Фізичний процес випаровування води. Шкільна енциклопедія

Навколишній світ - взаємозалежний організм, у якому всі процеси та явища живої та неживої природи відбуваються не просто так. Доведено вченими, що навіть незначні втручання людини зазнають колосальних змін. Попри це люди забувають, що теж є невід'ємною частиною навколишнього світу. У зв'язку з цим зміни відбуваються і в людстві загалом.

Все про процеси життєдіяльності та явища природи починають викладати дітям вже в школі, що дуже важливо для подальшого їх розуміння того, що відбувається навколо. Як відомо, тема "Випаровування" (8 клас) вивчається саме в рамках програми середньої школи, коли учні вже готові розмірковувати над проблемами.

Як відбувається випаровування

Усі знають, що таке випаровування. Це явище перетворення різних за консистенцією речовин на стан пари чи газу. Відомо, що цей процес відбувається за відповідної температури.

Зазвичай за природних умов багато речовин (як тверді, так і рідкі) практично не випаровуються або роблять це дуже повільно. Але є й такі зразки, наприклад, камфора та більшість рідин, які за нормального стану випаровуються дуже швидко. Тому їх назвали летючими. Помітити такий процес можна за допомогою запаху, оскільки багато тіла токсичні.

Випаровування рідини (води, спирту) можна простежити, завдяки спостереженню за нею протягом деякого часу. Потім починається зменшення обсягу цієї речовини.

Основа життя Землі

Як відомо, вода – існування навколишнього світу. Без неї неможливе ніяке буття, тому що всі живі істоти складаються на 75% води.

Це особлива сполука, властивості якої є винятковими. І лише завдяки таким аномаліям цього феномена можливе життя в тій формі, яка зараз є на планеті.

Людство цікавилося цим дивом з давніх часів. Ще філософ Аристотель у IV столітті до нашої ери оголосив, що вода – це початок всього. У XVII столітті нідерландський механік, фізик, математик, астроном та винахідник Гюйгенс рекомендував встановити коефіцієнти кипіння води та відтавання льоду як головні рівні шкали градусника. Але що таке випаровування людство дізналося набагато пізніше. У 1783 році французький натураліст і засновник сучасної хімії Лавуазьє відтворив формулу - Н2О.

Властивості води

Одна з неймовірних якостей цієї речовини - здатність Н2О перебувати в трьох різних станах за звичайних умов:

у твердому (лід);
плинним;
газоподібному (випаровування рідини).

Крім того, у води дуже висока щільність, якщо порівняти з іншими субстанціями, а також велика теплота випаровування і прихована теплота плавлення (кількість жару, що поглинається або вивільняється).

У Н2О є ще одна якість – можливість варіювати свою густину від зміни показників градусника. А найдивовижніше те, що якби цієї якості не було, лід не зміг би плавати, а моря, океани, річки та озера замерзали б усе до дна. Тоді життя на землі не могло б існувати, адже саме водоймища є першим притулком мікроорганізмів.

Кругообіг Н2О в природі

Як відбувається цей процес? Циркуляція є безперервною процедурою, тому що у світі все взаємопов'язане. За допомогою круговороту створюються умови для існування та розвитку життя. Він відбувається між водоймами, сушею та атмосферою. Наприклад, при зіткненні хмар з холодним повітрям виникають великі краплі, які згодом випадають у формі опадів. Потім відбувається процес випаровування, при якому сонце нагріває площину землі, водоймища, і рідина піднімається вгору, в атмосферу.

Рослинність бере вологу із ґрунту, а циркуляція води здійснюється з поверхні листя. Така процедура називається транспірацією та є фізико-біологічним процесом.

Шари атмосфери, що знаходяться поруч із землею, потім робляться легшими і починають рухатися вгору. Найменші крапельки води в атмосфері відновлюються приблизно кожні вісім-дев'ять днів.

Випаровування відбувається внаслідок кругообігу, і воно є важливою складовою в циркуляції Н2О в природі. Цей процес полягає у перетворенні води з рідкого або твердого стану на газоподібний і надходження недоступного погляду пари в повітря.

Випаровування та випаровування

А в чому різниця понять "випаровуваність" та "випаровування"? Спершу розглянемо перший термін. Це показник клімату місцевості, який визначає скільки рідини зникло з поверхні по максимуму. Якщо враховувати, що зволоженість території, як зазначає Г. М. Висоцький, складається із ставлення опадів до випаровування, це найважливіший показник мікроклімату.

Є й якась залежність: якщо випаровування менше, то зволоженість більша. Цей процес спирається на вологість повітря, і залежить саме від них.

А що таке явище, при якому у певній фазі відбувається перетворення речовини з рідини на пару чи газ. такого процесу називається конденсацією. Якщо порівнювати ці два явища, легко визначається, наскільки доступні для випарювання ресурси води або льоду.

Процес випаровування: умови

У повітрі завжди є певна кількість молекул Н2О. Цей показник варіюється в залежності від певних умов і називається вологістю. Це коефіцієнт, що вимірює обсяг атмосфері. Залежно від цього відрізняється клімат місцевостей. Вологість є скрізь. Є два її види:

Абсолютна – кількість водних молекул в одному кубометрі атмосфери.
Відносна - відсоткове співвідношення пари до повітря. Наприклад, якщо вологість становить 100%, це означає, що атмосфера повністю насичена водяними частинками.

Чим вище температура випаровування, тим більше молекул Н2О міститься у повітрі. Отже, якщо відносна вологість у спекотний день становитиме 90%, це показником, що атмосфера гранично насичена дрібними крапельками.

Зокрема

Припустимо, у приміщенні, де висока вологість, вода, що стоїть у ньому, випаровуватися взагалі не буде. Хоча якщо повітря сухе, то процес насичення пором стане безперервним доти, доки він остаточно не заповниться. При раптовому охолодженні повітря водяні пари, які наситили його раніше, випаровуватимуться не припиняючись і осядуть у вигляді роси. Але у разі нагрівання повітря, яке досить зволожене, процес насичення відновиться.

Чим вище t°, тим випаровування відбувається інтенсивніше, і навіть збільшується так звана пружність парів, які насичують простір. Кипіння виникає за умови, коли пружність парів дорівнюватиме пружності газу, що оточує рідину. Температура кипіння варіюється в залежності від тиску газу навколо і стає більшою тоді, коли воно підвищується.

Чи швидко відбувається випаровування

Як відомо, процес перетворення води на пару безпосередньо пов'язаний із існуванням рідин. Отже, можна підсумувати, що це явище дуже важливо для природи та промисловості.

У процесі вивчення та експериментів було виявлено швидкість випаровування. Крім того, стали відомі деякі явища, що його супроводжують. Але вони виглядають дуже суперечливо і до сьогодні ще не зрозуміла їх природа.

Зауважимо, що швидкість випаровування залежить багатьох чинників. Вплинути на неї можуть:

величина та форма ємності;
погодні умови довкілля;
t° рідини;
тиск у атмосфері;
склад та походження водяної структури;
природа поверхні, з якої відбувається випаровування;
деякі інші причини, наприклад, електризація рідини.

Ще раз про воду

Випаровування виробляється звідусіль, де є рідина: озера, ставки, вологі предмети, покриви тіл людей і тварин, листя та стебел рослин.

Наприклад, соняшник під час свого нетривалого життя віддає вологу повітря в розмірі 100 л. А океани нашої планети звільняють приблизно 450 000 кубометрів рідини на рік.

Температура випаровування води може бути будь-якою. Але коли стає тепліше, то процес переходу рідини прискорюється. Зауважимо, що під час літньої спеки калюжі на поверхні землі висихають куди швидше ніж навесні чи восени. А якщо на вулиці вітряно, то, відповідно, випаровування протікає ще інтенсивніше, ніж у тих ситуаціях, коли повітря спокійне. Цю властивість мають також сніг та лід. Якщо повісити сушитися білизну на вулицю взимку, вона спочатку замерзне, а потім через кілька днів висохне.

Температура випаровування води в 100°С є найінтенсивнішим фактором, при якому цей процес досягає найвищого результату. У цей час відбувається кипіння, коли рідина інтенсивно перетворюється на пару - прозорий, невидимий газ.

Якщо розглянути під мікроскопом, то його склад входять поодинокі молекули H2O, розташовані далеко друг від друга. Але коли повітря охолоджується, водяна пара стає видимою, наприклад, як туман або роса. В атмосфері цей процес можна спостерігати завдяки хмарам, які з'являються за рахунок перетворення крапельок води на видимі кристалики льоду.

Статистика природи

Отже, що таке випаровування, ми з'ясували. Тепер зауважимо факт, що воно дуже тісно пов'язане з температурою повітря. Отже, протягом доби найбільша кількість кубометрів води перетворюється на пару приблизно опівдні. Крім того, цей процес найінтенсивніший саме в теплі місяці. Найсильніше випаровування в річному циклі спостерігається в середині літа, тоді як слабке потрапляє на зиму.

Кожна людина відповідає за стан навколишнього середовища. Щоб зрозуміти цю думку, необхідно вловити простий розрахунок. Уявімо, що людина говорить про свою безпорадність по відношенню до запобігання екологічній катастрофі і вважає, що вона нічого не здатна зробити. Але якщо помножити якусь одну незначну дію індивідуума на 6,5 млрд. людей на землі, то стане зрозумілим, навіщо так варто міркувати.

Те, що відбувається з вільної поверхні рідини.

Сублімацію, або сублімацію, тобто. перехід речовини з твердого стану в газоподібний, також називають випаровуванням.

З повсякденних спостережень відомо, що кількість будь-якої рідини (бензину, ефіру, води), що знаходиться у відкритій посудині, поступово зменшується. Рідина не зникає безвісти — вона перетворюється на пару. Випаровування - це один з видів пароутворення. Інший вид – це кипіння.

Механізм випаровування.

Як відбувається випаровування? Молекули будь-якої рідини перебувають у безперервному і безладному русі, причому, що стоїть температура рідини, то більше вписувалося кінетична енергія молекул. Середнє значення кінетичної енергії має певну величину. Але в кожної молекули кінетична енергія може бути як більшою, так і меншою за середню. Якщо поблизу поверхні виявиться молекула з кінетичною енергією, достатньою для подолання сил міжмолекулярного тяжіння, вона вилетить із рідини. Те саме повториться з іншою швидкою молекулою, з другою, третьою і т. д. Вилітаючи назовні, ці молекули утворюють над рідиною пар. Утворення цієї пари і є випаровуванням.

Поглинання енергії під час випаровування.

Оскільки при випаровуванні з рідини вилітають більш швидкі молекули, середня кінетична енергія молекул, що залишилися в рідині, стає все менше і менше. Це означає, що внутрішня енергія рідини, що випаровується, зменшується. Тому якщо немає припливу енергії до рідини ззовні, температура рідини, що випаровується, знижується, рідина охолоджується (саме тому, зокрема, людині в мокрому одязі холодніше, ніж у сухому, особливо при вітрі).

Однак при випаровуванні води, налитої в склянку, ми не помічаємо зниження її температури. Чим це пояснити? Справа в тому, що випаровування в даному випадку відбувається повільно, і температура води підтримується постійною за рахунок теплообміну з навколишнім повітрям, з якого в рідину надходить необхідну кількість теплоти. Отже, щоб випаровування рідини відбувалося без зміни її температури, рідини необхідно повідомляти енергію.

Кількість теплоти, яку необхідно повідомити рідини для утворення одиниці маси пари за постійної температури, називається теплотою пароутворення.

Швидкість випаровування рідини.

На відміну від кипіння, Випаровування відбувається при будь-якій температурі, проте з підвищенням температури рідини швидкість випаровування зростає. Чим вище температура рідини, тим більше молекул, що швидко рухаються, має достатню кінетичну енергію, щоб подолати сили тяжіння сусідніх частинок і вилетіти за межі рідкості, і тим швидше йде випаровування.

Швидкість випаровування залежить від роду рідини. Швидко випаровуються леткі рідини, у яких сили міжмолекулярної взаємодії малі (наприклад, ефір, спирт, бензин). Якщо капнути такою рідиною на руку, ми відчуємо холод. Випаровуючись з поверхні руки, така рідина буде охолоджуватися і відбирати в неї деяку кількість теплоти.

Швидкість випаровування рідини залежить від площі її вільної поверхні. Це тим, що рідина випаровується з поверхні, і що більше площа вільної поверхні рідкості, то більше молекул одночасно вилітає у повітря.

У відкритій посудині маса рідини внаслідок випаровування поступово зменшується. Це пов'язано з тим, що більшість молекул пари розсіюється в повітрі, не повертаючись у рідину (на відміну від того, що відбувається в закритій посудині). Але невелика частина їх повертається в рідину, уповільнюючи цим випаровування. Тому при вітрі, який забирає молекули пари, випаровування рідини відбувається швидше.

Застосування випаровування в техніці.

Випаровування відіграє важливу роль в енергетиці, холодильній техніці, процесах сушіння, випарного охолодження. Наприклад, в космічній техніці швидковипаровуються речовинами покривають апарати, що спускаються. При проходженні через атмосферу планети корпус апарату в результаті тертя нагрівається, і покриває його речовина починає випаровуватися. Випаровуючись, воно охолоджує космічний апарат, рятуючи його тим самим від перегріву.

Конденсація.

Конденсація(Від лат. condensatio- Ущільнення, згущення) - Перехід речовини з газоподібного стану (пара) в рідкий або твердий стан.

Відомо, що за наявності вітру рідина випаровується швидше. Чому? Справа в тому, що одночасно з випаровуванням з поверхні рідини йде і конденсація. Конденсація відбувається через те, що частина молекул пари, безладно переміщаючись над рідиною, знову повертається до неї. Вітер же виносить молекули, що вилетіли з рідини, і не дає їм повертатися.

Конденсація може відбуватися і тоді, коли пара не стикається з рідиною. Саме конденсацією пояснюється, наприклад, утворення хмар: молекули водяної пари, що піднімаються над землею, в більш холодних шарах атмосфери групуються в дрібні крапельки води, скупчення яких і є хмарами. Наслідком конденсації водяної пари в атмосфері є також дощ та роса.

При випаровуванні рідина охолоджується і, ставши холоднішою, ніж довкілля, починає поглинати її енергію. При конденсації ж, навпаки, відбувається виділення певної кількості теплоти в довкілля, і її температура дещо підвищується. Кількість теплоти, що виділяється при конденсації одиниці маси, дорівнює теплоті випаровування.

У природі речовини можуть бути в одному з трьох агрегатних станів: твердому, рідкому та газоподібному. Перехід з першого до другого і навпаки можна спостерігати щодня, особливо взимку. Однак перетворення рідини на пару, яке відоме як процес випаровування, часто не видно оку. При незначності, що здається, воно відіграє важливу роль у житті людини. Отже, давайте дізнаємося про це докладніше.

Випаровування - це що таке

Щоразу, вирішивши закип'ятити чайник для чаю чи кави, можна спостерігати, як, досягнувши 100 °С, вода перетворюється на пару. Саме це є практичним прикладом процесу пароутворення (переходу певної речовини в газоподібний стан).

Пароутворення буває двох видів: кипіння та випаровування. На перший погляд, вони ідентичні, але це поширена помилка.

Випаровування - це пароутворення з поверхні речовини, а кипіння - з усього його обсягу.

Випаровування та кипіння: у чому різниця

Хоча і процес випаровування, і кипіння, обидва сприяють переходу рідини в газоподібний стан, варто пам'ятати про дві важливі відмінності між ними.

Кипіння – це активний процес, який відбувається за певної температури. Для кожної речовини вона унікальна і може змінюватись лише при зниженні атмосферного тиску. За нормальних умов для кипіння води потрібно 100 °С, для рафінованої олії - 227 °С, для нерафінованої - 107 °С. Спирту, щоб закипіти, навпаки, потрібна нижча температура – 78 °С. Температура ж випаровування може бути будь-якою і вона, на відміну кипіння, відбувається постійно.
Другою істотною відмінністю між процесами є те, що при кипінні пароутворення відбувається по всій товщі рідини. Тоді як випаровування води чи інших речовин відбувається лише з їхньої поверхні. До речі, процес кипіння завжди одночасно супроводжується випаровуванням.

Процес сублімації

Вважається, що випаровування - це перехід із рідкого в газоподібний агрегатний стан. Однак у поодиноких випадках, минаючи рідке, можливе випаровування прямо з твердого стану газоподібне. Такий процес називається сублімацією.

Це слово знайоме всім, хто хоч раз замовляв кухоль чи футболку із улюбленою фотографією у фотосалоні. Для перманентного нанесення зображення на тканину або кераміку якраз і використовується цей вид випаровування, на честь його друк такого роду називається сублімаційним.

Також таке випаровування часто використовується для промислового сушіння фруктів та овочів, виготовлення кави.

Хоча сублімація зустрічається набагато рідше, ніж випаровування рідини, іноді її можна спостерігати у побуті. Так, вивішена сушитися взимку випрана волога білизна - миттєво замерзає і стає твердою. Однак поступово ця жорсткість йде, і речі стають сухими. В даному випадку вода зі стану льоду, минаючи рідку фазу, переходить відразу в пару.

Як відбувається випаровування

Як і більшість фізичних та хімічних процесів, головну роль у процесі випаровування грають молекули.

У рідинах вони розташовані дуже близько один до одного, але при цьому вони не мають фіксованого розташування. Завдяки цьому вони можуть "мандрувати" по всій площі рідини, причому з різними швидкостями. Це досягається завдяки тому, що під час руху вони стикаються між собою і від цих зіткнень їхня швидкість змінюється. Ставши досить швидкими, найактивніші молекули отримують можливість піднятися на поверхню речовини і, подолавши силу тяжіння інших молекул, залишити рідину. Так відбувається випаровування води чи іншої речовини та утворюється пара. Чи не так, трохи нагадує політ ракети в космос?

Хоча з рідини в пару переходять найактивніші молекули, проте їх «побратими», що залишилися, продовжують перебувати в постійному русі. Поступово і вони набувають необхідної швидкості, щоб подолати тяжіння і перейти в інший агрегатний стан.

Поступово та постійно залишаючи рідину, молекули задіяють для цього її внутрішню енергію і вона зменшується. А це безпосередньо впливає на температуру речовини – вона знижується. Саме тому кількість чаю, що остигає, в чашці трохи зменшується.

Умови випаровування

Спостерігаючи за калюжами після дощу, можна побачити, деякі з них висихають швидше, а деякі довше. Оскільки їхнє висихання є процесом випаровування, то можна на даному прикладі розібратися з умовами, необхідними для цього.

Швидкість випаровування залежить від типу речовини, що випаровується, адже кожна з них має унікальні особливості, що впливають на час, за який його молекули повністю перейдуть у газоподібний стан. Якщо залишити відкритими 2 ідентичні флакони, наповнені однаковою кількістю рідини (в одному спирт С2Н5ОН, в іншому - вода Н2О), то перша ємність спорожніє швидше. Оскільки, як було зазначено вище, температура випаровування у спирту нижче, отже, він швидше випарується.
Друге, від чого залежить випаровування, - температура навколишнього середовища і температура кипіння речовини, що випаровується. Чим вища перша і нижча друга, тим швидше рідина зможе її досягти і перейти в газоподібний стан. Саме тому під час проведення деяких хімічних реакцій за участю випаровування речовини спеціально нагріваються.
Ще однією умовою, від чого залежить випаровування, є площа поверхні речовини, з якої воно походить. Чим вона більша, тим швидше відбувається процес. Розглядаючи різні приклади випаровування, можна знову згадати про чай. Його часто переливають у блюдце, щоб охолодити. Там напій швидше остигав, тому що збільшувалася площа поверхні рідини (діаметр блюдця більший за діаметр чашки).
І знову про чай. Відомий ще один спосіб швидше його остудити - подути на нього. Як можна помітити, що наявність вітру (руху повітря) - те, від чого залежить випаровування. Що швидкість вітру, то швидше молекули рідини перейдуть у пару.
Також впливає на інтенсивність випаровування атмосферний тиск: чим він нижчий, тим швидше молекули переходять з одного стану до іншого.

Конденсація та десублімація

Перетворившись на пару, молекули не перестають рухатися. У новому агрегатному стані вони починають стикатися з молекулами повітря. Через це іноді вони можуть повертатися у рідкий (конденсація) або твердий (десублімація) стан.

Коли процеси випаровування та конденсації (десублімації) рівносильні між собою, це називають динамічною рівновагою. Якщо газоподібна речовина знаходиться в динамічній рівновазі зі своєю рідиною аналогічного складу, її називають насиченою парою.

Випаровування та людина

Розглядаючи різні приклади випаровування, не можна не згадати впливу цього процесу на організм людини.

Як відомо, за температури тіла 42,2 °С білок у крові людини згортається, що веде до смерті. Нагріватися людське тіло може лише через інфекції, а й у виконанні фізичної праці, занять спортом чи під час перебування у спекотному приміщенні.

Організму вдається зберегти прийнятну для нормальної життєдіяльності температуру, завдяки системі самоохолодження - потовиділення. Якщо температура тіла підвищується, через пори шкіри виділяється піт, та був відбувається його випаровування. Цей процес допомагає «спалити» зайву енергію та сприяє охолодженню організму та нормалізації його температури.

До речі, саме тому не варто беззастережно вірити рекламам, які подають піт як головне лихо сучасного суспільства і намагаються продати наївним покупцям усілякі речовини для позбавлення від нього. Змусити організм менше потіти, не порушуючи його нормальної роботи, не можна, а добрий дезодорант здатний лише маскувати неприємний запах поту. Тому, використовуючи антиперспіранти, різні присипки та пудри, можна завдати організму непоправної шкоди. Адже ці речовини забивають пори чи звужують вивідні протоки потових залоз, отже, позбавляють тіло можливості контролювати свою температуру. У випадках, якщо використання антиперспірантів все ж таки необхідне, попередньо варто проконсультуватися з лікарем.

Роль випаровування у житті рослин

Як відомо, не тільки людина на 70% складається з води, а й рослини, а деякі, на зразок редис, і на всі 90%. Тому випаровування також важливе і для них.

Вода одна із головних джерел потрапляння корисних (і шкідливих теж) речовин, у організм рослини. Однак, щоб ці речовини могли засвоїтись, необхідне сонячне світло. Ось тільки в спекотні дні сонце здатне не просто нагріти рослину, а й перегріти, тим самим занапастивши її.

Щоб цього не сталося, представники флори здатні самоохолоджуватись (схоже на людський процес потовиділення). Іншими словами, при перегріві рослини випаровують воду і таким чином охолоджуються. Тому поливу садів та городів приділяється влітку так багато уваги.

Як використовують випаровування в промисловості та в побуті

Для хімічної та харчової промисловості випаровування – це незамінний процес. Як було зазначено вище, воно допомагає виробляти дегідратацію багатьох продуктів (випаровувати вологу їх), що збільшує термін їх зберігання; але також допомагає виготовляти ідеальні дієтичні продукти (менше ваги та калорій, при більшому вмісті корисних речовин).

Також випаровування (особливо сублімація) використовується для очищення різних речовин.

Ще однією сферою застосування є кондиціювання повітря.

Не варто забувати і про медицину. Адже процес інгаляції (вдихання пари, насиченої лікувальними препаратами) заснований також на процесі випаровування.

Небезпечні випаровування

Однак, як і у будь-якого процесу, це має й негативні сторони. Адже перетворюватися на пару та вдихатися людьми та тваринами можуть не лише корисні речовини, а й смертельно небезпечні. А найсумніше в тому, що вони - невидимі, а значить, людина не завжди знає, що зазнала впливу токсину. Саме тому варто уникати перебування без захисних масок та костюмів, на заводах та підприємствах, що працюють із небезпечними речовинами.

На жаль, шкідливі випари можуть чатувати і на будинки. Адже якщо меблі, шпалери, лінолеум або інші предмети виготовлені з дешевих матеріалів з порушеннями технології, вони здатні виділяти токсини в повітря, які поступово «труїть» своїх господарів. Тому при покупці будь-якої речі варто переглядати сертифікат якості матеріалів, з яких вона виготовлена.

Вода – одна з найпоширеніших і водночас найдивовижніша речовина на Землі. Вода є всюди: і навколо нас, і всередині нас. Світовий океан, що складається з води, покриває ¾ поверхні земної кулі. Будь-який живий організм, чи то рослина, тварина чи людина, містить воду. Людина більш ніж 70% складається з води. Саме вода – одна з найголовніших причин виникнення життя Землі. Як і будь-яка речовина, вода може перебувати в різних станах або, як кажуть фізики, - агрегатних станах речовини: твердому, рідкому та газоподібному. При цьому постійно відбуваються переходи з одного стану до іншого – так звані фазові переходи. Одним із таких переходів є випаровування, зворотний процес називається конденсацією. Спробуймо розібратися, як можна використовувати це фізичне явище, і що потрібно знати про це.

У процесі випаровування вода переходить з рідкого стану в газоподібний, при цьому утворюється водяна пара. Це відбувається за будь-якої температури, коли вода знаходиться в рідкому стані (0 0 - 100 0 С). Однак швидкість випаровування не завжди однакова і залежить від ряду факторів: від температури води, від поверхні води, від вологості повітря і від наявності вітру. Що температура води, то швидше рухаються її молекули і тим інтенсивніше відбувається випаровування. Чим більша площа поверхні води, а випаровування відбувається виключно на поверхні, тим більше молекул води зможуть перейти з рідкого стану в газоподібний, що збільшить швидкість випаровування. Чим більший вміст водяної пари в повітрі, тобто чим вища вологість повітря, тим менш інтенсивно відбувається випаровування. Крім того, чим більша швидкість видалення молекул водяної пари від поверхні води, тобто чим більша швидкість вітру, тим більша швидкість випаровування води. Також слід зазначити, що в процесі випаровування воду залишають найшвидші молекули, тому середня швидкість молекул, отже, і температура води зменшуються.

З огляду на описані закономірності важливо звернути увагу на наступне. Дуже гарячий чай пити не шкідливо. Однак, щоб його заварити, потрібна вода з температурою, близькою до температури кипіння. (100 0 С). При цьому вода активно випаровується: над чашкою з чаєм добре видно струмки водяної пари, що піднімаються. Щоб швидко охолодити чай і зробити чай комфортним, потрібно збільшити швидкість випаровування, і охолодження чаю відбудеться істотно швидше. Перший спосіб відомий усім з дитинства: якщо подути на чай і тим самим видалити молекули водяної пари та нагріте повітря від поверхні, то швидкість випаровування та теплопередачі збільшиться, і чай швидше охолоне. Другий спосіб часто використовували за старих часів: переливали чай з чашки в блюдце і тим самим збільшували площу поверхні в кілька разів, пропорційно збільшуючи швидкість випаровування та теплопередачі, завдяки чому чай швидко остигав до комфортної температури.

Охолодження води при випаровуванні добре відчувається, коли влітку виходиш із відкритої водойми після купання. З вологою шкірою бути прохолоднішим. Тому щоб не переохолодитись і не захворіти, потрібно обтертися рушником, тим самим зупинити охолодження, спричинене випаровуванням води. Однак це властивість води - охолоджуватися при випаровуванні - іноді корисно використовувати для того, щоб трохи знизити високу температуру хворій людині і тим самим полегшити його самопочуття за допомогою компресів або обтирання.

При конденсації вода з газоподібного стану перетворюється на рідке з виділенням теплової енергії. Це важливо пам'ятати, перебуваючи поблизу киплячого чайника. Струмінь водяної пари, що виходить з його носика, має високу температуру (близько 100 0 С). Крім того, стикаючись зі шкірою людини, водяна пара конденсується, тим самим збільшуючи несприятливий термічний вплив, що може призвести до хворобливих опіків.

Також корисно знати, що у повітрі завжди міститься якась кількість водяної пари. І чим вище температура повітря, тим більше водяної пари може бути в атмосфері. Тому влітку при помітному зниженні температури в нічний час частина водяної пари конденсується і випадає у вигляді роси. Якщо вранці пройти босоніж травою, то вона буде вологою і холодною на дотик, тому що вже активно випаровується завдяки ранковому сонцю. Схожа ситуація відбувається, якщо взимку увійти з вулиці у тепле приміщення в окулярах, окуляри запітніватимуть, оскільки водяні пари, що знаходяться в повітрі, конденсуватимуться на холодній поверхні скла. Щоб це запобігти, можна скористатися звичайним милом і нанести на скло сітку з кроком близько 1 см, а потім розтерти мило м'якою тканиною, не поспішаючи і не сильно натискаючи. Скло окулярів покриється тонкою невидимою плівкою і не запотіватиме.

Водяну пару, що знаходиться в повітрі, можна з великою точністю вважати ідеальним газом і розраховувати параметри його стану за допомогою рівняння Менделєєва-Клапейрона. Припустимо, що температура повітря вдень за нормального атмосферного тиску становить 30 0 С, а вологість повітря 50% . Знайдемо, до якої температури має охолоне повітря вночі, щоб випала роса. При цьому вважатимемо, що вміст (щільність) водяної пари в повітрі не змінювалося.

Щільність насиченої водяної пари при 30 0 Сдорівнює 30,4 г/м 3(Табличне значення). Так як вологість повітря 50%, то щільність водяної пари становить 0,5 · 30,4 г/м 3 = 15,2 г/м 3. Роса випаде, якщо за деякої температури ця щільність дорівнюватиме щільності насиченої водяної пари. Згідно з табличними даними, це настане при температурі приблизно 18 0 С. Тобто якщо вночі температура повітря опуститься нижче 18 0 С, то випаде роса.

За запропонованим методом ми пропонуємо вам вирішити задачу:

У закритій банку обсягом 2 лзнаходиться повітря, вологість якого складає 80% , а температура 25 0 З.Банку поставили в холодильник, у якому температура 6 0 С. Яка маса води випаде у вигляді роси після теплової рівноваги.

Випаровування рідини відбувається при будь-якій температурі і тим швидше, чим вище температура, більше площа вільної поверхні рідини, що випаровується, і швидше видаляються пари, що утворилися над рідиною.

При певної певної температури, що залежить від природи рідини і тиску, під яким вона знаходиться, починається пароутворення у всій масі рідини. Цей процес називається кипінням.

Це процес інтенсивного пароутворення як зі вільної поверхні, а й у обсязі рідини. В об'ємі утворюються бульбашки, заповнені насиченою парою. Вони піднімаються вгору під дією сили, що виштовхує, і розриваються на поверхні. Центрами їх утворення є дрібні бульбашки сторонніх газів або частинок різних домішок.

Якщо бульбашка має розміри порядку декількох міліметрів і більше, то другим доданком можна знехтувати і, отже, для великих бульбашок при постійному зовнішньому тиску рідина закипає, коли тиск насиченої пари в бульбашках стає рівним зовнішньому тиску.

Внаслідок хаотичного руху над поверхнею рідини молекула пари, потрапляючи у сферу дії молекулярних сил, знову повертається у рідину. Цей процес називається конденсацією.

Випаровування та кипіння

Випаровування та кипіння – це два способи переходу рідини в газ (пар). Сам процес такого переходу називається пароутворенням. Тобто випаровування та кипіння – це способи пароутворення. Між цими двома способами є суттєві відмінності.

Випаровування відбувається тільки з поверхні рідини. Воно є результатом того, що молекули будь-якої рідини постійно переміщуються. Причому швидкість молекул різна. Молекули з досить великою швидкістю, опинившись на поверхні, можуть подолати силу тяжіння інших молекул і опинитися у повітрі. Молекули води, що знаходяться окремо в повітрі, таки утворюють пару. Побачити очима пару неможливо. Те, що ми бачимо, як водяний туман, це вже результат конденсації (зворотний процес пароутворення), коли при охолодженні пар збирається у вигляді дрібних крапельок.

В результаті випаровування сама рідина охолоджується, оскільки її залишають найбільш швидкі молекули. Як відомо, температура визначається швидкістю руху молекул речовини, тобто їх кінетичною енергією.

Швидкість випаровування залежить від багатьох причин. По-перше, вона залежить від температури рідини. Чим температура вища, тим випаровування швидше. Це зрозуміло, оскільки молекули рухаються швидше, отже, їм легше вирватися із поверхні. Швидкість випаровування залежить від речовини. В одних речовин молекули притягуються сильніше, а отже, важче вилітають, а в інших – слабше, а отже, легше залишають рідину. Випаровування також залежить від площі поверхні, насиченості повітря пором, вітру.

Найголовніше, що відрізняє випаровування від кипіння, це те, що випаровування протікає за будь-якої температури, і воно протікає тільки з поверхні рідини.

На відміну від випаровування, кипіння протікає лише за певної температури. Для кожної речовини, що знаходиться в рідкому стані, характерна температура кипіння. Наприклад, вода за нормального атмосферного тиску кипить при 100 °C, а спирт при 78 °C. Однак із зниженням атмосферного тиску температура кипіння всіх речовин трохи знижується.

При кипінні з води виділяється розчинене у ній повітря. Оскільки посудину зазвичай нагрівають знизу, то в нижніх шарах води температура виявляється вищою, і бульбашки спочатку утворюються саме там. У ці бульбашки випаровується вода, і вони насичуються водяною парою.

Оскільки бульбашки легші за саму воду, то вони піднімаються вгору. Через те, що верхні шари води не прогрілися до температури кипіння, бульбашки остигають і пара в них назад конденсується у воду, бульбашки стають важчими і знову опускаються.

Коли всі шари рідини прогріваються до температури кипіння, бульбашки вже не опускаються, а піднімаються на поверхню і лопаються. Пара з них опиняється у повітрі. Таким чином, при кипінні процес пароутворення відбувається не на поверхні рідини, а по всій її товщі у бульбашках повітря, що утворюються. На відміну від випаровування, кипіння можливе лише за певної температури.

Слід розуміти, що коли рідина кипить, відбувається і звичайне випаровування з її поверхні.

Від чого залежить швидкість випаровування рідини?

Мірою швидкості випаровування є кількість речовини, що летить в одиницю часу з одиниці вільної поверхні рідини. Англійський фізик та хімік Д. Дальтон на початку XIX ст. знайшов, що швидкість випаровування пропорційна різниці між тиском насиченої пари при температурі рідини, що випаровується, і дійсним тиском тієї реальної пари, яка над рідиною є. Якщо рідина та пара перебувають у рівновазі, то швидкість випаровування дорівнює нулю. Точніше, воно відбувається, але з тією ж швидкістю відбувається і зворотний процес. конденсація(Перехід речовини з газоподібного або пароподібного стану в рідкий). Швидкість випаровування залежить також від того, відбувається воно в спокійній атмосфері або рухомій; швидкість його збільшується, якщо пар, що утворюється, здувається потоком повітря або відкачується насосом.

Якщо випаровування походить з рідкого розчину, то різні речовини випаровуються з різною швидкістю. Швидкість випаровування цієї речовини зменшується зі збільшенням тиску сторонніх газів, наприклад повітря. Тому випаровування у порожнечу відбувається з найбільшою швидкістю. Навпаки, додаючи в посудину сторонній, інертний газ, можна дуже сповільнити випаровування.

Іноді випаром називають також сублімацію, або сублімацію, тобто перехід твердої речовини в газоподібний стан. Майже всі їхні закономірності справді схожі. Теплота сублімації більша за теплоту випаровування приблизно на теплоту плавлення.

Отже, швидкість випаровування залежить від:

Роду рідини. Швидше випаровується та рідина, молекули якої притягуються один до одного з меншою силою. Адже в цьому випадку подолати тяжіння і вилетіти з рідини може більше молекул.
Випаровування відбувається тим швидше, що вища температура рідини. Чим вище температура рідини, тим більше в ній число молекул, що швидко рухаються, здатних подолати сили тяжіння навколишніх молекул і вилетіти з поверхні рідини.
Швидкість випаровування рідини залежить від площі поверхні. Ця причина пояснюється тим, що рідина випаровується з поверхні, і чим більша площа поверхні рідини, тим більше молекул одночасно вилітає з неї в повітря.
Випаровування рідини відбувається швидше за вітру. Одночасно з переходом молекул із рідини в пару відбувається і зворотний процес. Безладно рухаючись над поверхнею рідини, частина молекул, що залишили її, знову до неї повертається. Тому маса рідини у закритій посудині не змінюється, хоча рідина продовжує випаровуватися.

Висновки

Ми говоримо, що вода випаровується. Але що це означає? Випаровування - це процес, при якому рідина на повітрі швидко стає газом або парою. Багато рідин випаровуються дуже швидко, набагато швидше, ніж вода. Це стосується алкоголю, бензину, нашатирного спирту. Деякі рідини, наприклад, ртуть, випаровуються дуже повільно.

Чому відбувається випаровування? Щоб зрозуміти це, треба дещо уявляти про природу матерії. Наскільки ми знаємо, кожна речовина складається із молекул. Дві сили впливають на ці молекули. Одна з них – зчеплення, яке притягує їх одне до одного. Інша – це тепловий рух окремих молекул, що змушує їх розлітатися.

Якщо сила зчеплення вища, речовина залишається у твердому стані. Якщо ж тепловий рух настільки сильний, що він перевершує зчеплення, то речовина стає або є газом. Якщо дві сили приміряло врівноважені, тоді ми маємо рідину.

Вода, звісно, є рідиною. Але на поверхні рідини є молекули, які рухаються настільки швидко, що долають силу зчеплення та відлітають у простір. Процес вильоту молекул і називається випаровуванням.

Чому вода випаровується швидше, коли вона перебуває на сонці чи нагрівається? Чим вища температура, тим інтенсивніший тепловий рух у рідині. Це означає, що дедалі більше молекул набирає достатню швидкість, щоб полетіти. Коли відлітають найшвидші молекули, швидкість молекул, що залишилися, в середньому сповільнюється. Чому рідина, що залишається, охолоджується за рахунок випаровування.

Отже, коли вода висихає, це означає, що вона перетворилася на газ чи пару та стала частиною повітря.