Aký je proces odparovania? Výskumná práca „Odparovanie

K odparovaniu kvapaliny dochádza pri akejkoľvek teplote a čím rýchlejšie, čím vyššia je teplota, tým väčšia je voľná plocha povrchu odparujúcej sa kvapaliny a tým rýchlejšie sa odstraňujú pary vytvorené nad kvapalinou.

Pri určitej teplote, v závislosti od povahy kvapaliny a tlaku, pod ktorým sa nachádza, začína vyparovanie v celej hmote kvapaliny. Tento proces sa nazýva varenie.

Ide o proces intenzívneho odparovania nielen z voľného povrchu, ale aj z objemu kvapaliny. V objeme sa tvoria bublinky naplnené nasýtenou parou. Pôsobením vztlakovej sily stúpajú nahor a prasknú na povrchu. Centrami ich vzniku sú drobné bublinky cudzích plynov alebo čiastočky rôznych nečistôt.

Ak má bublina rozmery rádovo niekoľko milimetrov alebo viac, potom druhý člen možno zanedbať, a preto pre veľké bubliny pri konštantnom vonkajšom tlaku kvapalina vrie, keď sa tlak nasýtených pár v bublinách rovná vonkajšiemu tlaku. .

V dôsledku chaotického pohybu nad povrchom kvapaliny sa molekula pary, spadajúca do sféry pôsobenia molekulárnych síl, opäť vracia do kvapaliny. Tento proces sa nazýva kondenzácia.

Odparovanie a varenie

Vyparovanie a varenie sú dva spôsoby, ktorými sa kvapalina môže zmeniť na plyn (para). Proces takéhoto prechodu sa nazýva vaporizácia. To znamená, že odparovanie a varenie sú metódy odparovania. Medzi týmito dvoma metódami sú značné rozdiely.

K odparovaniu dochádza iba z povrchu kvapaliny. Je to výsledok skutočnosti, že molekuly akejkoľvek kvapaliny sa neustále pohybujú. Okrem toho je rýchlosť molekúl odlišná. Molekuly s dostatočne vysokou rýchlosťou, keď sú na povrchu, môžu prekonať silu príťažlivosti iných molekúl a skončiť vo vzduchu. Molekuly vody, jednotlivo vo vzduchu, tvoria paru. Nie je možné vidieť páry ich očami. To, čo vidíme ako vodnú hmlu, je už výsledkom kondenzácie (proces opačný k vyparovaniu), keď sa para po ochladení zhromažďuje vo forme drobných kvapôčok.

V dôsledku vyparovania sa samotná kvapalina ochladzuje, keď ju opúšťajú najrýchlejšie molekuly. Ako viete, teplota je presne určená rýchlosťou pohybu molekúl látky, to znamená ich kinetickou energiou.

Rýchlosť odparovania závisí od mnohých faktorov. Po prvé, závisí to od teploty kvapaliny. Čím vyššia je teplota, tým rýchlejšie je odparovanie. Je to pochopiteľné, keďže molekuly sa pohybujú rýchlejšie, čo znamená, že ľahšie unikajú z povrchu. Rýchlosť odparovania závisí od látky. V niektorých látkach sú molekuly priťahované silnejšie, a preto je pre nich ťažšie vyletieť, v iných sú zasa slabšie, a preto ľahšie opúšťajú kvapalinu. Odparovanie závisí aj od plochy povrchu, nasýtenia vzduchu parou a vetra.

Najdôležitejšia vec, ktorá odlišuje odparovanie od varu, je, že k odparovaniu dochádza pri akejkoľvek teplote a vyskytuje sa iba z povrchu kvapaliny.

Na rozdiel od vyparovania dochádza k varu iba pri určitej teplote. Každá látka v kvapalnom stave má svoj vlastný bod varu. Napríklad voda pri normálnom atmosférickom tlaku vrie pri 100 °C a alkohol pri 78 °C. S klesajúcim atmosférickým tlakom však teplota varu všetkých látok mierne klesá.

Keď voda vrie, uvoľňuje sa v nej rozpustený vzduch. Keďže nádoba sa zvyčajne ohrieva zospodu, teplota v spodných vrstvách vody je vyššia a najskôr sa tam tvoria bubliny. Do týchto bublín sa vyparuje voda a tie sa nasýtia vodnou parou.

Pretože bubliny sú ľahšie ako samotná voda, stúpajú nahor. Tým, že sa vrchné vrstvy vody nezohriali až k bodu varu, bublinky sa ochladzujú a para v nich kondenzuje späť na vodu, bublinky sa stávajú ťažšími a opäť klesajú.

Keď sa všetky vrstvy kvapaliny zahrejú na teplotu varu, bubliny už neklesajú, ale stúpajú na povrch a prasknú. Para z nich končí vo vzduchu. Počas varu sa teda proces odparovania nevyskytuje na povrchu kvapaliny, ale v celej jej hrúbke vo vzduchových bublinách, ktoré sa tvoria. Na rozdiel od vyparovania je varenie možné len pri určitej teplote.

Malo by byť zrejmé, že keď kvapalina vrie, dochádza aj k normálnemu odparovaniu z jej povrchu.

Čo určuje rýchlosť odparovania kvapaliny?

Mierou rýchlosti vyparovania je množstvo látky, ktoré unikne za jednotku času z jednotky voľného povrchu kvapaliny. Anglický fyzik a chemik D. Dalton na začiatku 19. storočia. zistili, že rýchlosť vyparovania je úmerná rozdielu medzi tlakom nasýtenej pary pri teplote vyparujúcej sa kvapaliny a skutočným tlakom skutočnej pary, ktorá existuje nad kvapalinou. Ak sú kvapalina a para v rovnováhe, potom je rýchlosť vyparovania nulová. Presnejšie povedané, stáva sa to, ale opačný proces prebieha rovnakou rýchlosťou - kondenzácii(prechod látky z plynného alebo plynného skupenstva do kvapaliny). Rýchlosť vyparovania závisí aj od toho, či k nemu dochádza v pokojnej alebo pohybujúcej sa atmosfére; jeho rýchlosť sa zvýši, ak sa vzniknutá para odfúkne prúdom vzduchu alebo sa odčerpá čerpadlom.

Ak dôjde k odparovaniu z kvapalného roztoku, potom sa rôzne látky odparujú rôznou rýchlosťou. Rýchlosť vyparovania danej látky klesá so zvyšujúcim sa tlakom cudzích plynov, ako je vzduch. Preto k odparovaniu do prázdnoty dochádza pri najvyššej rýchlosti. Naopak, pridaním cudzieho, inertného plynu do nádoby sa dá odparovanie značne spomaliť.

Niekedy sa vyparovanie nazýva aj sublimácia alebo sublimácia, teda prechod tuhej látky do plynného skupenstva. Takmer všetky ich vzory sú naozaj podobné. Teplo sublimácie je väčšie ako teplo vyparovania približne o teplo topenia.

Rýchlosť odparovania teda závisí od:

1. Druh tekutiny. Kvapalina, ktorej molekuly sa navzájom priťahujú menšou silou, sa rýchlejšie odparuje. V tomto prípade môže väčší počet molekúl prekonať príťažlivosť a vyletieť z kvapaliny.
2. Odparovanie prebieha rýchlejšie, čím vyššia je teplota kvapaliny. Čím vyššia je teplota kvapaliny, tým väčší je počet rýchlo sa pohybujúcich molekúl v nej, ktoré dokážu prekonať príťažlivé sily okolitých molekúl a odletieť z povrchu kvapaliny.
3. Rýchlosť vyparovania kvapaliny závisí od jej povrchu. Tento dôvod sa vysvetľuje skutočnosťou, že kvapalina sa odparuje z povrchu a čím väčšia je plocha povrchu kvapaliny, tým väčší je počet molekúl, ktoré z nej súčasne lietajú do vzduchu.
4. Pri vetre dochádza k rýchlejšiemu odparovaniu kvapaliny. Súčasne s prechodom molekúl z kvapaliny do pary dochádza aj k opačnému procesu. Niektoré molekuly, ktoré ju opustili, sa náhodne pohybujú po povrchu kvapaliny a opäť sa do nej vracajú. Preto sa hmotnosť kvapaliny v uzavretej nádobe nemení, hoci kvapalina pokračuje v odparovaní.

závery

Hovoríme, že voda sa vyparuje. Ale čo to znamená? Vyparovanie je proces, pri ktorom sa kvapalina vo vzduchu rýchlo mení na plyn alebo paru. Mnoho kvapalín sa odparuje veľmi rýchlo, oveľa rýchlejšie ako voda. To platí pre alkohol, benzín a čpavok. Niektoré kvapaliny, ako napríklad ortuť, sa vyparujú veľmi pomaly.

Čo spôsobuje odparovanie? Aby ste to pochopili, musíte pochopiť niečo o podstate hmoty. Pokiaľ vieme, každá látka sa skladá z molekúl. Na tieto molekuly pôsobia dve sily. Jednou z nich je súdržnosť, ktorá ich k sebe priťahuje. Druhou je tepelný pohyb jednotlivých molekúl, ktorý spôsobuje ich rozlet.

Ak je lepiaca sila vyššia, látka zostáva v pevnom stave. Ak je tepelný pohyb taký silný, že presahuje súdržnosť, potom sa látka stáva alebo je plynom. Ak sú tieto dve sily približne vyrovnané, potom máme kvapalinu.

Voda je samozrejme kvapalina. Ale na povrchu kvapaliny sú molekuly, ktoré sa pohybujú tak rýchlo, že prekonajú silu adhézie a odletia do vesmíru. Proces odchodu molekúl sa nazýva vyparovanie.

Prečo sa voda vyparuje rýchlejšie, keď je vystavená slnku alebo zohriata? Čím vyššia je teplota, tým intenzívnejší je tepelný pohyb v kvapaline. To znamená, že čoraz viac molekúl naberá dostatočnú rýchlosť na to, aby odleteli. Keď najrýchlejšie molekuly odlietajú, rýchlosť zostávajúcich molekúl sa v priemere spomalí. Prečo sa zvyšná kvapalina ochladzuje odparovaním?

Takže keď voda vyschne, znamená to, že sa zmenila na plyn alebo paru a stala sa súčasťou vzduchu.

Odparovanie

Odparovanie nad hrnčekom čaju

Odparovanie- proces prechodu látky z kvapalného do plynného skupenstva, prebiehajúci na povrchu látky (pary). Proces vyparovania je opakom procesu kondenzácie (prechod z parného do kvapalného stavu). Vyparovanie (vyparovanie), prechod látky z kondenzovanej (tuhej alebo kvapalnej) fázy do plynnej (pary); fázový prechod prvého rádu.

Vo vyššej fyzike existuje rozvinutejšia koncepcia vyparovania.

Odparovanie- ide o proces, pri ktorom častice (molekuly, atómy) vyletujú (odtrhávajú) z povrchu kvapaliny alebo pevnej látky, pričom E k > E p.

všeobecné charakteristiky

Vyparovanie tuhej látky sa nazýva sublimácia a tvorba pary v objeme kvapaliny sa nazýva var. Vyparovaním sa zvyčajne rozumie tvorba pary na voľnom povrchu kvapaliny v dôsledku tepelného pohybu jej molekúl pri teplote pod bodom varu, ktorý zodpovedá tlaku plynného média umiestneného nad špecifikovaným povrchom. V tomto prípade molekuly s dostatočne vysokou kinetickou energiou unikajú z povrchovej vrstvy kvapaliny do plynného prostredia; niektoré z nich sa odrazia späť a zachytia kvapalinou, zatiaľ čo ostatné sú ňou nenávratne stratené.

Vyparovanie je endotermický proces, pri ktorom sa absorbuje teplo fázového prechodu - teplo vyparovania vynaložené na prekonanie síl molekulárnej súdržnosti v kvapalnej fáze a na expanznú prácu pri premene kvapaliny na paru. Merné teplo vyparovania sa vzťahuje na 1 mól kvapaliny (molárne teplo vyparovania, J/mol) alebo na jednotku jej hmotnosti (hmotnostné teplo vyparovania, J/kg). Rýchlosť vyparovania je určená povrchovou hustotou parného toku jп prenikajúceho za jednotku času do plynnej fázy z jednotkovej plochy povrchu kvapaliny [v mol/(s.m 2) alebo kg/(s.m 2)]. Najvyššia hodnota jp sa dosahuje vo vákuu. Ak je nad kvapalinou relatívne husté plynné médium, odparovanie sa spomaľuje v dôsledku skutočnosti, že rýchlosť odstraňovania molekúl pary z povrchu kvapaliny do plynného média je malá v porovnaní s rýchlosťou ich emisie z kvapaliny. V tomto prípade sa na fázovom rozhraní vytvorí vrstva zmesi para-plyn, takmer nasýtená parou. Parciálny tlak a koncentrácia pár v tejto vrstve sú vyššie ako v objeme zmesi para-plyn.

Proces vyparovania závisí od intenzity tepelného pohybu molekúl: čím rýchlejšie sa molekuly pohybujú, tým rýchlejšie dochádza k vyparovaniu. Okrem toho dôležitými faktormi ovplyvňujúcimi proces odparovania je rýchlosť vonkajšej (vzhľadom na látku) difúzie, ako aj vlastnosti samotnej látky. Zjednodušene povedané, keď je vietor, dochádza k vyparovaniu oveľa rýchlejšie. Čo sa týka vlastností látky, napríklad alkohol sa odparuje oveľa rýchlejšie ako voda. Dôležitým faktorom je aj povrch kvapaliny, z ktorej dochádza k odparovaniu: z úzkej karafy to bude prebiehať pomalšie ako zo širokého taniera.

Molekulová úroveň

Uvažujme tento proces na molekulárnej úrovni: molekuly, ktoré majú dostatočnú energiu (rýchlosť), aby prekonali príťažlivosť susedných molekúl, sa vymykajú z hraníc látky (kvapaliny). V tomto prípade kvapalina stráca časť svojej energie (ochladzuje sa). Napríklad veľmi horúcu kvapalinu: fúkame na jej povrch, aby sme ju ochladili, pričom urýchlime proces odparovania.

Termodynamická rovnováha

Porušenie termodynamickej rovnováhy medzi kvapalinou a parou obsiahnutou v zmesi para-plyn sa vysvetľuje teplotným skokom na fázovom rozhraní. Tento skok však možno zvyčajne zanedbať a možno predpokladať, že parciálny tlak a koncentrácia pary na rozhraní zodpovedajú ich hodnotám pre nasýtenú paru s teplotou povrchu kvapaliny. Ak sú kvapalina a zmes pary a plynu nehybné a vplyv voľnej konvekcie v nich je zanedbateľný, k odstráneniu pár vzniknutých pri odparovaní z povrchu kvapaliny do plynného prostredia dochádza najmä v dôsledku molekulárnej difúzie a vzhľadu. hmotového fázového rozhrania spôsobeného týmto druhom s polopriepustným (pre plyn nepreniknuteľným) povrchom (tzv. Stefanovského) prúdením zmesi para-plyn smerujúcou z povrchu kvapaliny do plynného prostredia (pozri Difúzia). Rozloženie teploty pri rôznych režimoch chladenia kvapaliny odparovaním. Tepelné toky sú smerované: a - z kvapalnej fázy na povrch odparovania do plynnej fázy; b - z kvapalnej fázy len na odparovací povrch; c - na odparovaciu plochu z oboch fáz; d - k odparovacej ploche len zo strany plynnej fázy.

Baro-, tepelná difúzia

Účinky tlaku a tepelnej difúzie sa zvyčajne nezohľadňujú v technických výpočtoch, ale vplyv tepelnej difúzie môže byť významný, keď je zmes pary a plynu vysoko heterogénna (s veľkým rozdielom v molárnych hmotnostiach jej zložiek) a významná. teplotné gradienty. Keď sa jedna alebo obe fázy pohybujú vzhľadom na svoje rozhranie, zvyšuje sa úloha konvekčného prenosu hmoty a energie zmesi para-plyn a kvapaliny.

Pri absencii dodávky energie do systému kvapalina-plyn zvonku. zdroje tepla Výpar môže byť dodávaný do povrchovej vrstvy kvapaliny z jednej alebo oboch fáz. Na rozdiel od výsledného toku hmoty, ktorý je vždy smerovaný pri odparovaní z kvapaliny do plynného média, tepelné toky môžu mať rôzne smery v závislosti od teplotných pomerov objemu kvapaliny tl, fázovej hranice tgr a plynného média. tg. Keď sa určité množstvo kvapaliny dostane do kontaktu s polonekonečným objemom alebo prúdom plynného média obmývajúceho jej povrch a pri teplote kvapaliny vyššej ako je teplota plynu (tl > tg > tg), dochádza k tepelnému toku z kvapaliny do fázové rozhranie: (Qlg = Ql - Qi, kde Qi je teplo vyparovania, Qlg je množstvo tepla odovzdaného z kvapaliny do plynného média. V tomto prípade dochádza k ochladzovaniu kvapaliny (tzv. ochladzovanie odparovaním). Ak sa v dôsledku takéhoto ochladenia dosiahne rovnosť tgr = tg, prestup tepla z kvapaliny do plynu sa zastaví ( Qlg = 0) a všetko teplo dodané zo strany kvapaliny na rozhranie sa spotrebuje na odparovanie (Ql = Qi).

V prípade plynného média nenasýteného parou zostáva parciálny tlak pary na fázovom rozhraní a pri Ql = Qi vyšší ako v objeme plynu, v dôsledku čoho dochádza k odparovaniu a ochladzovaniu kvapaliny odparovaním. neprestáva a tgr sa stáva nižším ako tl a tg. V tomto prípade je teplo privádzané na rozhranie z oboch fáz, kým sa v dôsledku poklesu tl nedosiahne rovnosť tgr = tl a tepelný tok zo strany kvapaliny sa zastaví a z plynného média Qgl sa rovná Qi. K ďalšiemu vyparovaniu kvapaliny dochádza pri konštantnej teplote tm = tl = tgr, ktorá sa nazýva medza ochladzovania kvapaliny pri ochladzovaní odparovaním alebo teplota mokrého teplomera (ako to ukazuje psychrometr s mokrým teplom). Hodnota tm závisí od parametrov plynného média a podmienok prenosu tepla a hmoty medzi kvapalnou a plynnou fázou.

Ak je kvapalné a plynné médium s rôznymi teplotami v obmedzenom objeme, ktorý neprijíma energiu zvonku a neuvoľňuje ju von, dochádza k vyparovaniu, až kým medzi dvoma fázami nenastane termodynamická rovnováha, v ktorej sú teploty obe fázy sa vyrovnávajú konštantnou entalpiou systému a plynná fáza je nasýtená parou pri teplote systému tad. Tá, nazývaná adiabatická teplota nasýtenia plynu, je určená iba počiatočnými parametrami oboch fáz a nezávisí od podmienok prenosu tepla a hmoty.

Rýchlosť odparovania

Rýchlosť izotermického vyparovania [kg/(m 2 s)] s jednosmernou difúziou pary do stacionárnej vrstvy binárnej zmesi para-plyn hrúbky d, [m] umiestnenej nad povrchom kvapaliny možno zistiť pomocou Stefanovho vzorca: , kde D je koeficient vzájomnej difúzie, [m 2 /With]; - plynová konštantná para, [J/(kg K)] alebo [m 2 /(s 2 K)]; T - teplota zmesi, [K]; p - tlak zmesi pary a plynu, [Pa]; - parciálne tlaky pár na rozhraní a na vonkajšej hranici vrstvy zmesi, [Pa].

Vo všeobecnom prípade (pohyb kvapaliny a plynu, neizotermické podmienky) v hraničnej vrstve kvapaliny susediacej s rozhraním je prenos hybnosti sprevádzaný prenosom tepla a v hraničnej vrstve plynu (zmes pary a plynu) je prepojené teplo. a dochádza k prenosu hmoty. V tomto prípade sa na výpočet rýchlosti vyparovania využívajú experimentálne koeficienty prestupu tepla a hmoty a v relatívne jednoduchších prípadoch približné metódy numerického riešenia sústavy diferenciálnych rovníc pre konjugované hraničné vrstvy plynnej a kvapalnej fázy.

Intenzita prestupu hmoty počas vyparovania závisí od rozdielu v chemických potenciáloch pary na rozhraní a v objeme zmesi para-plyn. Ak však možno zanedbať baro- a tepelnú difúziu, rozdiel v chemických potenciáloch sa nahradí rozdielom parciálnych tlakov alebo koncentrácií pár a berie sa toto: jп = bp (рп, gr - рп, zásadité) = bpp(уп , гр - уп, základný) alebo jп = bc( cп, gr - sp, hlavný), kde bp, bc - koeficient prenosu hmoty, p - tlak zmesi, rp - parciálny tlak pár, yп = pп/p - molárna koncentrácia pary, cп = rп/r - hmotnostná koncentrácia pár, rп, r - miestne hustoty pár a zmesí; indexy znamenajú: „gr“ - na hranici fázy, „základné“ - v hlavnom. hmotnosť zmesi. Hustota tepelného toku vydávaného kvapalinou pri vyparovaní je [v J/(m2 s)]: q = azh(tl - tg) = rjп + ag (tg - tg), kde azh, ag - koeficient prestupu tepla z kvapaliny a plyn, [W/(m2K)]; r - teplo Vyparovanie, [J/kg].

Pre veľmi malé polomery zakrivenia odparovacej plochy (napríklad pri vyparovaní malých kvapiek kvapaliny) sa berie do úvahy vplyv povrchového napätia kvapaliny, čo vedie k tomu, že rovnovážny tlak pary nad rozhraním je vyšší ako tlak nasýtených pár tej istej kvapaliny nad rovným povrchom. Ak tgr ~ tl, potom pri výpočte odparovania možno brať do úvahy iba prenos tepla a hmoty v plynnej fáze. Pri relatívne nízkej intenzite prestupu hmoty približne platí analógia medzi procesmi prestupu tepla a hmoty, z čoho vyplýva: Nu/Nu0 = Sh*/Sh0, kde Nu = ag l/lg je Nusseltovo číslo, l je charakteristická veľkosť odparovacej plochy, lg je súčiniteľ tepelnej vodivosti zmesi pary a plynu, Sh* = bpyг, grl/Dp = bccг, grl/D - Sherwoodovo číslo pre difúznu zložku prúdu pary, Dp = D/ RпT - difúzny koeficient súvisiaci s parciálnym tlakovým gradientom pary. Hodnoty bp a bс sú vypočítané z vyššie uvedených vzťahov, čísla Nu0 a Sh0 zodpovedajú jп: 0 a možno ich určiť z údajov pre samostatne prebiehajúce procesy prenosu tepla a hmoty. Číslo Sh0 pre celkový (difúzny a konvekčný) tok pary sa zistí vydelením Sh* molárnou (yg, g) alebo hmotnostnou (cr, g) koncentráciou plynu na rozhraní, v závislosti od toho, ktorá hnacia sila hmotnosti prenáša koeficient. b je priradené.

Rovnice

Rovnice podobnosti pre Nu a Sh* počas odparovania zahŕňajú okrem zvyčajných kritérií (Reynoldsove čísla Re, Archimedes Ar, Prandtl Pr alebo Schmidt Sc a geometrické parametre) parametre, ktoré zohľadňujú vplyv priečneho prúdenia pary a stupeň heterogenity zmesi para-plyn (pomery molárnych hmotností alebo plynových konštánt jej zložiek) na profiloch, rýchlostiach, teplotách alebo koncentráciách v priereze hraničnej vrstvy.

Pri malých jп, ktoré výrazne nenarúšajú hydrodynamický režim pohybu zmesi pary a plynu (napríklad pri vyparovaní vody do atmosférického vzduchu) a podobnosť okrajových podmienok teplotných a koncentračných polí, vplyv ďalších argumentov v rovniciach podobnosti je bezvýznamné a možno ich zanedbať za predpokladu, že Nu = Sh. Keď sa viaczložkové zmesi odparia, tieto vzory sa stanú oveľa komplikovanejšími. V tomto prípade je výparné teplo zložiek zmesi a zloženie kvapalnej a parno-plynnej fázy, ktoré sú navzájom v rovnováhe, rôzne a závisia od teploty. Keď sa binárna kvapalná zmes vyparuje, výsledná zmes pár je relatívne bohatšia na prchavú zložku, s výnimkou azeotropických zmesí, ktoré sa odparujú v extrémnych bodoch (maximum alebo minimum) stavových kriviek ako čistá kvapalina.

Návrhy zariadení

Celkové množstvo vyparujúcej sa kvapaliny sa zvyšuje so zväčšujúcou sa kontaktnou plochou kvapalnej a plynnej fázy, preto konštrukcie zariadení, v ktorých dochádza k odparovaniu, zabezpečujú zväčšenie odparovacej plochy vytvorením veľkého zrkadla kvapaliny, jej rozbitím na prúdy a kvapky, alebo tvoriace tenké filmy stekajúce po povrchu dýz. Zvýšenie intenzity prenosu tepla a hmoty pri vyparovaní sa dosiahne aj zvýšením rýchlosti plynného média voči povrchu kvapaliny. Zvýšenie tejto rýchlosti by však nemalo viesť k nadmernému strhávaniu kvapaliny plynným prostredím a výraznému zvýšeniu hydraulického odporu zariadenia.

Aplikácia

Odparovanie je široko používané v priemyselnej praxi na čistenie látok, sušenie materiálov, separáciu kvapalných zmesí a klimatizáciu. Chladenie vody odparovaním sa používa v systémoch cirkulácie vody v podnikoch.

pozri tiež

Literatúra

• // Encyklopedický slovník Brockhausa a Efrona: V 86 zväzkoch (82 zväzkov a 4 dodatočné). - St. Petersburg. 1890-1907.
• Berman L.D., Odparovacie chladenie cirkulujúcej vody, 2. vydanie, M.-L., 1957;
• Fuks N.A., Odparovanie a rast kvapôčok v plynnom prostredí, M., 1958;
• Bird R., Stewart W., Lightfoot E., Transfer Phenomena, prekl. z angličtiny, M., 1974;
• Berman L.D., „Teoretické základy chémie. technika", 1974, zv. 8, č. 6, s. 811-22;
• Sherwood T., Pigford R., Wilkie C., Mass Transfer, prekl. z angličtiny, M., 1982. L. D. Berman.

Odkazy

Nadácia Wikimedia. 2010.

Pozrite sa, čo je „odparovanie“ v iných slovníkoch:

Prechod vo vode z kvapalného alebo pevného skupenstva agregácie do plynného skupenstva (para). Typicky sa fluidizáciou rozumie prechod kvapaliny na paru, ku ktorému dochádza na voľnom povrchu kvapaliny. I. pevné telesá sa nazývajú. sublimácia alebo sublimácia. Závislosť od tlaku ... ... Fyzická encyklopédia

K odparovaniu dochádza na voľnom povrchu kvapaliny. Odparovanie z povrchu pevnej látky sa nazýva sublimácia... Veľký encyklopedický slovník

študentka 9B triedy Chernyshova Kristina MBOU SOŠ č. 27 v Stavropole.

Témou tejto výskumnej práce je štúdium závislosti rýchlosti vyparovania od rôznych vonkajších podmienok. Tento problém zostáva aktuálny v rôznych technologických oblastiach a v prírode okolo nás. Stačí povedať, že kolobeh vody v prírode prebieha cez fázy vyparovania a objemovej kondenzácie. Vodný cyklus zase určuje také dôležité javy, ako je vplyv slnka na planétu alebo jednoducho normálna existencia živých bytostí vo všeobecnosti.

Hypotéza: rýchlosť odparovania závisí od typu látky, povrchu kvapaliny a teploty vzduchu, prítomnosti pohybujúcich sa prúdov vzduchu nad jej povrchom.

Stiahnuť ▼:

Náhľad:

OBECNÁ ROZPOČTOVÁ VZDELÁVACIA INŠTITÚCIA

STREDNÁ ŠKOLA č.27

Výskumná práca:

"Odparovanie a faktory ovplyvňujúce tento proces"

Vyplnil: žiak 9B ročníka

Chernyshova Kristína.

Učiteľka: Vetrová L.I.

Stavropol

2013

I.Úvod………………………………………………………………………………………....…….3

II Teoretická časť………………………………………………………..4

1. Základné princípy molekulárnej kinetickej teórie………………………4

2. Teplota……………………………………………………………………….. 6

3. Charakteristiky kvapalného stavu látky………………………………………...7

4. Vnútorná energia……………………………………………………….……..8

5. Odparovanie………………………………………………………………………………………..10

III.Výskumná časť………………………………..………………………..14

IV.Záver……………………………………………………………………………….…..21

V. Literatúra………………………………………………………………………………………..22

Úvod

Témou tejto výskumnej práce je štúdium závislosti rýchlosti vyparovania od rôznych vonkajších podmienok. Tento problém zostáva aktuálny v rôznych technologických oblastiach a v prírode okolo nás. Stačí povedať, že kolobeh vody v prírode prebieha cez fázy vyparovania a objemovej kondenzácie. Vodný cyklus zase určuje také dôležité javy, ako je vplyv slnka na planétu alebo jednoducho normálna existencia živých bytostí vo všeobecnosti.

Odparovanie je široko používané v priemyselnej praxi na čistenie látok, sušenie materiálov, separáciu kvapalných zmesí a klimatizáciu. Chladenie vody odparovaním sa používa v systémoch cirkulácie vody v podnikoch.

V karburátorových a dieselových motoroch určuje distribúcia veľkosti častíc paliva rýchlosť ich spaľovania, a tým aj proces činnosti motora. Kondenzačné hmly netvoria len vodnú paru pri spaľovaní rôznych palív, ale vzniká mnoho kondenzačných jadier, ktoré môžu slúžiť ako kondenzačné centrá pre iné pary. Tieto zložité procesy určujú účinnosť motorov a straty paliva. Dosahovanie najlepších výsledkov pri skúmaní týchto javov by mohlo slúžiť ako informácia pre pohyb technického pokroku u nás.

Takže , cieľom tejto práce- preskúmať závislosť rýchlosti odparovania od rôznych environmentálnych faktorov a pomocou grafov a starostlivého pozorovania si všímať vzorce.

Hypotéza : rýchlosť odparovania závisí od typu látky, povrchu kvapaliny a teploty vzduchu, prítomnosti pohybujúcich sa prúdov vzduchu nad jej povrchom.

Pri výskume sme použili rôzne jednoduché prístroje, ako je teplomer, ale aj internetové zdroje a inú literatúru.

II Teoretická časť.

1. Základné princípy teórie molekulovej kinetiky

Vlastnosti látok nachádzajúcich sa v prírode a technike sú rozmanité a rozmanité: sklo je priehľadné a krehké a oceľ elastická a nepriehľadná, meď a striebro sú dobrými vodičmi tepla a elektriny, ale porcelán a hodváb sú zlé atď.

Aká je vnútorná štruktúra akejkoľvek látky? Je pevná (súvislá) alebo má zrnitú (diskrétnu) štruktúru, podobnú štruktúre hromady piesku?

Otázka štruktúry hmoty bola položená už v starovekom Grécku, ale nedostatok experimentálnych údajov znemožnil jej riešenie a po dlhú dobu (viac ako dvetisíc rokov) nebolo možné overiť skvelé odhady o štruktúre hmoty. vyjadrili starogrécki myslitelia Leucippus a Democritus (460-370 pred Kr.), ktorí učili, že všetko v prírode pozostáva z atómov v nepretržitom pohybe. Ich učenie bolo následne zabudnuté a v stredoveku sa už hmota považovala za spojitú a zmeny a stavy telies sa vysvetľovali pomocou beztiažových kvapalín, z ktorých každá zosobňovala určitú vlastnosť hmoty a mohla z tela vstúpiť aj vystúpiť. . Napríklad sa verilo, že pridávanie kalórií do tela spôsobuje jeho zahrievanie, naopak k ochladzovaniu tela dochádza v dôsledku toku kalórií atď.

V polovici 17. stor. Francúzsky vedec P. Gassendi (1592-1655) sa vrátil k názorom Demokrita. Veril, že v prírode existujú látky, ktoré sa nedajú rozložiť na jednoduchšie zložky. Takéto látky sa dnes nazývajú chemické prvky, napríklad vodík, kyslík, meď atď. Podľa Gassendiho každý prvok pozostáva z atómov určitého typu.

V prírode je relatívne málo rôznych prvkov, ale ich atómy, ktoré sa spájajú do skupín (medzi nimi môžu byť rovnaké atómy), dávajú najmenšiu časticu nového typu látky - molekulu. V závislosti od počtu a typu atómov v molekule sa získajú látky s rôznymi vlastnosťami.

V 18. storočí Objavili sa diela M.V. Lomonosova, ktoré položili základy molekulárnej kinetickej teórie štruktúry hmoty. Lomonosov rozhodne bojoval za vylúčenie beztiažových kvapalín, ako sú kalorické, ako aj atómy chladu, zápachu atď., Z fyziky, ktoré sa v tom čase široko používali na vysvetlenie zodpovedajúcich javov. Lomonosov dokázal, že všetky javy sa prirodzene vysvetľujú pohybom a interakciou molekúl hmoty. - |Začiatkom 19. storočia anglický vedec D. Dalton (1766-1844) ukázal, že iba pomocou predstáv o atómoch a molekulách je možné odvodiť a vysvetliť chemické zákony známe z experimentov. Vedecky tak podložil molekulárnu štruktúru hmoty. Po Daltonovej práci existenciu atómov a molekúl uznala veľká väčšina vedcov.

Do začiatku 20. storočia. merali sa veľkosti, hmotnosti a rýchlosti pohybu molekúl hmoty, určilo sa umiestnenie jednotlivých atómov v molekulách, slovom, konečne sa dokončila konštrukcia molekulárnej kinetickej teórie štruktúry hmoty, ktorej závery boli potvrdené mnohými experimentmi.

Hlavné ustanovenia tejto teórie sú nasledovné:

1) každá látka pozostáva z molekúl, medzi ktorými sú medzimolekulové priestory;

2) molekuly sú vždy v nepretržitom neusporiadanom (chaotickom) pohybe;

3) medzi molekulami pôsobia príťažlivé aj odpudivé sily. Tieto sily závisia od vzdialenosti medzi molekulami. Sú významné len na veľmi krátke vzdialenosti a rýchlo sa znižujú, keď sa molekuly od seba vzďaľujú. Povaha týchto síl je elektrická.

2. Teplota.

Ak sa všetky telesá skladajú z nepretržite a náhodne sa pohybujúcich molekúl, ako sa potom prejaví zmena rýchlosti pohybu molekúl, teda ich kinetickej energie a aké vnemy tieto zmeny v človeku vyvolajú? Ukazuje sa, že zmena priemernej kinetickej energie translačného pohybu molekúl súvisí s ohrevom alebo ochladzovaním telies.

Často človek určuje telesné teplo dotykom, napríklad dotykom ruky na vykurovacie teleso, hovoríme: radiátor je studený, teplý alebo horúci. Určiť, či je telo horúce dotykom, je však často klamlivé. Keď sa človek v zime dotkne rukou dreveného a kovového tela, zdá sa mu, že kovový predmet je chladnejší ako drevený, hoci v skutočnosti je ich zahrievanie rovnaké. Preto je potrebné stanoviť hodnotu, ktorá by objektívne vyhodnotila zahriatie organizmu a vytvoriť zariadenie na jeho meranie.

Veličina charakterizujúca stupeň zahriatia telesa sa nazýva teplota. Zariadenie na meranie teploty sa nazýva teplomer. Pôsobenie najbežnejších teplomerov je založené na rozťahovaní telies pri zahrievaní a stláčaní pri ochladzovaní. Pri kontakte dvoch telies s rôznymi teplotami dochádza medzi telesami k výmene energie. V tomto prípade viac zohriate teleso (s vysokou teplotou) energiu stráca a menej zohriate (s nízkou teplotou) ju získava. Táto výmena energie medzi telesami vedie k vyrovnaniu ich teplôt a končí, keď sa teploty telies vyrovnajú.

Pocit tepla človeka nastáva vtedy, keď prijíma energiu z okolitých tiel, teda keď je ich teplota vyššia ako teplota človeka. Pocit chladu je spojený s uvoľňovaním energie človekom do okolitých tiel. Vo vyššie uvedenom príklade sa človeku zdá kovové telo chladnejšie ako drevené, pretože na kovové telesá sa z ruky prenáša energia rýchlejšie ako na drevené a v prvom prípade teplota ruky rýchlejšie klesá.

3. Charakteristika kvapalného stavu látky.

Molekuly kvapaliny oscilujú okolo náhodne sa vyskytujúcej rovnovážnej polohy nejaký čas t a potom preskočia do novej polohy. Čas, počas ktorého molekula osciluje okolo rovnovážnej polohy, sa nazýva čas „ustáleného života“ molekuly. Závisí to od druhu kvapaliny a jej teploty. Keď sa kvapalina zahrieva, doba „usadzovania“ sa skracuje.

Ak sa v kvapaline izoluje dostatočne malý objem, potom sa v nej počas „usadeného života“ zachová usporiadané usporiadanie molekúl kvapaliny, t.j. existuje zdanie kryštálovej mriežky tuhých látok. Ak však vezmeme do úvahy vzájomné usporiadanie molekúl kvapaliny vo veľkom objeme kvapaliny, ukáže sa to ako chaotické.

Preto môžeme povedať, že v kvapaline existuje „poradie krátkeho dosahu“ v usporiadaní molekúl. Usporiadané usporiadanie molekúl kvapaliny v malých objemoch sa nazýva kvázikryštalické (podobné kryštálom). Pri krátkodobých účinkoch na kvapalinu, kratšom ako je doba „usadenia“, sa ukazuje veľká podobnosť vlastností kvapaliny s vlastnosťami tuhej látky. Napríklad, keď malý kameň s rovným povrchom prudko narazí na vodu, kameň sa od neho odrazí, t.j. kvapalina má elastické vlastnosti. Ak plavec skákajúci z plošiny narazí celým telom na hladinu vody, bude vážne zranený, pretože za týchto podmienok sa kvapalina správa ako pevné teleso.

Ak je čas vystavenia kvapaline dlhší ako doba „usadenej životnosti“ molekúl, potom sa zistí tekutosť kvapaliny. Napríklad osoba voľne vstupuje do vody z brehu rieky atď. Hlavnými znakmi kvapalného stavu sú tekutosť kvapaliny a zachovanie objemu. Tekutosť kvapaliny úzko súvisí s dobou „usadenej životnosti“ jej molekúl. Čím je tento čas kratší, tým väčšia je pohyblivosť molekúl kvapaliny, t. j. tým väčšia je tekutosť kvapaliny a jej vlastnosti sú bližšie vlastnostiam plynu.

Čím vyššia je teplota kvapaliny, tým viac sa jej vlastnosti líšia od vlastností pevnej látky a približujú sa vlastnostiam hustých plynov. Kvapalné skupenstvo látky je teda medzistupeň medzi pevným a plynným stavom tej istej látky.

4. Vnútorná energia

Každé telo je súhrnom obrovského množstva častíc. V závislosti od štruktúry látky sú tieto častice molekuly, atómy alebo ióny. Každá z týchto častíc má zase pomerne zložitú štruktúru. Molekula teda pozostáva z dvoch alebo viacerých atómov, atómy pozostávajú z jadra a elektrónového obalu; jadro pozostáva z protónov a neutrónov atď.

Častice, ktoré tvoria teleso, sú v nepretržitom pohybe; okrem toho sa určitým spôsobom vzájomne ovplyvňujú.

Vnútorná energia telesa je súčtom kinetických energií častíc, z ktorých pozostáva, a energií ich vzájomnej interakcie (potenciálnych energií).

Poďme zistiť, pri akých procesoch sa môže meniť vnútorná energia tela.

1. V prvom rade je zrejmé, že vnútorná energia telesa sa pri deformácii mení. V skutočnosti sa počas deformácie mení vzdialenosť medzi časticami; následne sa mení aj energia interakcie medzi nimi. Len v ideálnom plyne, kde sa zanedbávajú sily vzájomného pôsobenia medzi časticami, je vnútorná energia nezávislá od tlaku.

2. Vnútorná energia sa mení počas tepelných procesov. Tepelné procesy sú procesy spojené so zmenami teploty telesa a jeho stavu agregácie - topenie alebo tuhnutie, vyparovanie alebo kondenzácia. Pri zmene teploty sa mení kinetická energia pohybu jeho častíc. Treba však zdôrazniť, že zároveň

Zmení sa aj potenciálna energia ich interakcie (okrem prípadu riedeného plynu). Zvýšenie alebo zníženie teploty je totiž sprevádzané zmenou vzdialenosti medzi rovnovážnymi polohami v uzloch kryštálovej mriežky telesa, čo registrujeme ako tepelnú rozťažnosť telies. Prirodzene, energia interakcie častíc sa v tomto prípade mení. Prechod z jedného stavu agregácie do druhého je výsledkom zmeny molekulárnej štruktúry tela, ktorá spôsobuje zmenu tak energie interakcie častíc, ako aj charakteru ich pohybu.

3. Vnútorná energia tela sa pri chemických reakciách mení. Chemické reakcie sú v skutočnosti procesy preskupovania molekúl, ich rozpadu na jednoduchšie časti alebo naopak vznik zložitejších molekúl z jednoduchších alebo z jednotlivých atómov (reakcie analýzy a syntézy). V tomto prípade sa sily interakcie medzi atómami a tým aj energie ich interakcie výrazne menia. Okrem toho sa mení povaha pohybu molekúl aj vzájomného pôsobenia medzi nimi, pretože molekuly novovzniknutej látky navzájom interagujú inak ako molekuly pôvodných látok.

4. Za určitých podmienok prechádzajú jadrá atómov premenami, ktoré sa nazývajú jadrové reakcie. Bez ohľadu na mechanizmus procesov vyskytujúcich sa v tomto prípade (a môžu byť veľmi odlišné), všetky sú spojené s významnou zmenou energie interagujúcich častíc. V dôsledku toho sú jadrové reakcie sprevádzané zmenou vnútornej energie tela, ktoré obsahuje tieto jadrá

5. Odparovanie

Prechod látky z kvapalného do plynného skupenstva sa nazýva vyparovanie a prechod látky z plynného do kvapalného skupenstva sa nazýva kondenzácia.

Jedným typom tvorby pár je vyparovanie. Vyparovanie je tvorba pary, ku ktorej dochádza iba z voľného povrchu kvapaliny hraničiacej s plynným prostredím. Poďme zistiť, ako sa vyparovanie vysvetľuje na základe molekulárnej kinetickej teórie.

Pretože sa molekuly kvapaliny pohybujú náhodne, medzi molekulami jej povrchovej vrstvy budú vždy molekuly, ktoré sa pohybujú v smere od kvapaliny k plynnému médiu. Nie všetky takéto molekuly však budú môcť vyletieť z kvapaliny, pretože sú vystavené molekulárnym silám, ktoré ich vtiahnu späť do kvapaliny. Preto len tie jeho molekuly, ktoré majú dostatočne vysokú kinetickú energiu, budú schopné uniknúť za povrchovú vrstvu kvapaliny.

V skutočnosti, keď molekula prechádza cez povrchovú vrstvu, musí pôsobiť proti molekulárnym silám v dôsledku svojej kinetickej energie. Tie molekuly, ktorých kinetická energia je menšia ako táto práca, sa vtiahnu späť do kvapaliny a z kvapaliny sa vytiahnu len tie molekuly, ktorých kinetická energia je väčšia ako táto práca. Molekuly uvoľnené z kvapaliny tvoria paru nad jej povrchom. Keďže molekuly unikajúce z kvapaliny získavajú kinetickú energiu v dôsledku zrážok s inými molekulami kvapaliny, priemerná rýchlosť chaotického pohybu molekúl vo vnútri kvapaliny by sa mala pri jej vyparovaní znižovať. Na premenu kvapalnej fázy látky na plynnú teda treba vynaložiť určitú energiu. Molekuly pary nachádzajúce sa nad povrchom kvapaliny môžu pri svojom chaotickom pohybe vletieť späť do kvapaliny a vrátiť jej energiu, ktorú odniesli pri vyparovaní. V dôsledku toho počas odparovania vždy súčasne dochádza ku kondenzácii pár, sprevádzané zvýšením vnútornej energie kvapaliny.

Aké dôvody ovplyvňujú rýchlosť odparovania kvapaliny?

1. Ak nalejete rovnaké objemy vody, alkoholu a éteru do rovnakých tanierikov a budete pozorovať ich odparovanie, ukáže sa, že najskôr sa odparí éter, potom alkohol a ako posledná sa vyparí voda. Preto rýchlosť

odparovanie závisí od druhu kvapaliny.

2. Čím väčší je jeho voľný povrch, tým rýchlejšie sa rovnaká kvapalina vyparuje. Napríklad, ak sa rovnaké objemy vody nalejú do podšálky a do pohára, potom sa voda z podšálky vyparí rýchlejšie ako z pohára.

3. Je ľahké si všimnúť, že horúca voda sa vyparuje rýchlejšie ako studená.

Dôvod je jasný. Čím vyššia je teplota kvapaliny, tým väčšia je priemerná kinetická energia jej molekúl a tým väčší počet ich za rovnaký čas kvapalinu opúšťa.

4. Navyše, rýchlosť vyparovania kvapaliny je tým väčšia, čím nižší je vonkajší tlak na kvapalinu a tým nižšia je hustota pár tejto kvapaliny nad jej povrchom.

Napríklad, keď je vietor, bielizeň schne rýchlejšie ako v pokojnom počasí, pretože vietor odvádza vodnú paru a to pomáha znižovať kondenzáciu pary na bielizni.

Keďže energia sa vynakladá na odparovanie kvapaliny v dôsledku energie jej molekúl, teplota kvapaliny sa počas procesu odparovania znižuje. To je dôvod, prečo ruka namočená v éteri alebo alkohole citeľne chladí. To vysvetľuje aj pocit chladu u človeka, keď vyjde z vody po plávaní v horúcom, veternom dni.

Ak sa kvapalina pomaly vyparuje, potom v dôsledku výmeny tepla s okolitými telesami je strata jej energie kompenzovaná prílevom energie z prostredia a jej teplota v skutočnosti zostáva rovnaká ako teplota prostredia. Ak sa však kvapalina vyparuje vysokou rýchlosťou, jej teplota môže byť výrazne nižšia ako teplota okolia. Pomocou "prchavých" kvapalín, ako je éter, možno dosiahnuť výrazné zníženie teploty.

Všimnime si tiež, že mnohé pevné látky, ktoré obchádzajú kvapalnú fázu, môžu priamo prejsť do plynnej fázy. Tento jav sa nazýva sublimácia alebo sublimácia. Zápach pevných látok (napríklad gáfor, naftalén) sa vysvetľuje ich sublimáciou (a difúziou). Sublimácia je typická pre ľad, napríklad bielizeň sa suší pri teplotách pod 0°G.

6. Hydrosféra a atmosféra Zeme

1. Procesy vyparovania a kondenzácie vody zohrávajú rozhodujúcu úlohu pri formovaní poveternostných a klimatických podmienok na našej planéte. V globálnom meradle tieto procesy vedú k interakcii hydrosféry a zemskej atmosféry.

Hydrosféra pozostáva zo všetkej vody dostupnej na našej planéte vo všetkých jej stavoch agregácie; 94 % hydrosféry pripadá na Svetový oceán, ktorého objem sa odhaduje na 1,4 miliardy m3. Zaberá 71% celkovej plochy zemského povrchu a ak by pevný povrch zeme bol hladká guľa, potom by ho voda pokryla súvislou vrstvou hlbokou 2,4 km; 5,4 % hydrosféry zaberajú podzemné vody, ako aj ľadovce, atmosférická a pôdna vlhkosť. A len 0,6 % pochádza zo sladkej vody z riek, jazier a umelých nádrží. Z toho je zrejmé, aké dôležité je chrániť sladkú vodu pred znečistením z priemyselného a dopravného odpadu.

2. Zemská atmosféra je zvyčajne rozdelená do niekoľkých vrstiev, z ktorých každá má svoje vlastné charakteristiky. Spodná, povrchová vrstva vzduchu sa nazýva troposféra. Jeho horná hranica v rovníkových šírkach prechádza v nadmorskej výške 16-18 km av polárnych zemepisných šírkach - v nadmorskej výške 10 km. Troposféra obsahuje 90 % hmotnosti celej atmosféry, čo je 4,8 1018 kg. Teplota v troposfére klesá s výškou. Najprv o 1 °C na každých 100 m a potom od nadmorskej výšky 5 km teplota klesne na -70 °C.

Tlak a hustota vzduchu neustále klesajú. Najvzdialenejšia vrstva atmosféry vo výške okolo 1000 km postupne prechádza do medziplanetárneho priestoru.

3. Výskum ukázal, že každý deň asi 7·10 3 km 3 vody a spadne približne rovnaké množstvo ako zrážok.

Vodná para unášaná stúpajúcimi prúdmi vzduchu stúpa nahor a klesá do studených vrstiev troposféry. Keď para stúpa, nasýti sa a potom kondenzuje a vytvára dažďové kvapky a oblaky.

Počas procesu kondenzácie pary v atmosfére sa v priemere za deň uvoľní množstvo tepla 1,6 10 22 J, čo je desaťtisíckrát viac ako energia vygenerovaná na planéte Zem za rovnaký čas. Táto energia je absorbovaná vodou, keď sa vyparuje. Medzi hydrosférou a zemskou atmosférou teda prebieha nepretržitá výmena nielen hmoty (cyklus vody), ale aj energie.

III. VÝSKUMNÁ ČASŤ.

Na štúdium procesov odparovania a určenie závislosti rýchlosti odparovania na rôznych podmienkach sa uskutočnilo množstvo experimentov.

Experiment 1. Štúdium závislosti rýchlosti vyparovania od teploty vzduchu.

Materiály: Sklenené dosky, 3% roztok peroxidu vodíka, rastlinný olej, alkohol, voda, stopky, teplomer, chladnička.

Priebeh experimentu:Injekčnou striekačkou nanášame látky na sklenené platne a sledujeme odparovanie látok.

Objem alkoholu 0,5·10 -6 m 3

Teplota vzduchu: +24.

Výsledok experimentu: trvalo 3 hodiny, kým sa kvapalina úplne odparila;

Voda. Objem 0,5·10 -6 m 3

Teplota vzduchu: +24.

Výsledok experimentu: trvalo 5 hodín, kým sa kvapalina úplne odparila;

Roztok peroxidu vodíka. Objem 0,5·10 -6 m 3

Teplota vzduchu: +24.

Výsledok experimentu: trvalo 8 hodín, kým sa kvapalina úplne odparila;

Zeleninový olej. Objem 0,5·10 -6 m 3

Teplota vzduchu: +24.

Výsledok experimentu: trvalo 40 hodín, kým sa kvapalina úplne odparila;

Meníme teplotu vzduchu. Poháre vložte do chladničky.

Alkohol. Objem 0,5·10 -6 m 3

Teplota vzduchu: +6.

Výsledok experimentu: trvalo 8 hodín, kým sa kvapalina úplne odparila;

Voda. Objem 0,5·10 -6 m 3

Teplota vzduchu: +6.

Výsledok experimentu: trvalo 10 hodín, kým sa kvapalina úplne odparila;

Roztok peroxidu vodíka. Objem 0,5·10 -6 m 3

Teplota vzduchu: +6.

Výsledok experimentu: trvalo 15 hodín, kým sa kvapalina úplne odparila;

Zeleninový olej. Objem 0,5·10 -6 m 3

Teplota vzduchu: +6

Výsledok experimentu: trvalo 72 hodín, kým sa kvapalina úplne odparila;

Záver: Výsledky štúdie ukazujú, že pri rôznych teplotách je čas potrebný na odparenie tých istých látok rôzny. Pre tú istú kvapalinu prebieha proces odparovania oveľa rýchlejšie pri vyššej teplote. To dokazuje závislosť skúmaného procesu od tohto fyzikálneho parametra. S klesajúcou teplotou sa zvyšuje trvanie procesu odparovania a naopak.

Experiment 2 . Štúdium závislosti rýchlosti odparovania od povrchu kvapaliny.

Cieľ: Preskúmajte závislosť procesu odparovania od plochy povrchu kvapaliny.

Materiály: Voda, alkohol, hodinky, lekárska striekačka, sklenené taniere, pravítko.

Priebeh experimentu:Plochu povrchu meriame pomocou vzorca: S=P-D2:4.

Pomocou injekčnej striekačky nanášame na platňu rôzne tekutiny, tvarujeme do kruhu a tekutinu pozorujeme, kým sa úplne neodparí. Teplota vzduchu v miestnosti zostáva nezmenená (+24)

Alkohol. Objem 0,5·10 -6 m 3

Rozloha: 0,00422 m 2

Výsledok experimentu: trvalo 1 hodinu, kým sa kvapalina úplne odparila;

Voda. Objem 0,5·10 -6 m 3

Výsledok experimentu: trvalo 2 hodiny, kým sa kvapalina úplne odparila;

Roztok peroxidu vodíka. Objem 0,5·10 -6 m 3

Rozloha: 0,00422 m 2

Výsledok experimentu: trvalo 4 hodiny, kým sa kvapalina úplne odparila;

Zeleninový olej. Objem 0,5·10 -6 m 3

Rozloha: 0,00422 m 2

Výsledok experimentu: trvalo 30 hodín, kým sa kvapalina úplne odparila;

Meníme podmienky. Pozorujeme vyparovanie tých istých kvapalín na inom povrchu.

Alkohol. Objem 0,5·10 -6 m 3

Výsledok experimentu: trvalo 3 hodiny, kým sa kvapalina úplne odparila;

Voda. Objem 0,5·10 -6 m 3

Rozloha: 0,00283 m 2

Výsledok experimentu: trvalo 4 hodiny, kým sa kvapalina úplne odparila;

Roztok peroxidu vodíka. Objem 0,5·10 -6 m 3

Výsledok experimentu: trvalo 6 hodín, kým sa kvapalina úplne odparila;

Zeleninový olej. Objem 0,5·10 -6 m 3

Rozloha 0,00283 m 2

Výsledok experimentu: trvalo 54 hodín, kým sa kvapalina úplne odparila;

Záver: Z výsledkov štúdie vyplýva, že z nádob s rôznym povrchom dochádza k odparovaniu po rôznu dobu. Ako vidno z meraní, táto kvapalina sa rýchlejšie vyparuje z nádoby s väčším povrchom, čo dokazuje závislosť skúmaného procesu od tohto fyzikálneho parametra. So znižovaním povrchovej plochy sa zvyšuje trvanie procesu odparovania a naopak.

Experiment 3. Štúdium závislosti procesu odparovania od typu látky.

Cieľ: Preskúmajte závislosť procesu odparovania od typu kvapaliny.

Zariadenia a materiály:Voda, alkohol, rastlinný olej, roztok peroxidu vodíka, hodinky, lekárska striekačka, sklenené taniere.

Priebeh experimentu.Pomocou injekčnej striekačky nanášame na platne rôzne druhy tekutín a sledujeme proces, kým sa úplne neodparí. Teplota vzduchu zostáva nezmenená. Teploty kvapalín sú rovnaké.

Výsledky štúdií rozdielu medzi odparovaním alkoholu, vody, 3% roztoku peroxidu vodíka a rastlinného oleja získavame z údajov z predchádzajúcich štúdií.

Záver: Rôzne kvapaliny vyžadujú rôzny čas na úplné odparenie. Z výsledkov je zrejmé, že pri liehu a vode prebieha proces vyparovania rýchlejšie a pri rastlinnom oleji pomalšie, to znamená, že slúži ako dôkaz závislosti procesu vyparovania od fyzikálneho parametra - druhu látky.

Experiment 4. Štúdium závislosti rýchlosti vyparovania kvapaliny od rýchlosti vzdušných hmôt.

Cieľ: skúmať závislosť rýchlosti vyparovania od rýchlosti vetra.

Zariadenia a materiály:Voda, alkohol, rastlinný olej, roztok peroxidu vodíka, hodinky, lekárska striekačka, sklenené taniere, sušič vlasov.

Pokrok. Vytvárame umelý pohyb vzdušných hmôt pomocou fénu, pozorujeme proces a čakáme, kým sa kvapalina úplne neodparí. Sušič vlasov má dva režimy: jednoduchý režim, turbo režim.

V prípade jednoduchého režimu:

Alkohol. Objem: 0,5·10 -6 m 3

Rozloha: 0,00283 m 2 Výsledok experimentu: trvalo asi 2 minúty, kým sa kvapalina úplne odparila;

Voda. Objem 0,5·10 -6 m 3

Rozloha: 0,00283 m 2

Výsledok experimentu: trvalo asi 4 minúty, kým sa kvapalina úplne odparila;

Roztok peroxidu vodíka. Objem: 0,5·10 -6 m 3

Rozloha: 0,00283 m 2

Výsledok experimentu: trvalo asi 7 minút, kým sa kvapalina úplne odparila;

Zeleninový olej. Objem: 0,5·10 -6 m 3

Rozloha: 0,00283 m 2 Výsledok experimentu: trvalo asi 10 minút, kým sa kvapalina úplne odparila;

V prípade turbo režimu:

Alkohol. Objem: 0,5·10 -6 m 3

Rozloha: 0,00283 m 2 Výsledok experimentu: trvalo asi 1 minútu, kým sa kvapalina úplne odparila;

Voda. Objem: 0,5·10 -6 m 3

Rozloha: 0,00283 m 2

Výsledok experimentu: trvalo asi 3 minúty, kým sa kvapalina úplne odparila;

Roztok peroxidu vodíka. Objem: 0,5·10 -6 m 3

Rozloha: 0,00283 m 2 Výsledok experimentu: trvalo asi 5 minút, kým sa kvapalina úplne odparila;

Zeleninový olej. Objem: 0,5·10 -6 m 3

Rozloha: 0,00283 m 2

Výsledok experimentu: trvalo asi 8 minút, kým sa kvapalina úplne odparila;

Záver: Proces vyparovania závisí od rýchlosti pohybu vzdušných hmôt nad povrchom kvapaliny. Čím vyššia je rýchlosť, tým rýchlejšie tento proces prebieha a naopak.

Štúdie teda ukázali, že intenzita vyparovania kvapaliny sa pre rôzne kvapaliny mení a zvyšuje sa so zvyšujúcou sa teplotou kvapaliny, zväčšujúcou sa jej voľná plocha a prítomnosťou vetra nad jej povrchom.

Záver.

Výsledkom práce boli preštudované rôzne zdroje informácií o problematike procesu vyparovania a podmienkach jeho vzniku. Stanovia sa fyzikálne parametre, ktoré ovplyvňujú rýchlosť procesu odparovania. Bola skúmaná závislosť procesu odparovania od fyzikálnych parametrov a získané výsledky boli analyzované. Uvedená hypotéza sa ukázala ako správna. Počas výskumného procesu sa potvrdili teoretické predpoklady - závislosť rýchlosti procesu vyparovania od fyzikálnych parametrov je nasledovná:

So zvyšujúcou sa teplotou kvapaliny sa zvyšuje rýchlosť procesu odparovania a naopak;

So znížením voľného povrchu kvapaliny sa rýchlosť procesu odparovania znižuje a naopak;

Rýchlosť procesu odparovania závisí od typu kvapaliny.

Proces vyparovania kvapalín teda závisí od takých fyzikálnych parametrov, ako je teplota, voľný povrch a typ látky.

Táto práca má praktický význam, keďže skúmala závislosť intenzity vyparovania, javu, s ktorým sa stretávame v každodennom živote, od fyzikálnych parametrov. Pomocou týchto znalostí môžete kontrolovať priebeh procesu.

Literatúra

Pinsky A. A., Grakovsky G. Yu. Fyzika: Učebnica pre študentov inštitúcií

Stredné odborné vzdelanie/Vo všeobecnosti. Ed. Yu.I.Dika, N.S.Puryshevoy.-M.:FORUM:INFRA_M, 2002.-560 s.

Milkovskaya L.B. Zopakujme si fyziku. Učebnica pre tých, ktorí vstupujú na univerzity. M., "Vysoká škola", 1985.608 s.

Internetové zdroje:http://ru.wikipedia.org/wiki/;

http://class-fizika.narod.ru/8_l 3.htm;

http://e-him.ru/?page=dynamic§ion=33&article=208 ;

Učebnica fyziky G.Ya. Myakishev "Termodynamika"

Ak necháte nádobu s vodou nezakrytú, voda sa po chvíli odparí. Ak urobíte rovnaký experiment s etylalkoholom alebo benzínom, proces prebieha o niečo rýchlejšie. Ak zohrejete hrniec s vodou na dostatočne výkonnom horáku, voda vrie.

Všetky tieto javy sú špeciálnym prípadom odparovania, premeny kvapaliny na paru. Existujú dva typy vaporizácie odparovanie a varenie.

Čo je odparovanie

Vyparovanie je tvorba pary z povrchu kvapaliny. Odparovanie možno vysvetliť nasledovne.

Počas zrážok sa rýchlosť molekúl mení. Často existujú molekuly, ktorých rýchlosť je taká vysoká, že prekonajú príťažlivosť susedných molekúl a odtrhnú sa od povrchu kvapaliny. (Molekulárna štruktúra hmoty). Keďže aj v malom objeme kvapaliny je veľa molekúl, takéto prípady sa vyskytujú pomerne často a dochádza k neustálemu procesu vyparovania.

Molekuly oddelené od povrchu kvapaliny tvoria nad ňou paru. Niektoré z nich sa v dôsledku chaotického pohybu vracajú späť do kvapaliny. Preto pri vetre dochádza k odparovaniu rýchlejšie, pretože odvádza paru z kvapaliny (tu tiež dochádza k fenoménu „zachytenia“ a oddeľovania molekúl od povrchu kvapaliny vetrom).

Preto sa v uzavretej nádobe odparovanie rýchlo zastaví: počet molekúl, ktoré „odídu“ za jednotku času, sa rovná počtu molekúl, ktoré sa „vrátili“ do kvapaliny.

Rýchlosť odparovania závisí od typu kvapaliny: čím menšia príťažlivosť medzi molekulami kvapaliny, tým intenzívnejšie je odparovanie.

Čím väčší je povrch kvapaliny, tým viac molekúl má možnosť ju opustiť. To znamená, že intenzita odparovania závisí od plochy povrchu kvapaliny.

So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje rýchlosť molekúl. Preto čím vyššia je teplota, tým intenzívnejšie je odparovanie.

Čo sa varí

Var je intenzívne vyparovanie, ku ktorému dochádza v dôsledku zahrievania kvapaliny, tvorby bublín pary v nej, vyplávania na povrch a tam prasknutia.

Počas varu zostáva teplota kvapaliny konštantná.

Bod varu je teplota, pri ktorej kvapalina vrie. Zvyčajne, keď hovoríme o bode varu danej kvapaliny, máme na mysli teplotu, pri ktorej táto kvapalina vrie pri normálnom atmosférickom tlaku.

Počas odparovania odoberajú molekuly, ktoré sú oddelené od kvapaliny, časť vnútornej energie. Preto, keď sa kvapalina vyparuje, ochladzuje sa.

Špecifické teplo vyparovania

Fyzikálna veličina charakterizujúca množstvo tepla potrebného na odparenie jednotkovej hmotnosti látky sa nazýva špecifické teplo vyparovania. (pre podrobnejšiu analýzu tejto témy kliknite na odkaz)

V sústave SI je jednotkou merania tejto veličiny J/kg. Označuje sa písmenom L.

Voda je jednou z najbežnejších a zároveň najúžasnejších látok na Zemi. Voda je všade: okolo nás aj v nás. Oceány, ktoré pozostávajú z vody, pokrývajú ¾ povrchu zemegule. Každý živý organizmus, či už je to rastlina, zviera alebo človek, obsahuje vodu. Ľudia tvoria viac ako 70% vody. Voda je jednou z hlavných príčin vzniku života na Zemi. Ako každá látka, aj voda môže byť v rôznych skupenstvách alebo, ako hovoria fyzici, v agregovaných skupenstvách hmoty: tuhá, kvapalná a plynná. V tomto prípade neustále dochádza k prechodom z jedného stavu do druhého - takzvané fázové prechody. Jedným z týchto prechodov je vyparovanie, opačný proces sa nazýva kondenzácia. Skúsme prísť na to, ako sa dá tento fyzikálny jav využiť a čo o ňom potrebujete vedieť.

Počas procesu vyparovania sa voda mení z kvapalného do plynného skupenstva, čím vzniká vodná para. K tomu dochádza pri akejkoľvek teplote, keď je voda v tekutom stave (0 0 – 100 0 C). Rýchlosť vyparovania však nie je vždy rovnaká a závisí od množstva faktorov: teplota vody, plocha vodnej hladiny, vlhkosť vzduchu a prítomnosť vetra. Čím vyššia je teplota vody, tým rýchlejšie sa jej molekuly pohybujú a dochádza k intenzívnejšiemu odparovaniu. Čím väčšia je plocha povrchu vody a k odparovaniu dochádza výlučne na povrchu, tým viac molekúl vody bude schopných prejsť z kvapalného do plynného stavu, čo zvýši rýchlosť odparovania. Čím vyšší je obsah vodnej pary vo vzduchu, teda čím vyššia je vlhkosť vzduchu, tým menej intenzívne dochádza k odparovaniu. Navyše, čím väčšia je rýchlosť odstraňovania molekúl vodnej pary z povrchu vody, teda čím väčšia je rýchlosť vetra, tým väčšia je rýchlosť odparovania vody. Treba tiež poznamenať, že počas procesu vyparovania opúšťajú vodu najrýchlejšie molekuly, a preto priemerná rýchlosť molekúl, a teda aj teplota vody klesá.

Vzhľadom na opísané vzory je dôležité venovať pozornosť nasledujúcemu. Pitie veľmi horúceho čaju nie je neškodné. Na jeho uvarenie však potrebujete vodu s teplotou blízkou bodu varu (100 0 C). Voda sa zároveň aktívne vyparuje: nad šálkou čaju sú jasne viditeľné stúpajúce prúdy vodnej pary. Na rýchle ochladenie čaju a pohodlné pitie čaju musíte zvýšiť rýchlosť odparovania a čaj vychladne oveľa rýchlejšie. Prvý spôsob je každému známy už od detstva: ak čaj fúkate a tým z povrchu odstránite molekuly vodnej pary a zohriateho vzduchu, zvýši sa rýchlosť vyparovania a prenosu tepla a čaj rýchlejšie vychladne. Druhá metóda sa často používala za starých čias: naliali čaj zo šálky do podšálky a tým niekoľkokrát zväčšili povrch, úmerne zvýšili rýchlosť odparovania a prenosu tepla, vďaka čomu čaj rýchlo vychladol na príjemnú teplotu. .

Ochladzovanie vody počas vyparovania je zreteľne cítiť, keď po kúpaní v lete opustíte otvorenú vodnú plochu. Zostaňte chladnejší s vlhkou pokožkou. Preto, aby ste sa vyhli podchladeniu a ochoreniu, musíte sa osušiť uterákom, čím zastavíte ochladzovanie spôsobené odparovaním vody. Túto vlastnosť vody - ochladzovať sa pri vyparovaní - je však niekedy užitočné využiť na mierne zníženie vysokej teploty chorého človeka a tým mu pomocou obkladov alebo obkladov zlepšiť náladu.

Pri kondenzácii sa voda mení z plynného do kvapalného skupenstva, pričom sa uvoľňuje tepelná energia. Toto je dôležité mať na pamäti, keď sa nachádzate v blízkosti varnej kanvice. Prúd vodnej pary vychádzajúci z jeho výlevky má vysokú teplotu (asi 100 0 C). Pri kontakte vodnej pary s ľudskou pokožkou navyše dochádza k jej kondenzácii, čím sa zvyšujú nepriaznivé tepelné účinky, ktoré môžu viesť k bolestivým popáleninám.

Je tiež užitočné vedieť, že vzduch vždy obsahuje nejaké množstvo vodnej pary. A čím vyššia je teplota vzduchu, tým viac vodnej pary môže byť v atmosfére. Preto v lete, keď teplota v noci citeľne klesá, časť vodnej pary kondenzuje a vypadáva vo forme rosy. Ak sa ráno prejdete naboso po tráve, bude mokrá a studená na dotyk, keďže sa už vďaka rannému slnku aktívne vyparuje. Podobná situácia nastáva, ak v zime vchádzate do teplej miestnosti z ulice s okuliarmi – okuliare sa zahmlia, pretože na studenom povrchu okuliarov sa bude zrážať vodná para vo vzduchu. Aby ste tomu zabránili, môžete použiť bežné mydlo a na sklo naniesť mriežku v krokoch asi 1 cm a potom mydlo pomaly a bez silného stláčania pretrieť mäkkou handričkou. Šošovky okuliarov budú pokryté tenkou neviditeľnou fóliou a nebudú sa zahmlievať.

Vodnú paru vo vzduchu možno s veľkou presnosťou považovať za ideálny plyn a parametre jej stavu vypočítať pomocou Mendelejevovej-Clapeyronovej rovnice. Predpokladajme, že teplota vzduchu počas dňa pri normálnom atmosférickom tlaku je 30 0 C a vlhkosť vzduchu 50% . Poďme zistiť, na akú teplotu sa musí vzduch v noci ochladiť, aby padla rosa. V tomto prípade budeme predpokladať, že obsah (hustota) vodnej pary vo vzduchu sa nezmenil.

Hustota nasýtenej vodnej pary pri 30 0 C rovná 30,4 g/m3(tabuľková hodnota). Keďže vlhkosť vzduchu je 50%, hustota vodnej pary je 0,5 30,4 g/m3 = 15,2 g/m3. Rosa klesne, ak sa pri určitej teplote táto hustota rovná hustote nasýtenej vodnej pary. Podľa tabuľkových údajov k tomu dôjde pri teplote približne 180 C. Teda ak v noci teplota vzduchu klesne pod 180 C, potom padne rosa.

Pomocou navrhovanej metódy vám odporúčame vyriešiť problém:

V uzavretej nádobe s objemom 2 l existuje vzduch, ktorého vlhkosť je 80% a teplotu 25 0 C. Nádoba bola umiestnená do chladničky, ktorej vnútorná teplota bola 60 C. Aká masa vody vypadne vo forme rosy po nástupe tepelnej rovnováhy.