Поглощение энергии при испарении

Парообразование — это физический процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное. Образование пара может происходить двумя путями: испарением и кипением. Для доведения жидкости до кипения требуется подводить тепло, а процесс испарения происходит при любой температуре, без дополнительного сообщения тепла, когда поверхность жидкости открыта.

Почему происходит испарение?

Жидкости состоят из молекул и атомов, находящихся в непрерывном движении. Средняя кинетическая энергия молекул задает значение температуры жидкости. Но при любой температуре будут находиться молекулы, имеющие скорость, а значит, и энергию больше средней, которая позволит им вырваться на “свободу”, преодолев притяжение соседних молекул. Таким образом происходит испарение — переход в газообразное состояние.

Из жидкости уходят самые быстрые, самые энергичные молекулы. Следовательно, средняя скорость оставшихся молекул уменьшается. Отсюда следует, что внутренняя энергия жидкости уменьшится, и поэтому жидкость будет охлаждаться.

Быстрые молекулы покидают жидкость, испаряются

Рис. 1. Быстрые молекулы покидают жидкость, испаряются.

Явление испарения играет очень важную роль в жизнедеятельности животных и, в том числе, человека. То, что обычно называют термином “потеть”, означает испарение жидкости с поверхности кожи. Так поглощение энергии при испарении улучшает теплоотдачу, и спасает наше тело от перегрева.

Что влияет на скорость испарения

Скорость испарения зависит от большого количества факторов. Вот только некоторые из них:

  • Строение вещества, его молекулярный состав играют определяющую роль для параметров испарения. Например, если намочить один кусок ткани водой, а другой эфиром, то окажется, что ткань смоченная эфиром высохнет намного быстрее. Силы притяжения между молекулами эфира существенно меньше сил притяжения водяных молекул. Поэтому эфир испарится быстрее. Запахи духов и туалетной воды мы чувствуем почти мгновенно также благодаря “летучести” молекул парфюма;

Распространение запаха туалетной воды — это испарение жидкости

Рис. 2. Распространение запаха туалетной воды — это испарение жидкости.

  • Площадь поверхности, с которой идет испарение также играет значительную роль. Чем больше площадь свободной поверхности, тем больше частиц будет покидать жидкость, и скорость испарения будет увеличиваться. Простой пример демонстрирует это утверждение. Вода, налитая в большое блюдце испарится намного быстрее такого же количества воды, наполнившего стакан с меньшей площадью открытой поверхности;

Блюдце и стакан с испаряющейся водой

Рис. 3. Блюдце и стакан с испаряющейся водой.

  • Температура — это еще один фактор, который значительно влияет на скорость испарения. Увеличение температуры жидкости приводит к росту скоростей молекул, вследствие чего возрастает количество молекул, покидающих жидкость. При понижении температуры все происходит ровно наоборот. С повышением температуры скорость испарения увеличивается. Понижение температуры будет работать на уменьшение скорости.
  • Влияние воздушных потоков над поверхностью жидкости тоже оказывает значительное влияние на скорость испарения. Дело в том, что часть испарившихся молекул, теряя энергию, возвращается обратно (конденсируется). Поэтому воздушный поток, например, ветер или поток воздуха от вентилятора принудительно уберет эти молекулы от поверхности, тем самым увеличит скорость испарения.

На первый взгляд довольно простой процесс испарения описывается достаточно сложными математическими моделями. Для понимания формулы поглощенной энергии при испарении жидкости необходимо знать основы высшей математики. В общем виде можно записать, что поглощенная энергия E является функцией F нескольких переменных:

$$ ΔE = F(N, T, S, t, v) $$

где:

E поглощенная энергия. Греческая буква Δ используется перед основным обозначением переменной, указывая на уменьшение или увеличение (изменение) этой величины;

N величина, связанная с молекулярным составом вещества;

T температура;

S площадь поверхности;

t время испарения;

v скорость внешнего воздушного потока.

💡

Хорошим примером охлаждения в процессе испарения является наше собственное ощущение после купания и выхода из воды. Вода испаряется и отбирает тепло нашего тела. Однако, если поставить стакан с водой у окна, освещенного солнцем, то жидкость будет испаряться, но не охладится, а скорее всего нагреется. Никакого парадокса здесь нет. Дело в том, что испарение происходит не моментально, а постепенно. Одновременно будет идти процесс нагрева воды от потока солнечного тепла, и либо температура воды останется прежней, либо повысится.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали что испарение — это физический процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное. Процесс испарения происходит при любой температуре, без дополнительного сообщения тепла, когда поверхность жидкости открыта. В процессе испарения происходит поглощение энергии. Скорость испарения зависит от строения вещества, площади свободной поверхности жидкости, температуры и наличия внешних воздушных потоков (ветра).

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4. Всего получено оценок: 96.

Предметы