Quale liquido evapora più velocemente. Ebollizione ed evaporazione in fisica. Calore specifico di vaporizzazione

Se lasci un contenitore d'acqua scoperto, dopo un po' l'acqua evapora. Se fai lo stesso esperimento con alcol etilico o benzina, il processo è leggermente più veloce. Se una pentola d'acqua viene riscaldata su un fornello abbastanza potente, l'acqua bolle.

Tutti questi fenomeni sono un caso speciale di vaporizzazione, la trasformazione del liquido in vapore. Esistono due tipi di vaporizzazione evaporazione ed ebollizione.

Cos'è l'evaporazione

L'evaporazione si riferisce alla formazione di vapore dalla superficie di un liquido. L'evaporazione può essere spiegata come segue.

Durante le collisioni, le velocità delle molecole cambiano. Spesso ci sono molecole la cui velocità è così grande da vincere l'attrazione delle molecole vicine e staccarsi dalla superficie del liquido. (Struttura molecolare della materia). Poiché anche in un piccolo volume di liquido ci sono molte molecole, tali casi si ottengono abbastanza spesso e c'è un processo costante di evaporazione.

Le molecole separate dalla superficie del liquido formano vapore sopra di esso. Alcuni di loro, a causa del movimento caotico, tornano al liquido. Pertanto, l'evaporazione avviene più velocemente se c'è vento, poiché porta il vapore lontano dal liquido (qui si verifica anche il fenomeno della "cattura" e del distacco di molecole dalla superficie del liquido da parte del vento).

Pertanto, in un recipiente chiuso, l'evaporazione si interrompe rapidamente: il numero di molecole "strappate" per unità di tempo diventa uguale al numero di "ritornate" nel liquido.

Tasso di evaporazione dipende dal tipo di liquido: minore è l'attrazione tra le molecole del liquido, più intensa sarà l'evaporazione.

Maggiore è la superficie del liquido, più molecole hanno l'opportunità di lasciarlo. Ciò significa che la velocità di evaporazione dipende dalla superficie del liquido.

All'aumentare della temperatura, la velocità delle molecole aumenta. Pertanto, maggiore è la temperatura, più intensa sarà l'evaporazione.

Cosa bolle

L'ebollizione è un'intensa vaporizzazione, che si verifica a seguito del riscaldamento di un liquido, della formazione di bolle di vapore al suo interno, che galleggiano in superficie e vi scoppiano.

Durante l'ebollizione, la temperatura del liquido rimane costante.

Il punto di ebollizione è la temperatura alla quale un liquido bolle. Solitamente, parlando del punto di ebollizione di un dato liquido, si intende la temperatura alla quale questo liquido bolle alla normale pressione atmosferica.

Durante la vaporizzazione, le molecole che si sono separate dal liquido portano via parte dell'energia interna da esso. Pertanto, durante l'evaporazione, il liquido viene raffreddato.

Calore specifico di vaporizzazione

La quantità fisica che caratterizza la quantità di calore necessaria per far evaporare una massa unitaria di una sostanza è chiamata calore specifico di vaporizzazione. (link di più analisi dettagliata questo thread)

Nel sistema SI, l'unità di misura per questa quantità è J / kg. È indicato dalla lettera L.

L'energia solare aziona un motore termico incredibilmente potente, che, vincendo la gravità, solleva facilmente un enorme cubo (ogni lato è di circa ottanta chilometri) nell'aria. Pertanto, uno strato d'acqua spesso un metro evapora dalla superficie del nostro pianeta in un anno.

Durante l'evaporazione, una sostanza liquida si trasforma gradualmente in uno stato di vapore o gassoso dopo che le particelle più piccole (molecole o atomi), muovendosi a una velocità sufficiente a vincere le forze di coesione tra le particelle, si sono staccate dalla superficie.

Nonostante il processo di evaporazione sia meglio noto come passaggio di una sostanza liquida al vapore, si ha evaporazione a secco, quando, a temperature inferiori allo zero, il ghiaccio passa dallo stato solido allo stato di vapore, bypassando la fase liquida. Ad esempio, se la biancheria lavata e umida viene stesa ad asciugare al freddo, diventa molto dura quando viene congelata, ma dopo un po', dopo essersi ammorbidita, diventa asciutta.

Come fuoriesce il liquido

Le molecole di un liquido si trovano vicine l'una all'altra e, nonostante siano interconnesse da forze di attrazione, non sono attaccate a determinati punti e quindi si muovono liberamente sull'intera area della sostanza (si scontrano costantemente tra loro e cambiano la loro velocità).

Le particelle che vanno in superficie prendono un ritmo durante il loro movimento, sufficiente a lasciare la sostanza. Una volta in cima, non fermano il loro movimento e, superata l'attrazione delle particelle inferiori, volano fuori dall'acqua, trasformandosi in vapore. In questo caso, parte delle molecole a causa del moto caotico ritorna nel liquido, il resto si spinge oltre nell'atmosfera.

L'evaporazione non finisce qui e le seguenti molecole escono in superficie (questo accade fino a quando il liquido non evapora completamente).

Se parliamo, ad esempio, del ciclo dell'acqua in natura, si può osservare il processo di condensazione, quando il vapore, essendosi concentrato, ritorna in determinate condizioni. Pertanto, l'evaporazione e la condensazione in natura sono strettamente correlate, poiché grazie a loro c'è un costante scambio di acqua tra terra, terra e atmosfera, grazie al quale l'ambiente viene fornito con un'enorme quantità di sostanze utili.

Vale la pena notare che l'intensità dell'evaporazione per ciascuna sostanza è diversa, e quindi le principali caratteristiche fisiche che influenzano la velocità di evaporazione sono:

1. Densità. Più densa è la sostanza, più vicine sono le molecole tra loro, più è difficile per le particelle superiori superare la forza di attrazione di altri atomi, quindi l'evaporazione del liquido è più lenta. Ad esempio, l'alcool metilico evapora molto più velocemente dell'acqua (alcool metilico - 0,79 g / cm3, acqua - 0,99 g / cm3).
2. Temperatura. La velocità di evaporazione è influenzata anche dal calore di evaporazione. Nonostante il processo di evaporazione avvenga anche a temperature inferiori allo zero, maggiore è la temperatura della sostanza, maggiore è il calore di evaporazione, il che significa che più velocemente si muovono le particelle che, aumentando l'intensità dell'evaporazione, lasciano il liquido en masse (quindi l'acqua bollente evapora più velocemente dell'acqua fredda) a causa della perdita di molecole veloci, l'energia interna del liquido diminuisce, e quindi la temperatura della sostanza diminuisce durante l'evaporazione. Se il liquido in questo momento è vicino a una fonte di calore o riscaldato direttamente, la sua temperatura non diminuirà, così come la velocità di evaporazione non diminuirà.
3. superficie. Come vasta area la superficie è occupata da liquido, più molecole ne fuoriescono, maggiore è la velocità di evaporazione. Ad esempio, se versi dell'acqua in una brocca dal collo stretto, il liquido scomparirà molto lentamente, poiché le particelle evaporate inizieranno a depositarsi sulle pareti affusolate ea scendere. Allo stesso tempo, se versi dell'acqua in una ciotola, le molecole lasceranno liberamente la superficie del liquido, poiché non avranno nulla su cui condensarsi per tornare in acqua.
4. Vento. Il processo di evaporazione sarà molto più veloce se l'aria si sposta sul contenitore in cui si trova l'acqua. Più velocemente lo fa, maggiore è la velocità di evaporazione. È impossibile non tenere conto dell'interazione del vento con l'evaporazione e la condensazione: le molecole d'acqua, salendo dalla superficie dell'oceano, tornano parzialmente indietro, ma la maggior parte di esse si condensa in alto nel cielo e formano nuvole, che il vento distilla sulla terraferma, dove le gocce cadono sotto forma di pioggia e, penetrando nel terreno, dopo qualche tempo ritornano nell'oceano, fornendo alla vegetazione che cresce nel terreno umidità e minerali disciolti.

Ruolo nella vita vegetale

L'importanza dell'evaporazione nella vita della vegetazione non può essere sopravvalutata, soprattutto considerando che una pianta vivente è costituita per l'ottanta per cento da acqua. Pertanto, se una pianta manca di umidità, potrebbe morire, poiché insieme all'acqua non riceverà i nutrienti necessari per la vita. nutrienti e micronutrienti.

L'acqua, muovendosi attraverso l'organismo vegetale, si porta e si forma al suo interno materia organica, per la cui formazione la pianta necessita di luce solare.

E qui un ruolo importante è svolto dall'evaporazione, poiché i raggi del sole hanno la capacità di riscaldare gli oggetti in modo estremamente forte e quindi possono causare la morte della pianta per surriscaldamento (soprattutto nelle calde giornate estive). Per evitare ciò, l'acqua viene evaporata dalle foglie, attraverso le quali viene rilasciato molto liquido in questo momento (ad esempio, dal mais evapora da uno a quattro bicchieri d'acqua al giorno).

Ciò significa che più acqua entra nel corpo della pianta, più intensa è l'evaporazione dell'acqua dalle foglie, la pianta si raffredderà di più e crescerà normalmente. L'evaporazione dell'acqua da parte delle piante può essere avvertita se si toccano le foglie verdi mentre si cammina in una giornata calda: risulteranno sicuramente fresche.

Comunicazione con una persona

Altrettanto importante è il ruolo dell'evaporazione nella vita corpo umano: Combatte il calore attraverso la sudorazione. L'evaporazione avviene solitamente attraverso la pelle e anche attraverso il tratto respiratorio. Questo può essere facilmente visto durante la malattia, quando la temperatura corporea aumenta, o durante lo sport, quando aumenta l'intensità dell'evaporazione.

Se il carico è ridotto, il corpo perde da uno a due litri di liquidi all'ora, con gli sport più intensi, soprattutto quando la temperatura ambiente esterno supera i 25 gradi, l'intensità dell'evaporazione aumenta e con il sudore possono uscire da tre a sei litri di liquido.

Attraverso la pelle e le vie respiratorie, l'acqua non solo lascia il corpo, ma vi entra anche insieme ai fumi. ambiente(non per niente i medici prescrivono spesso le vacanze al mare ai loro pazienti). Sfortunatamente, insieme agli elementi utili, spesso vi entrano particelle nocive, tra cui - sostanze chimiche, fumi nocivi che provocano danni irreparabili alla salute.

Alcuni di loro sono tossici, altri provocano allergie, altri sono cancerogeni, altri causano il cancro e altri non sono da meno malattie pericolose, mentre molti hanno diverse proprietà nocive contemporaneamente. I fumi nocivi entrano nell'organismo principalmente attraverso gli organi respiratori e la pelle, dopodiché, una volta all'interno, vengono istantaneamente assorbiti nel flusso sanguigno e si diffondono in tutto il corpo, provocando effetti tossici e provocando gravi malattie.

In questo caso, molto dipende dall'area in cui una persona vive (vicino a una fabbrica o stabilimento), dai locali in cui vive o lavora, e anche dal tempo trascorso in condizioni pericolose per la salute.

Fumi nocivi possono entrare nel corpo da oggetti domestici, come linoleum, mobili, finestre, ecc. Per salvare la vita e la salute, è opportuno evitare tali situazioni e la via d'uscita migliore sarebbe quella di lasciare il territorio pericoloso, fino allo scambio di un appartamento o di un lavoro, e nel sistemare una casa, prestare attenzione ai certificati di qualità dei materiali acquistati.

Evaporazione

Evaporazione su una tazza di tè

Evaporazioneè il processo da cui una sostanza si muove stato liquido in gassoso, presente sulla superficie di una sostanza (vapore). Il processo di evaporazione è l'inverso del processo di condensazione (transizione da vapore a liquido). Evaporazione (vaporizzazione), il passaggio di una sostanza da una fase condensata (solida o liquida) a una gassosa (vapore); transizione di fase del primo tipo.

C'è un concetto più dettagliato di evaporazione nella fisica superiore.

Evaporazione- questo è un processo in cui particelle (molecole, atomi) volano via (strappano) dalla superficie di un liquido o di un solido, mentre E k > E p.

caratteristiche generali

L'evaporazione di un corpo solido è chiamata sublimazione (sublimazione) e la vaporizzazione nel volume di un liquido è chiamata ebollizione. Solitamente per evaporazione si intende la vaporizzazione sulla superficie libera di un liquido a seguito del movimento termico delle sue molecole ad una temperatura inferiore al punto di ebollizione corrispondente alla pressione del mezzo gassoso posto al di sopra della superficie specificata. In questo caso, le molecole con un'energia cinetica sufficientemente grande sfuggono dallo strato superficiale del liquido nel mezzo gassoso; alcuni di essi vengono riflessi e catturati dal liquido, mentre il resto viene irrimediabilmente perso da esso.

L'evaporazione è un processo endotermico in cui viene assorbito il calore di transizione di fase, il calore di evaporazione speso per superare le forze di coesione molecolare nella fase liquida e per il lavoro di espansione durante la trasformazione del liquido in vapore. Il calore specifico di vaporizzazione è riferito ad 1 mole di liquido (calore molare di vaporizzazione, J/mol) o alla sua unità di massa (calore di massa di vaporizzazione, J/kg). La velocità di evaporazione è determinata dalla densità superficiale del flusso di vapore jп, che penetra per unità di tempo nella fase gassosa da un'unità di superficie liquida [in mol / (sm 2) o kg / (sm 2)]. Valore più alto jп viene raggiunto nel vuoto. In presenza di un mezzo gassoso relativamente denso al di sopra del liquido, l'evaporazione rallenta a causa del fatto che la velocità di rimozione delle molecole di vapore dalla superficie del liquido nel mezzo gassoso diventa piccola rispetto alla velocità della loro emissione da parte del liquido . In questo caso si forma in prossimità dell'interfaccia uno strato di una miscela vapore-gas, praticamente satura di vapore. La pressione parziale e la concentrazione di vapore in questo strato è maggiore rispetto alla massa della miscela vapore-gas.

Il processo di evaporazione dipende dall'intensità del movimento termico delle molecole: più velocemente si muovono le molecole, più veloce si verifica l'evaporazione. Inoltre, fattori importanti che influenzano il processo di evaporazione sono la velocità di diffusione esterna (rispetto alla sostanza), nonché le proprietà della sostanza stessa. In poche parole, con il vento, l'evaporazione avviene molto più velocemente. Per quanto riguarda le proprietà della sostanza, ad esempio, l'alcol evapora molto più velocemente dell'acqua. Un fattore importante è anche la superficie del liquido da cui avviene l'evaporazione: da un decanter stretto, avverrà più lentamente che da un piatto largo.

Livello molecolare

Considera questo processo a livello molecolare: le molecole che hanno energia (velocità) sufficiente per superare l'attrazione delle molecole vicine escono dai confini della sostanza (liquido). In questo caso, il liquido perde parte della sua energia (si raffredda). Ad esempio, un liquido molto caldo: soffiamo sulla sua superficie per raffreddarlo, mentre acceleriamo il processo di evaporazione.

Equilibrio termodinamico

La violazione dell'equilibrio termodinamico tra il liquido e il vapore contenuto nella miscela gas-vapore è spiegata dal salto di temperatura al confine di fase. Tuttavia, questo salto può essere solitamente trascurato e si può presumere che la pressione parziale e la concentrazione di vapore all'interfaccia corrispondano ai loro valori per il vapore saturo alla temperatura della superficie del liquido. Se il liquido e la miscela gas-vapore sono immobili e l'influenza della libera convezione in essi è insignificante, la rimozione del vapore formatosi durante l'evaporazione dalla superficie del liquido nel mezzo gassoso avviene principalmente per diffusione molecolare e per aspetto del flusso di massa (il cosiddetto Stefan) di una miscela vapore-gas diretta dalla superficie di un liquido in un mezzo gassoso (vedi Diffusione). Distribuzione della temperatura in diverse modalità di raffreddamento a liquido evaporativo. I flussi di calore sono diretti: a - dalla fase liquida alla superficie di evaporazione nella fase gassosa; b - dalla sola fase liquida alla superficie di evaporazione; c - alla superficie di evaporazione dal lato di entrambe le fasi; d - alla superficie di evaporazione solo dal lato della fase gassosa.

Baro-, diffusione termica

Gli effetti della diffusione barometrica e termica di solito non vengono presi in considerazione nei calcoli ingegneristici, ma l'effetto della diffusione termica può essere significativo con un'elevata disomogeneità della miscela gas-vapore (con una grande differenza masse molari suoi componenti) e significativi gradienti di temperatura. Quando una o entrambe le fasi si muovono rispetto alla loro interfaccia, il ruolo del trasferimento convettivo di materia ed energia della miscela vapore-gas e del liquido aumenta.

In assenza di alimentazione di energia al sistema liquido-gas da ext. fonti di calore L'evaporazione può essere fornita allo strato superficiale del liquido da una o entrambe le fasi. Contrariamente al flusso risultante di una sostanza, che è sempre diretto durante l'evaporazione da un liquido a un mezzo gassoso, i flussi di calore possono avere direzioni diverse a seconda del rapporto tra le temperature della massa del liquido tl, il limite di fase tgr e il mezzo gassoso tg. Quando una certa quantità di liquido viene a contatto con un volume semiinfinito o un flusso di mezzo gassoso lavandone la superficie e ad una temperatura del liquido superiore a quella del gas (tl > tgr > tg), si ha un flusso di calore dal lato del liquido all'interfaccia: (Qlg = Qzh - Qi, dove Qi è il calore di evaporazione, Qzhg è la quantità di calore trasferita dal liquido al mezzo gassoso. In questo caso, il liquido viene raffreddato (il cosiddetto raffreddamento evaporativo ). Se, a seguito di tale raffreddamento, viene raggiunta l'uguaglianza tgr \u003d tg, il trasferimento di calore dal liquido al gas si interrompe ( Qzhg = 0) e tutto il calore fornito dal lato del liquido all'interfaccia viene esaurito per evaporazione (Ql = Qi).

Nel caso di un mezzo gassoso non saturo di vapore, la pressione parziale di quest'ultimo all'interfaccia ed a Ql = Qi rimane superiore a quella della massa del gas, per cui l'evaporazione ed il raffreddamento per evaporazione del liquido non si ferma e tgr diventa inferiore a tl e tg. In questo caso il calore viene fornito all'interfaccia da entrambe le fasi fino a quando, per effetto di una diminuzione di tl, si raggiunge l'uguaglianza tgr = tl e si interrompe il flusso di calore dal lato liquido, e dal lato del mezzo gassoso Qgl diventa uguale a Qi. L'ulteriore evaporazione del liquido avviene a una temperatura costante tm = tl = tgr, che è chiamata limite di raffreddamento del liquido durante il raffreddamento per evaporazione o temperatura del termometro umido (poiché è mostrato dal termometro umido dello psicrometro). Il valore di tm dipende dai parametri del mezzo gas-vapore e dalle condizioni di scambio termico e di massa tra la fase liquida e quella gassosa.

Se un liquido e un mezzo gassoso avendo varie temperature, sono in un volume limitato che non riceve energia dall'esterno e non la cede, L'evaporazione avviene fino a quando non si verifica l'equilibrio termodinamico tra le due fasi, a cui le temperature di entrambe le fasi sono equalizzate ad una costante entalpia del sistema, e la fase gassosa è satura di vapore alla temperatura dell'impianto tad. Quest'ultima, detta temperatura di saturazione adiabatica del gas, è determinata solo dai parametri iniziali di entrambe le fasi e non dipende dalle condizioni di scambio termico e di massa.

Tasso di evaporazione

La velocità di evaporazione isotermica [kg / (m 2 s)] con diffusione unidirezionale del vapore in uno strato fisso di una miscela binaria vapore-gas situata sopra la superficie del liquido con uno spessore d, [m] può essere trovata dalla formula di Stefan: , dove D è il coefficiente di diffusione reciproca, [m 2 /Con]; - vapore costante del gas, [J / (kg K)] o [m 2 / (s 2 K)]; T è la temperatura della miscela, [K]; p è la pressione della miscela gas-vapore, [Pa]; - pressione di vapore parziale all'interfaccia e al limite esterno dello strato di miscela, [Pa].

Nel caso generale (liquido e gas in movimento, condizioni non isotermiche), nello strato limite del liquido adiacente all'interfaccia, il trasferimento di quantità di moto è accompagnato da trasferimento di calore, e nello strato limite del gas (vapor-gas miscela), si verificano trasferimento di calore e massa interconnessi. In questo caso, per calcolare la velocità di evaporazione, vengono utilizzati coefficienti sperimentali di scambio termico e di massa e, in casi relativamente più semplici, metodi approssimati per la risoluzione numerica di un sistema di equazioni differenziali per strati limite coniugati delle fasi gassosa e liquida.

L'intensità del trasferimento di massa durante l'evaporazione dipende dalla differenza nei potenziali chimici del vapore all'interfaccia e nella massa della miscela vapore-gas. Tuttavia, se si può trascurare la diffusione baro- e termica, la differenza di potenziali chimici è sostituita dalla differenza di pressioni parziali o concentrazioni di vapore e assume: cp, gr - cn, osn), dove bp, bc - coefficiente di trasferimento di massa, p - pressione di miscela, pp - pressione di vapore parziale, yp = pp / p - concentrazione di vapore molare, cp = rp / r - concentrazione di vapore di massa, rp, r - densità locali di vapori e miscele; gli indici significano: "gr" - al confine di fase, "main" - nel principale. la massa della miscela. La densità del flusso di calore emesso durante l'evaporazione dal liquido è [in J/(m2 s)]: q = azh(tl - tgr) = rjp + ag (tgr - tg), dove azh, ag sono il trasferimento di calore coefficiente dal lato liquido e gas, [W / (m 2 K)]; r - evaporazione del calore, [J/kg].

A raggi di curvatura molto piccoli della superficie di evaporazione (ad esempio, durante l'evaporazione di piccole goccioline di liquido), viene presa in considerazione l'influenza della tensione superficiale del liquido, il che porta al fatto che la pressione di vapore di equilibrio sopra l'interfaccia è superiore alla pressione vapori saturi lo stesso liquido su una superficie piana. Se tgr ~ tl, quando si calcola l'evaporazione, è possibile prendere in considerazione solo il trasferimento di calore e massa nella fase gassosa. Ad un'intensità di trasferimento di massa relativamente bassa, l'analogia tra i processi di trasferimento di calore e trasferimento di massa è approssimativamente valida, da cui segue: Nu/Nu0 = Sh*/Sh0, dove Nu = ag l/lg è il numero di Nusselt, l è la dimensione caratteristica della superficie di evaporazione, lg è la conducibilità termica della miscela vapore-gas, Sh* = bpyg, grl/Dp = bccg, grl/D è il numero di Sherwood per la componente di diffusione del flusso di vapore, Dp = D/ RpT è il coefficiente di diffusione relativo al gradiente di pressione parziale del vapore. I valori di bp e bc sono calcolati dai rapporti di cui sopra, i numeri Nu0 e Sh0 corrispondono a jp: 0 e possono essere determinati dai dati per processi di trasferimento di calore e massa che si verificano separatamente. Il numero Sh0 per il flusso di vapore totale (diffusione e convettivo) si trova dividendo Sh * per la concentrazione di gas molare (yg, gr) o di massa (sg, gr) all'interfaccia, a seconda di quale forza motrice coefficiente di trasferimento di massa b.

Equazioni

Le equazioni di similarità per Nu e Sh* durante l'evaporazione includono, oltre ai normali criteri (numeri di Reynolds Re, Archimedes Ar, Prandtl Pr o Schmidt Sc e parametri geom.), parametri che tengono conto dell'influenza del flusso di vapore trasversale e il grado di disomogeneità della miscela vapore-gas (rapporti di masse molari o costanti gassose dei suoi componenti) su profili, velocità, temperature o concentrazioni nella sezione dello strato limite.

A piccoli jp, che non violano in modo significativo il regime idrodinamico di movimento della miscela gas-vapore (ad esempio, durante l'evaporazione dell'acqua nell'aria atmosferica) e la somiglianza delle condizioni al contorno dei campi di temperatura e concentrazione, l'influenza di argomenti aggiuntivi nelle equazioni di similarità sono insignificanti e possono essere trascurati, assumendo che Nu = Sh. Quando le miscele multicomponenti evaporano, queste regolarità diventano molto più complicate. In questo caso i calori di evaporazione dei componenti della miscela e le composizioni delle fasi liquida e vapore-gas, che sono in equilibrio tra loro, sono differenti e dipendono dalla temperatura. Quando una miscela liquida binaria evapora, la miscela di vapore risultante è relativamente più ricca di un componente più volatile, escludendo solo le miscele azeotropiche che evaporano nei punti estremi (massimo o minimo) delle curve di stato come liquido puro.

Disegni di apparecchi

La quantità totale di liquido evaporante aumenta all'aumentare della superficie di contatto delle fasi liquida e gassosa, pertanto la progettazione dei dispositivi in ​​cui avviene l'evaporazione prevede un aumento della superficie di evaporazione creando un grande specchio liquido, scomponendolo in getti e gocce o in formazione film sottili che scorre sulla superficie degli ugelli. Un aumento dell'intensità del trasferimento di calore e di massa durante l'evaporazione si ottiene anche aumentando la velocità del mezzo gassoso rispetto alla superficie del liquido. Tuttavia, un aumento di questa velocità non dovrebbe comportare un trascinamento eccessivo di liquido da parte del mezzo gassoso e un aumento significativo della resistenza idraulica dell'apparato.

Applicazione

L'evaporazione è ampiamente utilizzata nella pratica industriale per sostanze detergenti, materiali di essiccazione, separazione di miscele liquide e condizionamento dell'aria. Il raffreddamento ad acqua evaporativa viene utilizzato nei sistemi di approvvigionamento idrico di circolazione delle imprese.

Guarda anche

Letteratura

• // Dizionario Enciclopedico di Brockhaus ed Efron: In 86 volumi (82 volumi e 4 aggiuntivi). - San Pietroburgo. , 1890-1907.
• Berman LD, Raffreddamento evaporativo dell'acqua circolante, 2a ed., M.-L., 1957;
• Fuchs N.A., Evaporazione e crescita di gocce in un mezzo gassoso, M., 1958;
• Byrd R., Stuart W., Lightfoot E., Fenomeni di trasferimento, trad. dall'inglese, M., 1974;
• Berman LD, “Fondamenti teorici della chimica. tecnologie”, 1974, vol.8, n.6, p. 811-22;
• Sherwood T., Pigford R., Wilkie C., Trasferimento di massa, trad. dall'inglese., M., 1982. L.D. Berman.

Collegamenti

Fondazione Wikimedia. 2010.

Sinonimi:

Scopri cos'è "Evaporazione" in altri dizionari:

Il passaggio in va da uno stato di aggregazione liquido o solido a uno stato gassoso (vapore). I. è generalmente inteso come il passaggio di un liquido in vapore, che si verifica sulla superficie libera del liquido. I. corpi solidi chiamati. sublimazione o sublimazione. Dipendenza dalla pressione ... ... Enciclopedia fisica

Vaporizzazione che avviene sulla superficie libera di un liquido. L'evaporazione dalla superficie di un solido si chiama sublimazione... Grande dizionario enciclopedico

In natura, le sostanze possono trovarsi in uno dei tre stati di aggregazione: solido, liquido e gassoso. Il passaggio dalla prima alla seconda e viceversa si può osservare quotidianamente, soprattutto in inverno. Tuttavia, la trasformazione del liquido in vapore, nota come processo di evaporazione, spesso non è visibile agli occhi. Nonostante la sua apparente insignificanza, svolge un ruolo importante nella vita umana. Quindi, scopriamo di più su questo.

Evaporazione: che cos'è

Ogni volta che decidi di far bollire un bollitore per il tè o il caffè, puoi osservare come, raggiunti i 100°C, l'acqua si trasforma in vapore. Questo è esattamente quello che è un esempio pratico del processo di vaporizzazione (il passaggio di una certa sostanza allo stato gassoso).

La vaporizzazione è di due tipi: ebollizione ed evaporazione. A prima vista, sono identici, ma questo è un malinteso comune.

L'evaporazione è la vaporizzazione dalla superficie di una sostanza e l'ebollizione dal suo intero volume.

Evaporazione vs ebollizione: qual è la differenza?

Sebbene sia il processo di evaporazione che l'ebollizione contribuiscano entrambi al passaggio di un liquido allo stato gassoso, vale la pena ricordare due importanti differenze tra loro.

• L'ebollizione è un processo attivo che si verifica a una certa temperatura. Per ogni sostanza è unica e può cambiare solo con una diminuzione della pressione atmosferica. In condizioni normali Sono necessari 100 °C per far bollire l'acqua, per olio di girasole raffinato - 227 °C, per non raffinato - 107 °C. L'alcol, per bollire, invece, ne ha bisogno di più bassa temperatura- 78°C. La temperatura di evaporazione può essere qualsiasi e, a differenza dell'ebollizione, avviene costantemente.
• La seconda differenza significativa tra i processi è che durante l'ebollizione, la vaporizzazione avviene per l'intero spessore del liquido. Considerando che l'evaporazione dell'acqua o di altre sostanze avviene solo dalla loro superficie. A proposito, il processo di ebollizione è sempre accompagnato dall'evaporazione allo stesso tempo.

processo di sublimazione

Si ritiene che l'evaporazione sia il passaggio da uno stato di aggregazione liquido a uno gassoso. Tuttavia, in rari casi, bypassando il liquido, è possibile l'evaporazione direttamente dallo stato solido allo stato gassoso. Questo processo è chiamato sublimazione.

Questa parola è familiare a tutti coloro che hanno ordinato una tazza o una maglietta con la loro foto preferita in un salone fotografico. Questo tipo di evaporazione viene utilizzato per applicare in modo permanente un'immagine su un tessuto o su una ceramica; in onore di esso, questo tipo di stampa è chiamato stampa a sublimazione.

Inoltre, tale evaporazione viene spesso utilizzata per l'essiccazione industriale di frutta e verdura, per la preparazione del caffè.

Sebbene la sublimazione sia molto meno comune dell'evaporazione di un liquido, a volte può essere osservata nella vita di tutti i giorni. Quindi, la biancheria bagnata lavata e stesa ad asciugare in inverno si congela all'istante e diventa dura. Tuttavia, gradualmente questa rigidità scompare e le cose si seccano. In questo caso, l'acqua dallo stato di ghiaccio, bypassando la fase liquida, passa immediatamente in vapore.

Come avviene l'evaporazione

Come la maggior parte dei fisici e processi chimici, il ruolo principale nel processo di evaporazione è svolto dalle molecole.

Nei liquidi si trovano molto vicini l'uno all'altro, ma non hanno una posizione fissa. Grazie a ciò, possono "viaggiare" su tutta l'area del liquido e a velocità diverse. Ciò è dovuto al fatto che durante il movimento si scontrano tra loro e da queste collisioni la loro velocità cambia. Essendo diventati abbastanza veloci, le molecole più attive hanno l'opportunità di salire sulla superficie della sostanza e, dopo aver superato la forza di attrazione di altre molecole, lasciano il liquido. È così che l'acqua o un'altra sostanza evapora e si forma il vapore. Non è un po' come un volo spaziale nello spazio?

Sebbene le molecole più attive passino dal liquido al vapore, i loro "fratelli" rimanenti continuano ad essere in costante movimento. A poco a poco, acquisiscono anche la velocità necessaria per superare l'attrazione e passare a un altro stato di aggregazione.

Lasciando gradualmente e costantemente il liquido, le molecole usano la sua energia interna per questo e diminuisce. E questo influisce direttamente sulla temperatura della sostanza: diminuisce. Ecco perché la quantità di tè freddo nella tazza è leggermente ridotta.

Condizioni di evaporazione

Osservando le pozzanghere dopo la pioggia, noterai che alcune si asciugano più velocemente e altre impiegano più tempo. Poiché la loro essiccazione è un processo di evaporazione, è possibile questo esempio affrontare le condizioni necessarie a tal fine.

• La velocità di evaporazione dipende dal tipo di sostanza che viene evaporata, perché ognuna di esse ha caratteristiche uniche che influenzano il tempo durante il quale le sue molecole passano completamente allo stato gassoso. Se lasci aperte 2 bottiglie identiche riempite con la stessa quantità di liquido (in un alcol C2H5OH, nell'altro - acqua H2O), il primo contenitore si svuoterà più velocemente. Poiché, come accennato in precedenza, la temperatura di evaporazione dell'alcol è inferiore, il che significa che evaporerà più velocemente.
• La seconda cosa da cui dipende l'evaporazione è la temperatura ambiente e il punto di ebollizione della sostanza evaporata. Più alto è il primo e più basso è il secondo, più velocemente il liquido può raggiungerlo e passare allo stato gassoso. Ecco perché, quando si eseguono alcuni reazioni chimiche con la partecipazione dell'evaporazione, le sostanze vengono riscaldate in modo speciale.
• Un'altra condizione da cui dipende l'evaporazione è la superficie della sostanza da cui si verifica. Più è grande, più veloce sarà il processo. Considerando vari esempi evaporazione, puoi di nuovo pensare al tè. Spesso viene versato in un piattino a raffreddare. Lì, la bevanda si è raffreddata più velocemente, perché la superficie del liquido è aumentata (il diametro del piattino è maggiore del diametro della tazza).
• E ancora sul tè. È noto un altro modo per raffreddarlo più velocemente: soffiarci sopra. Come si può notare che la presenza del vento (movimento d'aria) è qualcosa da cui dipende anche l'evaporazione. Maggiore è la velocità del vento, più velocemente le molecole liquide si trasformeranno in vapore.
• La pressione atmosferica influisce anche sull'intensità dell'evaporazione: più è bassa, più velocemente le molecole passano da uno stato all'altro.

Condensazione e desublimazione

Una volta trasformate in vapore, le molecole non smettono di muoversi. Nel nuovo stato di aggregazione iniziano a scontrarsi con le molecole d'aria. Per questo motivo, a volte possono tornare allo stato liquido (condensazione) o solido (desublimazione).

Quando i processi di evaporazione e condensazione (desublimazione) sono equivalenti, si parla di equilibrio dinamico. Se una sostanza gassosaè in equilibrio dinamico con il suo liquido di composizione simile, si chiama vapore saturo.

L'evaporazione e l'uomo

Considerando vari esempi di evaporazione, non si può non ricordare l'effetto di questo processo sul corpo umano.

Come sapete, a una temperatura corporea di 42,2 ° C, la proteina nelle pieghe del sangue umano, che porta alla morte. Il corpo umano può riscaldarsi non solo a causa di un'infezione, ma anche durante l'esecuzione di lavori fisici, attività sportive o durante la permanenza in una stanza calda.

Il corpo riesce a mantenere una temperatura accettabile per la vita normale, grazie al sistema di autoraffreddamento - sudorazione. Se la temperatura corporea aumenta, il sudore viene rilasciato attraverso i pori della pelle e quindi evapora. Questo processo aiuta a "bruciare" l'energia in eccesso e aiuta a raffreddare il corpo ea normalizzarne la temperatura.

A proposito, questo è il motivo per cui non dovresti credere incondizionatamente alle pubblicità che presentano il sudore come il principale disastro. società moderna e prova a vendere a compratori ingenui ogni sorta di sostanza per sbarazzarsene. È impossibile far sudare di meno il corpo senza disturbarne il normale funzionamento, e un buon deodorante può solo mascherare l'odore sgradevole del sudore. Pertanto, utilizzando antitraspiranti, varie polveri e polveri, puoi causare danni irreparabili al corpo. Dopotutto, queste sostanze ostruiscono i pori o restringono i dotti escretori delle ghiandole sudoripare, il che significa che privano il corpo della capacità di controllarne la temperatura. Nei casi in cui sia ancora necessario l'uso di antitraspiranti, dovresti prima consultare il tuo medico.

Il ruolo dell'evaporazione nella vita vegetale

Come sai, non solo una persona contiene il 70% di acqua, ma anche le piante e alcune, come i ravanelli, sono il 90% di acqua. Pertanto, anche l'evaporazione è importante per loro.

L'acqua è una delle principali fonti di sostanze utili (e anche nocive) che entrano nel corpo della pianta. Tuttavia, affinché queste sostanze possano essere assorbite, è necessario luce del sole. Ma nelle giornate calde, il sole non solo può riscaldare la pianta, ma anche surriscaldarla, distruggendola.

Per evitare che ciò accada, i rappresentanti della flora sono in grado di raffreddarsi da soli (simile al processo umano della sudorazione). In altre parole, se surriscaldate, le piante evaporano l'acqua e quindi si raffreddano. Pertanto, tanta attenzione viene prestata all'irrigazione di giardini e frutteti in estate.

Come viene utilizzata l'evaporazione nell'industria ea casa

Per prodotti chimici e Industria alimentare l'evaporazione è un processo indispensabile. Come accennato in precedenza, non solo aiuta a disidratare molti prodotti (fa evaporare l'umidità da essi), aumentandone la durata; ma aiuta anche a produrre prodotti dietetici ideali (meno peso e calorie, con un maggior contenuto di nutrienti).

Inoltre, l'evaporazione (soprattutto la sublimazione) viene utilizzata per purificare varie sostanze.

Un altro campo di applicazione è l'aria condizionata.

Non dimenticare la medicina. Dopotutto, anche il processo di inalazione (inalazione di vapore saturo di preparati medicinali) si basa sul processo di evaporazione.

Fumi pericolosi

Tuttavia, come ogni processo, ha anche i suoi aspetti negativi. Dopotutto, non solo le sostanze utili, ma anche quelle mortali possono trasformarsi in vapore ed essere inalate da persone e animali. E la cosa più triste è che sono invisibili, il che significa che una persona non sempre sa di essere stata esposta a una tossina. Ecco perché vale la pena evitare di rimanere senza maschere e tute protettive nelle fabbriche e nelle imprese che lavorano con sostanze pericolose.

Sfortunatamente, i fumi nocivi possono anche nascondersi in casa. Dopotutto, se mobili, carta da parati, linoleum o altri oggetti sono realizzati con materiali economici con violazioni della tecnologia, sono in grado di rilasciare tossine nell'aria, che gradualmente "avveleneranno" i loro proprietari. Pertanto, al momento dell'acquisto di qualsiasi cosa, vale la pena guardare il certificato di qualità dei materiali con cui è realizzato.

L'evaporazione è il processo mediante il quale una sostanza passa da uno stato liquido o solido a vapore. Nel caso di una transizione di una sostanza da uno stato solido direttamente a uno stato di vapore, il processo è più spesso chiamato sublimazione. Il contrario: la transizione del vapore nell'acqua è chiamata condensazione. Il vapore acqueo, condensando nell'atmosfera, forma le nuvole e quindi le precipitazioni che cadono a terra.

Considera l'evaporazione in un volume chiuso. È noto che le molecole di un liquido, avendo energia cinetica, oscillano costantemente. La velocità del loro movimento è un indicatore importante della loro energia cinetica. In moto oscillatorio le molecole d'acqua passano al vapore, che ha la più alta velocità di movimento rispetto ad altre molecole. Per staccarsi dalla superficie dell'acqua, la molecola in evaporazione deve vincere le forze di attrazione delle molecole rimanenti, nonché la pressione esterna del vapore già formato al di sopra di questa superficie. Quando l'acqua evapora, la temperatura dell'acqua diminuisce. Ciò è spiegato dal fatto che il liquido lascia le molecole che hanno l'energia più alta rispetto ad altre molecole a una data temperatura. Affinché la temperatura del liquido non diminuisca, è necessario riscaldarlo continuamente. La quantità di calore necessaria per mantenere una temperatura costante è chiamata calore specifico di evaporazione. Così, all'evaporazione dell'acqua si accompagna un dispendio di energia, caratterizzato dalla quantità di calore che deve essere impartita ad un'unità della sua massa, che ha una temperatura di 1, per trasformarla in vapore alla stessa temperatura.

L'evaporazione avviene a qualsiasi temperatura. Ma con il suo aumento aumenta la velocità di evaporazione, poiché in questo caso aumenta anche l'intensità del movimento termico delle molecole. Contemporaneamente all'evaporazione, si osserva il processo di condensazione del vapore acqueo, ad es. c'è un continuo scambio di molecole tra queste fasi. A seconda della predominanza del primo o del secondo processo sopra la superficie dell'acqua, si osserverà vapore acqueo saturo, equilibrio dinamico o vapore acqueo sovrasaturo. Questi stati del vapore acqueo nell'aria possono essere caratterizzati dalle corrispondenti differenze di pressione del vapore acqueo: ℮0 - ℮ > 0, ℮0- ℮ = 0, ℮0- ℮< 0, где ℮0 - давление насыщенного водяного пара в воздухе, определяемое по температуре поверхности воды; ℮ - парциальное давление водяного пара в воздухе. Разность ℮0- ℮ - дефицит насыщения воздуха.

Quindi, in un volume chiuso, l'intensità dell'evaporazione dipende dalla temperatura della superficie dell'acqua, che determina il valore di ℮0, e dalla pressione parziale effettiva del vapore acqueo ℮ sopra la superficie evaporante. Maggiore è la temperatura dell'acqua e minore è la pressione parziale effettiva del vapore acqueo, maggiore è l'evaporazione. In condizioni naturali, la temperatura dell'acqua e l'umidità dell'aria non sono costanti e dipendono da molti fattori: irraggiamento solare, irraggiamento della superficie sottostante, stratificazione atmosferica, velocità del flusso d'aria, ecc.

1. Metodi per calcolare l'evaporazione dalla superficie dell'acqua.

Grado di evaporazione con superficie dell'acqua può essere fatto utilizzando diversi metodi. Un gran numero di metodi è dovuto al fatto che il complesso meccanismo di interazione tra la superficie dell'acqua di un serbatoio e la massa d'aria adiacente ad esso non è stato completamente divulgato. Il più accurato dei metodi sviluppati è il metodo strumentale (diretto), ovvero il metodo per misurare direttamente lo strato di acqua evaporata utilizzando evaporatori d'acqua. Il metodo pulsante appartiene anche al metodo diretto. Tuttavia, non possono sempre essere applicati a causa della loro laboriosità e impossibilità di utilizzo nello sviluppo del progetto. Pertanto, per determinare l'evaporazione dalla superficie dell'acqua, vengono utilizzati metodi indiretti, basati sull'uso delle equazioni dell'acqua e dei bilanci termici, diffusione turbolenta del vapore acqueo nell'atmosfera, e calcolano anche dai dati meteorologici utilizzando formule empiriche.