I världen omkring oss pågår en enorm mängd olika fysiska fenomen och processer ständigt och kontinuerligt. En av de viktigaste är förångningsprocessen. Det finns flera förutsättningar för detta fenomen. I den här artikeln kommer vi att analysera var och en av dem mer i detalj.
Vad är avdunstning?
Detta är processen att omvandla ämnen till gasformigt eller ångformigt tillstånd. Det är endast typiskt för ämnen med flytande konsistens. Men något liknande observeras i fasta ämnen, bara detta fenomen kallas sublimering. Detta kan ses genom noggrann observation av kropparna. Till exempel torkar en tvålbit ut med tiden och börjar spricka, detta beror på att vattendropparna i dess sammansättning avdunstar och går in i ett gasformigt tillstånd H2O.
Definition i fysik
Förångning är en endoterm process där källan till absorberad energi är fasövergångsvärmen. Den innehåller två komponenter:
- en viss mängd värme som behövs för att övervinna de molekylära attraktionskrafterna när det är ett avbrott mellan de anslutna molekylerna;
- värme som krävs för arbetet med att expandera molekyler i processen att omvandla flytande ämnen till ånga eller gas.
Hur händer det här?
Övergången av ett ämne från flytande till gasformigt tillstånd kan ske på två sätt:
- Förångning är en process där molekyler flyr från ytan av en flytande substans.
- Kokning är processen för förångning från en vätska genom att bringa temperaturen till den specifika kokningsvärmen för ett ämne.
Trots att båda dessa fenomen omvandlar ett flytande ämne till en gas, finns det betydande skillnader mellan dem. Kokning är en aktiv process som endast sker vid en viss temperatur, medan avdunstning sker under alla förhållanden. En annan skillnad är att kokning är karakteristisk för hela vätskans tjocklek, medan det andra fenomenet endast inträffar på ytan av flytande ämnen.
Molecular Kinetic Theory of Evaporation
Om vi betraktar denna process på molekylär nivå, så händer det enligt följande:
- Molekyler i flytande ämnen är i konstant kaotisk rörelse, alla har helt olika hastigheter. Under tiden attraheras partiklarna till varandra på grund av attraktionskrafterna. Varje gång de krockar med varandra ändras deras hastigheter. Vid någon tidpunkt utvecklar vissa mycket hög hastighet, vilket gör att de kan övervinna tyngdkrafterna.
- Dessa grundämnen, som dök upp på vätskans yta, har sådan kinetisk energi att de kan övervinnaintermolekylära bindningar och lämna vätskan.
- Det är dessa allra snabbaste molekyler som flyger ut från ytan av ett flytande ämne, och denna process sker konstant och kontinuerligt.
- Väl i luften förvandlas de till ånga - detta kallas förångning.
- Som en konsekvens av detta blir den genomsnittliga kinetiska energin för de återstående partiklarna mindre och mindre. Detta förklarar kylningen av vätskan. Kom ihåg hur vi i barndomen fick lära oss att blåsa på en het vätska så att den svalnar snabbare. Det visar sig att vi accelererade processen med vattenavdunstning, och temperaturen sjönk mycket snabbare.
Vilka faktorer beror det på?
Det finns många villkor som krävs för att denna process ska inträffa. Det kommer från överallt där vattenpartiklar finns närvarande: dessa är sjöar, hav, floder, alla våta föremål, täcken av djurens och människors kroppar, såväl som växtblad. Man kan dra slutsatsen att avdunstning är en mycket betydelsefull och oumbärlig process för den omgivande världen och alla levande varelser.
Här är faktorerna som påverkar detta fenomen:
- Förångningshastigheten beror direkt på själva vätskans sammansättning. Det är känt att var och en av dem har sina egna egenskaper. Till exempel kommer de ämnen i vilka förångningsvärmen är lägre att omvandlas snabbare. Låt oss jämföra två processer: avdunstning av alkohol och vanligt vatten. I det första fallet sker omvandlingen till ett gasformigt tillstånd snabbare, eftersom det specifika värmet för förångning och kondensation för alkohol är 837 kJ / kg, och för vatten nästan tre gångermer - 2260 kJ/kg.
- Hastigheten beror också på vätskans initiala temperatur: ju högre den är, desto snabbare bildas ångan. Som ett exempel, låt oss ta ett glas vatten, när det finns kokande vatten inuti kärlet, så sker förångningen i mycket högre hastighet än när vattentemperaturen är lägre.
- En annan faktor som bestämmer hastigheten på denna process är vätskans yta. Kom ihåg att varm soppa svalnar snabbare i en skål med stor diameter än i ett litet fat.
- Fördelningshastigheten för ämnen i luften bestämmer till stor del avdunstningshastigheten, det vill säga ju snabbare diffusion sker, desto snabbare sker förångningen. Till exempel, med hårda vindar, avdunstar vattendroppar snabbare från ytan av sjöar, floder och reservoarer.
- Lufttemperaturen i rummet spelar också en viktig roll. Vi pratar mer om detta nedan.
Vilken roll har luftfuktigheten?
På grund av det faktum att förångningsprocessen sker från överallt kontinuerligt och konstant, finns det alltid partiklar av vatten i luften. I molekylär form ser de ut som en grupp av grundämnen H2O. Vätskor kan avdunsta beroende på mängden vattenånga i atmosfären, denna koefficient kallas luftfuktighet. Den finns i två typer:
- Relativ fuktighet är förhållandet mellan mängden vattenånga i luften och densiteten av mättad ånga vid samma temperatur i procent. Till exempel indikerar en poäng på 100 %att atmosfären är helt mättad med molekyler av H2O.
- Det absoluta kännetecknar densiteten av vattenånga i luften, betecknat med bokstaven f och visar hur mycket vattenmolekyler som finns i 1m3 luft.
Sambandet mellan förångningsprocessen och luftfuktigheten kan bestämmas enligt följande. Ju lägre relativ fuktighet luften har, desto snabbare kommer avdunstning från jordytan och andra föremål att ske.
Avdunstning av olika ämnen
I olika ämnen går denna process olika ut. Till exempel avdunstar alkohol snabbare än många vätskor på grund av dess låga specifika förångningsvärme. Ofta kallas sådana flytande ämnen flyktiga, eftersom vattenånga bokstavligen avdunstar från dem vid nästan vilken temperatur som helst.
Alkohol kan också avdunsta även vid rumstemperatur. I processen med att förbereda vin eller vodka drivs alkohol genom månskenet och når bara kokpunkten, som är ungefär lika med 78 grader. Den faktiska förångningstemperaturen för alkohol blir dock något högre, eftersom det i originalprodukten (till exempel mäsk) är en kombination med olika aromatiska oljor och vatten.
Kondensation och sublimering
Följande fenomen kan observeras varje gång vattnet kokar i vattenkokaren. Observera att när vatten kokar ändras det från flytande till gasformigt tillstånd. Det sker på detta sätt: en het stråle av vattenånga medflyger ut ur vattenkokaren genom sin pip i hög hastighet. I det här fallet är den bildade ångan inte synlig direkt vid utgången från pipen, utan på kort avstånd från den. Denna process kallas kondensering, dvs vattenånga tjocknar så mycket att den blir synlig för våra ögon.
Förångningen av ett fast ämne kallas sublimering. Samtidigt övergår de från aggregationstillståndet till det gasformiga tillståndet och går förbi vätskesteget. Det mest kända fallet av sublimering är förknippat med iskristaller. I sin ursprungliga form är isen ett fast material, vid temperaturer över 0°C börjar den smälta och antar ett flytande tillstånd. Men i vissa fall, vid negativa temperaturer, övergår isen till ångform och går förbi vätskefasen.
Effekt av avdunstning på människokroppen
Tack vare avdunstning sker värmereglering i vår kropp. Denna process sker genom ett självkylningssystem. På en varm kvav dag blir en person som är engagerad i visst fysiskt arbete väldigt het. Det betyder att det ökar den inre energin. Och som ni vet, vid temperaturer över 42° börjar protein i mänskligt blod koagulera, om denna process inte stoppas i tid kommer det att leda till döden.
Självkylningssystemet är utformat just på ett sådant sätt att det reglerar temperaturen för normal livslängd. När temperaturen blir den högsta tillåtna, börjar aktiv svettning genom porerna på huden. Och sedan från ytan av huden uppståravdunstning, som absorberar överflödig kroppsenergi. Med andra ord är avdunstning en process som bidrar till att kroppen kyls ner till ett norm alt tillstånd.
