Графика на изпарение и кондензация. Фазови преходи. Топене и кристализация
Теми ИЗПОЛЗВАЙТЕ кодификатор : промяната агрегатни състояниявещества, топене и кристализация, изпаряване и кондензация, кипене на течности, енергийна промяна във фазовите преходи.
Лед, вода и водна пара са примери за три агрегатни състояниявещества: твърди, течни и газообразни. В какъв вид агрегатно състояние се намира дадено вещество зависи от неговата температура и други външни условия, в които се намира.
Когато външните условия се променят (например, ако вътрешната енергия на тялото се увеличава или намалява в резултат на нагряване или охлаждане), могат да възникнат фазови преходи - промени в агрегатните състояния на веществото на тялото. Ще ни интересува следното фазови преходи.
Топене(твърда течност) и кристализация(течността е твърдо вещество).
Генериране на пара(течни пари) и кондензация(парна течност).
Топене и кристализация
Повечето твърди вещества са кристална, т.е. имат кристална решетка- строго определено, периодично повтарящо се подреждане на неговите частици в пространството.
Частици (атоми или молекули) на кристално твърдо вещество извършват термични вибрации близо до фиксирани равновесни позиции - възли кристална решетка.
Например възлите на кристалната решетка готварска сол- това са върховете на кубични клетки от "триизмерна карирана хартия" (виж фиг. 1, на която по-големи топчета означават хлорни атоми (изображение от сайта en.wikipedia.org.)); ако се остави водата да се изпари от солния разтвор, останалата сол ще бъде купчина малки кубчета.
Ориз. 1. Кристална решетка
Чрез топенесе нарича превръщане на кристално твърдо вещество в течност. Можете да разтопите всяко тяло - за това трябва да го затоплите точка на топене, което зависи само от веществото на тялото, но не и от неговата форма или размер. Точката на топене на дадено вещество може да се определи от таблици.
Напротив, ако охладите течност, рано или късно тя ще премине в твърдо състояние. Превръщането на течност в кристално твърдо вещество се нарича кристализацияили втвърдяване... По този начин топенето и кристализацията са взаимно обратни процеси.
Температурата, при която течността кристализира, се нарича температура на кристализация... Оказва се, че температурата на кристализация е равна на температурата на топене: при тази температура могат да възникнат и двата процеса. И така, когато ледът се стопи и водата кристализира; Какво точновъзниква във всеки конкретен случай - зависи от външните условия (например дали топлината се подава към веществото или се отстранява от него).
Как протича топенето и кристализацията? Какъв е техният механизъм? За да разберем същността на тези процеси, ще разгледаме графиките на зависимостта на телесната температура от времето при нагряване и охлаждане - така наречените графики на топене и кристализация.
График на топене
Да започнем с графиката на топенето (фиг. 2). Нека в началния момент от времето (точката на графиката) тялото е кристално и има определена температура.
Ориз. 2. График на топене
Тогава към тялото започва да се подава топлина (да речем, тялото е поставено в топилна пещ), а температурата на тялото се повишава до стойност - точката на топене на даденото вещество. Това е част от графиката.
На мястото тялото получава количеството топлина
където е специфичният топлинен капацитет на твърдо вещество, е телесната маса.
Когато се достигне точката на топене (в точка), ситуацията се променя качествено. Въпреки факта, че топлината продължава да се доставя, телесната температура остава непроменена. На сайта има топенетяло - постепенното му преминаване от твърдо състояние в течно. Вътре в сайта имаме смес от твърдо и течно, и колкото по-близо до точката, толкова по-малко твърдо вещество остава и толкова повече течност се появява. И накрая, в точката от първоначалното твърдо вещество не беше останало нищо: то напълно се превърна в течност.
Площта съответства на по-нататъшното нагряване на течността (или, както се казва, стопи се). В тази област течността абсорбира количеството топлина
където е специфичната топлина на течността.
Но сега най-много се интересуваме от раздела за фазов преход. Защо температурата на сместа не се променя в тази област? Топлината е предоставена!
Да се върнем към началото на процеса на нагряване. Повишаването на температурата на твърдо вещество в секция е резултат от увеличаване на интензитета на трептенията на неговите частици в възлите на кристалната решетка: подадената топлина се използва за увеличаване кинетичененергия на частиците на тялото (всъщност част от подадената топлина се изразходва за извършване на работа за увеличаване на средното разстояние между частиците - както знаем, телата се разширяват при нагряване. Тази част обаче е толкова малка, че може да се пренебрегне.) .
Кристалната решетка се губи все повече и повече и при температурата на топене амплитудата на трептенията достига тази пределна стойност, при която силите на привличане между частиците все още са в състояние да осигурят подреденото им разположение една спрямо друга. Твърдото вещество започва да се "пука по шевовете", а по-нататъшното нагряване разрушава кристалната решетка - така започва топенето на мястото.
От този момент нататък цялата подадена топлина отива на работа за разрушаване на връзките, които държат частиците във възлите на кристалната решетка, т.е. увеличавам потенциаленергии на частиците. В този случай кинетичната енергия на частиците остава същата, така че телесната температура не се променя. В този момент кристалната структура изчезва напълно, няма какво повече да се разрушава, а подадената топлина отново се използва за увеличаване на кинетичната енергия на частиците - за нагряване на стопилката.
Специфична топлина на топене
Така че, за превръщането на твърдо вещество в течност, не е достатъчно да го доведете до точката на топене. Необходимо е допълнително (вече при точката на топене) да се придаде определено количество топлина на тялото за пълното разрушаване на кристалната решетка (т.е. за преминаване на секцията).
Това количество топлина се използва за увеличаване на потенциалната енергия на взаимодействието на частиците. Следователно вътрешната енергия на стопилката в дадена точка е по-голяма от вътрешната енергия на твърдо вещество в дадена точка с известно количество.
Опитът показва, че стойността е право пропорционална на телесното тегло:
Коефициентът на пропорционалност не зависи от формата и размера на тялото и е характеристика на веществото. Нарича се специфична топлина на топене на дадено вещество... Специфичната топлина на топене на това вещество може да се намери в таблиците.
Специфичната топлина на топене е числено равна на количеството топлина, необходимо за превръщане в течност на един килограм от дадено кристално вещество, доведено до точката на топене.
И така, специфичната топлина на топене на леда е равна на kJ / kg, олово - kJ / kg. Виждаме, че е необходима почти пъти повече енергия, за да се разруши кристалната решетка на леда! Ледът принадлежи към вещества с висока специфична топлина на топене и следователно не се топи веднага през пролетта (природата е взела свои собствени мерки: ако ледът имаше същата специфична топлина на топене като оловото, цялата маса от лед и сняг ще се стопи с първо размразяване, наводняване на всичко наоколо).
График на кристализация
Сега да преминем към разглеждането кристализация- обратният процес на топене. Започваме от точката на предишния чертеж. Да предположим, че в момента нагряването на стопилката е спряло (печката е била изключена и стопилката е била изложена на въздух). Допълнителни промени в температурата на стопилка са показани на фиг. (3).
Ориз. 3. График на кристализация
Течността се охлажда (сечение), докато нейната температура достигне температурата на кристализация, която съвпада с точката на топене.
От този момент температурата на стопилката престава да се променя, въпреки че топлината все още я оставя вътре заобикаляща среда... На сайта има кристализациястопяване - постепенното му преминаване в твърдо състояние. Вътре в обекта отново имаме смес от твърда и течна фаза и колкото по-близо до точката, толкова по-твърдо става и толкова по-малко течност.Накрая в точката течността изобщо не остава - тя е кристализирала напълно.
Следващият раздел съответства на по-нататъшно охлаждане на твърдото вещество, което е възникнало в резултат на кристализация.
Отново се интересуваме от секцията на фазовия преход: защо температурата остава непроменена, въпреки загубата на топлина?
Отново обратно към въпроса. След спиране на подаването на топлина температурата на стопилката намалява, тъй като нейните частици постепенно губят кинетична енергия в резултат на сблъсъци с молекули на околната среда и излъчване на електромагнитни вълни.
Когато температурата на стопилката падне до температурата на кристализация (точката), нейните частици ще се забавят толкова много, че силите на привличане ще могат да ги „разгънат” правилно и да им придадат строго определена взаимна ориентация в пространството. Това ще създаде условия за нуклеация на кристална решетка и тя всъщност ще започне да се образува поради по-нататъшното изтичане на енергия от стопилката в околното пространство.
В същото време ще започне обратен процес на освобождаване на енергия: когато частиците заемат местата си в възлите на кристалната решетка, тяхната потенциална енергия рязко намалява, поради което кинетичната им енергия се увеличава - кристализиращата течност е източник на топлина (често можете да видите птици да седят на ледената дупка. Там се затоплят!) ... Топлината, отделена по време на кристализация, точно компенсира топлинните загуби към околната среда и следователно температурата в зоната не се променя.
В този момент стопилката изчезва и заедно със завършването на кристализацията изчезва и този вътрешен "генератор" на топлина. Поради продължаващото разсейване на енергията във външната среда, понижаването на температурата ще се възобнови, но образуваното твърдо тяло (област) само ще се охлади.
Както показва опитът, по време на кристализация в района, точно същотоколичеството топлина, което се абсорбира по време на топенето на обекта.
Изпаряване и кондензация
Генериране на парае преходът на течност в газообразно състояние (в пара). Има два метода за изпаряване: изпаряване и кипене.
Изпаряваненаречено изпаряване, което се случва при всяка температура от свободна повърхносттечности. Както си спомняте от листа "Наситена пара", причината за изпарението е изпускането от течността на най-бързите молекули, които са в състояние да преодолеят силите на междумолекулното привличане. Тези молекули образуват пара над повърхността на течността.
Различните течности се изпаряват с различна скорост: колкото по-големи са силите на привличане на молекулите една към друга, толкова по-малък е броят на молекулите за единица време ще могат да ги преодолеят и да излетят, и толкова по-ниска е скоростта на изпаряване. Етер, ацетон, алкохол (те понякога се наричат летливи течности) се изпаряват бързо, водата се изпарява по-бавно, маслото и живакът се изпаряват много по-бавно от водата.
Скоростта на изпаряване нараства с повишаване на температурата (при топлина прането ще изсъхне по-бързо), тъй като средната кинетична енергия на течните молекули се увеличава и по този начин се увеличава броят на бързите молекули, способни да напуснат нейните граници.
Скоростта на изпаряване зависи от повърхността на течността: колкото по-голяма е площта, толкова повече молекули получават достъп до повърхността и изпаряването е по-бързо (поради което внимателно се изправя при окачване на прането).
Едновременно с изпаряването се наблюдава и обратният процес: молекулите на парите, извършвайки произволно движение над повърхността на течността, частично се връщат обратно в течността. Превръщането на парата в течност се нарича кондензация.
Кондензацията забавя изпарението на течността. Така че на сух въздух прането ще изсъхне по-бързо, отколкото във влажен въздух. Ще изсъхне по-бързо на вятъра: парата се отнася от вятъра, а изпарението е по-интензивно
В някои ситуации скоростта на кондензация може да бъде равна на скоростта на изпаряване. Тогава и двата процеса се компенсират взаимно и настъпва динамично равновесие: от плътно затворена бутилка течността не се изпарява с години и в този случай има наситена пара.
Постоянно наблюдаваме кондензацията на водни пари в атмосферата под формата на облаци, дъждове и роса, падащи сутрин; именно изпарението и кондензацията осигуряват кръговрата на водата в природата, поддържайки живота на Земята.
Тъй като изпарението е напускането на най-бързите молекули от течността, средната кинетична енергия на течните молекули намалява по време на процеса на изпаряване, т.е. течността се охлажда. Добре сте наясно с усещането за прохлада и понякога дори студ (особено при вятъра), когато напускате водата: водата, която се изпарява по цялата повърхност на тялото, отвежда топлината, докато вятърът ускорява процеса на изпаряване (сега е ясно защо духаме горещ чай. Още по-добре е да вдигнем въздуха, защото тогава на повърхността на чая излиза сух въздух от околната среда, а не влажен въздух от белите ни дробове ;-)).
Можете да почувствате същата прохлада, ако разтриете върху ръката си парче памучна вата, потопено в летлив разтворител (да речем, ацетон или лакочистител). При четиридесетградусова жега, благодарение на засиленото изпаряване на влагата през порите на тялото ни, ние поддържаме температурата си на нормално ниво; ако не беше този терморегулаторен механизъм, просто щяхме да умрем в такава жега.
Напротив, в процеса на кондензация течността се нагрява: парните молекули, когато се връщат в течността, се ускоряват от силите на привличане от страната на близките течни молекули, в резултат на което средната кинетична енергия на течните молекули се увеличава (сравнете това явление с освобождаването на енергия по време на кристализацията на стопилка!).
Кипене
Кипенее изпаряването, което се случва в целия обемтечности.
Кипенето е възможно, тъй като в течността винаги се разтваря определено количество въздух, който е попаднал там в резултат на дифузия. Когато течността се нагрява, този въздух се разширява, въздушните мехурчета постепенно се увеличават по размер и стават видими с просто око (в съд с вода те отлагат дъното и стените). Вътре във въздушните мехурчета има наситена пара, чието налягане, както си спомняте, бързо се увеличава с повишаване на температурата.
Колкото по-големи стават мехурчетата, толкова по-голяма е архимедовата сила върху тях и в определен момент мехурчетата започват да се отделят и издигат. Издигайки се нагоре, мехурчетата падат в по-малко нагрятите слоеве на течността; парата кондензира в тях, а мехурчетата отново се компресират. Срутването на мехурчетата предизвиква познатия шум, който предхожда кипенето на чайника. Накрая с течение на времето цялата течност се затопля равномерно, мехурчетата достигат повърхността и се спукват, изхвърляйки въздух и пара - шумът се заменя с бълбукане, течността кипи.
По този начин мехурчетата служат като "проводници" на парата от вътрешността на течността към нейната повърхност. При кипене, наред с обикновеното изпаряване, течността се превръща в пара в целия обем - изпаряване на въздушните мехурчета във вътрешността, последвано от изтегляне на парата навън. Ето защо врящата течност се изпарява много бързо: чайник, от който водата би се изпарила много дни, ще изври за половин час.
За разлика от изпарението, което се случва при всяка температура, течността започва да кипи едва когато достигне точка на кипене- точно температурата, при която въздушните мехурчета могат да плуват и да достигнат повърхността. При точката на кипене налягането на наситените пари става равно на външното налягане върху течността(по-специално, атмосферно налягане). Съответно, колкото по-високо е външното налягане, толкова по-висока температура ще започне кипенето.
При нормално атмосферно налягане (атм или Ра) точката на кипене на водата е равна на. Така налягането на наситената водна пара при температура еПа Този факт е необходимо да се знае за решаването на проблеми - често се счита за известен по подразбиране.
На върха на Елбрус атмосферното налягане е равно на атм и водата там ще кипи при температура. И под налягане от атм, водата ще започне да кипи само при.
Точката на кипене (при нормално атмосферно налягане) е строго определена стойност за дадена течност (точките на кипене, дадени в таблиците на учебниците и справочниците са точките на кипене на химически чисти течности. Наличието на примеси в течността може да промени точката на кипене Например, чешмяната вода съдържа разтворен хлор и някои соли, следователно, нейната точка на кипене при нормално атмосферно налягане може леко да се различава от). И така, алкохолът кипи при, етерът - при, живакът - при. Моля, обърнете внимание: колкото по-летлива е течността, толкова по-ниска е нейната точка на кипене. В таблицата с точките на кипене също виждаме, че кислородът кипи при. Това означава, че при обикновени температури кислородът е газ!
Знаем, че ако чайникът се свали от котлона, кипенето спира незабавно – процесът на кипене изисква непрекъснато подаване на топлина. В същото време температурата на водата в чайника след кипене спира да се променя, оставайки през цялото време една и съща. Къде отива предоставената топлина?
Ситуацията е подобна на процеса на топене: топлината се използва за увеличаване на потенциалната енергия на молекулите. В този случай, за да се извърши работата по отстраняване на молекули на такива разстояния, че силите на привличане няма да могат да задържат молекулите близо една до друга и течността ще премине в газообразно състояние.
График на кипене
Помислете за графично представяне на процеса на нагряване на течност - т.нар графика на кипене(фиг. 4).
Ориз. 4. График на кипене
Мястото предхожда началото на кипене. На мястото течността кипи, масата й намалява. В този момент течността изпарява напълно.
За преминаване на участъка, т.е. за да може течността, доведена до точката на кипене, да се превърне напълно в пара, трябва да й се подаде определено количество топлина. Опитът показва, че това количество топлина е право пропорционално на масата на течността:
Съотношението на страните се нарича специфична топлина на изпаряванетечности (при точка на кипене). Специфичната топлина на изпаряване е числено равна на количеството топлина, което трябва да се подаде на 1 kg течност, взета при точката на кипене, за да се превърне напълно в пара.
Така че, когато специфичната топлина на изпаряване на водата е равна на kJ / kg. Интересно е да го сравним със специфичната топлина на топене на леда (kJ / kg) - специфичната топлина на изпаряване е почти седем пъти по-висока! Това не е изненадващо: в края на краищата, за да се стопи ледът, е необходимо само да се разруши подреденото подреждане на водните молекули във възлите на кристалната решетка; в този случай разстоянията между молекулите остават приблизително еднакви. Но за да превърнете водата в пара, трябва да свършите много повече работа, за да разрушите всички връзки между молекулите и да премахнете молекулите на значителни разстояния една от друга.
График за кондензация
Процесът на кондензация на парите и последващото охлаждане на течността изглежда на графиката симетрично спрямо процеса на нагряване и кипене. Ето и съответното график за кондензацияза случая на водна пара по Целзий, която най-често се среща при проблеми (фиг. 5).
Ориз. 5. График за кондензация
В точката имаме водна пара. Появява се конденз на обекта; вътре в тази зона - смес от пара и вода при. В точката вече няма пара, има само вода. Парцелът е охлаждането на тази вода.
Опитът показва, че по време на кондензацията на парата на масата (т.е. при преминаване през секцията) се отделя точно същото количество топлина, което е изразходвано за превръщането в пара на течността на масата при дадена температура.
Нека сравним следните количества топлина за интерес:
Което се отделя при кондензацията на g водна пара;
, който се освобождава, когато получената стоградусна вода се охлади до температура, да речем.
J;
Дж.
Тези числа ясно показват, че изгарянето с пара е много по-лошо от изгарянето с вряща вода. Когато вряща вода попадне върху кожата, се освобождава „само“ (врящата вода се охлажда). Но при изгаряне на пара първо ще се отдели с порядък повече топлина (парата кондензира), образува се вода по Целзий, след което същата стойност ще се добави, когато тази вода изстине.
Явлението на преобразуване на вещество от течно състояние в газообразно се нарича изпаряване... Генерирането на пара може да се извърши под формата на два процеса: изпаряванеи
Изпаряване
Изпаряването настъпва от повърхността на течността при всяка температура. Така локвите изсъхват при 10 ° C, и при 20 ° C, и при 30 ° C. По този начин изпарението е процесът на превръщане на вещество от течно в газообразно състояние, което се случва от повърхността на течност при всяка температура.
От гледна точка на структурата на материята, изпаряването на течността се обяснява по следния начин. Течните молекули, участващи в непрекъснато движение, имат различни скорости. Най-бързите молекули, разположени на границата между повърхността на водата и въздуха и притежаващи относително висока енергия, преодоляват привличането на съседни молекули и напускат течността. Така отгоре се образува течността пара.
Тъй като по време на изпарението от течността се отделят молекули с по-висока вътрешна енергия, в сравнение с енергията на молекулите, останали в течността, средната скорост и средната кинетична енергия на течните молекули намаляват и следователно температурата на течността намалява.
Скорост на изпарениетечност зависи от вида на течността. По този начин скоростта на изпаряване на етера е по-голяма от скоростта на изпаряване на вода и растително масло. Освен това скоростта на изпаряване зависи от движението на въздуха над повърхността на течността. Доказателството е, че прането изсъхва по-бързо на вятъра, отколкото на безветрено място при същите външни условия.
Скорост на изпарениезависи от температурата на течността. Например, водата при 30 ° C се изпарява по-бързо от водата при 10 ° C.
Добре известно е, че водата, налята в чинийка, се изпарява по-бързо от водата със същата маса, излята в чаша. Следователно, това зависи от повърхността на течността.
Кондензация
Процесът на превръщане на вещество от газообразно състояние в течно се нарича кондензация.
Процесът на кондензация протича едновременно с процеса на изпаряване. Молекулите, които излизат от течността и са над нейната повърхност, участват в хаотично движение. Те се сблъскват с други молекули и в даден момент от време скоростите им могат да бъдат насочени към повърхността на течността и молекулите ще се върнат към нея.
Ако съдът е отворен, тогава процесът на изпаряване протича по-бързо от кондензацията и масата на течността в съда намалява. Парите, генерирани над течността, се наричат ненаситени .
Ако течността е в затворен съд, тогава в началото броят на молекулите, излизащи от течността, ще бъде по-голям от броя на молекулите, които се връщат в нея, но с течение на времето плътността на парата над течността ще се увеличи толкова много, че броят на молекулите напускането на течността ще бъде равно на броя на молекулите, връщайки се към нея. В този случай възниква динамично равновесие на течността с нейните пари.
Парата в състояние на динамично равновесие с течността си се нарича наситена пара .
Ако съд с течност, съдържаща наситена пара, се нагрее, тогава в началото броят на молекулите, излизащи от течността, ще се увеличи и ще бъде по-голям от броя на молекулите, които се връщат към него. С течение на времето равновесието ще се възстанови, но плътността на парата над течността и съответно налягането й ще се увеличат.
Течността се превръща в пара (газ) чрез изпаряване и кипене. Тези процеси са обединени от едно име "изпаряване", но има разлика между тези процеси.
Изпарението се случва от свободната повърхност на всяка течност постоянно. Физическата природа на изпарението е излъчването от повърхността на молекули с висока скорост и кинетична енергия на топлинно движение. В този случай течността се охлажда. В индустрията този ефект се използва в охладителни кули за охлаждане на вода.
Кипенето (като изпаряване) е преход на веществото в парно състояние, но се случва в целия обем на течността и само когато топлината се подава към течността. При по-нататъшно нагряване температурата на течността остава постоянна, докато течността продължава да кипи.
Точката на кипене зависи от налягането на парите над течността; с намаляване на налягането точката на кипене намалява и обратно. Чрез намаляване на налягането на парите над течността е възможно да се понижи точката на кипене на течността до нейната точка на замръзване и като изберете вещества с желаните свойства, можете да получите почти всяка ниска температура.
Количеството топлина, необходимо за преминаването на 1 kg течност в състояние на пара, се нарича специфична топлина на изпаряване г, kJ/kg.
Температурата, при която настъпва изпаряване, се нарича температура на насищане. Парата може да бъде мокра или суха (без течни капчици). Парата може да бъде прегрята и да има температура на прегряване над температурата на насищане.
Тези процеси се използват в хладилни машини с компресия на пари. Врящата течност е хладилен агент, а апаратът, в който кипи, вземайки топлина от веществото, което трябва да се охлажда, е изпарител. Количеството топлина, подадено на кипящата течност, се определя по формулата:
където М- масата на течността, която се превръща в пара; r- топлина на изпаряване.
Точката на кипене на течността зависи от налягането. Тази връзка се изобразява от кривата на налягането на парите.
За най-разпространения хладилен агент в хладилната индустрия, амоняка, такава крива е показана на фиг. 3, от което се вижда, че при налягане, равно на атмосферното (0,1 MPa), точката на кипене на амоняка съответства на -30 ° C, а при 1,2 MPa - + 30 ° C.
Превръщането на наситена пара в течност се нарича кондензация, която се случва при температурата на кондензация, която също зависи от налягането. Температура на кондензация и изпаряване при специфично налягане хомогенна субстанцияса същите. Този ефект се използва в изпарителни кондензатори за прехвърляне на топлината на кондензацията към въздуха.
Сублимация
Веществото може да премине от твърдо състояние директно в пара. Този процес се нарича сублимация. Погълнатата от околния въздух топлина се изразходва за преодоляване на адхезионните сили на молекулите и влиянието на външното налягане, което предотвратява този процес.
При нормални условия не се сублимират много вещества - твърд въглероден диоксид (сух лед), йод, камфор и др.
За охлаждане и получаване на ниски температури се използва сух лед, който осигурява температура от -78,3°C при атмосферно налягане, а чрез понижаване на налягането е възможно да се достигне -100°C.
>> Физика: Изпаряване и кондензация
Когато се изпарява, веществото преминава от течно състояние в газообразно състояние (пара). Има два вида изпаряване: изпаряване и кипене.
Изпаряване- Това е изпаряване, което възниква от свободната повърхност на течността.
Как се извършва изпаряването? Знаем, че молекулите на всяка течност са в непрекъснато и безпорядъчно движение, като някои от тях се движат по-бързо, други по-бавно. Силите на привличане един към друг им пречат да излетят. Ако обаче на повърхността на течността се появи молекула с достатъчно висока кинетична енергия, тогава тя ще може да преодолее силите на междумолекулно привличане и да излети от течността. Същото ще се повтори и с друга бърза молекула, с втората, третата и т.н. Избягайки навън, тези молекули образуват пара над течността. Образуването на тази пара е изпаряване.
Тъй като най-бързите молекули излитат от течността по време на изпаряване, средната кинетична енергия на молекулите, оставащи в течността, става все по-малка. Като резултат температурата на изпаряващата се течност намалява: течността се охлажда... Ето защо, по-специално, човек в мокри дрехи се чувства по-студен, отколкото в сухи (особено при вятър).
В същото време всеки знае, че ако налеете вода в чаша и я оставите на масата, тогава, въпреки изпаряването, тя няма да се охлади непрекъснато, става все по-студена и по-студена, докато замръзне. Какво пречи на това? Отговорът е много прост: топлообмен на водата с топлия въздух около стъклото.
Охлаждането на течността по време на изпаряване е по-забележимо в случай, когато изпаряването става достатъчно бързо (така че течността няма време да възстанови температурата си поради топлообмен с околната среда). Летливите течности с ниски сили на междумолекулно привличане се изпаряват бързо, например етер, алкохол, бензин. Ако пуснете такава течност върху ръката си, ще ни стане студено. Изпарявайки се от повърхността на ръката, такава течност ще се охлади и ще вземе малко топлина от нея.
Бързо изпаряващите се вещества се използват широко в технологиите. Например в космическите технологии спускащите се превозни средства са покрити с такива вещества. При преминаване през атмосферата на планетата тялото на апарата се нагрява в резултат на триене и веществото, което го покрива, започва да се изпарява. Изпарявайки се, той охлажда космическия кораб, като по този начин го спасява от прегряване.
Охлаждането на водата при нейното изпаряване се използва и в уреди за измерване на влажността на въздуха, - психрометри(от гръцки "psychros" - студ). Психрометърът (фиг. 81) се състои от два термометъра. Единият от тях (сух) показва температурата на въздуха, а другият (чийто резервоар е завързан с камбрик, потопен във вода) - по-ниска температура поради интензивността на изпаряване на влажния камбрик. Колкото по-суха е измерената влажност, толкова по-силно е изпарението и следователно по-ниско е показанието на мокрия термометър. И обратното, колкото по-висока е влажността на въздуха, толкова по-малко интензивно е изпарението и следователно толкова по-висока е температурата, която показва този термометър. Въз основа на показанията на сухи и овлажнени термометри с помощта на специална (психрометрична) таблица се определя влажността на въздуха, изразена като процент. Най-високата влажност е 100% (при такава влажност на въздуха се появява роса върху предмети). За хората най-благоприятната влажност се счита за в диапазона от 40 до 60%.
С помощта на прости експерименти е лесно да се установи, че скоростта на изпаряване се увеличава с повишаване на температурата на течността, както и с увеличаване на нейната свободна повърхност и при наличие на вятър.
Защо течността се изпарява по-бързо при наличие на вятър? Факт е, че едновременно с изпаряването на повърхността на течността възниква и обратният процес - кондензация
... Кондензацията възниква поради факта, че част от молекулите на парата, движещи се произволно над течността, се връщат отново към нея. Вятърът отнася изхвърлените от течността молекули и не им позволява да се върнат обратно.
Кондензация може да възникне и когато парата не е в контакт с течността. Именно кондензацията, например, обяснява образуването на облаци: молекулите водна пара, издигащи се над земята, в по-студените слоеве на атмосферата, се групират в малки капчици вода, чиито натрупвания са облаци. Кондензацията на водна пара в атмосферата също води до дъжд и роса.
По време на изпарението течността се охлажда и, ставайки по-студена от околната среда, започва да абсорбира енергията си. Обратно, по време на кондензацията се отделя известно количество топлина в околната среда и температурата й се повишава малко.
??? 1. Какви два вида изпаряване съществуват в природата? 2. Какво е изпаряване? 3. Какво определя скоростта на изпаряване на течност? 4. Защо температурата на течността пада при изпаряване? 5. Как е възможно да се предотврати прегряване на спускащия се космически кораб по време на преминаването им през атмосферата на планетата? 6. Какво е конденз? 7. Какви явления се обясняват с кондензацията на пара? 8. Какъв инструмент се използва за измерване на влажността на въздуха? Как работи?
Експериментални задачи ... 1. Изсипете същото количество вода в две еднакви чинии (например три супени лъжици). Поставете едната чинийка на топло, а другата на студено. Измерете времето, необходимо на водата да се изпари и в двете чинии. Обяснете разликата в скоростта на изпаряване. 2. Капнете с пипета капка вода и алкохол върху лист хартия. Измерете времето, необходимо за тяхното изпаряване. Коя от тези течности има по-малко привличащи сили между молекулите? 3. Налейте същото количество вода в чашата и чинийката. Измерете времето, необходимо за да се изпари в тях. Обяснете разликата в скоростта му на изпаряване.
С.В. Громов, Н.А. Родина, Физика 8 клас
Изпратено от читатели от интернет сайтове
Под> Календарно-тематично планиране по физика, онлайн тестване, задание на ученик от 8 клас, курсове за учител по физика в 8 клас, резюмета по училищна програма, готови домашни
Съдържание на урока план на урокаподкрепа рамка презентация урок ускорителни методи интерактивни технологии Практика задачи и упражнения семинари за самопроверка, обучения, казуси, куестове домашни задачи дискусия въпроси реторични въпроси от ученици Илюстрации аудио, видео клипове и мултимедияснимки, картинки, диаграми, таблици, схеми хумор, вицове, вицове, комикси притчи, поговорки, кръстословици, цитати Добавки резюметастатии чипове за любопитни шпаргалки учебници основен и допълнителен речник на термини други Подобряване на учебниците и уроцитекорекции на грешки в урокаактуализиране на фрагмент в учебника, елементи на иновация в урока, замяна на остарелите знания с нови Само за учители перфектни уроцикалендарен план за годината насокидневен ред за обсъждане Интегрирани уроци1. Изпаряване и кондензация
Процесът на преминаване на вещество от течно в газообразно състояние се нарича изпаряване, обратният процес на превръщане на вещество от газообразно в течно състояние се нарича кондензация. Има два вида изпаряване - изпаряване и кипене. Помислете първо за изпаряването на течност. Изпарението е процес на изпаряване, което се случва от отворена повърхност на течност при всяка температура. От гледна точка на молекулярната кинетична теория тези процеси се обясняват по следния начин. Течните молекули, участващи в топлинно движение, непрекъснато се сблъскват една с друга. Това води до факта, че някои от тях придобиват кинетична енергия, достатъчна за преодоляване на молекулярното привличане. Такива молекули, намиращи се на повърхността на течността, излитат от нея, образувайки пара (газ) над течността. Парните молекули ~ движейки се хаотично, те удрят повърхността на течността. В този случай някои от тях могат да преминат в течност. Тези два процеса на изхвърляне на течни молекули и връщане в течност се случват едновременно. Ако броят на избягалите молекули е по-голям от броя на връщащите се молекули, тогава масата на течността намалява, т.е. течността се изпарява, ако напротив, количеството течност се увеличава, т.е. се наблюдава кондензация на пара. Възможен е случай, когато масите на течността и парата, разположени над нея, не се променят. Това е възможно, когато броят на молекулите, напускащи течността, е равен на броя на молекулите, които се връщат към нея. Това състояние се нарича динамично равновесие.
А пара
В динамично равновесие със своята течност, наречен наситен
. Ако няма динамично равновесие между пара и течност, тогава то се нарича ненаситено.Очевидно наситената пара при дадена температура има определена плътност, наречена равновесие.
Това определя неизменността на равновесната плътност и, следователно, налягането на наситената пара от нейния обем при постоянна температура, тъй като намаляването или увеличаването на обема на тази пара води до кондензация на пара или до изпаряване на течността, съответно. Изотерма на наситена пара при определена температура в координатна равнина P, V е права линия, успоредна на оста V. С повишаване на температурата на термодинамичната система течност - наситена пара, броят на молекулите, напускащи течността за известно време, надвишава броя на молекулите, връщащи се от парата в течността . Това продължава, докато увеличаването на плътността на парите доведе до установяване на динамично равновесие при по-висока температура. В същото време налягането също се увеличава. наситени пари... По този начин налягането на наситените пари зависи само от температурата. Такова бързо нарастване на налягането на наситените пари се дължи на факта, че с повишаване на температурата се увеличава не само кинетичната енергия на транслационното движение на молекулите, но и тяхната концентрация, т.е. брой молекули на единица обем
По време на изпарението най-бързите молекули напускат течността, в резултат на което средната кинетична енергия на транслационното движение на останалите молекули намалява и следователно температурата на течността също намалява (виж §24). Следователно, за да може температурата на изпаряващата се течност да остане постоянна, към нея трябва непрекъснато да се подава определено количество топлина.
Количеството топлина, което трябва да се предаде на единица маса течност, за да се превърне в пара при постоянна температура, се нарича специфична топлина на изпаряване.
Специфичната топлина на изпаряване зависи от температурата на течността, като намалява с нейното повишаване. По време на кондензацията се отделя количеството топлина, изразходвано за изпаряване на течността. Кондензацията е процес на преминаване от газообразно състояние в течно състояние.
2. Влажност на въздуха.
Атмосферата винаги съдържа известно количество водна пара. Степента на влажност е една от съществените характеристики на времето и климата и в много случаи е от практическо значение. И така, съхранение на различни материали (включително цимент, гипс и други строителни материали), суровини, продукти, оборудване и др. трябва да се извършва при определена влажност. Помещенията, в зависимост от предназначението им, също са обект на съответните изисквания за влажност.
За характеризиране на съдържанието на влага се използват редица количества. Абсолютната влажност p е масата на водната пара, съдържаща се в единица обем въздух. Обикновено се измерва в грамове на кубичен метър (g / m3). Абсолютната влажност е свързана с парциалното налягане P на водната пара чрез уравнението на Менделеев - Клейпейрон, където V е обемът, зает от парата, m, T и m са масата, абсолютната температура и молната маса на водната пара, R е универсалният газова константа (виж (25.5)) ... Парциалното налягане е налягането, упражнявано от водната пара, без да се отчита действието на други видове въздушни молекули. Следователно, тъй като p = m / V е плътността на водната пара.
