Vi är alla väl medvetna om ett allvarligt faktum sedan barndomen. För att kyla varmt te är det nödvändigt att hälla det i ett kallt fat och blåsa det över dess yta under lång tid. När du är sex eller sju år gammal tänker du inte riktigt på fysikens lagar, du tar dem bara för givna eller, rent fysiskt, tar du dem som ett axiom. Men när vi lär oss vetenskap med tiden upptäcker vi intressanta likheter mellan axiom och konsekventa bevis, och översätter smidigt våra barndomsantaganden till vuxensatser. Detsamma gäller för varmt te. Ingen av oss kunde ha föreställt sig att detta sätt att kyla den är direkt relaterad till avdunstning av vätska.
Processens fysik
För att svara på frågan om vad som bestämmer avdunstningshastigheten för en vätska, är det nödvändigt att förstå själva fysiken i processen. Avdunstning är processen för fasövergång av ett ämne från ett flytande tillstånd av aggregation till ett gasformigt tillstånd. Alla flytande ämnen kan avdunsta, inklusive mycket trögflytande. I utseendeoch du kan inte säga att en viss geléliknande slurry kan förlora en del av sin massa på grund av avdunstning, men under vissa förhållanden är det precis vad som händer. En fast substans kan också avdunsta, bara denna process kallas sublimering.
Hur det händer
För att börja räkna ut vad en vätskas förångningshastighet beror på, bör man utgå från det faktum att detta är en endoterm process, det vill säga en process som sker med absorption av värme. Fasövergångsvärmen (avdunstning) överför energi till molekylerna i ett ämne, ökar deras hastighet och ökar sannolikheten för deras separation, samtidigt som krafterna för molekylär sammanhållning försvagas. Genom att bryta sig loss från huvuddelen av ämnet bryter de snabbaste molekylerna ut ur dess gränser, och ämnet förlorar sin massa. Samtidigt kokar de utstötta vätskemolekylerna omedelbart, vilket utför processen med fasövergång vid separation, och deras utträde är redan i gasformigt tillstånd.
Application
Förstå orsakerna till att avdunstningshastigheten för en vätska beror på, är det möjligt att korrekt reglera de tekniska processer som sker utifrån deras bas. Till exempel driften av en luftkonditioneringsanläggning, i vars värmeväxlare-förångare köldmediet kokar, tar värme från det kylda rummet, eller kokning av vatten i rören till en industriell panna, vars värme överförs till behov av värme och varmvattenförsörjning. Att förstå de förhållanden som förångningshastigheten för en vätska beror på ger en möjlighet att designa och tillverka modern och teknisk utrustning med kompakta dimensioner och med en ökad koefficientvärmeöverföring.
Temperature
Flytande aggregationstillstånd är extremt instabilt. Med vårt jordiska n. y. (begreppet "normala förhållanden", d.v.s. lämpligt för mänskligt liv), tenderar det periodvis att övergå till en fast eller gasformig fas. Hur går det till? Vad bestämmer avdunstningshastigheten för en vätska?
Det primära kriteriet är naturligtvis temperaturen. Ju mer vi värmer vätskan, desto mer energi tillför vi ämnets molekyler, ju fler molekylära bindningar vi bryter, desto snabbare går fasövergångsprocessen. Apoteos uppnås med en stadig nukleär koka. Vatten kokar vid 100°C vid atmosfärstryck. Ytan på en gryta eller till exempel en vattenkokare, där det kokar, är bara vid första anblicken helt slät. Med en flerfaldig ökning av bilden kommer vi att se oändliga skarpa toppar, som i bergen. Värme tillförs punktvis till var och en av dessa toppar, och på grund av den lilla värmeväxlingsytan kokar vattnet omedelbart och bildar en luftbubbla som stiger upp till ytan, där den kollapsar. Det är därför som sådan kokning kallas bubbel. Vattenförångningshastigheten är maximal.
Pressure
Den andra viktiga parametern, på vilken avdunstningshastigheten för en vätska beror på, är trycket. När trycket sjunker under atmosfärstrycket börjar vattnet koka vid lägre temperaturer. Arbetet med de berömda tryckkokarna är baserat på denna princip - speciella kokkärl, varifrån luft pumpades ut och vattnet kokade redan vid 70-80 ºС. Ökningen av trycket å andra sidanökar kokpunkten. Denna användbara egenskap används vid tillförsel av överhettat vatten från ett termiskt kraftverk till centralvärme och ITP, där vattnet, för att upprätthålla potentialen för överförd värme, värms upp till temperaturer på 150-180 grader, när det är nödvändigt att utesluta möjligheten att koka i rör.
Andra faktorer
Intensiv blåsning av vätskans yta med en temperatur som är högre än temperaturen på den tillförda luftstrålen är en annan faktor som bestämmer vätskans avdunstning. Exempel på detta kan hämtas från vardagen. Att blåsa sjöns yta med vinden, eller exemplet med vilket vi började berättelsen: att blåsa hett te som hälls i ett fat. Det kyls ner på grund av det faktum att molekylerna, när de bryts bort från huvuddelen av ämnet, tar en del av energin med sig och kyler den. Här kan du också se effekten av ytarea. Ett fat är bredare än en mugg, så mer vattenmassa kan komma ut från dess kvadrat.
Vätsketypen i sig påverkar också avdunstningshastigheten: vissa vätskor avdunstar snabbare, andra tvärtom långsammare. Den omgivande luftens tillstånd har också en viktig inverkan på förångningsprocessen. Om den absoluta fukth alten är hög (mycket fuktig luft, t.ex. nära havet), kommer förångningsprocessen att gå långsammare.
