और गैस चरण को सिस्टम तापमान पर भाप से संतृप्त किया जाता है। उत्तरार्द्ध, जिसे गैस का रुद्धोष्म संतृप्ति तापमान कहा जाता है, केवल दोनों चरणों के प्रारंभिक मापदंडों द्वारा निर्धारित किया जाता है और गर्मी और बड़े पैमाने पर स्थानांतरण की स्थितियों पर निर्भर नहीं करता है।

वाष्पीकरण की दर

तरल सतह के ऊपर स्थित डी, [एम] मोटाई के बाइनरी वाष्प-गैस मिश्रण की एक स्थिर परत में वाष्प के यूनिडायरेक्शनल प्रसार के साथ आइसोथर्मल वाष्पीकरण की दर [किग्रा/(एम 2 एस)] को स्टीफन सूत्र का उपयोग करके पाया जा सकता है: , जहां डी पारस्परिक प्रसार गुणांक है, [एम 2 /साथ]; - गैस स्थिर भाप, [जे/(किलो के)] या [एम 2/(एस 2 के)]; टी - मिश्रण तापमान, [के]; पी - वाष्प-गैस मिश्रण का दबाव, [पा]; - इंटरफ़ेस पर और मिश्रण परत की बाहरी सीमा पर आंशिक वाष्प दबाव, [Pa]।

सामान्य स्थिति में (तरल और गैस को स्थानांतरित करना, गैर-आइसोथर्मल स्थितियां), इंटरफ़ेस से सटे तरल की सीमा परत में, गति हस्तांतरण गर्मी हस्तांतरण के साथ होता है, और गैस की सीमा परत (वाष्प-गैस मिश्रण) में परस्पर जुड़ी गर्मी होती है और बड़े पैमाने पर स्थानांतरण होता है। इस मामले में, वाष्पीकरण की दर की गणना करने के लिए, गर्मी और द्रव्यमान हस्तांतरण के प्रयोगात्मक गुणांक का उपयोग किया जाता है, और अपेक्षाकृत सरल मामलों में, गैस और तरल चरणों की संयुग्मित सीमा परतों के लिए अंतर समीकरणों की प्रणाली के संख्यात्मक समाधान के अनुमानित तरीकों का उपयोग किया जाता है।

वाष्पीकरण के दौरान बड़े पैमाने पर स्थानांतरण की तीव्रता इंटरफ़ेस पर और वाष्प-गैस मिश्रण के थोक में वाष्प की रासायनिक क्षमता में अंतर पर निर्भर करती है। हालाँकि, यदि बारो- और थर्मल प्रसार की उपेक्षा की जा सकती है, तो रासायनिक क्षमता में अंतर को आंशिक दबाव या वाष्प सांद्रता में अंतर से बदल दिया जाता है और निम्नलिखित लिया जाता है: jп = bp (рп, gr - рп, basic) = bpp(уп) , гр - уп, बेसिक) या jп = bc (cп, gr - sp, मुख्य), जहां bp, bc - द्रव्यमान स्थानांतरण गुणांक, p - मिश्रण दबाव, आरपी - आंशिक वाष्प दबाव, yп = pп/p - दाढ़ सांद्रता वाष्प, cп = rп/r - वाष्प की द्रव्यमान सांद्रता, rп, r - वाष्प और मिश्रण का स्थानीय घनत्व; सूचकांकों का अर्थ है: "जीआर" - चरण सीमा पर, "बुनियादी" - मुख्य में। मिश्रण का वजन. वाष्पीकरण के दौरान तरल द्वारा छोड़ा गया ताप प्रवाह घनत्व [J/(m2 s) में] है: q = azh(tl - tg) = rjп + ag (tg - tg), जहां azh, ag - तरल से गर्मी हस्तांतरण गुणांक और गैस, [डब्ल्यू/(एम 2 के)]; आर - ताप वाष्पीकरण, [जे/किग्रा]।

वाष्पीकरण सतह की वक्रता की बहुत छोटी त्रिज्या के लिए (उदाहरण के लिए, तरल की छोटी बूंदों के वाष्पीकरण के दौरान), तरल की सतह के तनाव के प्रभाव को ध्यान में रखा जाता है, जिससे यह तथ्य सामने आता है कि इंटरफ़ेस के ऊपर संतुलन वाष्प दबाव होता है समतल सतह के ऊपर उसी तरल के संतृप्त वाष्प दबाव से अधिक है। यदि tgr ~ tl, तो वाष्पीकरण की गणना करते समय केवल गैस चरण में गर्मी और द्रव्यमान हस्तांतरण को ध्यान में रखा जा सकता है। द्रव्यमान स्थानांतरण की अपेक्षाकृत कम तीव्रता पर, ऊष्मा और द्रव्यमान स्थानांतरण की प्रक्रियाओं के बीच सादृश्य लगभग मान्य है, जिससे यह निम्नानुसार है: Nu/Nu0 = Sh*/Sh0, जहां Nu = ag l/lg नुसेल्ट संख्या है, l वाष्पीकरण सतह का विशिष्ट आकार है, lg तापीय चालकता गुणांक वाष्प-गैस मिश्रण है, Sh* = bpyг, grl/Dp = bccг, grl/D - भाप प्रवाह के प्रसार घटक के लिए शेरवुड संख्या, Dp = D/ RпT - भाप के आंशिक दबाव प्रवणता से संबंधित प्रसार गुणांक। बीपी और बीसी के मूल्यों की गणना उपरोक्त संबंधों से की जाती है, संख्याएं Nu0 और Sh0 jп: 0 के अनुरूप हैं और गर्मी और द्रव्यमान हस्तांतरण की अलग-अलग होने वाली प्रक्रियाओं के लिए डेटा से निर्धारित की जा सकती हैं। कुल (प्रसार और संवहन) वाष्प प्रवाह के लिए संख्या Sh0 को इंटरफ़ेस पर मोलर (yg, g) या द्रव्यमान (cg, g) गैस सांद्रता द्वारा Sh * को विभाजित करके पाया जाता है, जो इस पर निर्भर करता है कि द्रव्यमान का कौन सा प्रेरक बल गुणांक को स्थानांतरित करता है बी को सौंपा गया है।

समीकरण

वाष्पीकरण के दौरान Nu और Sh* के लिए समानता समीकरणों में सामान्य मानदंड (रेनॉल्ड्स संख्या रे, आर्किमिडीज़ एआर, प्रांटल पीआर या श्मिट एससी और ज्यामितीय पैरामीटर) के अलावा, पैरामीटर शामिल हैं जो अनुप्रस्थ वाष्प प्रवाह और डिग्री के प्रभाव को ध्यान में रखते हैं सीमा परत के क्रॉस सेक्शन में प्रोफाइल, गति, तापमान या सांद्रता पर वाष्प-गैस मिश्रण (दाढ़ द्रव्यमान या गैस के घटकों का अनुपात) की विविधता।

छोटे जेपी पर, जो वाष्प-गैस मिश्रण की गति के हाइड्रोडायनामिक शासन का महत्वपूर्ण रूप से उल्लंघन नहीं करते हैं (उदाहरण के लिए, वायुमंडलीय हवा में पानी के वाष्पीकरण के दौरान) और तापमान और एकाग्रता क्षेत्रों की सीमा स्थितियों की समानता, प्रभाव समानता समीकरणों में अतिरिक्त तर्क महत्वहीन हैं और यह मानते हुए कि Nu = Sh को उपेक्षित किया जा सकता है। जब बहुघटक मिश्रण वाष्पित हो जाते हैं, तो ये पैटर्न बहुत अधिक जटिल हो जाते हैं। इस मामले में, मिश्रण के घटकों के वाष्पीकरण की गर्मी और तरल और वाष्प-गैस चरणों की संरचना, जो एक दूसरे के साथ संतुलन में हैं, अलग-अलग हैं और तापमान पर निर्भर करती हैं। जब एक द्विआधारी तरल मिश्रण वाष्पित हो जाता है, तो वाष्प का परिणामी मिश्रण अधिक अस्थिर घटक में अपेक्षाकृत समृद्ध होता है, केवल एज़ोट्रोपिक मिश्रण को छोड़कर जो शुद्ध तरल के रूप में राज्य वक्र के चरम बिंदुओं (अधिकतम या न्यूनतम) पर वाष्पित होता है।

डिवाइस डिज़ाइन

वाष्पित होने वाले तरल की कुल मात्रा तरल और गैस चरणों की बढ़ती संपर्क सतह के साथ बढ़ती है, इसलिए उन उपकरणों के डिज़ाइन जिनमें वाष्पीकरण होता है, तरल का एक बड़ा दर्पण बनाकर, इसे जेट में तोड़कर वाष्पीकरण सतह में वृद्धि प्रदान करते हैं और गिरता है, या नोजल की सतह से नीचे बहने वाली पतली फिल्म बनाता है। वाष्पीकरण के दौरान ऊष्मा और द्रव्यमान स्थानांतरण की तीव्रता में वृद्धि तरल की सतह के सापेक्ष गैसीय माध्यम की गति को बढ़ाकर भी प्राप्त की जाती है। हालाँकि, इस गति में वृद्धि से गैसीय वातावरण द्वारा तरल का अत्यधिक प्रवेश नहीं होना चाहिए और उपकरण के हाइड्रोलिक प्रतिरोध में उल्लेखनीय वृद्धि नहीं होनी चाहिए।

आवेदन

पदार्थों को शुद्ध करने, सामग्री सुखाने, तरल मिश्रण को अलग करने और एयर कंडीशनिंग के लिए औद्योगिक अभ्यास में वाष्पीकरण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। वाष्पीकरणीय जल शीतलन का उपयोग उद्यमों की जल आपूर्ति प्रणालियों को प्रसारित करने में किया जाता है।

यह सभी देखें

साहित्य

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• बर्मन एल.डी., परिसंचारी जल का बाष्पीकरणीय शीतलन, दूसरा संस्करण, एम.-एल., 1957;
• फुक्स एन.ए., गैसीय माध्यम में बूंदों का वाष्पीकरण और वृद्धि, एम., 1958;
• बर्ड आर., स्टीवर्ट डब्ल्यू., लाइटफुट ई., ट्रांसफर फेनोमेना, ट्रांस। अंग्रेजी से, एम., 1974;
• बर्मन एल.डी., “रसायन विज्ञान की सैद्धांतिक नींव। प्रौद्योगिकी", 1974, खंड 8, संख्या 6, पृ. 811-22;
• शेरवुड टी., पिगफोर्ड आर., विल्की सी., मास ट्रांसफर, ट्रांस। अंग्रेजी से, एम., 1982. एल. डी. बर्मन।

लिंक

विकिमीडिया फ़ाउंडेशन. 2010.

देखें अन्य शब्दकोशों में "वाष्पीकरण" क्या है:

एकत्रीकरण की तरल या ठोस अवस्था से पानी का गैसीय अवस्था (भाप) में संक्रमण। आमतौर पर, द्रवीकरण को तरल के वाष्प में संक्रमण के रूप में समझा जाता है जो तरल की मुक्त सतह पर होता है। I. ठोस पिंड कहलाते हैं। ऊर्ध्वपातन या उर्ध्वपातन. दबाव निर्भरता... ... भौतिक विश्वकोश

किसी द्रव की मुक्त सतह पर होने वाला वाष्पीकरण। किसी ठोस की सतह से वाष्पीकरण को उर्ध्वपातन कहा जाता है... बड़ा विश्वकोश शब्दकोश

स्टावरोपोल में 9बी कक्षा चेर्नीशोवा क्रिस्टीना एमबीओयू सेकेंडरी स्कूल नंबर 27 की छात्रा।

इस शोध कार्य का विषय विभिन्न बाह्य स्थितियों पर वाष्पीकरण दर की निर्भरता का अध्ययन करना है। यह समस्या विभिन्न तकनीकी क्षेत्रों और हमारे आस-पास की प्रकृति में प्रासंगिक बनी हुई है। यह कहना पर्याप्त है कि प्रकृति में जल चक्र वाष्पीकरण और वॉल्यूमेट्रिक संघनन के चरणों के माध्यम से होता है। जल चक्र, बदले में, ग्रह पर सौर प्रभाव या सामान्य रूप से जीवित प्राणियों के सामान्य अस्तित्व जैसी महत्वपूर्ण घटनाओं को निर्धारित करता है।

परिकल्पना: वाष्पीकरण की दर पदार्थ के प्रकार, तरल के सतह क्षेत्र और हवा के तापमान, इसकी सतह के ऊपर चलती वायु धाराओं की उपस्थिति पर निर्भर करती है।

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पूर्व दर्शन:

नगर बजटीय शैक्षिक संस्थान

माध्यमिक विद्यालय क्रमांक 27

अनुसंधान कार्य:

"वाष्पीकरण और इस प्रक्रिया को प्रभावित करने वाले कारक"

द्वारा पूरा किया गया: 9बी ग्रेड का छात्र

चेर्निशोवा क्रिस्टीना।

शिक्षक: वेट्रोवा एल.आई.

स्टावरोपोल

2013

I.परिचय……………………………………………………………………………….3

द्वितीय सैद्धांतिक भाग……………………………………………….4

1. आण्विक गतिज सिद्धांत के मूल सिद्धांत………………4

2. तापमान…………………………………………………………6

3. किसी पदार्थ की तरल अवस्था के लक्षण………………………………7

4. आंतरिक ऊर्जा………………………………………………..8

5. वाष्पीकरण……………………………………………………………………..10

III.अनुसंधान भाग…………………………..………………..14

IV.निष्कर्ष……………………………………………………………………..21

वी. साहित्य………………………………………………………………………….22

परिचय

इस शोध कार्य का विषय विभिन्न बाह्य स्थितियों पर वाष्पीकरण दर की निर्भरता का अध्ययन करना है। यह समस्या विभिन्न तकनीकी क्षेत्रों और हमारे आस-पास की प्रकृति में प्रासंगिक बनी हुई है। यह कहना पर्याप्त है कि प्रकृति में जल चक्र वाष्पीकरण और वॉल्यूमेट्रिक संघनन के चरणों के माध्यम से होता है। जल चक्र, बदले में, ग्रह पर सौर प्रभाव या सामान्य रूप से जीवित प्राणियों के सामान्य अस्तित्व जैसी महत्वपूर्ण घटनाओं को निर्धारित करता है।

पदार्थों को शुद्ध करने, सामग्री सुखाने, तरल मिश्रण को अलग करने और एयर कंडीशनिंग के लिए औद्योगिक अभ्यास में वाष्पीकरण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। वाष्पीकरणीय जल शीतलन का उपयोग उद्यमों की जल आपूर्ति प्रणालियों को प्रसारित करने में किया जाता है।

कार्बोरेटर और डीजल इंजन में, ईंधन कणों का आकार वितरण उनकी दहन दर निर्धारित करता है, और इसलिए इंजन संचालन की प्रक्रिया। विभिन्न ईंधनों के दहन के दौरान संघनन धुंध न केवल जल वाष्प बनाती है, बल्कि कई संघनन नाभिक भी बनते हैं, जो अन्य वाष्पों के लिए संघनन केंद्र के रूप में काम कर सकते हैं। ये जटिल प्रक्रियाएं इंजन की दक्षता और ईंधन हानि का निर्धारण करती हैं। इन घटनाओं के अध्ययन में सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त करना हमारे देश में तकनीकी प्रगति के आंदोलन के लिए जानकारी के रूप में काम कर सकता है।

इसलिए , इस कार्य का उद्देश्य- विभिन्न पर्यावरणीय कारकों पर वाष्पीकरण दर की निर्भरता का पता लगाएं और, ग्राफ़ और सावधानीपूर्वक अवलोकनों का उपयोग करके, पैटर्न पर ध्यान दें।

परिकल्पना : वाष्पीकरण की दर पदार्थ के प्रकार, तरल के सतह क्षेत्र और हवा के तापमान, इसकी सतह के ऊपर चलती वायु धाराओं की उपस्थिति पर निर्भर करती है।

शोध करते समय, हमने विभिन्न सरल उपकरणों, जैसे थर्मामीटर, साथ ही इंटरनेट संसाधनों और अन्य साहित्य का उपयोग किया।

द्वितीय सैद्धांतिक भाग.

1. आण्विक गतिज सिद्धांत के मूल सिद्धांत

प्रकृति और प्रौद्योगिकी में पाए जाने वाले पदार्थों के गुण विविध और विविध हैं: कांच पारदर्शी और भंगुर होता है, और स्टील लोचदार और अपारदर्शी होता है, तांबा और चांदी गर्मी और बिजली के अच्छे संवाहक होते हैं, लेकिन चीनी मिट्टी के बरतन और रेशम खराब होते हैं, आदि।

किसी भी पदार्थ की आंतरिक संरचना क्या होती है? क्या यह ठोस (निरंतर) है या इसमें रेत के ढेर की संरचना के समान दानेदार (अलग) संरचना है?

पदार्थ की संरचना का प्रश्न प्राचीन ग्रीस में उठाया गया था, लेकिन प्रयोगात्मक डेटा की कमी ने इसका समाधान असंभव बना दिया, और लंबे समय तक (दो हजार वर्षों से अधिक) पदार्थ की संरचना के बारे में शानदार अनुमानों को सत्यापित करना संभव नहीं था। प्राचीन यूनानी विचारकों ल्यूसिपस और डेमोक्रिटस (460-370 ईसा पूर्व) द्वारा व्यक्त किया गया, जिन्होंने सिखाया कि प्रकृति में हर चीज निरंतर गति में परमाणुओं से बनी है। उनके शिक्षण को बाद में भुला दिया गया, और मध्य युग में, पदार्थ को पहले से ही निरंतर माना जाता था, और निकायों के परिवर्तनों और स्थितियों को भारहीन तरल पदार्थों की मदद से समझाया गया था, जिनमें से प्रत्येक पदार्थ की एक निश्चित संपत्ति को दर्शाता था और दोनों शरीर में प्रवेश कर सकते थे और छोड़ सकते थे। . उदाहरण के लिए, यह माना जाता था कि शरीर में कैलोरी जोड़ने से वह गर्म हो जाता है; इसके विपरीत, कैलोरी आदि के प्रवाह के कारण शरीर ठंडा हो जाता है।

17वीं सदी के मध्य में. फ्रांसीसी वैज्ञानिक पी. गसेन्डी (1592-1655) डेमोक्रिटस के विचारों पर लौट आये। उनका मानना ​​था कि प्रकृति में ऐसे पदार्थ हैं जिन्हें सरल घटकों में नहीं तोड़ा जा सकता है। ऐसे पदार्थों को अब रासायनिक तत्व कहा जाता है, उदाहरण के लिए हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, तांबा, आदि। गैसेंडी के अनुसार, प्रत्येक तत्व में एक निश्चित प्रकार के परमाणु होते हैं।

प्रकृति में अपेक्षाकृत कुछ भिन्न तत्व हैं, लेकिन उनके परमाणु, समूहों में जुड़कर (उनमें समान परमाणु हो सकते हैं), एक नए प्रकार के पदार्थ का सबसे छोटा कण देते हैं - एक अणु। किसी अणु में परमाणुओं की संख्या एवं प्रकार के आधार पर विभिन्न गुणों वाले पदार्थ प्राप्त होते हैं।

18वीं सदी में एम.वी. लोमोनोसोव के कार्य प्रकट हुए, जिन्होंने पदार्थ की संरचना के आणविक गतिज सिद्धांत की नींव रखी। लोमोनोसोव ने कैलोरी जैसे भारहीन तरल पदार्थों के साथ-साथ ठंड, गंध आदि के परमाणुओं के भौतिकी से निष्कासन के लिए निर्णायक रूप से लड़ाई लड़ी, जिनका उस समय संबंधित घटनाओं को समझाने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था। लोमोनोसोव ने सिद्ध किया कि सभी घटनाओं को स्वाभाविक रूप से पदार्थ के अणुओं की गति और परस्पर क्रिया द्वारा समझाया जाता है। - |19वीं शताब्दी की शुरुआत में, अंग्रेजी वैज्ञानिक डी. डाल्टन (1766-1844) ने दिखाया कि, केवल परमाणुओं और अणुओं के बारे में विचारों का उपयोग करके, प्रयोगों से ज्ञात रासायनिक कानूनों को प्राप्त करना और समझाना संभव है। इस प्रकार, उन्होंने वैज्ञानिक रूप से पदार्थ की आणविक संरचना की पुष्टि की। डाल्टन के काम के बाद, अधिकांश वैज्ञानिकों ने परमाणुओं और अणुओं के अस्तित्व को मान्यता दी।

20वीं सदी की शुरुआत तक. पदार्थ के अणुओं के आकार, द्रव्यमान और गति की गति को मापा गया, अणुओं में व्यक्तिगत परमाणुओं का स्थान निर्धारित किया गया, एक शब्द में, पदार्थ की संरचना के आणविक गतिज सिद्धांत का निर्माण अंततः पूरा हुआ, जिसके निष्कर्ष थे कई प्रयोगों से इसकी पुष्टि हुई है.

इस सिद्धांत के मुख्य प्रावधान इस प्रकार हैं:

1) प्रत्येक पदार्थ में अणु होते हैं जिनके बीच अंतर-आण्विक स्थान होते हैं;

2) अणु सदैव निरंतर अव्यवस्थित (अराजक) गति में रहते हैं;

3) अणुओं के बीच आकर्षक और प्रतिकारक दोनों बल कार्य करते हैं। ये बल अणुओं के बीच की दूरी पर निर्भर करते हैं। वे केवल बहुत कम दूरी पर ही महत्वपूर्ण होते हैं और जैसे-जैसे अणु एक-दूसरे से दूर जाते हैं, तेजी से घटते जाते हैं। इन बलों की प्रकृति विद्युतीय है।

2. तापमान.

यदि सभी पिंड निरंतर और बेतरतीब ढंग से घूमने वाले अणुओं से बने होते हैं, तो अणुओं की गति की गति में परिवर्तन, यानी उनकी गतिज ऊर्जा, कैसे प्रकट होगी, और ये परिवर्तन किसी व्यक्ति में क्या संवेदनाएँ पैदा करेंगे? यह पता चला है कि अणुओं की स्थानान्तरणीय गति की औसत गतिज ऊर्जा में परिवर्तन पिंडों के गर्म होने या ठंडा होने से जुड़ा होता है।

अक्सर एक व्यक्ति शरीर की गर्मी को स्पर्श से निर्धारित करता है, उदाहरण के लिए, हीटिंग रेडिएटर को अपने हाथ से छूकर, हम कहते हैं: रेडिएटर ठंडा, गर्म या गर्म है। हालाँकि, स्पर्श से यह निर्धारित करना कि कोई शरीर गर्म है या नहीं, अक्सर भ्रामक होता है। जब सर्दियों में कोई व्यक्ति अपने हाथ से लकड़ी और धातु की वस्तु को छूता है, तो उसे ऐसा लगता है कि धातु की वस्तु लकड़ी की तुलना में अधिक ठंडी होती है, हालाँकि वास्तव में उनका ताप एक समान होता है। इसलिए, एक ऐसा मूल्य स्थापित करना आवश्यक है जो शरीर के ताप का निष्पक्ष मूल्यांकन करेगा, और इसे मापने के लिए एक उपकरण बनाना होगा।

किसी पिंड के ताप की डिग्री को दर्शाने वाली मात्रा को तापमान कहा जाता है। तापमान मापने के उपकरण को थर्मामीटर कहा जाता है। सबसे आम थर्मामीटर की क्रिया गर्म होने पर पिंडों के विस्तार और ठंडा होने पर संपीड़न पर आधारित होती है। जब अलग-अलग तापमान वाले दो पिंड संपर्क में आते हैं, तो पिंडों के बीच ऊर्जा का आदान-प्रदान होता है। इस मामले में, अधिक गर्म शरीर (उच्च तापमान के साथ) ऊर्जा खो देता है, और कम गर्म शरीर (कम तापमान के साथ) इसे प्राप्त करता है। पिंडों के बीच ऊर्जा के इस आदान-प्रदान से उनका तापमान बराबर हो जाता है और जब पिंडों का तापमान बराबर हो जाता है तो यह समाप्त हो जाता है।

किसी व्यक्ति को गर्मी की अनुभूति तब होती है जब वह आसपास के पिंडों से ऊर्जा प्राप्त करता है, अर्थात जब उनका तापमान किसी व्यक्ति के तापमान से अधिक होता है। ठंड की अनुभूति किसी व्यक्ति द्वारा आसपास के शरीरों में ऊर्जा की रिहाई से जुड़ी होती है। उपरोक्त उदाहरण में, किसी व्यक्ति को लकड़ी की तुलना में धातु का शरीर अधिक ठंडा लगता है, क्योंकि हाथ से धातु के पिंड में ऊर्जा लकड़ी की तुलना में तेजी से स्थानांतरित होती है, और पहले मामले में हाथ का तापमान तेजी से घटता है।

3. किसी पदार्थ की तरल अवस्था के लक्षण.

तरल अणु कुछ समय के लिए यादृच्छिक रूप से होने वाली संतुलन स्थिति के आसपास दोलन करते हैं, और फिर एक नई स्थिति में चले जाते हैं। वह समय जिसके दौरान अणु संतुलन स्थिति के आसपास दोलन करता है, अणु का "स्थिर जीवन" समय कहलाता है। यह तरल के प्रकार और उसके तापमान पर निर्भर करता है। जब तरल को गर्म किया जाता है, तो "स्थिर जीवन" का समय कम हो जाता है।

यदि किसी तरल पदार्थ में पर्याप्त मात्रा में छोटा आयतन पृथक किया जाता है, तो "स्थिर जीवन" के दौरान उसमें तरल अणुओं की क्रमबद्ध व्यवस्था संरक्षित रहती है, यानी ठोस पदार्थों की क्रिस्टल जाली की झलक मिलती है। हालाँकि, यदि हम तरल की एक बड़ी मात्रा में एक दूसरे के सापेक्ष तरल अणुओं की व्यवस्था पर विचार करते हैं, तो यह अव्यवस्थित हो जाता है।

इसलिए, हम कह सकते हैं कि किसी तरल पदार्थ में अणुओं की व्यवस्था में "अल्प-श्रेणी क्रम" होता है। छोटे आयतन में तरल अणुओं की क्रमबद्ध व्यवस्था को क्वासिक्रिस्टलाइन (क्रिस्टल जैसा) कहा जाता है। तरल पर अल्पकालिक प्रभाव के साथ, "स्थिर जीवन" के समय से भी कम समय में, ठोस के गुणों के साथ तरल के गुणों की एक बड़ी समानता का पता चलता है। उदाहरण के लिए, जब एक सपाट सतह वाला छोटा पत्थर पानी से तेजी से टकराता है, तो पत्थर उससे उछल जाता है, यानी तरल लोचदार गुण प्रदर्शित करता है। यदि किसी टावर से कूदने वाला तैराक अपने पूरे शरीर के साथ पानी की सतह से टकराता है, तो वह गंभीर रूप से घायल हो जाएगा, क्योंकि इन परिस्थितियों में तरल पदार्थ एक ठोस शरीर की तरह व्यवहार करता है।

यदि तरल के संपर्क में आने का समय अणुओं के "स्थिर जीवन" समय से अधिक है, तो तरल की तरलता का पता लगाया जाता है। उदाहरण के लिए, एक व्यक्ति नदी के किनारे से स्वतंत्र रूप से पानी में प्रवेश करता है, आदि। तरल अवस्था की मुख्य विशेषताएं तरल की तरलता और मात्रा का संरक्षण हैं। किसी तरल पदार्थ की तरलता का उसके अणुओं के "स्थिर जीवन" समय से गहरा संबंध होता है। यह समय जितना कम होगा, तरल अणुओं की गतिशीलता उतनी ही अधिक होगी, यानी तरल की तरलता उतनी ही अधिक होगी, और इसके गुण गैस के गुणों के करीब होंगे।

किसी तरल का तापमान जितना अधिक होता है, उसके गुण ठोस के गुणों से उतने ही अधिक भिन्न होते हैं और सघन गैसों के गुणों के करीब हो जाते हैं। इस प्रकार, किसी पदार्थ की तरल अवस्था उसी पदार्थ की ठोस और गैसीय अवस्था के बीच की होती है।

4. आंतरिक ऊर्जा

प्रत्येक पिंड बड़ी संख्या में कणों का संग्रह है। पदार्थ की संरचना के आधार पर ये कण अणु, परमाणु या आयन होते हैं। बदले में, इनमें से प्रत्येक कण की एक जटिल संरचना होती है। इस प्रकार, एक अणु में दो या दो से अधिक परमाणु होते हैं, परमाणुओं में एक नाभिक और एक इलेक्ट्रॉन आवरण होता है; नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन आदि होते हैं।

किसी पिंड को बनाने वाले कण निरंतर गति में रहते हैं; इसके अलावा, वे एक दूसरे के साथ एक निश्चित तरीके से बातचीत करते हैं।

किसी पिंड की आंतरिक ऊर्जा उन कणों की गतिज ऊर्जाओं और एक दूसरे के साथ उनकी परस्पर क्रिया की ऊर्जाओं (संभावित ऊर्जाओं) का योग है।

आइए जानें कि किन प्रक्रियाओं के तहत किसी शरीर की आंतरिक ऊर्जा बदल सकती है।

1. सबसे पहले तो यह स्पष्ट है कि किसी पिंड के विकृत होने पर उसकी आंतरिक ऊर्जा बदल जाती है। दरअसल, विरूपण के दौरान कणों के बीच की दूरी बदल जाती है; परिणामस्वरूप, उनके बीच परस्पर क्रिया की ऊर्जा भी बदल जाती है। केवल एक आदर्श गैस में, जहां कणों के बीच परस्पर क्रिया की शक्तियों की उपेक्षा की जाती है, आंतरिक ऊर्जा दबाव से स्वतंत्र होती है।

2. तापीय प्रक्रियाओं के दौरान आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन होता है। थर्मल प्रक्रियाएं किसी पिंड के तापमान और उसके एकत्रीकरण की स्थिति - पिघलने या जमने, वाष्पीकरण या संघनन - दोनों में परिवर्तन से जुड़ी प्रक्रियाएं हैं। जब तापमान बदलता है, तो इसके कणों की गति की गतिज ऊर्जा बदल जाती है। हालाँकि, साथ ही इस बात पर भी ज़ोर दिया जाना चाहिए

उनकी परस्पर क्रिया की संभावित ऊर्जा भी बदलती है (दुर्लभ गैस के मामले को छोड़कर)। दरअसल, तापमान में वृद्धि या कमी किसी पिंड के क्रिस्टल जाली के नोड्स पर संतुलन स्थितियों के बीच की दूरी में बदलाव के साथ होती है, जिसे हम पिंडों के थर्मल विस्तार के रूप में दर्ज करते हैं। स्वाभाविक रूप से, इस मामले में कणों की परस्पर क्रिया की ऊर्जा बदल जाती है। एकत्रीकरण की एक अवस्था से दूसरी अवस्था में संक्रमण शरीर की आणविक संरचना में परिवर्तन का परिणाम है, जो कणों की परस्पर क्रिया की ऊर्जा और उनकी गति की प्रकृति दोनों में परिवर्तन का कारण बनता है।

3. रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान शरीर की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन होता है। वास्तव में, रासायनिक प्रतिक्रियाएं अणुओं की पुनर्व्यवस्था, उनके सरल भागों में विघटन या, इसके विपरीत, सरल अणुओं से या व्यक्तिगत परमाणुओं (विश्लेषण और संश्लेषण की प्रतिक्रियाएं) से अधिक जटिल अणुओं के उद्भव की प्रक्रियाएं हैं। इस मामले में, परमाणुओं के बीच परस्पर क्रिया की ताकतें और, तदनुसार, उनकी परस्पर क्रिया की ऊर्जाएँ महत्वपूर्ण रूप से बदल जाती हैं। इसके अलावा, अणुओं की गति और उनके बीच परस्पर क्रिया दोनों की प्रकृति बदल जाती है, क्योंकि नए उभरे पदार्थ के अणु मूल पदार्थों के अणुओं की तुलना में एक दूसरे के साथ अलग तरह से परस्पर क्रिया करते हैं।

4. कुछ शर्तों के तहत, परमाणुओं के नाभिक में परिवर्तन होते हैं जिन्हें परमाणु प्रतिक्रिया कहा जाता है। इस मामले में होने वाली प्रक्रियाओं के तंत्र के बावजूद (और वे बहुत भिन्न हो सकते हैं), वे सभी परस्पर क्रिया करने वाले कणों की ऊर्जा में एक महत्वपूर्ण परिवर्तन से जुड़े हैं। नतीजतन, परमाणु प्रतिक्रियाओं के साथ शरीर की आंतरिक ऊर्जा में बदलाव होता है जिसमें ये नाभिक होते हैं

5. वाष्पीकरण

किसी पदार्थ का तरल से गैसीय अवस्था में संक्रमण वाष्पीकरण कहलाता है, और किसी पदार्थ का गैसीय से तरल अवस्था में संक्रमण संघनन कहलाता है।

वाष्प निर्माण का एक प्रकार वाष्पीकरण है। वाष्पीकरण वाष्प का निर्माण है जो केवल गैसीय माध्यम की सीमा वाले तरल की मुक्त सतह से होता है। आइए जानें कि आणविक गतिज सिद्धांत के आधार पर वाष्पीकरण की व्याख्या कैसे की जाती है।

चूंकि तरल के अणु अनियमित रूप से चलते हैं, इसकी सतह परत के अणुओं के बीच हमेशा ऐसे अणु होंगे जो तरल से गैसीय माध्यम की दिशा में आगे बढ़ते हैं। हालाँकि, ऐसे सभी अणु तरल से बाहर निकलने में सक्षम नहीं होंगे, क्योंकि वे आणविक बलों के अधीन हैं जो उन्हें वापस तरल में खींच लेते हैं। इसलिए, इसके केवल वे अणु जिनमें पर्याप्त रूप से उच्च गतिज ऊर्जा है, तरल की सतह परत से परे भागने में सक्षम होंगे।

दरअसल, जब कोई अणु किसी सतह परत से गुजरता है, तो उसे अपनी गतिज ऊर्जा के कारण आणविक बलों के खिलाफ काम करना पड़ता है। वे अणु जिनकी गतिज ऊर्जा इस कार्य से कम होती है, द्रव में वापस खींच लिये जाते हैं और केवल वे अणु जिनकी गतिज ऊर्जा इस कार्य से अधिक होती है, द्रव से बाहर खींच लिये जाते हैं। किसी तरल पदार्थ से निकले अणु उसकी सतह के ऊपर वाष्प बनाते हैं। चूंकि तरल से निकलने वाले अणु तरल के अन्य अणुओं के साथ टकराव के परिणामस्वरूप गतिज ऊर्जा प्राप्त करते हैं, इसलिए वाष्पीकरण के दौरान तरल के अंदर अणुओं की अराजक गति की औसत गति कम होनी चाहिए। इस प्रकार, किसी पदार्थ के तरल चरण को गैसीय चरण में बदलने के लिए एक निश्चित ऊर्जा खर्च की जानी चाहिए। तरल की सतह के ऊपर स्थित वाष्प अणु, अपने अराजक आंदोलन के दौरान, तरल में वापस उड़ सकते हैं और उस ऊर्जा को वापस कर सकते हैं जो वे वाष्पीकरण के दौरान ले गए थे। नतीजतन, वाष्पीकरण के दौरान, वाष्प का संघनन हमेशा एक साथ होता है, साथ ही तरल की आंतरिक ऊर्जा में वृद्धि भी होती है।

कौन से कारण द्रव के वाष्पीकरण की दर को प्रभावित करते हैं?

1. यदि आप समान मात्रा में पानी, अल्कोहल और ईथर को समान तश्तरियों में डालते हैं और उनके वाष्पीकरण का निरीक्षण करते हैं, तो यह पता चलेगा कि ईथर पहले वाष्पित हो जाएगा, फिर अल्कोहल, और पानी सबसे बाद में वाष्पित होगा। इसलिए, गति

वाष्पीकरण तरल के प्रकार पर निर्भर करता है।

2. इसकी मुक्त सतह जितनी बड़ी होती है, वही तरल उतनी ही तेजी से वाष्पित होता है। उदाहरण के लिए, यदि एक तश्तरी और एक गिलास में समान मात्रा में पानी डाला जाता है, तो गिलास की तुलना में तश्तरी से पानी तेजी से वाष्पित हो जाएगा।

3. यह नोटिस करना आसान है कि गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से वाष्पित हो जाता है।

इसका कारण स्पष्ट है. तरल का तापमान जितना अधिक होगा, उसके अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी और इसलिए, एक ही समय में तरल छोड़ने वालों की संख्या उतनी ही अधिक होगी।

4. इसके अलावा, किसी तरल के वाष्पीकरण की दर जितनी अधिक होगी, तरल पर बाहरी दबाव उतना ही कम होगा और इसकी सतह के ऊपर इस तरल का वाष्प घनत्व उतना ही कम होगा।

उदाहरण के लिए, जब हवा चलती है, तो कपड़े शांत मौसम की तुलना में तेजी से सूखते हैं, क्योंकि हवा जलवाष्प को अपने साथ ले जाती है और इससे कपड़े धोने पर भाप के संघनन को कम करने में मदद मिलती है।

चूँकि किसी तरल पदार्थ के वाष्पीकरण पर उसके अणुओं की ऊर्जा के कारण ऊर्जा खर्च होती है, वाष्पीकरण प्रक्रिया के दौरान तरल का तापमान कम हो जाता है। यही कारण है कि ईथर या अल्कोहल में भिगोया हुआ हाथ काफ़ी ठंडा हो जाता है। इससे यह भी पता चलता है कि गर्म हवा वाले दिन में तैरने के बाद जब कोई व्यक्ति पानी से बाहर आता है तो उसे ठंड का एहसास होता है।

यदि कोई तरल पदार्थ धीरे-धीरे वाष्पित हो जाता है, तो, आसपास के पिंडों के साथ ऊष्मा विनिमय के कारण, इसकी ऊर्जा के नुकसान की भरपाई पर्यावरण से ऊर्जा के प्रवाह द्वारा की जाती है, और इसका तापमान वास्तव में पर्यावरण के तापमान के बराबर रहता है। हालाँकि, यदि तरल उच्च दर पर वाष्पित होता है, तो इसका तापमान परिवेश के तापमान से काफी कम हो सकता है। ईथर जैसे "अस्थिर" तरल पदार्थों की मदद से तापमान में उल्लेखनीय कमी हासिल की जा सकती है।

आइए हम यह भी ध्यान दें कि कई ठोस, तरल चरण को छोड़कर, सीधे गैसीय चरण में जा सकते हैं। इस घटना को ऊर्ध्वपातन या ऊर्ध्वपातन कहते हैं। ठोस पदार्थों (उदाहरण के लिए, कपूर, नेफ़थलीन) की गंध को उनके उर्ध्वपातन (और प्रसार) द्वारा समझाया गया है। ऊर्ध्वपातन बर्फ के लिए विशिष्ट है, उदाहरण के लिए, कपड़े 0° G से नीचे के तापमान पर सूखते हैं।

6. पृथ्वी का जलमंडल एवं वायुमंडल

1. पानी के वाष्पीकरण और संघनन की प्रक्रियाएँ हमारे ग्रह पर मौसम और जलवायु परिस्थितियों के निर्माण में निर्णायक भूमिका निभाती हैं। वैश्विक स्तर पर, ये प्रक्रियाएँ जलमंडल और पृथ्वी के वायुमंडल की परस्पर क्रिया पर आधारित होती हैं।

जलमंडल में हमारे ग्रह पर एकत्रीकरण की सभी अवस्थाओं में उपलब्ध सारा पानी शामिल है; जलमंडल का 94% भाग विश्व महासागर पर पड़ता है, जिसका आयतन 1.4 बिलियन घन मीटर अनुमानित है। यह पृथ्वी की सतह के कुल क्षेत्रफल का 71% भाग घेरता है, और यदि पृथ्वी की ठोस सतह एक चिकना गोला होती, तो पानी इसे 2.4 किमी गहरी एक सतत परत से ढक देता; जलमंडल का 5.4% भाग भूजल, साथ ही ग्लेशियरों, वायुमंडलीय और मिट्टी की नमी से भरा हुआ है। और केवल 0.6% नदियों, झीलों और कृत्रिम जलाशयों से ताज़ा पानी आता है। इससे यह स्पष्ट है कि ताजे पानी को औद्योगिक और परिवहन कचरे से होने वाले प्रदूषण से बचाना कितना महत्वपूर्ण है।

2. पृथ्वी का वायुमंडल आमतौर पर कई परतों में विभाजित है, जिनमें से प्रत्येक की अपनी विशेषताएं हैं। हवा की निचली सतह परत को क्षोभमंडल कहा जाता है। भूमध्यरेखीय अक्षांशों में इसकी ऊपरी सीमा 16-18 किमी की ऊंचाई पर और ध्रुवीय अक्षांशों में - 10 किमी की ऊंचाई पर गुजरती है। क्षोभमंडल में संपूर्ण वायुमंडल का 90% द्रव्यमान होता है, जो 4.8 · 1018 किलोग्राम है। क्षोभमंडल में तापमान ऊंचाई के साथ घटता जाता है। सबसे पहले, प्रत्येक 100 मीटर के लिए 1 डिग्री सेल्सियस, और फिर, 5 किमी की ऊंचाई से शुरू होकर, तापमान -70 डिग्री सेल्सियस तक गिर जाता है।

हवा का दबाव और घनत्व लगातार कम हो रहा है। लगभग 1000 किमी की ऊँचाई पर वायुमंडल की सबसे बाहरी परत धीरे-धीरे अंतरग्रहीय अंतरिक्ष में चली जाती है।

3. शोध से पता चला है कि हर दिन लगभग 7·10 3 किमी 3 पानी और लगभग उतनी ही मात्रा वर्षा के रूप में गिरती है।

वायु की बढ़ती धाराओं से बहकर जलवाष्प ऊपर उठती है और क्षोभमंडल की ठंडी परतों में गिरती है। जैसे ही वाष्प ऊपर उठती है, यह संतृप्त हो जाती है और फिर संघनित होकर वर्षा की बूंदें और बादल बनाती है।

वायुमंडल में भाप संघनन की प्रक्रिया के दौरान, प्रतिदिन औसतन 1.6 10 मात्रा में ऊष्मा निकलती है 22 जे, जो उसी समय के दौरान ग्रह पृथ्वी पर उत्पन्न ऊर्जा से हजारों गुना अधिक है। यह ऊर्जा वाष्पित होने पर पानी द्वारा अवशोषित हो जाती है। इस प्रकार, जलमंडल और पृथ्वी के वायुमंडल के बीच न केवल पदार्थ (जल चक्र) का, बल्कि ऊर्जा का भी निरंतर आदान-प्रदान होता है।

तृतीय. अनुसंधान भाग.

वाष्पीकरण प्रक्रियाओं का अध्ययन करने और विभिन्न स्थितियों पर वाष्पीकरण दर की निर्भरता निर्धारित करने के लिए, कई प्रयोग किए गए।

प्रयोग 1. वायु तापमान पर वाष्पीकरण दर की निर्भरता का अध्ययन।

सामग्री: ग्लास प्लेटें, 3% हाइड्रोजन पेरोक्साइड समाधान, वनस्पति तेल, शराब, पानी, स्टॉपवॉच, थर्मामीटर, रेफ्रिजरेटर।

प्रयोग की प्रगति:एक सिरिंज का उपयोग करके, हम कांच की प्लेटों पर पदार्थ लगाते हैं और पदार्थों के वाष्पीकरण का निरीक्षण करते हैं।

अल्कोहल की मात्रा 0.5·10 -6 मीटर 3

हवा का तापमान: +24.

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में 3 घंटे लगे;

पानी। आयतन 0.5·10 -6 मीटर 3

हवा का तापमान: +24.

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में 5 घंटे लगे;

हाइड्रोजन पेरोक्साइड समाधान. आयतन 0.5·10 -6 मीटर 3

हवा का तापमान: +24.

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में 8 घंटे लगे;

वनस्पति तेल।आयतन 0.5·10 -6 मीटर 3

हवा का तापमान: +24.

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में 40 घंटे लगे;

हम हवा का तापमान बदलते हैं। गिलासों को रेफ्रिजरेटर में रखें।

शराब। आयतन 0.5·10 -6 मीटर 3

हवा का तापमान: +6.

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में 8 घंटे लगे;

पानी। आयतन 0.5·10 -6 मीटर 3

हवा का तापमान: +6.

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में 10 घंटे लगे;

हाइड्रोजन पेरोक्साइड समाधान.आयतन 0.5·10 -6 मीटर 3

हवा का तापमान: +6.

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में 15 घंटे लगे;

वनस्पति तेल।आयतन 0.5·10 -6 मीटर 3

हवा का तापमान: +6

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में 72 घंटे लगे;

निष्कर्ष: अध्ययन के नतीजे बताते हैं कि अलग-अलग तापमान पर समान पदार्थों के वाष्पीकरण के लिए आवश्यक समय अलग-अलग होता है। समान तरल के लिए, उच्च तापमान पर वाष्पीकरण प्रक्रिया बहुत तेजी से होती है। यह इस भौतिक पैरामीटर पर अध्ययन के तहत प्रक्रिया की निर्भरता को साबित करता है। जैसे-जैसे तापमान घटता है, वाष्पीकरण प्रक्रिया की अवधि बढ़ती है और इसके विपरीत।

प्रयोग 2 . द्रव के सतह क्षेत्र पर वाष्पीकरण की दर की निर्भरता का अध्ययन।

लक्ष्य: तरल के सतह क्षेत्र पर वाष्पीकरण प्रक्रिया की निर्भरता की जांच करें।

सामग्री: पानी, शराब, घड़ी, मेडिकल सिरिंज, कांच की प्लेटें, रूलर।

प्रयोग की प्रगति:हम सूत्र का उपयोग करके सतह क्षेत्र को मापते हैं:एस=पी·डी 2 :4.

एक सिरिंज का उपयोग करके, हम प्लेट पर अलग-अलग तरल पदार्थ लगाते हैं, इसे एक सर्कल का आकार देते हैं और तरल को तब तक देखते हैं जब तक कि यह पूरी तरह से वाष्पित न हो जाए। कमरे में हवा का तापमान अपरिवर्तित रहता है (+24)

शराब। आयतन 0.5·10 -6 मीटर 3

सतह क्षेत्र:0.00422m 2

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में 1 घंटा लगा;

पानी। आयतन 0.5·10 -6 मीटर 3

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में 2 घंटे लगे;

हाइड्रोजन पेरोक्साइड समाधान. आयतन 0.5·10 -6 मीटर 3

सतह क्षेत्र: 0.00422 मी 2

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में 4 घंटे लगे;

वनस्पति तेल।आयतन 0.5·10 -6 मीटर 3

सतह क्षेत्र: 0.00422 मी 2

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में 30 घंटे लगे;

हम स्थितियां बदलते हैं. हम एक ही तरल पदार्थ के वाष्पीकरण को एक अलग सतह क्षेत्र पर देखते हैं।

शराब। आयतन 0.5·10 -6 मीटर 3

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में 3 घंटे लगे;

पानी। आयतन 0.5·10 -6 मीटर 3

सतह क्षेत्र: 0.00283 मीटर 2

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में 4 घंटे लगे;

हाइड्रोजन पेरोक्साइड समाधान. आयतन 0.5·10 -6 मीटर 3

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में 6 घंटे लगे;

वनस्पति तेल।आयतन 0.5·10 -6 मीटर 3

सतह क्षेत्रफल 0.00283 मी 2

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में 54 घंटे लगे;

निष्कर्ष: अध्ययन के परिणामों से यह पता चलता है कि विभिन्न सतह क्षेत्रों वाले जहाजों से वाष्पीकरण अलग-अलग समय पर होता है। जैसा कि माप से देखा जा सकता है, यह तरल एक बड़े सतह क्षेत्र वाले बर्तन से तेजी से वाष्पित हो जाता है, जो इस भौतिक पैरामीटर पर अध्ययन के तहत प्रक्रिया की निर्भरता को साबित करता है। जैसे-जैसे सतह क्षेत्र घटता है, वाष्पीकरण प्रक्रिया की अवधि बढ़ती है और इसके विपरीत।

प्रयोग 3. पदार्थ के प्रकार पर वाष्पीकरण प्रक्रिया की निर्भरता का अध्ययन।

लक्ष्य: तरल के प्रकार पर वाष्पीकरण प्रक्रिया की निर्भरता की जांच करें।

उपकरण और सामग्री:पानी, शराब, वनस्पति तेल, हाइड्रोजन पेरोक्साइड समाधान, घड़ी, चिकित्सा सिरिंज, कांच की प्लेटें।

प्रयोग की प्रगति.एक सिरिंज का उपयोग करके, हम प्लेटों पर विभिन्न प्रकार के तरल पदार्थ लगाते हैं और प्रक्रिया की निगरानी करते हैं जब तक कि यह पूरी तरह से वाष्पित न हो जाए। हवा का तापमान अपरिवर्तित रहता है. द्रवों का तापमान समान होता है।

हम पिछले अध्ययनों के आंकड़ों से अल्कोहल, पानी, 3% हाइड्रोजन पेरोक्साइड समाधान और वनस्पति तेल के वाष्पीकरण के बीच अंतर के अध्ययन के परिणाम प्राप्त करते हैं।

निष्कर्ष: विभिन्न तरल पदार्थों को पूरी तरह से वाष्पित होने के लिए अलग-अलग समय की आवश्यकता होती है। परिणामों से यह स्पष्ट है कि शराब और पानी के लिए वाष्पीकरण प्रक्रिया तेजी से आगे बढ़ती है, और वनस्पति तेल के लिए धीमी होती है, अर्थात यह भौतिक पैरामीटर - पदार्थ के प्रकार पर वाष्पीकरण प्रक्रिया की निर्भरता के प्रमाण के रूप में कार्य करती है।

प्रयोग 4. वायु द्रव्यमान की गति पर तरल वाष्पीकरण की दर की निर्भरता का अध्ययन।

लक्ष्य: हवा की गति पर वाष्पीकरण की दर की निर्भरता की जांच करें।

उपकरण और सामग्री:पानी, शराब, वनस्पति तेल, हाइड्रोजन पेरोक्साइड समाधान, घड़ी, चिकित्सा सिरिंज, कांच की प्लेटें, हेयर ड्रायर।

प्रगति। हम हेअर ड्रायर का उपयोग करके वायु द्रव्यमान की कृत्रिम गति बनाते हैं, प्रक्रिया का निरीक्षण करते हैं और तब तक प्रतीक्षा करते हैं जब तक कि तरल पूरी तरह से वाष्पित न हो जाए। हेयर ड्रायर के दो मोड हैं: सरल मोड, टर्बो मोड।

सरल मोड के मामले में:

शराब। आयतन: 0.5·10 -6 मीटर 3

सतह क्षेत्र: 0.00283 मीटर 2 प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में लगभग 2 मिनट का समय लगा;

पानी। आयतन 0.5·10 -6 मीटर 3

सतह क्षेत्र: 0.00283 मीटर 2

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में लगभग 4 मिनट लगे;

हाइड्रोजन पेरोक्साइड समाधान.आयतन: 0.5·10 -6 मीटर 3

सतह क्षेत्र: 0.00283 मीटर 2

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में लगभग 7 मिनट का समय लगा;

वनस्पति तेल।आयतन: 0.5·10 -6 मीटर 3

सतह क्षेत्र: 0.00283 मीटर 2 प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में लगभग 10 मिनट लगे;

टर्बो मोड के मामले में:

शराब। आयतन: 0.5·10 -6 मीटर 3

सतह क्षेत्र: 0.00283 मीटर 2 प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में लगभग 1 मिनट का समय लगा;

पानी। आयतन: 0.5·10 -6 मीटर 3

सतह क्षेत्र: 0.00283 मीटर 2

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में लगभग 3 मिनट का समय लगा;

हाइड्रोजन पेरोक्साइड समाधान.आयतन: 0.5·10 -6 मीटर 3

सतह क्षेत्र: 0.00283 मीटर 2 प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में लगभग 5 मिनट का समय लगा;

वनस्पति तेल।आयतन: 0.5·10 -6 मीटर 3

सतह क्षेत्र: 0.00283 मीटर 2

प्रयोग का परिणाम: तरल को पूरी तरह से वाष्पित होने में लगभग 8 मिनट लगे;

निष्कर्ष: वाष्पीकरण प्रक्रिया तरल की सतह के ऊपर वायु द्रव्यमान की गति की गति पर निर्भर करती है। गति जितनी अधिक होगी, यह प्रक्रिया उतनी ही तेजी से आगे बढ़ेगी और इसके विपरीत भी।

तो, अध्ययनों से पता चला है कि तरल वाष्पीकरण की तीव्रता अलग-अलग तरल पदार्थों के लिए अलग-अलग होती है और तरल के बढ़ते तापमान, इसके मुक्त सतह क्षेत्र में वृद्धि और इसकी सतह के ऊपर हवा की उपस्थिति के साथ बढ़ती है।

निष्कर्ष।

कार्य के परिणामस्वरूप, वाष्पीकरण प्रक्रिया के मुद्दे पर जानकारी के विभिन्न स्रोतों और इसकी घटना की स्थितियों का अध्ययन किया गया। वाष्पीकरण प्रक्रिया की दर को प्रभावित करने वाले भौतिक पैरामीटर निर्धारित किए जाते हैं। भौतिक मापदंडों पर वाष्पीकरण प्रक्रिया की निर्भरता की जांच की गई, और प्राप्त परिणामों का विश्लेषण किया गया। बताई गई परिकल्पना सही निकली। अनुसंधान प्रक्रिया के दौरान सैद्धांतिक मान्यताओं की पुष्टि की गई - भौतिक मापदंडों पर वाष्पीकरण प्रक्रिया की दर की निर्भरता इस प्रकार है:

जैसे-जैसे तरल का तापमान बढ़ता है, वाष्पीकरण प्रक्रिया की दर बढ़ती है और इसके विपरीत;

तरल के मुक्त सतह क्षेत्र में कमी के साथ, वाष्पीकरण प्रक्रिया की दर कम हो जाती है और इसके विपरीत;

वाष्पीकरण प्रक्रिया की दर तरल के प्रकार पर निर्भर करती है।

इस प्रकार, तरल पदार्थ के वाष्पीकरण की प्रक्रिया तापमान, मुक्त सतह क्षेत्र और पदार्थ के प्रकार जैसे भौतिक मापदंडों पर निर्भर करती है।

यह कार्य व्यावहारिक महत्व का है, क्योंकि इसने वाष्पीकरण की तीव्रता की निर्भरता की जांच की, एक ऐसी घटना जिसका सामना हम रोजमर्रा की जिंदगी में भौतिक मापदंडों पर करते हैं। इस ज्ञान का उपयोग करके, आप प्रक्रिया की प्रगति को नियंत्रित कर सकते हैं।

साहित्य

पिंस्की ए.ए., ग्रेकोवस्की जी.यू. भौतिकी: संस्थानों के छात्रों के लिए पाठ्यपुस्तक

माध्यमिक व्यावसायिक शिक्षा/अंडर जनरल। ईडी। यू.आई.डिका, एन.एस.पुरीशेवॉय.-एम.:फोरम:इंफ्रा_एम, 2002.-560 पी।

मिल्कोव्स्काया एल.बी. आइए भौतिकी दोहराएं। विश्वविद्यालयों में प्रवेश करने वालों के लिए पाठ्यपुस्तक। एम., "हायर स्कूल", 1985.608 पी।

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भौतिकी पर पाठ्यपुस्तक जी.वाई.ए. मायकिशेव "थर्मोडायनामिक्स"

यदि आप पानी के एक कंटेनर को खुला छोड़ देते हैं, तो पानी थोड़ी देर बाद वाष्पित हो जाएगा। यदि आप यही प्रयोग एथिल अल्कोहल या गैसोलीन के साथ करते हैं, तो प्रक्रिया कुछ हद तक तेज होती है। यदि आप पर्याप्त शक्तिशाली बर्नर पर पानी का एक बर्तन गर्म करते हैं, तो पानी उबल जाएगा।

ये सभी घटनाएं वाष्पीकरण का एक विशेष मामला हैं, तरल का वाष्प में परिवर्तन। वाष्पीकरण दो प्रकार का होता हैवाष्पीकरण और उबलना.

वाष्पीकरण क्या है

वाष्पीकरण एक तरल पदार्थ की सतह से वाष्प का निर्माण है। वाष्पीकरण को इस प्रकार समझाया जा सकता है।

टकराव के दौरान अणुओं की गति बदल जाती है। अक्सर ऐसे अणु होते हैं जिनकी गति इतनी अधिक होती है कि वे पड़ोसी अणुओं के आकर्षण पर काबू पा लेते हैं और तरल की सतह से अलग हो जाते हैं। (पदार्थ की आणविक संरचना)। चूंकि तरल की थोड़ी मात्रा में भी बहुत सारे अणु होते हैं, ऐसे मामले अक्सर होते हैं, और वाष्पीकरण की प्रक्रिया निरंतर होती रहती है।

तरल की सतह से अलग हुए अणु उसके ऊपर भाप बनाते हैं। उनमें से कुछ, अराजक गति के कारण, वापस तरल में लौट आते हैं। इसलिए, हवा होने पर वाष्पीकरण तेजी से होता है, क्योंकि यह वाष्प को तरल से दूर ले जाता है (यहां हवा द्वारा तरल की सतह से अणुओं को "पकड़ने" और अलग करने की घटना भी होती है)।

इसलिए, एक बंद बर्तन में, वाष्पीकरण जल्दी से रुक जाता है: प्रति इकाई समय में "बाहर आने" वाले अणुओं की संख्या तरल में "लौटने" वाले अणुओं की संख्या के बराबर हो जाती है।

वाष्पीकरण की दरतरल के प्रकार पर निर्भर करता है: तरल के अणुओं के बीच आकर्षण जितना कम होगा, वाष्पीकरण उतना ही तीव्र होगा।

किसी तरल पदार्थ का सतह क्षेत्र जितना बड़ा होता है, उतने ही अधिक अणुओं को इसे छोड़ने का अवसर मिलता है। इसका मतलब यह है कि वाष्पीकरण की तीव्रता तरल के सतह क्षेत्र पर निर्भर करती है।

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, अणुओं की गति बढ़ती है। इसलिए, तापमान जितना अधिक होगा, वाष्पीकरण उतना ही तीव्र होगा।

उबलना क्या है?

उबलना तीव्र वाष्पीकरण है जो किसी तरल को गर्म करने, उसमें भाप के बुलबुले बनने, सतह पर तैरने और वहां फूटने के परिणामस्वरूप होता है।

उबलने के दौरान तरल का तापमान स्थिर रहता है।

क्वथनांक वह तापमान है जिस पर कोई तरल पदार्थ उबलता है। आमतौर पर, जब किसी दिए गए तरल के क्वथनांक के बारे में बात की जाती है, तो हमारा मतलब उस तापमान से होता है जिस पर यह तरल सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर उबलता है।

वाष्पीकरण के दौरान, तरल से अलग होने वाले अणु उसमें से कुछ आंतरिक ऊर्जा निकाल लेते हैं। इसलिए, जैसे ही तरल वाष्पित होता है, यह ठंडा हो जाता है।

वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा

किसी पदार्थ के एक इकाई द्रव्यमान को वाष्पित करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा को दर्शाने वाली भौतिक मात्रा को वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा कहा जाता है। (इस विषय पर अधिक विस्तृत विश्लेषण के लिए लिंक का अनुसरण करें)

एसआई प्रणाली में, इस मात्रा के लिए माप की इकाई J/kg है। इसे L अक्षर से दर्शाया जाता है।

पानी पृथ्वी पर सबसे आम और साथ ही सबसे आश्चर्यजनक पदार्थों में से एक है। पानी हर जगह है: हमारे आसपास भी और हमारे अंदर भी। जल से युक्त महासागर विश्व की सतह का ¾ भाग कवर करते हैं। कोई भी जीवित जीव, चाहे वह पौधा हो, जानवर हो या इंसान हो, पानी होता है। मनुष्य 70% से अधिक पानी है। जल पृथ्वी पर जीवन के उद्भव का एक प्रमुख कारण है। किसी भी पदार्थ की तरह, पानी विभिन्न अवस्थाओं में हो सकता है या, जैसा कि भौतिक विज्ञानी कहते हैं, पदार्थ की समग्र अवस्था में हो सकता है: ठोस, तरल और गैसीय। इस मामले में, एक राज्य से दूसरे राज्य में संक्रमण लगातार होता रहता है - तथाकथित चरण संक्रमण। इनमें से एक संक्रमण वाष्पीकरण है; विपरीत प्रक्रिया को संक्षेपण कहा जाता है। आइए यह जानने का प्रयास करें कि इस भौतिक घटना का उपयोग कैसे किया जा सकता है और आपको इसके बारे में क्या जानने की आवश्यकता है।

वाष्पीकरण की प्रक्रिया के दौरान, पानी तरल से गैसीय अवस्था में बदल जाता है, जिससे जल वाष्प बनता है। यह किसी भी तापमान पर तब होता है जब पानी तरल अवस्था में होता है (0 0 – 100 0 सी). हालाँकि, वाष्पीकरण की दर हमेशा समान नहीं होती है और कई कारकों पर निर्भर करती है: पानी का तापमान, पानी की सतह का क्षेत्र, हवा की नमी और हवा की उपस्थिति। पानी का तापमान जितना अधिक होता है, उसके अणु उतनी ही तेजी से गति करते हैं और वाष्पीकरण उतना ही तीव्र होता है। पानी का सतह क्षेत्र जितना बड़ा होगा, और वाष्पीकरण विशेष रूप से सतह पर होता है, उतने ही अधिक पानी के अणु तरल से गैसीय अवस्था में परिवर्तित हो सकेंगे, जिससे वाष्पीकरण की दर बढ़ जाएगी। हवा में जलवाष्प की मात्रा जितनी अधिक होगी, यानी हवा की आर्द्रता जितनी अधिक होगी, वाष्पीकरण उतना ही कम तीव्र होगा। इसके अलावा, पानी की सतह से जलवाष्प के अणुओं को हटाने की गति जितनी अधिक होगी, यानी हवा की गति जितनी अधिक होगी, पानी के वाष्पीकरण की दर उतनी ही अधिक होगी। यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि वाष्पीकरण की प्रक्रिया के दौरान, सबसे तेज़ अणु पानी छोड़ते हैं, इसलिए अणुओं की औसत गति कम हो जाती है, और इसलिए, पानी का तापमान कम हो जाता है।

वर्णित पैटर्न को ध्यान में रखते हुए, निम्नलिखित पर ध्यान देना महत्वपूर्ण है। बहुत गर्म चाय पीना हानिरहित नहीं है। हालाँकि, इसे बनाने के लिए, आपको क्वथनांक के करीब तापमान वाले पानी की आवश्यकता होती है (100 0 सी). उसी समय, पानी सक्रिय रूप से वाष्पित हो जाता है: चाय के कप के ऊपर जल वाष्प की बढ़ती धाराएँ स्पष्ट रूप से दिखाई देती हैं। चाय को जल्दी ठंडा करने और चाय पीने को आरामदायक बनाने के लिए, आपको वाष्पीकरण दर बढ़ाने की आवश्यकता है, और चाय बहुत तेजी से ठंडी हो जाएगी। पहली विधि बचपन से सभी को ज्ञात है: यदि आप चाय पर फूंक मारते हैं और इस तरह सतह से जल वाष्प के अणुओं और गर्म हवा को हटा देते हैं, तो वाष्पीकरण और गर्मी हस्तांतरण की दर बढ़ जाएगी, और चाय तेजी से ठंडी हो जाएगी। दूसरी विधि अक्सर पुराने दिनों में उपयोग की जाती थी: वे एक कप से चाय को तश्तरी में डालते थे और इस तरह सतह क्षेत्र को कई गुना बढ़ा देते थे, आनुपातिक रूप से वाष्पीकरण और गर्मी हस्तांतरण की दर में वृद्धि करते थे, जिसके कारण चाय जल्दी से एक आरामदायक तापमान पर ठंडी हो जाती थी। .

जब आप गर्मियों में तैरने के बाद पानी के खुले भंडार को छोड़ते हैं तो वाष्पीकरण के दौरान पानी की ठंडक स्पष्ट रूप से महसूस होती है। नम त्वचा के साथ ठंडा रहना। इसलिए, हाइपोथर्मिया से बचने और बीमार होने के लिए, आपको अपने आप को तौलिये से पोंछना होगा, जिससे पानी के वाष्पीकरण के कारण होने वाली ठंडक को रोका जा सके। हालाँकि, पानी का यह गुण - वाष्पीकरण के दौरान ठंडा होना - कभी-कभी किसी बीमार व्यक्ति के उच्च तापमान को थोड़ा कम करने के लिए उपयोगी होता है और इस तरह सेक या रगड़ की मदद से उसे बेहतर महसूस कराता है।

संघनन के दौरान, पानी गैसीय अवस्था से तरल अवस्था में बदल जाता है, जिससे तापीय ऊर्जा निकलती है। जब आप उबलती केतली के पास हों तो यह याद रखना महत्वपूर्ण है। इसकी टोंटी से निकलने वाली जलवाष्प की धारा का तापमान अधिक होता है (लगभग 100 0 C). इसके अलावा, जब जल वाष्प मानव त्वचा के संपर्क में आता है, तो यह संघनित हो जाता है, जिससे प्रतिकूल थर्मल प्रभाव बढ़ जाता है, जिससे दर्दनाक जलन हो सकती है।

यह जानना भी उपयोगी है कि हवा में हमेशा कुछ मात्रा में जलवाष्प होती है। और हवा का तापमान जितना अधिक होगा, वायुमंडल में जलवाष्प की मात्रा उतनी ही अधिक होगी। इसलिए, गर्मियों में, जब रात में तापमान काफ़ी गिर जाता है, तो कुछ जलवाष्प संघनित होकर ओस के रूप में बाहर गिर जाता है। यदि आप सुबह घास पर नंगे पैर चलते हैं, तो यह छूने पर गीली और ठंडी होगी, क्योंकि सुबह के सूरज के कारण यह पहले से ही सक्रिय रूप से वाष्पित हो रही है। ऐसी ही स्थिति तब होती है जब आप सर्दियों में चश्मा पहनकर सड़क से किसी गर्म कमरे में प्रवेश करते हैं - चश्मे पर कोहरा छा जाएगा, क्योंकि हवा में मौजूद जल वाष्प चश्मे की ठंडी सतह पर संघनित हो जाएगा। इसे रोकने के लिए, आप नियमित साबुन का उपयोग कर सकते हैं और कांच पर लगभग 1 सेमी की वृद्धि में एक ग्रिड लगा सकते हैं, और फिर एक मुलायम कपड़े से साबुन को धीरे-धीरे और बिना जोर से दबाए रगड़ सकते हैं। चश्मे के लेंस एक पतली अदृश्य फिल्म से ढके होंगे और धुंध नहीं पड़ेगी।

हवा में जलवाष्प को बड़ी सटीकता के साथ एक आदर्श गैस माना जा सकता है और इसकी अवस्था के मापदंडों की गणना मेंडेलीव-क्लैपेरॉन समीकरण का उपयोग करके की जा सकती है। आइए मान लें कि दिन के दौरान हवा का तापमान सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर है 30 0 सी, और हवा की नमी 50% . आइए जानें कि रात में ओस गिरने के लिए हवा को किस तापमान तक ठंडा होना चाहिए। इस मामले में, हम मान लेंगे कि हवा में जल वाष्प की सामग्री (घनत्व) नहीं बदली है।

संतृप्त जलवाष्प का घनत्व 30 0 सीके बराबर 30.4 ग्राम/घनमीटर(सारणीबद्ध मान). चूँकि वायु में आर्द्रता 50% है, जलवाष्प का घनत्व है 0.5 30.4 ग्राम/घनमीटर = 15.2 ग्राम/घनमीटर. यदि एक निश्चित तापमान पर यह घनत्व संतृप्त जलवाष्प के घनत्व के बराबर हो तो ओस गिरेगी। सारणीबद्ध आंकड़ों के अनुसार, यह लगभग तापमान पर घटित होगा 18 0 सी. यानी अगर रात में हवा का तापमान नीचे चला जाए 18 0 सी, फिर ओस गिरेगी।

प्रस्तावित विधि का उपयोग करके, हमारा सुझाव है कि आप समस्या का समाधान करें:

मात्रा के साथ एक बंद जार में 2 एलहवा है जिसकी नमी है 80% , और तापमान 25 0 सी.जार को रेफ्रिजरेटर में रखा गया था, जिसके अंदर का तापमान कितना था 6 0 सी. थर्मल संतुलन की शुरुआत के बाद पानी का कितना द्रव्यमान ओस के रूप में गिरेगा?