Kurš šķidrums iztvaiko visātrāk. Vārīšanās un iztvaikošana fizikā. Īpatnējais iztvaikošanas siltums

Ja atstājat ūdens trauku neaizsegtu, tad pēc kāda laika ūdens iztvaikos. Ja veicat to pašu eksperimentu ar etilspirtu vai benzīnu, process ir nedaudz ātrāks. Ja katlu ar ūdeni uzsilda uz pietiekami jaudīga degļa, ūdens uzvārīsies.

Visas šīs parādības ir īpašs iztvaikošanas gadījums, šķidruma pārvēršana tvaikos. Ir divi iztvaikošanas veidi iztvaicēšana un vārīšana.

Kas ir iztvaikošana

Iztvaikošana attiecas uz tvaiku veidošanos no šķidruma virsmas. Iztvaikošanu var izskaidrot šādi.

Sadursmju laikā molekulu ātrums mainās. Bieži vien ir molekulas, kuru ātrums ir tik liels, ka tās pārvar blakus esošo molekulu pievilcību un atraujas no šķidruma virsmas. (Matērijas molekulārā struktūra). Tā kā pat nelielā šķidruma tilpumā ir daudz molekulu, šādi gadījumi tiek iegūti diezgan bieži, un notiek pastāvīgs iztvaikošanas process.

No šķidruma virsmas atdalītās molekulas virs tā veido tvaikus. Daži no tiem haotiskas kustības dēļ atgriežas šķidrumā. Tāpēc iztvaikošana notiek ātrāk, ja ir vējš, jo tas aiznes tvaikus prom no šķidruma (šeit notiek arī molekulu "saķeršanas" un molekulu atdalīšanās no šķidruma virsmas ar vēju).

Tāpēc slēgtā traukā iztvaikošana ātri apstājas: laika vienībā "noplēsto" molekulu skaits kļūst vienāds ar šķidrumā "atgriezto" molekulu skaitu.

Iztvaikošanas ātrums ir atkarīgs no šķidruma veida: jo mazāka ir pievilkšanās starp šķidruma molekulām, jo ​​intensīvāka ir iztvaikošana.

Jo lielāks ir šķidruma virsmas laukums, jo vairāk molekulām ir iespēja to atstāt. Tas nozīmē, ka iztvaikošanas ātrums ir atkarīgs no šķidruma virsmas laukuma.

Paaugstinoties temperatūrai, palielinās molekulu ātrums. Tāpēc, jo augstāka temperatūra, jo intensīvāka ir iztvaikošana.

Kas ir vārīšanās

Vārīšanās ir intensīva iztvaikošana, kas notiek šķidruma karsēšanas rezultātā, tajā veidojas tvaika burbuļi, kas uzpeld uz virsmas un tur plīst.

Vārīšanās laikā šķidruma temperatūra paliek nemainīga.

Viršanas punkts ir temperatūra, kurā šķidrums vārās. Parasti, runājot par dotā šķidruma viršanas temperatūru, tie nozīmē temperatūru, kādā šis šķidrums vārās normālā atmosfēras spiedienā.

Iztvaikošanas laikā no šķidruma atdalījušās molekulas no tā aiznes daļu iekšējās enerģijas. Tāpēc iztvaikošanas laikā šķidrums tiek atdzesēts.

Īpatnējais iztvaikošanas siltums

Fizikālo lielumu, kas raksturo siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai iztvaicētu vielas masas vienību, sauc par īpatnējo iztvaikošanas siltumu. (saite vairāk detalizēta analīzešī tēma)

SI sistēmā šī daudzuma mērvienība ir J / kg. To apzīmē ar burtu L.

Saules enerģija darbina neticami spēcīgu siltumdzinēju, kas, pārvarot gravitāciju, viegli paceļ gaisā milzīgu kubu (katra puse ir aptuveni astoņdesmit kilometru). Tādējādi no mūsu planētas virsmas gada laikā iztvaiko metru biezs ūdens slānis.

Iztvaikošanas laikā šķidra viela pakāpeniski pārvēršas tvaiku vai gāzveida stāvoklī pēc tam, kad mazākās daļiņas (molekulas vai atomi), pārvietojoties ar ātrumu, kas ir pietiekams, lai pārvarētu kohēzijas spēkus starp daļiņām, atraujas no virsmas.

Neskatoties uz to, ka iztvaikošanas process ir labāk pazīstams kā šķidras vielas pāreja uz tvaikiem, notiek sausā iztvaikošana, kad zem nulles temperatūras ledus pāriet no cieta stāvokļa uz tvaiku stāvokli, apejot šķidro fāzi. Piemēram, ja izmazgātu mitru veļu izkarina žāvēšanai aukstumā, tā sasalstot kļūst ļoti cieta, bet pēc brīža pēc mīkstināšanas kļūst sausa.

Kā izplūst šķidrums

Šķidruma molekulas atrodas tuvu viena otrai, un, neskatoties uz to, ka tās ir savstarpēji saistītas ar pievilkšanas spēkiem, tās nav piesaistītas noteiktiem punktiem un tāpēc brīvi pārvietojas pa visu vielas laukumu. (viņi pastāvīgi saduras viens ar otru un maina ātrumu).

Daļiņas, kas nonāk virspusē, kustības laikā uzņem tādu ātrumu, kas ir pietiekams, lai atstātu vielu. Nokļūstot augšpusē, tie nepārtrauc kustību un, pārvarot apakšējo daļiņu pievilcību, izlido no ūdens, pārvēršoties tvaikā. Šajā gadījumā daļa molekulu haotiskas kustības dēļ atgriežas šķidrumā, pārējās nonāk tālāk atmosfērā.

Iztvaikošana ar to nebeidzas, un uz virsmas izplūst šādas molekulas (tas notiek, līdz šķidrums pilnībā iztvaiko).

Ja runājam, piemēram, par ūdens ciklu dabā, var novērot kondensācijas procesu, kad tvaiki, sakoncentrējušies, noteiktos apstākļos atgriežas atpakaļ. Tādējādi iztvaikošana un kondensācija dabā ir cieši saistītas, jo, pateicoties tām, notiek pastāvīga ūdens apmaiņa starp zemi, zemi un atmosfēru, kā rezultātā vide tiek apgādāta ar milzīgu daudzumu noderīgu vielu.

Ir vērts atzīmēt, ka katras vielas iztvaikošanas intensitāte ir atšķirīga, un tāpēc galvenās fizikālās īpašības, kas ietekmē iztvaikošanas ātrumu, ir:

1. Blīvums. Jo blīvāka ir viela, jo tuvāk molekulas atrodas viena pret otru, jo grūtāk augšējām daļiņām ir pārvarēt citu atomu pievilkšanas spēku, tāpēc šķidruma iztvaikošana notiek lēnāk. Piemēram, metilspirts iztvaiko daudz ātrāk nekā ūdens (metilspirts - 0,79 g / cm3, ūdens - 0,99 g / cm3).
2. Temperatūra. Iztvaikošanas ātrumu ietekmē arī iztvaikošanas siltums. Neskatoties uz to, ka iztvaikošanas process notiek pat zem nulles temperatūras, jo augstāka ir vielas temperatūra, jo lielāks ir iztvaikošanas siltums, kas nozīmē, ka jo ātrāk pārvietojas daļiņas, kuras, palielinot iztvaikošanas intensitāti, atstāj šķidrumu. masveidā (tādēļ verdošs ūdens iztvaiko ātrāk nekā auksts ūdens).ātro molekulu zuduma dēļ šķidruma iekšējā enerģija samazinās, un tāpēc iztvaikošanas laikā pazeminās vielas temperatūra. Ja šķidrums šajā laikā atrodas siltuma avota tuvumā vai tieši uzkarsēts, tā temperatūra nesamazināsies, tāpat kā nesamazināsies iztvaikošanas ātrums.
3. virsmas laukums. Kā liela platība virsmu aizņem šķidrums, jo vairāk molekulu no tās izplūst, jo lielāks ir iztvaikošanas ātrums. Piemēram, ielejot ūdeni krūzē ar šauru kakliņu, šķidrums pazudīs ļoti lēni, jo iztvaicētās daļiņas sāks nosēsties uz konusveida sienām un nolaisties lejā. Tajā pašā laikā, ielejot ūdeni bļodā, molekulas brīvi pametīs šķidruma virsmu, jo tām nebūs uz ko kondensēties, lai atgrieztos ūdenī.
4. Vējš. Iztvaikošanas process būs daudz ātrāks, ja gaiss virzīsies pāri tvertnei, kurā atrodas ūdens. Jo ātrāk viņš to dara, jo ātrāks ir iztvaikošanas ātrums. Nav iespējams neņemt vērā vēja mijiedarbību ar iztvaikošanu un kondensāciju.Ūdens molekulas, paceļoties no okeāna virsmas, daļēji atgriežas atpakaļ, bet lielākā daļa no tām kondensējas augstu debesīs un veido mākoņus, kurus vējš destilē uz sauszemes, kur pilieni nokrīt lietus veidā un, iekļūstot zemē, pēc kāda laika atgriežas okeānā, apgādājot augsnē augošo veģetāciju ar mitrumu un izšķīdušām minerālvielām.

Loma augu dzīvē

Iztvaikošanas nozīmi veģetācijas dzīvē nevar pārvērtēt, īpaši ņemot vērā, ka dzīvs augs ir astoņdesmit procenti ūdens. Tāpēc, ja augam trūkst mitruma, tas var nomirt, jo kopā ar ūdeni nesaņems dzīvībai nepieciešamās barības vielas. barības vielas un mikroelementi.

Ūdens, pārvietojoties pa augu organismu, nes un veidojas tā iekšienē organisko vielu, kuras veidošanai augam nepieciešama saules gaisma.

Un šeit svarīgu lomu spēlē iztvaikošana, jo saules stariem ir iespēja ārkārtīgi spēcīgi sildīt objektus, un tāpēc tas var izraisīt auga nāvi no pārkaršanas (īpaši karstās vasaras dienās). Lai no tā izvairītos, ūdeni iztvaiko lapas, caur kurām šajā laikā izdalās daudz šķidruma (piemēram, no kukurūzas dienā iztvaiko no vienas līdz četrām glāzes ūdens).

Tas nozīmē, ka jo vairāk ūdens nonāks auga ķermenī, jo intensīvāka ūdens iztvaikošana no lapām, augs vairāk atdzisīs un normāli augs. Ūdens iztvaikošanu no augiem var just, ja karstā dienā ejot pieskaras zaļajām lapām: tās noteikti izrādīsies vēsas.

Komunikācija ar cilvēku

Tikpat svarīga ir iztvaikošanas loma dzīvē cilvēka ķermenis: Tas cīnās ar karstumu caur svīšanu. Iztvaikošana parasti notiek caur ādu un arī caur elpceļiem. To var viegli redzēt slimības laikā, paaugstinoties ķermeņa temperatūrai vai sportojot, kad palielinās iztvaikošanas intensitāte.

Ja slodze ir maza, organisms zaudē no viena līdz diviem litriem šķidruma stundā, intensīvāk sportojot, īpaši, ja temperatūra ārējā vide pārsniedz 25 grādus, palielinās iztvaikošanas intensitāte un ar sviedriem var iznākt no trīs līdz sešiem litriem šķidruma.

Caur ādu un elpceļiem ūdens ne tikai iziet no ķermeņa, bet arī nonāk tajā kopā ar izgarojumiem. vide(ne velti ārsti saviem pacientiem bieži izraksta atvaļinājumu pie jūras). Diemžēl tajā kopā ar noderīgiem elementiem bieži nokļūst kaitīgas daļiņas, tostarp - ķīmiskās vielas, kaitīgi izgarojumi, kas rada neatgriezenisku kaitējumu veselībai.

Daži no tiem ir toksiski, citi izraisa alerģiju, citi ir kancerogēni, citi izraisa vēzi, bet citi ir ne mazāk bīstamas slimības, savukārt daudziem vienlaikus ir vairākas kaitīgas īpašības. Kaitīgie izgarojumi organismā nonāk galvenokārt caur elpošanas orgāniem un ādu, pēc tam, nonākuši iekšā, tie uzreiz uzsūcas asinsritē un izplatās pa visu organismu, izraisot toksisku iedarbību un izraisot nopietnas slimības.

Šajā gadījumā daudz kas ir atkarīgs no cilvēka dzīvesvietas (pie rūpnīcas vai ražotnes), telpām, kurās viņš dzīvo vai strādā, kā arī no laika, kas pavadīts veselībai bīstamos apstākļos.

Kaitīgi izgarojumi organismā var iekļūt no sadzīves priekšmetiem, piemēram, linoleja, mēbelēm, logiem u.c. Lai glābtu dzīvību un veselību, no šādām situācijām vēlams izvairīties un labākā izeja būtu atstāt bīstamo teritoriju, līdz pat dzīvokļa vai darba maiņai un, iekārtojot mājokli, pievērst uzmanību kvalitātes sertifikātiem. no iegādātajiem materiāliem.

Iztvaikošana

Iztvaicēšana virs tējas krūzes

Iztvaikošana ir process, kurā viela pārvietojas no šķidrs stāvoklis pārvēršas gāzveida veidā, kas rodas uz vielas virsmas (tvaiks). Iztvaikošanas process ir pretējs kondensācijas procesam (pāreja no tvaikiem uz šķidrumu). Iztvaikošana (iztvaicēšana), vielas pāreja no kondensētas (cietas vai šķidras) fāzes uz gāzveida (tvaiku); pirmā veida fāzes pāreja.

Augstākajā fizikā ir detalizētāks iztvaikošanas jēdziens.

Iztvaikošana- tas ir process, kurā daļiņas (molekulas, atomi) izlido (atraujas) no šķidruma vai cietas vielas virsmas, savukārt E k > E p.

vispārīgās īpašības

Cieta ķermeņa iztvaikošanu sauc par sublimāciju (sublimāciju), bet iztvaikošanu šķidruma tilpumā sauc par viršanu. Parasti ar iztvaikošanu saprot iztvaikošanu uz šķidruma brīvas virsmas tā molekulu termiskās kustības rezultātā temperatūrā, kas zemāka par viršanas temperatūru, kas atbilst gāzveida vides spiedienam, kas atrodas virs noteiktās virsmas. Šajā gadījumā molekulas ar pietiekami lielu kinētisko enerģiju izplūst no šķidruma virsmas slāņa gāzveida vidē; daži no tiem tiek atspoguļoti atpakaļ un notverti ar šķidrumu, bet pārējie tiek neatgriezeniski zaudēti.

Iztvaikošana ir endotermisks process, kurā tiek absorbēts fāzes pārejas siltums - iztvaikošanas siltums, kas tiek tērēts molekulārās kohēzijas spēku pārvarēšanai šķidrajā fāzē un izplešanās darbam šķidruma pārvēršanās tvaikos laikā. Īpatnējais iztvaikošanas siltums attiecas uz 1 molu šķidruma (molārais iztvaikošanas siltums, J/mol) vai uz tā masas vienību (masas iztvaikošanas siltums, J/kg). Iztvaikošanas ātrumu nosaka tvaika plūsmas jп virsmas blīvums, laika vienībā iekļūstot gāzes fāzē no šķidruma virsmas vienības [mol / (s.m 2) vai kg / (s.m 2)]. Augstākā vērtība jп tiek sasniegts vakuumā. Relatīvi blīvas gāzveida vides klātbūtnē virs šķidruma iztvaikošana palēninās tāpēc, ka tvaika molekulu izvadīšanas ātrums no šķidruma virsmas gāzveida vidē kļūst mazs, salīdzinot ar šķidruma emisijas ātrumu. . Šajā gadījumā saskarnes tuvumā veidojas tvaika-gāzes maisījuma slānis, kas praktiski piesātināts ar tvaiku. Tvaika parciālais spiediens un koncentrācija šajā slānī ir augstāka nekā tvaiku-gāzes maisījuma lielākajā daļā.

Iztvaikošanas process ir atkarīgs no molekulu termiskās kustības intensitātes: jo ātrāk molekulas pārvietojas, jo ātrāk notiek iztvaikošana. Turklāt svarīgi faktori, kas ietekmē iztvaikošanas procesu, ir ārējās (attiecībā uz vielu) difūzijas ātrums, kā arī pašas vielas īpašības. Vienkārši sakot, ar vēju iztvaikošana notiek daudz ātrāk. Runājot par vielas īpašībām, piemēram, alkohols iztvaiko daudz ātrāk nekā ūdens. Svarīgs faktors ir arī šķidruma virsmas laukums, no kura notiek iztvaikošana: no šaura dekantera tas notiks lēnāk nekā no plašas plāksnes.

Molekulārais līmenis

Apsveriet šo procesu molekulārā līmenī: molekulas, kurām ir pietiekami daudz enerģijas (ātruma), lai pārvarētu blakus esošo molekulu pievilcību, izlaužas no vielas (šķidruma) robežām. Šajā gadījumā šķidrums zaudē daļu savas enerģijas (atdziest). Piemēram, ļoti karsts šķidrums: mēs pūšam uz tā virsmas, lai to atdzesētu, vienlaikus paātrinot iztvaikošanas procesu.

Termodinamiskais līdzsvars

Termodinamiskā līdzsvara pārkāpums starp šķidrumu un tvaiku, kas atrodas gāzes-tvaiku maisījumā, ir izskaidrojams ar temperatūras lēcienu pie fāzes robežas. Tomēr šo lēcienu parasti var neņemt vērā, un var pieņemt, ka parciālais spiediens un tvaika koncentrācija saskarnē atbilst to piesātināto tvaiku vērtībām šķidruma virsmas temperatūrā. Ja šķidrums un gāzes-tvaiku maisījums ir nekustīgi un brīvās konvekcijas ietekme tajos ir nenozīmīga, iztvaikošanas laikā radušos tvaiku izvadīšana no šķidruma virsmas gāzveida vidē notiek galvenokārt molekulārās difūzijas un Tvaika-gāzes maisījuma masas (tā sauktā Stefana) plūsma, kas virzīta no šķidruma virsmas gāzveida vidē (sk. Difūzija). Temperatūras sadalījums dažādos iztvaikošanas šķidruma dzesēšanas režīmos. Siltuma plūsmas tiek virzītas: a - no šķidrās fāzes uz iztvaikošanas virsmu gāzes fāzē; b - no šķidrās fāzes tikai uz iztvaikošanas virsmu; c - uz iztvaikošanas virsmu no abu fāžu puses; d - uz iztvaikošanas virsmu tikai no gāzes fāzes puses.

Baro-, termiskā difūzija

Baro un termiskās difūzijas ietekme parasti netiek ņemta vērā inženiertehniskajos aprēķinos, taču termiskās difūzijas ietekme var būt nozīmīga pie lielas gāzes-tvaiku maisījuma neviendabīguma (ar lielu atšķirību). molārās masas tās sastāvdaļas) un būtiskiem temperatūras gradientiem. Kad viena vai abas fāzes pārvietojas attiecībā pret to saskarni, palielinās tvaika-gāzes maisījuma un šķidruma konvektīvās vielas un enerģijas pārneses loma.

Ja šķidruma-gāzes sistēmai nav enerģijas padeves no tālr. siltuma avoti Iztvaikošana var tikt piegādāta šķidruma virsmas slānim no vienas vai abām fāzēm. Atšķirībā no iegūtās vielas plūsmas, kas vienmēr tiek virzīta iztvaikošanas laikā no šķidruma gāzveida vidē, siltuma plūsmām var būt dažādi virzieni atkarībā no šķidruma lielākās daļas temperatūru attiecības tl, fāzes robežas tgr un gāzveida vide tg. Noteiktam šķidruma daudzumam nonākot saskarē ar daļēji bezgalīgu tilpumu vai gāzveida vides plūsmu, kas mazgā tās virsmu, un šķidruma temperatūrā, kas ir augstāka par gāzes temperatūru (tl > tgr > tg), notiek siltuma plūsma no slāņa sāniem. šķidrums saskarnei: (Qlg = Qzh - Qi, kur Qi ir iztvaikošanas siltums, Qzhg ir siltuma daudzums, kas tiek pārnests no šķidruma uz gāzveida vidi. Šajā gadījumā šķidrums tiek atdzesēts (tā sauktā iztvaikošanas dzesēšana). ). Ja šādas dzesēšanas rezultātā tiek sasniegta vienādība tgr \u003d tg, siltuma pārnešana no šķidruma uz gāzi apstājas (Qzhg = 0) un viss siltums, kas tiek piegādāts no šķidruma sāniem uz saskarni, tiek iztērēts iztvaikošanai. (Ql = Qi).

Gāzveida vidē, kas nav piesātināta ar tvaiku, pēdējās parciālais spiediens saskarnē un pie Ql = Qi saglabājas augstāks nekā lielākajā daļā gāzes, kā rezultātā notiek gāzes iztvaikošana un iztvaikošanas dzesēšana. šķidrums neapstājas un tgr kļūst zemāks par tl un tg. Šajā gadījumā siltums tiek piegādāts saskarnei no abām fāzēm, līdz tl samazināšanās rezultātā tiek sasniegta vienādība tgr = tl un siltuma plūsma no šķidruma puses apstājas un no gāzes vides Qgl puses. kļūst vienāds ar Qi. Tālāka šķidruma iztvaikošana notiek pie nemainīgas temperatūras tm = tl = tgr, ko sauc par šķidruma dzesēšanas robežu iztvaikošanas dzesēšanas laikā vai mitrā termometra temperatūru (jo to rāda psihrometra mitrais termometrs). Tm vērtība ir atkarīga no gāzes-tvaiku vides parametriem un siltuma un masas pārneses apstākļiem starp šķidruma un gāzes fāzi.

Ja šķidrums un gāzveida vide, kam dažādas temperatūras, atrodas ierobežotā tilpumā, kas nesaņem enerģiju no ārpuses un neizdala to, Iztvaikošana notiek, līdz starp abām fāzēm iestājas termodinamiskais līdzsvars, pie kura abu fāžu temperatūras tiek izlīdzinātas pie nemainīgas sistēmas entalpijas, un gāzes fāze ir piesātināta ar tvaiku sistēmas tad temperatūrā. Pēdējo, ko sauc par gāzes adiabātisko piesātinājuma temperatūru, nosaka tikai abu fāžu sākotnējie parametri, un tā nav atkarīga no siltuma un masas pārneses apstākļiem.

Iztvaikošanas ātrums

Izotermiskās iztvaikošanas ātrumu [kg / (m 2 s)] ar vienvirziena tvaiku difūziju fiksētā bināra tvaiku-gāzes maisījuma slānī, kas atrodas virs šķidruma virsmas ar biezumu d, [m], var atrast pēc Stefana formulas: , kur D ir savstarpējās difūzijas koeficients, [m 2 /Ar]; - konstanti gāzes tvaiki, [J / (kg K)] vai [m 2 / (s 2 K)]; T ir maisījuma temperatūra [K]; p ir gāzes-tvaiku maisījuma spiediens [Pa]; - daļējais tvaika spiediens pie saskarnes un maisījuma slāņa ārējās robežas, [Pa].

Vispārīgā gadījumā (kustīgs šķidrums un gāze, neizotermiski apstākļi) šķidruma robežslānī, kas atrodas blakus saskarnei, impulsa pārnesi pavada siltuma pārnese, bet gāzes robežslānī (tvaiki-gāze) maisījums), notiek savstarpēji saistīta siltuma un masas pārnese. Šajā gadījumā iztvaikošanas ātruma aprēķināšanai izmanto eksperimentālos siltuma un masas pārneses koeficientus, bet salīdzinoši vienkāršākos gadījumos aptuvenās metodes diferenciālvienādojumu sistēmas skaitliskai atrisināšanai gāzes un šķidruma fāzes konjugētajiem robežslāņiem.

Masas pārneses intensitāte iztvaikošanas laikā ir atkarīga no tvaiku ķīmisko potenciālu atšķirības saskarnē un tvaiku-gāzes maisījuma lielākajā daļā. Taču, ja baro- un termisko difūziju var neņemt vērā, ķīmisko potenciālu starpību aizstāj ar parciālo spiedienu vai tvaiku koncentrāciju starpību un ņem: cp, gr - cn, osn), kur bp, bc - masas pārneses koeficients, p - maisījuma spiediens, pp - daļējs tvaika spiediens, yp = pp / p - molārā tvaika koncentrācija, cp = rp / r - masas tvaika koncentrācija, rp, r - tvaiku un maisījumu lokālie blīvumi; indeksi nozīmē: "gr" - pie fāzes robežas, "galvenais" - galvenajā. maisījuma masa. Šķidruma iztvaikošanas laikā izdalītās siltuma plūsmas blīvums ir [J/(m2 s)]: q = azh(tl - tgr) = rjp + ag (tgr - tg), kur azh, ag ir siltuma pārnese koeficients no šķidruma un gāzes puses , [W / (m 2 K)]; r - siltums Iztvaikošana, [J/kg].

Pie ļoti maziem iztvaikošanas virsmas izliekuma rādiusiem (piemēram, mazu šķidruma pilienu iztvaikošanas laikā) tiek ņemta vērā šķidruma virsmas spraiguma ietekme, kas noved pie tā, ka līdzsvara tvaika spiediens virs saskarnes. ir augstāks par spiedienu piesātināti tvaiki to pašu šķidrumu virs līdzenas virsmas. Ja tgr ~ tl, tad, aprēķinot iztvaikošanu, var ņemt vērā tikai siltuma un masas pārnesi gāzes fāzē. Pie salīdzinoši zemas masas pārneses intensitātes ir aptuveni spēkā līdzība starp siltuma un masas pārneses procesiem, no kuras izriet: Nu/Nu0 = Sh*/Sh0, kur Nu = ag l/lg ir Nuselta skaitlis, l ir iztvaikošanas virsmas raksturīgais izmērs, lg ir tvaika-gāzes maisījuma siltumvadītspēja, Sh* = bpyg, grl/Dp = bccg, grl/D ir Šervuda skaitlis tvaika plūsmas difūzijas komponentam, Dp = D/ RpT ir difūzijas koeficients, kas saistīts ar tvaika daļējā spiediena gradientu. Bp un bc vērtības tiek aprēķinātas no iepriekšminētajām attiecībām, skaitļi Nu0 un Sh0 atbilst jp: 0 un tos var noteikt no atsevišķiem siltuma un masas pārneses procesiem. Kopējās (difūzijas un konvektīvās) tvaika plūsmas skaitli Sh0 iegūst, dalot Sh* ar molāro (yg, gr) vai masas (sg, gr) gāzes koncentrāciju saskarnē atkarībā no tā, kura dzinējspēks masas pārneses koeficients b.

Vienādojumi

Līdzības vienādojumos Nu un Sh* iztvaikošanas laikā papildus parastajiem kritērijiem (Reinoldsa skaitļi Re, Archimedes Ar, Prandtl Pr vai Schmidt Sc un ģeom. parametri) ir iekļauti parametri, kas ņem vērā šķērsvirziena tvaika plūsmas ietekmi un tvaiku-gāzes maisījuma neviendabīguma pakāpe (tā komponentu molmasu vai gāzes konstantu attiecības) uz profiliem, ātrumiem, temperatūrām vai koncentrācijām robežslāņa griezumā.

Pie maziem jp, kas būtiski nepārkāpj gāzes-tvaiku maisījuma kustības hidrodinamisko režīmu (piemēram, ūdens iztvaikošanas laikā atmosfēras gaisā) un temperatūras un koncentrācijas lauku robežnosacījumu līdzību, ietekme papildu argumenti līdzības vienādojumos ir nenozīmīgi, un tos var neņemt vērā, pieņemot, ka Nu = Sh. Iztvaikojot daudzkomponentu maisījumiem, šīs likumsakarības kļūst daudz sarežģītākas. Šajā gadījumā maisījuma sastāvdaļu iztvaikošanas siltumi un šķidrās un tvaika-gāzes fāzes sastāvi, kas atrodas līdzsvarā, ir atšķirīgi un atkarīgi no temperatūras. Kad binārais šķidruma maisījums iztvaiko, iegūtais tvaiku maisījums ir salīdzinoši bagātāks ar gaistošāku komponentu, izņemot tikai azeotropos maisījumus, kas iztvaiko stāvokļa līkņu galējos (maksimālajos vai minimālajos) punktos kā tīrs šķidrums.

Aparātu dizaini

Kopējais iztvaikojošā šķidruma daudzums palielinās, palielinoties šķidruma un gāzes fāzes saskares virsmai, tāpēc to ierīču konstrukcija, kurās notiek iztvaikošana, paredz iztvaikošanas virsmas palielināšanu, izveidojot lielu šķidruma spoguli, sadalot to strūklas un pilieni, vai veidošanās plānās plēves plūst uz leju pa sprauslu virsmu. Siltuma un masas pārneses intensitātes palielināšanās iztvaikošanas laikā tiek panākta arī, palielinot gāzveida vides ātrumu attiecībā pret šķidruma virsmu. Tomēr šī ātruma palielināšanai nevajadzētu izraisīt pārmērīgu šķidruma iekļūšanu gāzveida vidē un ievērojamu aparāta hidrauliskās pretestības palielināšanos.

Pieteikums

Iztvaikošanu plaši izmanto rūpnieciskajā praksē vielu tīrīšanai, materiālu žāvēšanai, šķidru maisījumu atdalīšanai un gaisa kondicionēšanai. Ūdens iztvaikošanas dzesēšana tiek izmantota uzņēmumu cirkulācijas ūdens apgādes sistēmās.

Skatīt arī

Literatūra

• // Brokhausa un Efrona enciklopēdiskā vārdnīca: 86 sējumos (82 sējumi un 4 papildu sējumi). - Sanktpēterburga. , 1890-1907.
• Berman L.D., Cirkulējošā ūdens iztvaikošanas dzesēšana, 2. izdevums, M.-L., 1957;
• Fukss N. A., Pilienu iztvaikošana un augšana gāzveida vidē, M., 1958;
• Byrd R., Stuart W., Lightfoot E., Transfer Phenomena, trans. no angļu val., M., 1974;
• Bermans L. D., “Ķīmijas teorētiskie pamati. tehnoloģijas”, 1974, 8. sēj., 6. nr., 1. lpp. 811-22;
• Sherwood T., Pigford R., Wilkie C., Masu pārnese, tulk. no angļu valodas., M., 1982. L. D. Berman.

Saites

Wikimedia fonds. 2010 .

Sinonīmi:

Skatiet, kas ir "iztvaikošana" citās vārdnīcās:

Pāreja in va no šķidra vai cieta agregācijas stāvokļa uz gāzveida stāvokli (tvaiks). I. parasti saprot kā šķidruma pāreju tvaikos, kas notiek uz šķidruma brīvās virsmas. I. cietie ķermeņi sauc. sublimācija vai sublimācija. Atkarība no spiediena ...... Fiziskā enciklopēdija

Iztvaikošana notiek uz šķidruma brīvas virsmas. Iztvaikošanu no cietas vielas virsmas sauc par sublimāciju... Liels enciklopēdiskā vārdnīca

Dabā vielas var būt vienā no trim agregācijas stāvokļiem: cietā, šķidrā un gāzveida. Pāreju no pirmās uz otro un otrādi var novērot katru dienu, it īpaši ziemā. Tomēr šķidruma pārvēršana tvaikos, ko sauc par iztvaikošanas procesu, bieži vien nav redzama acij. Neskatoties uz šķietamo nenozīmīgumu, tai ir svarīga loma cilvēka dzīvē. Tātad, uzzināsim par to vairāk.

Iztvaikošana - kas tas ir

Katru reizi, kad nolemjat uzvārīt tējkannu tējai vai kafijai, varat vērot, kā, sasniedzot 100 ° C, ūdens pārvēršas tvaikos. Tieši tas ir praktisks piemērs iztvaikošanas procesam (noteiktas vielas pārejai gāzveida stāvoklī).

Iztvaicēšanai ir divi veidi: vārīšana un iztvaicēšana. No pirmā acu uzmetiena tie ir identiski, taču tas ir izplatīts nepareizs priekšstats.

Iztvaikošana ir iztvaikošana no vielas virsmas, un viršana notiek no visa tās tilpuma.

Iztvaikošana pret vārīšanu: kāda ir atšķirība?

Lai gan gan iztvaikošanas process, gan vārīšana veicina šķidruma pāreju uz gāzveida stāvokli, ir vērts atcerēties divas būtiskas atšķirības starp tām.

• Vārīšanās ir aktīvs process, kas notiek noteiktā temperatūrā. Katrai vielai tas ir unikāls un var mainīties tikai ar atmosfēras spiediena samazināšanos. Plkst normāli apstākļiŪdens vārīšanai nepieciešami 100 °C, rafinētai saulespuķu eļļai - 227 °C, nerafinētai - 107 °C. Alkoholam, lai uzvārītos, gluži pretēji, vajag vairāk zema temperatūra-78 °C. Iztvaikošanas temperatūra var būt jebkura, un atšķirībā no vārīšanās tā notiek pastāvīgi.
• Otra būtiskā atšķirība starp procesiem ir tā, ka vārīšanās laikā iztvaikošana notiek visā šķidruma biezumā. Savukārt ūdens vai citu vielu iztvaikošana notiek tikai no to virsmas. Starp citu, vārīšanās procesu vienmēr pavada arī iztvaikošana.

sublimācijas process

Tiek uzskatīts, ka iztvaikošana ir pāreja no šķidruma uz gāzveida agregācijas stāvokli. Tomēr retos gadījumos, apejot šķidrumu, ir iespējama iztvaikošana tieši no cietas uz gāzveida stāvokli. Šo procesu sauc par sublimāciju.

Šis vārds ir pazīstams ikvienam, kurš kādreiz fotosalonā ir pasūtījis krūzi vai T-kreklu ar savu mīļāko fotogrāfiju. Šis iztvaikošanas veids tiek izmantots, lai uz auduma vai keramikas pastāvīgi uzklātu attēlu, tam par godu šādu apdruku sauc par sublimācijas druku.

Tāpat šādu iztvaicēšanu bieži izmanto augļu un dārzeņu rūpnieciskai žāvēšanai, kafijas pagatavošanai.

Lai gan sublimācija ir daudz retāk sastopama nekā šķidruma iztvaikošana, to dažkārt var novērot ikdienas dzīvē. Tātad izmazgāta slapja veļa, kas izkārta žūšanai ziemā, uzreiz sasalst un kļūst cieta. Tomēr pakāpeniski šī stingrība izzūd, un lietas kļūst sausas. Šajā gadījumā ūdens no ledus stāvokļa, apejot šķidro fāzi, nekavējoties pāriet tvaikā.

Kā notiek iztvaikošana

Tāpat kā lielākā daļa fizisko un ķīmiskie procesi, galvenā loma iztvaikošanas procesā ir molekulām.

Šķidrumos tie atrodas ļoti tuvu viens otram, taču tiem nav noteiktas vietas. Pateicoties tam, viņi var "ceļot" pa visu šķidruma laukumu un dažādos ātrumos. Tas tiek panākts, pateicoties tam, ka kustības laikā tie saduras viens ar otru un no šīm sadursmēm mainās to ātrums. Kļūstot pietiekami ātras, aktīvākās molekulas iegūst iespēju pacelties uz vielas virsmu un, pārvarot citu molekulu pievilkšanas spēku, pamest šķidrumu. Tādā veidā ūdens vai cita viela iztvaiko un veidojas tvaiki. Vai tas nav mazliet kā raķetes lidojums kosmosā?

Lai gan aktīvākās molekulas no šķidruma pāriet tvaikā, to atlikušie “brāļi” turpina būt pastāvīgā kustībā. Pamazām viņi arī iegūst nepieciešamo ātrumu, lai pārvarētu pievilcību un pārietu citā agregācijas stāvoklī.

Pakāpeniski un pastāvīgi atstājot šķidrumu, molekulas šim nolūkam izmanto savu iekšējo enerģiju, un tā samazinās. Un tas tieši ietekmē vielas temperatūru - tā pazeminās. Tāpēc nedaudz samazināts atvēsinošās tējas daudzums tasītē.

Iztvaikošanas apstākļi

Vērojot peļķes pēc lietus, jūs ievērosiet, ka dažas no tām izžūst ātrāk, bet dažas aizņem ilgāku laiku. Tā kā to žāvēšana ir iztvaikošanas process, tas ir iespējams šis piemērs nokārtot tam nepieciešamos nosacījumus.

• Iztvaikošanas ātrums ir atkarīgs no iztvaicējamās vielas veida, jo katrai no tām ir unikālas iezīmes, kas ietekmē laiku, kurā tās molekulas pilnībā pāriet gāzveida stāvoklī. Ja atstājat atvērtas 2 vienādas pudeles, kas pildītas ar vienādu daudzumu šķidruma (vienā spirtā C2H5OH, otrā - ūdens H2O), tad pirmais trauks iztukšosies ātrāk. Tā kā, kā minēts iepriekš, spirta iztvaikošanas temperatūra ir zemāka, kas nozīmē, ka tas iztvaikos ātrāk.
• Otra lieta, no kuras ir atkarīga iztvaikošana, ir apkārtējās vides temperatūra un iztvaicētās vielas viršanas temperatūra. Jo augstāks pirmais un zemāks otrais, jo ātrāk šķidrums to var sasniegt un nonākt gāzveida stāvoklī. Tieši tāpēc, veicot dažus ķīmiskās reakcijas ar iztvaikošanas līdzdalību vielas tiek īpaši karsētas.
• Vēl viens nosacījums, no kura ir atkarīga iztvaikošana, ir vielas virsmas laukums, no kura tā rodas. Jo lielāks tas ir, jo ātrāk process. Ņemot vērā dažādi piemēri iztvaikošana, jūs atkal varat domāt par tēju. To bieži lej apakštasītē, lai atdziest. Tur dzēriens atdzisa ātrāk, jo palielinājās šķidruma virsmas laukums (apakštases diametrs ir lielāks par krūzes diametru).
• Un atkal par tēju. Ir zināms vēl viens veids, kā to ātrāk atdzesēt - uzpūst. Kā var pamanīt, ka vēja klātbūtne (gaisa kustība) ir kaut kas no kā ir atkarīga arī iztvaikošana. Jo lielāks vēja ātrums, jo ātrāk šķidruma molekulas pārvērtīsies tvaikos.
• Atmosfēras spiediens ietekmē arī iztvaikošanas intensitāti: jo zemāks tas ir, jo ātrāk molekulas pāriet no viena stāvokļa uz otru.

Kondensācija un desublimācija

Pārvēršoties tvaikos, molekulas nepārstāj kustēties. Jaunajā agregācijas stāvoklis tie sāk sadurties ar gaisa molekulām. Šī iemesla dēļ dažreiz tie var atgriezties šķidrā (kondensācijas) vai cietā (desublimācijas) stāvoklī.

Ja iztvaikošanas un kondensācijas (desublimācijas) procesi ir viens otram līdzvērtīgi, to sauc par dinamisko līdzsvaru. Ja gāzveida viela atrodas dinamiskā līdzsvarā ar līdzīga sastāva šķidrumu, to sauc par piesātinātu tvaiku.

Iztvaikošana un cilvēks

Ņemot vērā dažādus iztvaikošanas piemērus, nevar atcerēties šī procesa ietekmi uz cilvēka ķermeni.

Kā jūs zināt, pie ķermeņa temperatūras 42,2 ° C cilvēka asinīs esošais proteīns salocās, kas izraisa nāvi. Cilvēka ķermenis var uzkarst ne tikai infekcijas dēļ, bet arī veicot fizisku darbu, sportojot vai uzturoties karstā telpā.

Organismam izdodas uzturēt normālai dzīvei pieņemamu temperatūru, pateicoties pašatdzesēšanas sistēmai – svīšana. Ja ķermeņa temperatūra paaugstinās, caur ādas porām izdalās sviedri, kas pēc tam iztvaiko. Šis process palīdz "sadedzināt" lieko enerģiju un palīdz atdzist ķermeni un normalizēt tā temperatūru.

Starp citu, tāpēc nevajadzētu bez ierunām ticēt reklāmām, kurās sviedri tiek uzskatīti par galveno katastrofu. mūsdienu sabiedrība un mēģināt naiviem pircējiem pārdot visādas vielas, lai no tā tiktu vaļā. Nav iespējams panākt, lai organisms mazāk svīstu, netraucējot tā normālai darbībai, un labs dezodorants spēj tikai maskēt nepatīkamo sviedru smaku. Tāpēc, izmantojot pretsviedru līdzekļus, dažādus pulverus un pulverus, jūs varat nodarīt neatgriezenisku kaitējumu organismam. Galu galā šīs vielas aizsprosto poras vai sašaurina sviedru dziedzeru izvadkanālus, kas nozīmē, ka tās atņem ķermenim spēju kontrolēt temperatūru. Gadījumos, kad pretsviedru līdzekļu lietošana tomēr ir nepieciešama, vispirms jākonsultējas ar savu ārstu.

Iztvaikošanas loma augu dzīvē

Kā zināms, ne tikai cilvēks ir 70% ūdens, bet arī augi, un daži, piemēram, redīsi, ir 90% ūdens. Tāpēc viņiem svarīga ir arī iztvaikošana.

Ūdens ir viens no galvenajiem lietderīgo (un arī kaitīgo) vielu avotiem, kas nonāk augu ķermenī. Taču, lai šīs vielas uzsūktos, tas ir nepieciešams saules gaisma. Bet karstās dienās saule var ne tikai sildīt augu, bet arī pārkarst, tādējādi to iznīcinot.

Lai tas nenotiktu, floras pārstāvji spēj paši atdzist (līdzīgi cilvēka svīšanas procesam). Citiem vārdiem sakot, pārkarsējot, augi iztvaiko ūdeni un tādējādi atdziest. Tāpēc dārzu un augļu dārzu laistīšanai vasarā tiek pievērsta tik liela uzmanība.

Kā iztvaikošanu izmanto rūpniecībā un mājās

Par ķīmisko un Pārtikas rūpniecība iztvaikošana ir neaizstājams process. Kā minēts iepriekš, tas palīdz ne tikai dehidrēt daudzus produktus (iztvaikot no tiem mitrumu), kas palielina to glabāšanas laiku; bet arī palīdz ražot ideālus diētiskus produktus (mazāks svars un kalorijas, ar lielāku uzturvielu saturu).

Arī iztvaicēšana (īpaši sublimācija) tiek izmantota dažādu vielu attīrīšanai.

Vēl viena pielietojuma joma ir gaisa kondicionēšana.

Neaizmirstiet par medicīnu. Galu galā arī ieelpošanas process (ar ārstnieciskiem preparātiem piesātināta tvaika ieelpošana) ir balstīts uz iztvaikošanas procesu.

Bīstami izgarojumi

Tomēr, tāpat kā jebkuram procesam, tam ir arī savas negatīvās puses. Galu galā ne tikai derīgās, bet arī nāvējošās vielas var pārvērsties tvaikos un tikt ieelpotiem cilvēkiem un dzīvniekiem. Un skumjākais ir tas, ka tie ir neredzami, kas nozīmē, ka cilvēks ne vienmēr zina, ka ir bijis pakļauts toksīna iedarbībai. Tāpēc rūpnīcās un uzņēmumos, kas strādā ar bīstamām vielām, ir vērts izvairīties no uzturēšanās bez aizsargmaskām un tērpiem.

Diemžēl kaitīgi izgarojumi var slēpties arī mājās. Galu galā, ja mēbeles, tapetes, linolejs vai citi priekšmeti ir izgatavoti no lētiem materiāliem ar tehnoloģiju pārkāpumiem, tie spēj izdalīt gaisā toksīnus, kas pamazām "saindēs" to īpašniekus. Tāpēc, pērkot jebkuru lietu, ir vērts aplūkot to materiālu kvalitātes sertifikātu, no kuriem tā ir izgatavota.

Iztvaikošana ir process, kurā viela no šķidra vai cieta stāvokļa pārvēršas tvaikā. Vielas pārejas gadījumā no cieta stāvokļa tieši tvaika stāvoklī šo procesu biežāk sauc par sublimāciju. Pretēji - tvaika pāreju ūdenī sauc par kondensāciju. Ūdens tvaiki, kondensējoties atmosfērā, veido mākoņus un pēc tam nokrišņus, kas nokrīt zemē.

Apsveriet iztvaikošanu slēgtā tilpumā. Ir zināms, ka šķidruma molekulas, kurām ir kinētiskā enerģija, pastāvīgi svārstās. Viņu kustības ātrums ir svarīgs to kinētiskās enerģijas rādītājs. Plkst svārstību kustībaūdens molekulas pāriet tvaikos, kam ir lielākais kustības ātrums salīdzinājumā ar citām molekulām. Lai atrautos no ūdens virsmas, iztvaikojošajai molekulai jāpārvar pievilkšanās spēki no atlikušajām molekulām, kā arī virs šīs virsmas jau izveidojušos tvaiku ārējais spiediens. Ūdenim iztvaikojot, ūdens temperatūra pazeminās. Tas izskaidrojams ar to, ka šķidrums noteiktā temperatūrā atstāj molekulas, kurām ir vislielākā enerģija attiecībā pret citām molekulām. Lai šķidruma temperatūra nesamazinātos, tas ir nepārtraukti jāsilda. Siltuma daudzumu, kas nepieciešams nemainīgas temperatūras uzturēšanai, sauc par īpatnējo iztvaikošanas siltumu. Tādējādi ūdens iztvaikošanu pavada enerģijas patēriņš, ko raksturo siltuma daudzums, kas jānodod tā masas vienībai, kuras temperatūra ir 1, lai to pārvērstu par tvaiku tādā pašā temperatūrā.

Iztvaikošana notiek jebkurā temperatūrā. Bet, palielinoties, iztvaikošanas ātrums palielinās, jo šajā gadījumā palielinās arī molekulu termiskās kustības intensitāte. Vienlaikus ar iztvaikošanu tiek novērots ūdens tvaiku kondensācijas process, t.i. starp šīm fāzēm notiek nepārtraukta molekulu apmaiņa. Atkarībā no pirmā vai otrā procesa pārsvara virs ūdens virsmas tiks novērots piesātināts ūdens tvaiks, dinamisks līdzsvars vai pārsātināti ūdens tvaiki. Šos ūdens tvaiku stāvokļus gaisā var raksturot ar atbilstošām ūdens tvaiku spiediena atšķirībām: ℮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.

Tātad slēgtā tilpumā iztvaikošanas intensitāte ir atkarīga no ūdens virsmas temperatūras, kas nosaka vērtību ℮0, un faktiskā ūdens tvaiku parciālā spiediena ℮ virs iztvaikošanas virsmas. Jo augstāka ir ūdens temperatūra un mazāks faktiskais ūdens tvaiku daļējais spiediens, jo lielāka ir iztvaikošana. Dabiskos apstākļos ūdens temperatūra un gaisa mitrums nav nemainīgs un ir atkarīgs no daudziem faktoriem: saules starojuma, starojuma no pamatvirsmas, atmosfēras noslāņošanās, gaisa plūsmas ātruma utt.

1. Iztvaikošanas no ūdens virsmas aprēķināšanas metodes.

Iztvaikošanas reitings ar ūdens virsma var veikt, izmantojot vairākas metodes. Liels metožu skaits ir saistīts ar faktu, ka nav pilnībā atklāts kompleksais mijiedarbības mehānisms starp rezervuāra ūdens virsmu un tai blakus esošo gaisa masu. Visprecīzākā no izstrādātajām metodēm ir instrumentālā (tiešā) metode, t.i., iztvaicētā ūdens slāņa tiešās mērīšanas metode, izmantojot ūdens iztvaicētājus. Pulsējošā metode arī pieder pie tiešās metodes. Taču tos ne vienmēr var pielietot to darbietilpības un nespējas izmantot projekta izstrādē. Tāpēc, lai noteiktu iztvaikošanu no ūdens virsmas, tiek izmantotas netiešās metodes, kuru pamatā ir ūdens un siltuma bilances vienādojumu izmantošana, ūdens tvaiku turbulentā difūzija atmosfērā, kā arī aprēķina no meteoroloģiskajiem datiem, izmantojot empīriskās formulas.