ГОУ гимназия № 000

"Московска градска педагогическа гимназия-лаборатория"

абстрактно

Фактори, влияещи върху скоростта на изпаряване на водата

Жалеев Тимур

Ръководител:

Въведение

Определение за изпарение. Обективен. Уместност на работата Описание на структурата на работата.

Главна част

Механизмът на изпаряване на молекулярно ниво. Фактори, влияещи върху скоростта на изпарение.

2.1 Влияние върху скоростта на изпаряване на температурата на водата.

2.1.1 Неравномерно нагряване на водата.

2.1.2 Конвекция. Ламинарен и турбулентен режим. Число на Рейли. Зависимост на вида на режима на смесване на течността от скоростта на пренос на енергия.

2.1.3 Температура на въздуха и нейното влияние върху температурата на водата. Числата на Релей във въздуха и вида на режима на смесване на въздуха.

2.2.1 Връзка на влажността на въздуха на водната повърхност с влажността на въздуха "в безкрайност".

2.2.2 Връзка на влажността на въздуха на водната повърхност със скоростта на изпарение.

2.2.3 Връзка на влажността на въздуха на водната повърхност със скоростта на изтичане на водни пари от повърхността.

2.2.4 Връзка на влажността на въздуха на повърхността с геометрията на повърхността.

Заключение.

Библиография.

Въведение.

Изпарението е процес на преминаване на вещество от течно състояние в газообразно състояние, протичащ с поглъщане на топлина.

Целта на тази работа: да се идентифицират факторите, влияещи върху скоростта на изпаряване на водата.

Уместност:

1. Изпарението консумира голям бройтоплина, следователно този процес може да се използва за охлаждане.

2. Интензивността на изпарението значително влияе върху влажността на въздуха, която е определяща в много процеси.

3. Изследването на механизмите на изпарение ще позволи да се изградят по-правдоподобни модели на разпределението на температурата и влажността, т.е. ще позволи по-точно прогнозиране на различни климатични процеси. За изчисляване на такива модели се използват съвременни изчислителни системи, но за правилното им функциониране е необходимо подробно разбиране на всички процеси, които влияят върху формирането на времето.

В тази статия ще разгледаме факторите, които влияят на скоростта на изпаряване на водата и тяхната връзка.

Изпарението се влияе от много фактори, но най-важните от тях са температурата на водната повърхност и влажността на въздуха над водната повърхност. Всеки от тези фактори се влияе от редица други:

1. Температура на водата. Влияе се от температурата на околната среда. Топлообменът от въздух към вода и обратно се осъществява чрез топлообмен (директен топлопренос без смесване) и конвекция. Конвекцията от своя страна може да се осъществи в различни режими: ламинарен и турбулентен. Ламинарният е режим, при който течността се движи в неподвижни струи без смесване. Турбулентният е режим, при който течността се смесва произволно поради голяма температурна разлика.

2. Влажност на въздуха над водната повърхност. Влияе се от скоростта на изпаряване на водата (колкото повече пара се отделя от водата, толкова повече е във въздуха), повърхността (колкото по-голяма е повърхността, толкова повече пара се отделя от водата), вятъра или други форми на конвекция във въздуха (колко бързо се отстраняват водните пари от повърхността на водата).

Главна част.

Механизмът на изпаряване на молекулярно ниво.

Водните молекули, които имат достатъчна кинетична енергия и са близо до повърхността, могат да се откъснат от останалите водни молекули, т.е. възниква изпарение. Ако бързите молекули са във водния стълб, а не на повърхността, тогава, удряйки други молекули, те работят върху тях и губят енергията си. Бързите водни молекули, които се отделят от повърхността на водата, носят енергия със себе си, така че вътрешна енергияводата пада и се охлажда.

Някои молекули на водната пара, движейки се произволно, се връщат в течността. Този процес се нарича кондензация. Скоростта на кондензация зависи от концентрацията на молекулите на водната пара.

2. Фактори, влияещи върху скоростта на изпарение.

2.1. Влияние върху скоростта на изпаряване на температурата на водата.

Много фактори влияят върху скоростта на изпарение, но основният е температурата на повърхността на водата. Колкото по-висока е температурата, толкова по-висока е средната скорост на молекулите и, следователно, толкова повече молекули с висока скорост могат да излетят от повърхността. Водата няма еднаква температура по цялата си дебелина; за изследването на изпарението е важна температурата на повърхността. От своя страна тази температура се влияе от редица фактори:

1. Температура във водния стълб. Количеството топлина от водния стълб към повърхността може да се пренесе по два начина: пренос на топлина или конвекция. Конвекцията започва, когато течността има висока температура в дълбочина, в този случай, разширявайки се при по-висока температура, тя започва да се издига. Във водата, по време на изпаряване, разпределението на температурата, необходимо за конвекция, възниква поради факта, че на повърхността водата, изпарявайки се, става по-студена.

2. Температура на въздухаобикновено по-висока от температурата на повърхността на водата, тъй като изпарението става на повърхността и водата се охлажда. Следователно, като правило, топлината се доставя от въздуха към повърхността. Ако температурата на въздуха е по-ниска, тогава топлинният поток върви в обратна посока и скоростта на отвеждане на топлина зависи от конвекцията на въздуха над водната повърхност.

3. Скорост на изпарениевлияе върху температурата на повърхностните води. Колкото по-голям е интензитетът на изпарението, толкова повече енергия отделят молекулите и толкова по-ниска е повърхностната температура. Колкото по-ниска е температурата, толкова по-малко е енергията във водата и толкова по-малка е интензивността на изпарението.

Виждаме, че всички тези фактори са тясно свързани помежду си: ако скоростта на изпарение се увеличи, температурата на повърхността на течността намалява, следователно топлообменът между повърхността и водния стълб се увеличава, от друга страна, топлообменът между водната повърхност и въздухът се увеличава, както и конвекционният поток над водата.

Разбира се, само компютърен модел може напълно да отчете всички тези фактори.

2.1.1 Неравномерно нагряване на водата.

Нека разгледаме по-подробно процеса на пренос на топлина във водния стълб. Почти винаги при неидеализирани условия температурата на различни места на течността не е еднаква: водата се изпарява само отгоре, следователно се охлажда само отгоре. Загряването на водата също се случва обикновено неравномерно. Например, слънчеви лъчипроникват във водния стълб и ги нагряват по различен начин в зависимост от прозрачността на водата. Всеки друг източник на по-висока или по-ниска температура също пренася топлината неравномерно, като например ръката на човек, който държи съд.

Ако температурата на водата отгоре е по-ниска, тогава започва да се получава конвекция: студената вода е по-тежка от горещата вода, така че студената вода потъва, а горещата вода се издига. Но тъй като течността не се смесва напълно, а се движи в цели обеми, температурата се разпределя неравномерно. В случай на конвекция течността започва да се движи на цели "парчета". Ако в този случай термометърът се постави в определена точка от течността, той ще покаже температурни колебания, които ще отразяват това движение на "парчета" гореща или студена течност.

2.1.2. Конвекция. Ламинарен и турбулентен режим. Число на Рейли. Зависимост на вида на режима на смесване на течността от скоростта на пренос на енергия.

Както бе споменато по-горе, конвекцията е явление, при което преносът на топлина става чрез смесване на вещество. С нейна помощ топла водасе движи от дълбочината към повърхността, а водата, която се е охладила поради изпарение, от своя страна се движи от повърхността към дъното.

Течността, когато се нагрява отдолу или охлажда отгоре, може да се смесва в два режима: ламинарен и турбулентен.

Ламинарният поток е поток, при който течността се движи в стационарни струи без разбъркване и хаотични бързи промени в скоростта. В случай на ламинарни потоци, движението на течността може да бъде изобразено с помощта на токови линии: въображаеми линии, по които се движат водните частици.

Турбулентният поток е поток, при който поради голяма температурна разлика течността се смесва произволно. В този случай е невъзможно да се зададе определена траектория на частицата.

В случай на турбулентен поток се получава по-равномерно смесване на цялата течност. Ако в случай на ламинарно смесване се движат цели „парчета“ с определена температура, тогава в случай на турбулентен режим течността има почти същата температура в целия обем.

Видът на режима (ламинарен или турбулентен) се определя от числото на Релей. Числото на Rayleigh е безразмерна величина, изчислява се по формулата

, където

g - ускорение на свободно падане; измерено в m/s2.

β е коефициентът на топлинно разширение на течността; изчислено по формулата

Където Δ V- промяна в обема на тялото, Vе началният обем на тялото, Δ T– промяна на температурата; измерено в K-1.

ΔT е температурната разлика между повърхността и водния стълб; измерено в K.

L - определяне на линейния размер на топлообменната повърхност; измерена в м. Това е максималната дължина по повърхността на съда, например за кръгъл съд това е диаметърът, за правоъгълен съд - диагоналът и т.н.

ν е кинематичният вискозитет на течността; числено равно на ν = 0,000183/(ρ(1 + 0,0337t + 0,000221t2)), където t е температурата, а ρ е плътността на течността; измерено в 10-6 m2/s.

χ - коефициент на топлопроводимост на течността; изчислено по формулата https://pandia.ru/text/78/415/images/image006_104.gif" alt="(!LANG:\varkappa" width="14 height=10" height="10"> - теплопроводность, cp - удельная теплоемкость, ρ - плотность; измеряется в м2/с. !}

След като това число достигне определена така наречена критична стойност, в течността се появяват конвективни потоци. Тази критична стойност е приблизително равна. Ако числото на Rayleigh е по-малко от 7,4 Racrit, тогава не се наблюдават потоци. В областта от 7.4 Racrit до 9.9 Racrit има един основен ламинарен поток с една честота на трептене и много малки. В диапазона от 9,9 Racrit до 10,97 Racrit възниква друг основен ламинарен поток с различна честота на трептене, но остават малки потоци. Преди 11.01 Racrit се появява трети ламинарен поток с трета честота. След 11.01 Racrit възникват бурни потоци.

За вода и цилиндричен съд с височина 2,2 cm и радиус 12,5 cm при стайна температура (200 " style="margin-left:-5.3pt;border-collapse:collapse">

ρ = 998,2 kg/m3

β = 0,00015 K-1

ν =1,004*10-6 m2/s

0,6 W/(m*K)

cf \u003d 4183 J / (kg * K)

χ \u003d / (cp * ρ) \u003d 1,437e-7 m2 / s

Ra = (g*β*ΔT*L3)/(ν*χ) = 3669

Температурна разлика от 0,2° е изчислена от програма, която създава модели на изпаряваща се вода.

Може да се заключи, че при тези условия режимът на конвекция е турбулентен

2.1.3. Температура на въздуха и нейното влияние върху температурата на водата. Числата на Релей във въздуха и вида на режима на смесване на въздуха.

Температурата на околния въздух също влияе върху температурата на повърхността на водата.

Ако температурата на въздуха се различава от температурата на водата, топлообменът се осъществява между вода и въздух поради пренос на топлина и конвекция.

Въздушната конвекция също се определя от числото на Рейли. Там той е с един-два порядъка по-малък, тъй като вискозитетът и топлопроводимостта са по-големи за въздуха, отколкото за водата.

По-долу са данните за изчисляване на числото на Релей и самите изчисления за въздух:

ρ = 1,205 kg/m3 β = 0,00343 К-1 ν =15,11*10-6 m2/s 0,0257 W/(m*K) cf \u003d 1005 J / (kg * K)	χ \u003d / (cp * ρ) \u003d 2,122e-5 m2 / s Ra = (g*β*ΔT*L3)/(ν*χ) = 40990.072

Въздушна конвекция

Конвекцията също се влияе от влажността на въздуха. Тъй като водната пара има плътност, по-малка от тази на въздуха, мокър въздухпо-лек от сухия и започва да се надига. Следователно, колкото по-висока е скоростта на изпарение, толкова по-висока е влажността на въздуха, толкова по-интензивна е конвекцията.

2.2. Влияние на влажността на въздуха.

Както вече беше споменато, с увеличаване на влажността на въздуха над водната повърхност се увеличава кондензацията, т.е. интензивността на изпарението намалява. Затова ще се опитаме да разберем кои фактори влияят на количеството влажност на въздуха, за това първо формулираме точната дефиниция на влажността.

Абсолютна и относителна влажност.

Абсолютната влажност е масата водна пара, съдържаща се в кубичен метър въздух. Поради малката стойност обикновено се измерва в g/m3. Относителна влажност air е отношението на текущата абсолютна влажност към максимално възможната абсолютна влажност при дадена температура. Колкото по-висока е температурата, толкова по-висока е максималната възможна абсолютна влажност.

2.2.1. Връзка на влажността на въздуха на водната повърхност с влажността на въздуха "в безкрайност".

Въздух "в безкрайност" се нарича въздух, разположен на такова разстояние от повърхността на течността, че неговата влажност не зависи от наличието на тази повърхност. Влажността на въздуха "в безкрайност" със сигурност влияе върху влажността на въздуха на повърхността. Парата от повърхността на водата измества парата, която вече е във въздуха, като по този начин се стреми да увеличи влажността "до безкрайност". Колкото по-голяма е влажността на въздуха в безкрайността, толкова по-трудно е за издигащите се пари да изместят парите в безкрайността и толкова по-малко интензивно се получава изпарението.

2.2.2 Връзка на влажността на въздуха на водната повърхност със скоростта на изпарение.

При висока влажност, всъщност изпарението става със същата скорост, но кондензацията става по-бързо и следователно може да се счита, че изпарението става по-бавно. Кондензацията е процесът, обратен на изпарението, т.е. преминаването от газообразно състояние в течно състояние.

2.2.3 Връзка на влажността на въздуха на водната повърхност със скоростта на изтичане на водни пари от повърхността.

Водната пара, ако нейната влажност се различава от влажността в безкрайност, се движи от водната повърхност чрез два процеса: дифузия и конвекция.

дифузия- това е процесът на изравняване на концентрациите на вещества в определен обем чрез проникване на молекули на едно вещество в друго. Зависи от скоростта на движение на молекулите, тоест от температурата на средата. Дифузията в газовете е доста бърза.

Конвекция- Това е явлението пренос на топлина чрез смесване на вещество. Веществото се разбърква поради температурни разлики, които могат да бъдат причинени от изпарение. Конвекцията е бавна в сравнение с дифузията.

Може също така да се отбележи, че вятърът, който отнася парата от повърхността, влияе повече върху скоростта на изпарение, отколкото предишните два фактора.

2.2.4 Връзка на влажността на въздуха на повърхността с геометрията на повърхността.

Ако повърхността, от която се получава изпарение, е малка, изпаренията веднага се разсейват в околното пространство, ако е голяма, тогава не веднага, тъй като те заемат значителна площ от пространството. Съгласно формулата на J. Dalton за скоростта на изпарение, в която е посочена зависимостта на това от повърхността: P \u003d AS (F-f) / H, където S е повърхността на съда, F е крайната еластичност при даден температура, f е налягането на парите в околната среда, H е налягането и A е коефициент в зависимост от естеството на течността. Формата на съда също има значение. Например, ако при равна площповърхност един съд ще бъде продълговата форма, а другият е кръгъл, тогава дифузията ще отведе парата по-бързо от удължен съд, следователно изпарението от него ще се случи по-бързо.

За да обобщим, скоростта на изпарение се влияе основно от два фактора: температурата на повърхността на водата и влажността на въздуха над повърхността, но тези два фактора се влияят от много други. Диаграмата показва общата връзка между тези фактори.

Заключение.

В нашата работа изследвахме факторите, които влияят на скоростта на изпаряване на водата. В резултат на това беше установено, че скоростта на изпарение се влияе главно от температурата на повърхността на водата и влажността на въздуха над съда, но също и от площта на повърхността, конвекцията, дифузията, влажността "в безкрайност".

Библиография:

1. Уикипедия. http://ru. уикипедия. org/wiki/ Коефициент на топлинно разширение. Линкът е валиден на 02.04.2012 г.

2.*****. Вискозитет на водата. http://www. *****/article/answer/pnanetwater/vyazkost. htm Линкът е валиден на 02.04.2012 г.

3. Уикипедия. http://ru. уикипедия. org/wiki/ Топлопроводимост. Линкът е валиден на 02.04.2012 г.

4. Уикипедия. http://ru. уикипедия. org/wiki/ Число на Рейли. Линкът е валиден на 02.04.2012 г.

5. Голяма съветска енциклопедия. Турбуленция. http://www. bse. *****/bse/id_81476 Линкът е валиден на 02.04.2012 г.

6.*****. Нестабилности и пространствено-времеви структури. http://други препратки. *****/physics/_0.html Линкът е валиден на 02.04.2012 г.

7. Уикипедия. http://ru. уикипедия. org/wiki/ Топлопроводимост. Линкът е валиден на 02.04.2012 г.

8. Уикипедия. http://ru. уикипедия. org/wiki/ Специфичен топлинен капацитет. Линкът е валиден на 02.04.2012 г.

9. Инженерен наръчник DVPA таблици. инфо. Преглед: Температура, плътност, специфична топлина, обемен коефициент на топлинно разширение, кинематичен вискозитет и число на Прандтл (критерий) за сух въздух при атмосферно налягане в диапазона -150 /+400 oC. http://www. dpva. info/Guide/GuideMedias/GuideAir/AirMaihHeatPropAndPrandtl/ Връзката е валидна към 04/02/2012.

10. Значението на думата "Изпарение" в Енциклопедичния речник на Брокхаус и Ефрон. http://be. /article045569.html Линкът е валиден на 02.04.2012 г.

Уикипедия. http://ru. уикипедия. org/wiki/ Топлопроводимост. Данните отговарят на 02.04.12г.

Уикипедия. http://ru. уикипедия. org/wiki/ Число на Рейли. Данните отговарят на 02.04.12г.

Велика съветска енциклопедия. Турбуленция. http://www. bse. *****/bse/id_81476 Данните отговарят на 02.04.12г.

*****. Нестабилности и пространствено-времеви структури. http://други препратки. *****/physics/_0.html Данните съответстват на 02.04.12г.

Уикипедия. http://ru. уикипедия. org/wiki/ Коефициент на топлинно разширение. Данните отговарят на 02.04.12г.

*****. Вискозитет на водата. http://www. *****/article/answer/pnanetwater/vyazkost. htm Данните съответстват на 02.04.12г.

Уикипедия. http://ru. уикипедия. org/wiki/ Топлопроводимост. Данните отговарят на 02.04.12г.

Уикипедия. http://ru. уикипедия. org/wiki/ Специфичен топлинен капацитет. Данните отговарят на 02.04.12г.

Инженерен наръчник DVPA таблици. инфо. Преглед: Температура, плътност, специфична топлина, обемен коефициент на топлинно разширение, кинематичен вискозитет и число на Прандтл (критерий) за сух въздух при атмосферно налягане в диапазона -150 /+400 oC. http://www. dpva. info/Guide/GuideMedias/GuideAir/AirMaihHeatPropAndPrandtl/ Данни към 04/02/12.

Значението на думата "изпарение" в Енциклопедичния речник на Брокхаус и Ефрон. http://be. /article045569.html Данните отговарят на 02.04.12г.

В природата веществата могат да бъдат в едно от трите агрегатни състояния: твърдо, течно и газообразно. Преходът от първото към второто и обратно може да се наблюдава ежедневно, особено през зимата. Въпреки това, превръщането на течността в пара, което е известно като процес на изпаряване, често не е видимо за окото. Въпреки привидната си незначителност, тя играе важна роля в човешкия живот. Така че, нека разберем повече за това.

Изпарение - какво е това

Всеки път, когато решите да сварите чайник за чай или кафе, можете да наблюдавате как, достигайки 100 ° C, водата се превръща в пара. Това е, което е практически примерпроцесът на изпаряване (преход на определено вещество в газообразно състояние).

Изпарението е от два вида: кипене и изпарение. На пръв поглед те са идентични, но това е често срещано погрешно схващане.

Изпаряването е изпаряване от повърхността на веществото, а кипенето е от целия му обем.

Изпаряване срещу кипене: каква е разликата?

Въпреки че както процесът на изпаряване, така и кипенето допринасят за преминаването на течност в газообразно състояние, струва си да запомните две важни разлики между тях.

• Кипенето е активен процес, който протича при определена температура. За всяко вещество то е уникално и може да се променя само с намаляване на атмосферното налягане. При нормални условия водата трябва да кипи при 100 °C, за рафинирано слънчогледово масло - 227 °C, за нерафинирано - 107 °C. Алкохолът, напротив, се нуждае от по-ниска температура - 78 ° C, за да заври. Температурата на изпарение може да бъде всяка и за разлика от кипенето се случва постоянно.
• Втората съществена разлика между процесите е, че по време на кипене се получава изпарение по цялата дебелина на течността. Докато изпарението на вода или други вещества става само от тяхната повърхност. Между другото, процесът на кипене винаги е придружен от изпаряване едновременно.

процес на сублимация

Смята се, че изпарението е преходът от течно към газообразно агрегатно състояние. Въпреки това, в редки случаи, заобикаляйки течността, е възможно изпарение директно от твърдо в газообразно състояние. Този процес се нарича сублимация.

Тази дума е позната на всеки, който някога е поръчвал във фото салон чаша или тениска с любимата си снимка. Този тип изпаряване се използва за трайно нанасяне на изображение върху тъкан или керамика; в чест на това този тип печат се нарича сублимационен печат.

Също така, такова изпаряване често се използва за индустриално сушенеплодове и зеленчуци, приготвяне на кафе.

Въпреки че сублимацията е много по-рядко срещана от изпарението на течност, понякога може да се наблюдава в ежедневието. Така изпраното мокро бельо, окачено да съхне през зимата, моментално замръзва и става твърдо. Но постепенно тази твърдост изчезва и нещата стават сухи. В този случай водата от състоянието на лед, заобикаляйки течната фаза, веднага преминава в пара.

Как се случва изпарението

Като повечето физически и химични процеси, молекулите играят основна роля в процеса на изпаряване.

В течностите те са разположени много близо един до друг, но нямат фиксирано местоположение. Благодарение на това те могат да "пътуват" по цялата площ на течността и то с различни скорости. Това се постига поради факта, че по време на движение те се сблъскват един с друг и от тези сблъсъци скоростта им се променя. Ставайки достатъчно бързи, най-активните молекули получават възможност да се издигнат до повърхността на веществото и, след като преодолеят силата на привличане на други молекули, напускат течността. Така се изпарява вода или друго вещество и се образува пара. Не е ли малко като полет на ракета в космоса?

Въпреки че най-активните молекули преминават от течност към пара, останалите им „събратя“ продължават да бъдат в постоянно движение. Постепенно те също придобиват необходимата скорост, за да преодолеят привличането и да преминат в друго състояние на агрегиране.

Постепенно и постоянно напускайки течността, молекулите използват нейната вътрешна енергия за това и тя намалява. И това пряко влияе на температурата на веществото - тя се понижава. Ето защо количеството на охлаждащия чай в чашата е леко намалено.

Условия на изпаряване

Гледайки локви след дъжд, ще забележите, че някои от тях изсъхват по-бързо, а на други отнема повече време. Тъй като сушенето им е процес на изпаряване, е възможно да се този примерсе справят с необходимите за това условия.

• Скоростта на изпарение зависи от вида на изпареното вещество, тъй като всяко от тях има уникални черти, влияещи върху времето, през което неговите молекули напълно преминават в газообразно състояние. Ако оставите отворени 2 еднакви бутилки, пълни с еднакво количество течност (в едната алкохол C2H5OH, в другата - вода H2O), тогава първият контейнер ще се изпразни по-бързо. Тъй като, както бе споменато по-горе, температурата на изпаряване на алкохола е по-ниска, което означава, че той ще се изпари по-бързо.
• Второто нещо, което влияе на изпарението, е температурата. околен святи точката на кипене на изпареното вещество. Колкото по-високо е първото и по-ниско второто, толкова по-бързо течността може да достигне до него и да премине в газообразно състояние. Ето защо по време на определени химични реакции, включващи изпарение, веществата се нагряват специално.
• Друго условие, от което зависи изпарението, е повърхността на веществото, от което се получава. Колкото по-голям е, толкова по-бърз е процесът. Имайки в предвид различни примериизпаряване, можете отново да мислите за чай. Често се изсипва в чинийка, за да се охлади. Там напитката се охлади по-бързо, тъй като повърхността на течността се увеличи (диаметърът на чинийката по-голям диаметърчаши).
• И отново за чая. Известен е и друг начин за по-бързо охлаждане – да се духа върху него. Как можете да забележите, че наличието на вятър (движение на въздуха) е нещо, от което зависи и изпарението. Колкото по-висока е скоростта на вятъра, толкова по-бързо течните молекули ще се превърнат в пара.
• Също така влияе върху скоростта на изпарение Атмосферно налягане: колкото по-ниско е, толкова по-бързо молекулите преминават от едно състояние в друго.

Кондензация и десублимация

След като се превърнат в пара, молекулите не спират да се движат. В ново състояние на агрегиране те започват да се сблъскват с молекулите на въздуха. Поради това понякога те могат да се върнат в течно (кондензация) или твърдо (десублимация) състояние.

Когато процесите на изпаряване и кондензация (десублимация) са еквивалентни един на друг, това се нарича динамично равновесие. Ако дадено газообразно вещество е в динамично равновесие със своята течност с подобен състав, то се нарича наситена пара.

Изпарението и човекът

Като се имат предвид различни примери за изпаряване, не може да не се припомни ефектът от този процес върху човешкото тяло.

Както знаете, при телесна температура от 42,2 ° C, протеинът в човешката кръв се сгъва, което води до смърт. Човешкото тяло може да се нагрее не само поради инфекция, но и при изпълнение физически труд, спортуване или престой в гореща стая.

Тялото успява да поддържа температура, приемлива за нормален живот, благодарение на системата за самоохлаждане - изпотяване. Ако телесната температура се повиши, потта се отделя през порите на кожата и след това се изпарява. Този процес помага за „изгаряне“ на излишната енергия и спомага за охлаждане на тялото и нормализиране на температурата му.

Между другото, ето защо не трябва безусловно да вярвате на реклами, които представят потта като основното бедствие. модерно обществои се опитайте да продадете на наивни купувачи всякакви вещества, за да се отървете от него. Невъзможно е да накарате тялото да се поти по-малко, без да нарушите нормалното му функциониране, а добрият дезодорант може само да маскира неприятната миризма на пот. Ето защо, използвайки антиперспиранти, различни прахове и прахове, можете да причините непоправима вреда на тялото. В крайна сметка тези вещества запушват порите или стесняват отделителните канали на потните жлези, което означава, че те лишават тялото от способността да контролира температурата си. В случаите, когато употребата на антиперспиранти все още е необходима, първо трябва да се консултирате с Вашия лекар.

Ролята на изпарението в живота на растенията

Както знаете, не само човекът е 70% вода, но и растенията, а някои, като репичките, са 90% вода. Следователно изпарението също е важно за тях.

Водата е един от основните източници на полезни (и вредни) вещества, постъпващи в растителния организъм. За да се усвоят тези вещества обаче е необходима слънчева светлина. Но в горещите дни слънцето може не само да загрее растението, но и да прегрее, като по този начин го унищожи.

За да не се случи това, представителите на флората са способни да се самоохлаждат (подобно на човешки процесизпотяване). С други думи, при прегряване растенията изпаряват вода и по този начин се охлаждат. Ето защо се обръща толкова много внимание на поливането на градини и овощни градини през лятото.

Как се използва изпарението в промишлеността и у дома

За химическата и хранително-вкусовата промишленост изпаряването е незаменим процес. Както бе споменато по-горе, той не само помага за дехидратирането на много продукти (изпарява влагата от тях), което увеличава срока им на годност; но също така помага за производството на идеални диетични продукти ( по-малко теглои калории, с по-високо съдържание на хранителни вещества).

Също така, изпаряването (особено сублимацията) се използва за пречистване на различни вещества.

Друга област на приложение е климатизацията.

Не забравяйте за медицината. В крайна сметка процесът на вдишване (вдишване на наситена пара медицински препарати) също се основава на процеса на изпаряване.

Опасни изпарения

Но като всеки процес, той също има своите недостатъци. В крайна сметка, превръщането в пара и вдишването от хора и животни може не само полезен материално и смъртоносен. И най-тъжното е, че те са невидими, което означава, че човек не винаги знае, че е бил изложен на токсин. Ето защо си струва да избягвате да оставате без защитни маски и костюми във фабрики и предприятия, работещи с опасни вещества.

За съжаление, вредни изпарения могат да ви дебнат и у дома. В края на краищата, ако мебелите, тапетите, линолеумът или други предмети са направени от евтини материали с нарушение на технологията, те могат да отделят токсини във въздуха, което постепенно ще „отрови“ техните собственици. Ето защо, когато купувате нещо, си струва да погледнете сертификата за качество на материалите, от които е направено.

Преминаването от течно към газообразно състояние е възможно по два начина. различни процеси: изпаряване и кипене.

Изпарението е изпаряване, което се случва само от свободната повърхност на течност, граничеща с газообразна среда или вакуум.

Изпарението е фазов процес на преминаване на вещество от течно състояние в газообразно или парообразно състояние, протичащ на повърхността на течност.

Изпарение

ТЕЧНИ ПАРИ

Експериментално е установено, че по време на изпаряване температурата на тялото намалява.

Когато веществото се изпари, топлината се абсорбира. Той се изразходва за преодоляване на кохезионните сили на частици (молекули или атоми) на течността. Кинетичната енергия на молекулите с най-висока скорост надвишава тяхната потенциална енергия на взаимодействие с други молекули на течността. Благодарение на това те преодоляват привличането на съседни частици и излитат от повърхността на течността. Средна енергияостаналите частици стават по-малки и течността постепенно се охлажда, ако не се нагрява отвън.

Ако смажете част от ръката с алкохол, тогава тя ще се охлади, защото, изпарявайки се, течността отнема част от вътрешната енергия на ръката, в резултат на което температурата й пада.

Сега нека разберем от какви фактори зависи скоростта на изпарение

Скоростта на изпарение зависи от следните фактори

:

температура

Площ

Вид вещество

Наличие на вятър

От влажността на въздуха

Най-важният фактор, влияещ върху скоростта на изпарение, е температурата. Наблюденията на локви след дъжд през лятото и есента доказват, че изпарението става при всяка температура, тъй като частиците са в движение при всяка температура.

Намокрете две еднакви кърпи с вода. Закачаме едната кърпа на слънце, а другата поставяме на сянка. На слънце кърпата ще изсъхне по-бързо, тъй като се нагрява от слънчевите лъчи и изпарението става по-бързо.

Колкото по-висока е температурата на околната среда, толкова по-голяма е скоростта на частиците и тяхната енергия и толкова по-голям брой напускат течността за единица време.

Следващият фактор, който влияе върху скоростта на изпарение, е повърхността.

При същия обем течността в широка чиния ще се изпари много по-бързо от течността, излята в чаша. Това означава, че скоростта на изпарение зависи от повърхността на изпарение. Колкото по-голяма е тази площ, толкова голямо количествомолекули излитат от течността за единица време.

Интензивността на изпарението зависи от вида на течността: колкото по-малко е привличането между молекулите на течността, толкова по-интензивно е изпарението.Ако се излее в една чинийка растително масло, а в друга - вода. Водата ще се изпари много по-бързо. Намокряйки памучен тампон с алкохол, наблюдаваме изпаряване след няколко минути.

Алкохолът се изпарява по-бързо. Това се случва, защото молекулите на алкохола взаимодействат по-слабо една с друга, отколкото водните молекули.

Влияе върху скоростта на изпарение и наличието на вятър. Знаем, че един удар с горещ въздух в сешоар може бързо да изсуши косата ни. И листата на дърветата след дъжд изсъхват по-бързо при ветровито време.

Вятърът отнася молекулите, които са излетели от течността, и те не се връщат обратно. Тяхното място се заема от нови молекули, напускащи течността. Следователно те стават по-малко в самата течност. Поради това се изпарява по-бързо.

VIрегионална научно-практическа конференция

ученици от област Яшкински "Открития на млади изследователи"

Раздел: техника

Фактори, влияещи върху скоростта на изпаряване на течност.

Ученик от 5 клас

MBOU „Средно училище № 2 на Яшкински

общински район"

05.02.2004 г раждане

адрес: 652010,гр. Яшкино, ул. Граница, 18

научен ръководител:

Лок Наталия Викторовна,

учител по технологии

MBOU „Средно училище № 2 на Яшкински

общински район"

адрес: 652010,гр. Яшкино, ул. Мирная, 12

Яшкински район 2015 г

Съдържание

Въведение ……………………………………………………………………… 3

Главааз. Изпаряване ………………………………………………………..… ... 3

1. Какво е изпарение?...………………………………………………….. 3

   Механизмът на процеса на изпаряване ………………………………………..3

   Фактори, влияещи върху скоростта на изпаряване на течност….…………..4

1.4 Ролята на изпарението в природата и в човешкия живот ……………..………..4

ГлаваII. Резултатите от изследването ……………………… 5

2.1 Анализ на проучването…………………………………..……………..5

2.2 Резултатите от експериментите ……………………………………..6

ГлаваIII.Заключение ……………………………………………………...10

Литература …………………………………………………………………….12

Въведение

Процесът на изпарение е много интересно физично и химично явление, интересно е да го наблюдаваме и често се среща в живота ни.Всеки знае, че ако изпраното пране се закачи, то ще изсъхне. И също така е очевидно, че мократа настилка определено ще стане суха след дъжд. Сушим косата си често и тя изсъхва много по-бързо, отколкото без сешоар, вряща течност, когато варим супа? В тази връзка възникват въпроси. Как точно и защо се случва това? От какви фактори зависи?

Цел изследване:да се изследва зависимостта на скоростта на изпарение на водата от различни фактори на околната среда.

За постигане на целта, следнотозадачи:

изучаване на литературата по този въпрос, материалите на интернет сайтове;

Инсталирай емпиричнокакви фактори влияят на скоростта на изпарение;

разберете каква е ролята на изпарението в природата и в живота на човека;

изследваме и анализираме какво знаят учениците от нашия клас за изпарението;

Обект на изследване: изпаряване на течност (вода)

Предмет на изследване: фактори, влияещи върху скоростта на изпаряване на течността.

Хипотеза: скоростта на изпарение зависи от вида на веществото, повърхността на течността и температурата на въздуха, обема на течността, наличието на движещи се въздушни течения над нейната повърхност.

Изследователски методи :

Търсене необходимата информацияв литературни източници и интернет.

Анализ и обработка на информация.

Анкетиране, анализ и обобщаване на резултатите от анкетирането.

Преживявания.

Глава аз . Изпарение

1.1 Какво е изпарение?

Изпарение е процесът, при който вещество преминава от течно състояние в газообразно състояние. Изпарението обикновено се разбира като преход на течност в пара, възникващ от свободната повърхност на течността. Изпарението става от повърхността на водата, почвата, растителността, леда, снега и др. поради енергията, получена от Земята от Слънцето.

1.2 Механизъм на процеса на изпаряване

Изпаряването е процес на превръщане на водата от течно или твърдо състояние в пара. Молекулите на водата, намирайки се в непрекъснато движение, преодоляват силата на взаимното молекулярно привличане и излитат във въздуха над повърхността на водата.

Молекулите, излизащи от повърхността на водата, образуват пара над нея. Скоростите на останалите водни молекули се променят по време на сблъсък, докато някои от молекулите придобиват скорост, достатъчна да излетят от течността, когато са близо до повърхността. Този процес протича непрекъснато, така че водата се изпарява непрекъснато. Това е механизмът на изпарението.

1.3 Фактори, влияещи върху скоростта на изпаряване на течността

Има няколко фактора, които влияят на скоростта на изпаряване на течността.

1. Коя от локвите, образувани след дъжд, ще изсъхне по-бързо: голяма или малка? Скоростта на изпаряване на течността зависи от обема, така че по-малка локва ще изсъхне по-бързо.

2. Къде водата ще се изпари по-бързо: в кръгла чиния или във висока кана? Скоростта на изпаряване на течността зависи от нейната повърхност: колкото по-голяма е повърхността, толкова по-голям е броят на частиците, напускащи течността, и изпарението ще бъде по-бързо.

3. В кой ден водата от локви, езера, езера, реки, морета, влагата, съдържаща се в растенията, се изпарява по-бързо: слънчево или облачно? С повишаване на температурата изпарението става по-бързо - в топла течност скоростта на движение на молекулите е по-голяма, повече молекули имат шанс да напуснат течността и да преминат в състояние, което наричаме "газ".

4. Защо жителите на полярните страни омазняват лицата си при силен студ? Скоростта на изпаряване зависи от вида на течността, мазнините се изпаряват бавно, така че кожата на лицето не се преохлажда

5. Пиете чай, много е горещ. Какво можете да направите, за да изстине по-бързо? Прането изсъхва ли по-бързо при ветровито или тихо време? Ако въздухът над течността се движи, тогава той се издухва, отнася молекулите, които са преминали от течността в газа, и в същото време освобождава място за следващите молекули. В този случай процесът на изпаряване се ускорява.

Така, след като анализирахме литературата по темата, научихме, че скоростта на изпарение зависи от редица фактори.

1.4 Ролята на изпарението в природата и в живота на човека

Основна роля в кръговрата на водата в природата играе изпарението.Това е непрекъснат процес. Изпарението става от повърхността на океана, сушата и нейните водни тела.

Изпарението играе огромна роля в живота на растенията, животните и хората. Предпазва хора, животни и растения от прегряване.

Никое растение не може да живее без вода. Съставлява 70 до 95% от влажното телесно тегло на растението. Всички жизнени процеси на тялото протичат с използването на вода: покълване на семена, растеж и развитие на възрастно растение, фотосинтеза, образуване на плодове и семена. Важно е по време на изпаряването да се поддържа непрекъснат поток от вода през растението отдолу нагоре. Листните клетки, които са се отказали от водата, започват активно да я абсорбират от съдовете на вените. Заедно с водата в клетките навлизат и разтворени вещества. Следователно храненето на клетките е пряко свързано с изпарението. По време на изпарението тялото на растението се охлажда. Ако процесът на изпаряване е нарушен, растението в потоците от светли слънчева светлинаможе да страда от изгаряния.

Растенията на сухи места, където има много малко вода в почвата и въздухът е горещ и сух, имат различни адаптации за намаляване на загубата на влага. Кактусите имат бодли вместо листа; тъй като повърхността им е малка, изпарението се забавя. Листата на алоето са тесни, покрити с восъчно покритие, което предпазва от интензивно изпарение.

За да балансират неизбежната загуба на вода поради изпарение, много животни я абсорбират през обвивката на тялото в течно или газообразно състояние (амфибии, насекоми, акари). В терморегулацията на птиците голяма ролявъздушни възглавници играят. При горещо време влагата се изпарява от повърхността на въздушните торбички, което спомага за охлаждането на тялото. В тази връзка в горещо време птиците отварят човките си.

Човешкото тяло се охлажда чрез изпаряване. Изпотяването играе важна роля в терморегулацията на тялото. Осигурява постоянството на телесната температура на човек или животно. Поради изпаряването на потта вътрешната енергия намалява, благодарение на което тялото се охлажда.

В производството изпарението се използва за изсушаване на части. В технологията изпарението се използва като средство за пречистване на вещества или разделяне на течни смеси чрез дестилация (получаване на бензин, керосин). Процесът на изпаряване също е в основата на двигателите с вътрешно горене, хладилните инсталации и всички процеси на сушене в пещи.

Глава II . Резултатите от изследването

2.1 Анализ на въпросника

За да разбера дали съучениците знаят нещо за процеса на изпаряване, проведох анкета сред момчетата (Приложение 1, 2). В анкетата участваха 20 съученици.В резултат на проучването установихме:

Те знаят какъв е процесът на изпаряване - 80% (16 часа).

Най-често наблюдаваният процес на изпаряване:

в кухнята, когато чайникът кипи - 85% (17 часа);

над реката - 15% (3 часа), на улицата след дъжд -25% (5 часа);

Смята се, че процесът на изпарение влияе върху човешкия живот – 85% (17 ученици);

2.2 Резултатите от експериментите.

За изследване на зависимостта на скоростта на изпарение от различни фактори бяха проведени редица експерименти.

Опит номер 1.

Проверка на зависимостта на скоростта на изпаряване на течност от нейния обем.

Оборудване: две еднакви чаши, вода, чаша.

Вземете две еднакви чаши и налейте в тях вода в различни обеми. Нека поставим очилата при същите условия и да наблюдаваме

Заключение: скоростта на изпарение зависи от обема на течността (масата). При същата температура на водата и външни условияИ в двете чаши водата се изпарява с еднаква скорост. В чашата, където обемът на водата е по-малък, тя се изпарява по-рано, отколкото в тази, където обемът е по-голям;

Опит номер 2.

Проверка на зависимостта на скоростта на изпаряване на течност от размера на нейната повърхност.

Оборудване: чаша, чиния, вода, чаша.

За експеримента вземете чаша и чиния. Налейте в тях вода със същата маса и температура. Нека го поставим в среда със същите условия. Ще гледаме.

Заключение : според резултатите от експеримента става ясно, че скоростта на изпарение зависи от размера на повърхността му. Ако налеете еднакъв обем вода в тесен и широк съд, можете да видите, че водата се изпарява по-бързо в широк съд. Следователно, колкото по-голяма е повърхността, толкова Повече ▼молекулите летят във въздуха. Това означава, че скоростта на изпарение зависи от повърхността на течността.

Опит номер 3.

Проверка на зависимостта на скоростта на изпаряване на течността от температурата.

Оборудване: 2 еднакви чаши, вода, чаша.

Вземете 2 еднакви чаши и налейте в тях вода с еднаква маса и температура. Нека поставим 1 чаша вода на топло място, а другата на по-хладно място и наблюдаваме докато водата в една от чашите се изпари.

Чаша №1 (ml)

топло място

Чаша №2 (ml)

готино място

01.02.2015

17.00-17.10

02.02.2015

17.00-17.10

03.02.2015

17.00-17.10

04.02.2015

17.00-17.10

05.02.2015

17.00-17.10

06.02.2015

17.00-17.10

07.02.2015

17.00-17.10

08.02.2015

17.00-17.10

09.02.2015

17.10-17.10

10.02.2015

17.00-17.10

11.02.2015

17.00-17.10

Заключение: в резултат на експеримента установих, че водата се изпарява по-бързо в съда, който се намира на място с повече висока температура, тъй като при нагряване скоростта на движение на молекулите се увеличава, молекулите се сблъскват и се изхвърлят във въздуха.

Опит номер 4.

Проверка на зависимостта на скоростта на изпаряване на течност от вида на течността.

Оборудване: три еднакви чинии, три салфетки, спирт, масло, вода, три пипети.

Сложих салфетки в чиниите и капнах последователно равни количества вода, спирт и олио. Сложих го в топла стая и забелязах, че алкохолът се изпари след 3 минути, водата - след 12 минути и маслото - след 2 часа, остана следа.

1 лист - вода

на 2 листа - олио

на 3-ти лист - алкохол

Заключение: в резултат на експеримента разбрах, че различните течности се изпаряват по различен начин, което означава, че скоростта на изпаряване на течност зависи от вида на течността.

Опит номер 5.

Проверка на зависимостта на скоростта на изпаряване на течността от вятъра.

Оборудване: две еднакви салфетки, вода, сешоар.

Намокрете две еднакви салфетки с вода. Да оставим едната да изсъхне на въздух, а към другата да изпратим горещ въздушен поток със сешоар. След 3 минути тази салфетка беше суха, а другата остана мокра за още 14 минути.

Заключение: ако въздухът над течността се движи, скоростта на изпарение се увеличава, тъй като въздушният поток помага на молекулите на течността да се отделят от повърхността и да преминат в състояние на пара. Горещият въздух ще ускори този процес.

III . Заключение

В представената работа научих по-подробно какво е изпарение, как се случва, че скоростта на изпаряване на течности зависи от различни фактори:

1. Скоростта на изпаряване зависи от обема на течността (масата). При една и съща температура на водата и външни условия в двете чаши водата се изпарява с еднаква скорост. В чашата, където обемът на водата е по-малък, тя се изпарява по-рано, отколкото в тази, където обемът е по-голям;

2. Скоростта на изпарение зависи от размера на повърхността му. Ако налеете еднакъв обем вода в тесен и широк съд, можете да видите, че водата се изпарява по-бързо в широк съд. Това се дължи на факта, че течността се изпарява от повърхността и колкото по-голяма е повърхността, толкова по-голям брой молекули лети във въздуха. Това означава, че скоростта на изпарение зависи от повърхността на течността;

3. Водата се изпарява по-бързо в съд, който е на място с по-висока температура, защото при нагряване се увеличава скоростта на движение на молекулите, молекулите се сблъскват и се изхвърлят във въздуха;

4. Различните течности се изпаряват по различен начин, което означава, че скоростта на изпаряване на течност зависи от вида на течността;

5. Ако въздухът над течността се движи, скоростта на изпарение се увеличава, тъй като въздушният поток помага на молекулите на течността да се откъснат от повърхността и да преминат в състояние на пара. Горещият въздух ускорява този процес.

Моята хипотеза за зависимостта на скоростта на изпаряване на течността от различни фактори се потвърди.

тази работауместно, тъй като хората активно използват процеса на изпаряване в живота си, използват го в производството на различни механизми и машини, използват го в ежедневието. В природата този процес протича независимо от човешката дейност и задачата на хората е да не нарушават този процес. За да направите това, трябва да обичате природата и да обичате нашата Земя!

Литература

Горев Л.А. Занимателни експерименти и викторини по физика [Текст] / L.A. Горев.- М.: EKSMO, 2009

Исаева О.Г. Аз познавам света [Текст] / О.Г. Исаева.- АСТ, Астрел, 2004г

МеяниА. Голямата книга с експерименти за ученици [Текст] / А. Меяни. - М.: ЗАО "РОСМЕН-ПРЕС", 2006 г.

Изпарение [ Електронен ресурс]:Wikipedia.– Режим на достъп: .- 10.12.2013

Изпаряване [Електронен ресурс]: готина физиказа любопитните – Режим на достъп: . – 15.12.2013

Изпарение

Изпаряване върху чаша чай

Изпарение- процесът на преминаване на вещество от течно състояние в газообразно състояние, протичащ на повърхността на веществото (пара). Процесът на изпарение е обратен на процеса на кондензация (преход от пара към течност). Изпаряване (изпаряване), преход на вещество от кондензирана (твърда или течна) фаза към газообразна (пара); фазов преход от първи вид.

Във висшата физика има по-подробна концепция за изпарението.

Изпарение- това е процес, при който частици (молекули, атоми) излитат (откъсват) от повърхността на течност или твърдо вещество, докато E k > E p.

основни характеристики

Изпарение твърдо тялосе нарича сублимация (сублимация), а изпаряването в обема на течността се нарича кипене. Обикновено изпарението се разбира като изпаряване на свободната повърхност на течност в резултат на термичното движение на нейните молекули при температура под точката на кипене, съответстваща на налягането на газовата среда, разположена над определената повърхност. В същото време молекули с достатъчно голям кинетична енергия, изтичане от повърхностния слой на течността в газовата среда; част от тях се отразяват обратно и се улавят от течността, а останалите се губят безвъзвратно от нея.

Изпарението е ендотермичен процес, при който се абсорбира топлината на фазовия преход - топлината на изпарение, изразходвана за преодоляване на силите на молекулярно сцепление в течната фаза и за работата на разширението, когато течността се превръща в пара. специфична топлинаИзпарението се отнася до 1 мол течност (моларна топлина на изпарение, J/mol) или до единица от нейната маса (масова топлина на изпарение, J/kg). Определя се скоростта на изпарение повърхностна плътностпоток на пара jp, проникващ за единица време в газовата фаза от единица повърхност на течността [в mol / (s.m 2) или kg / (s.m 2)]. Най-висока стойност jп се достига във вакуум. При наличие на сравнително плътна газова среда над течността, изпарението се забавя поради факта, че скоростта на отстраняване на молекулите на парата от повърхността на течността в газовата среда става малка в сравнение със скоростта на тяхното излъчване от течността. . В този случай близо до границата се образува слой от парогазова смес, практически наситена с пара. Парциалното налягане и концентрацията на пара в този слой са по-високи, отколкото в обема на сместа пара-газ.

Процесът на изпаряване зависи от интензивността на топлинното движение на молекулите: колкото по-бързо се движат молекулите, толкова по-бързо става изпарението. В допълнение, важни фактори, влияещи върху процеса на изпаряване, са скоростта на външната (по отношение на веществото) дифузия, както и свойствата на самото вещество. Просто казано, с вятър изпарението става много по-бързо. Що се отнася до свойствата на веществото, тогава, например, алкохолът се изпарява много по-бързо от водата. Важен фактор е и повърхността на течността, от която се получава изпарение: от тесен декантер това ще се случи по-бавно, отколкото от широка чиния.

Молекулярно ниво

Помислете за този процес на молекулярно ниво: молекули, които имат достатъчна енергия (скорост), за да преодолеят привличането на съседни молекули, излизат от границите на веществото (течността). В този случай течността губи част от енергията си (охлажда се). Например много гореща течност: духаме върху повърхността й, за да я охладим, като същевременно ускоряваме процеса на изпаряване.

Термодинамично равновесие

Нарушаването на термодинамичното равновесие между течността и парата, съдържаща се в сместа газ-пара, се обяснява с температурния скок на фазовата граница. Въпреки това, този скок обикновено може да бъде пренебрегнат и може да се приеме, че парциалното налягане и концентрацията на парите на границата съответстват на техните стойности за наситена пара, която има температурата на повърхността на течността. Ако течността и сместа газ-пара са неподвижни и влиянието на свободната конвекция в тях е незначително, отстраняването на парата, образувана по време на изпаряване от повърхността на течността в газовата среда, се извършва главно в резултат на молекулярна дифузия и поява на масов (т.нар. Stefan) поток на парогазова смес, насочена от повърхността на течност в газообразна среда (вижте Дифузия). Разпределение на температурата при различни режими на изпарително течно охлаждане. Топлинните потоци са насочени: а - от течната фаза към повърхността на изпарение в газовата фаза; b - от течната фаза само до повърхността на изпарение; c - към повърхността на изпарение от страната на двете фази; d - към повърхността на изпарение само от страната на газовата фаза.

Баро-, термична дифузия

Ефектите на баро- и термичната дифузия обикновено не се вземат предвид в инженерните изчисления, но ефектът на термичната дифузия може да бъде значителен при висока нехомогенност на сместа газ-пара (с голяма разлика в моларните маси на нейните компоненти) и значителни температурни градиенти. Когато една или и двете фази се движат спрямо тяхната граница, ролята на конвективния пренос на материя и енергия на сместа пара-газ и течността се увеличава.

При липса на енергоснабдяване на системата течност-газ от вътр. източници на топлина Изпарението може да се подаде към повърхностния слой на течността от едната или от двете фази. За разлика от получения поток от вещество, който винаги е насочен по време на изпаряване от течност в газообразна среда, топлинните потоци могат да имат различни посоки в зависимост от съотношението на температурите на обема на течността tl, фазовата граница tgr и газообразна среда tg. Когато определено количество течност влезе в контакт с полубезкраен обем или поток от газова среда, измиваща нейната повърхност и при температура на течността, по-висока от температурата на газа (tl > tgr > tg), възниква топлинен поток отстрани на течността към повърхността на раздела: (Qlg = Qzh - Qi, където Qi е топлината на изпарение, Qzhg е количеството топлина, предадено от течността към газовата среда. В този случай течността се охлажда (т.нар. изпарително охлаждане). Ако в резултат на такова охлаждане се достигне равенството tgr \u003d tg, преносът на топлина от течността към газа спира ( Qzhg = 0) и цялата топлина, подадена от страната на течността към интерфейса се изразходва за изпаряване (Ql = Qi).

В случай на газова среда, която не е наситена с пара, парциалното налягане на последната на границата и при Ql = Qi остава по-високо, отколкото в обема на газа, в резултат на което изпарението и изпарителното охлаждане на течността не спира и tgr става по-нисък от tl и tg. В този случай топлината се подава към границата от двете фази, докато в резултат на намаляване на tl се достигне равенството tgr = tl и топлинният поток от страната на течността спира, а от страната на газообразната среда Qgl става равно на Qi. По-нататъшното изпаряване на течността става при постоянна температура tm = tl = tgr, която се нарича граница на охлаждане на течността по време на изпарително охлаждане или температура на мокрия термометър (тъй като се показва от мокрия термометър на психрометъра). Стойността на tm зависи от параметрите на газо-парната среда и условията на топло- и масообмен между течната и газовата фаза.

Ако течна и газообразна среда, имащи различни температури, се намират в ограничен обем, който не получава енергия отвън и не я отдава, Изпарението става, докато настъпи термодинамично равновесие между двете фази, при което температурите и на двете фази се изравняват при постоянна енталпия на системата и газовата фаза се насища с пара при температура на системата tad. Последната, наречена адиабатна температура на насищане на газа, се определя само от началните параметри на двете фази и не зависи от условията на топло- и масообмен.

Скорост на изпарение

Скоростта на изотермично изпарение [kg / (m 2 s)] с еднопосочна дифузия на пара във фиксиран слой от бинарна паро-газова смес, разположена над повърхността на течността с дебелина d, [m], може да се намери от Формула на Стефан: , където D е коефициентът на взаимна дифузия, [m 2 /С]; - газова постоянна пара, [J / (kg K)] или [m 2 / (s 2 K)]; T е температурата на сместа, [K]; p е налягането на сместа газ-пара, [Pa]; - парциално налягане на парите на границата и на външната граница на слоя смес, [Pa].

В общия случай (движещи се течност и газ, неизотермични условия), в граничния слой на течността, съседен на границата, предаването на импулса се придружава от пренос на топлина, а в граничния слой на газа (паро-газова смес ), възниква взаимосвързан топлинен и масов пренос. В този случай за изчисляване на скоростта на изпарение се използват експерименталните коефициенти на топло- и масопреминаване, а в сравнително по-прости случаи - приблизителни методи за числено решаване на системата диференциални уравненияза спрегнати гранични слоеве на газовата и течната фази.

Интензитетът на пренос на маса по време на изпаряване зависи от разликата в химичните потенциали на парата на границата и в обема на сместа пара-газ. Въпреки това, ако баро- и топлинната дифузия могат да бъдат пренебрегнати, разликата в химическите потенциали се заменя с разликата в парциалните налягания или концентрациите на парите и приема: cp, gr - cp, osn), където bp, bc - коефициент на масов трансфер, p - налягане на сместа, pp - парциално налягане на парите, yp = pp / p - моларна концентрация на парите, cp = rp / r - масова концентрация на парите, rp, r - локални плътности на парите и смесите; индексите означават: "gr" - на фазовата граница, "main" - в основната. масата на сместа. Плътността на топлинния поток, отделен по време на изпарението от течността, е [в J/(m2 s)]: q = azh(tl - tgr) = rjp + ag (tgr - tg), където azh, ag са преносът на топлина коефициент от страна на течността и газа, [W / (m 2 K)]; r - топлина Изпарение, [J/kg].

При много малки радиуси на кривина на изпарителната повърхност (например по време на изпаряване на малки течни капки) се отчита влиянието на повърхностното напрежение на течността, което води до факта, че равновесното парно налягане над интерфейса е по-високо от налягането наситени парисъщата течност върху равна повърхност. Ако tgr ~ tl, тогава при изчисляване на изпарението може да се вземе предвид само преносът на топлина и маса в газовата фаза. При относително нисък интензитет на масопренос е приблизително валидна аналогията между процесите на топло- и масообмен, от която следва: Nu/Nu0 = Sh*/Sh0, където Nu = ag l/lg е числото на Нуселт, l е характерният размер на повърхността на изпарение, lg е топлопроводимостта на парогазовата смес, Sh* = bpyg, grl/Dp = bccg, grl/D е числото на Шерууд за дифузионния компонент на парния поток, Dp = D/ RpT е коефициентът на дифузия, свързан с градиента на парциалното налягане на парите. Стойностите на bp и bc се изчисляват от горните съотношения, числата Nu0 и Sh0 съответстват на jp: 0 и могат да бъдат определени от данните за отделно протичащи процеси на пренос на топлина и маса. Числото Sh0 за общия (дифузионен и конвективен) поток на парите се намира чрез разделяне на Sh * на моларната (yg, gr) или масовата (sg, gr) концентрация на газ на границата, в зависимост от това коя движеща силакоефициент на масопредаване b.

Уравнения

Уравненията за сходство за Nu и Sh* по време на изпаряване включват, в допълнение към обичайните критерии (числа на Рейнолдс Re, Архимед Ar, Prandtl Pr или Schmidt Sc и геометрични параметри), параметри, които отчитат влиянието на напречния поток на парите и степента на нехомогенност на парогазовата смес (съотношенията на моларните маси или газовите константи на нейните компоненти) върху профилите, скоростите, температурите или концентрациите в напречното сечение на граничния слой.

При малки jп, които не нарушават съществено хидродинамичния режим на движение на парогазовата смес (например при изпаряване на вода в атмосферен въздух) и сходството на граничните условия на температурните и концентрационните полета, влиянието на допълнителните аргументи в уравненията на подобието е незначително и може да се пренебрегне, като се приеме, че Nu = Sh. Когато многокомпонентните смеси се изпаряват, тези закономерности стават много по-сложни. В същото време топлината на изпарение на компонентите на сместа и съставите на течните и парогазовите фази, които са в равновесие помежду си, са различни и зависят от температурата. Когато бинарна течна смес се изпари, получената смес от пари е относително по-богата на по-летлив компонент, като се изключват само азеотропни смеси, които се изпаряват в екстремалните (максимални или минимални) точки на кривите на състоянието като чиста течност.

Конструкции на апарати

Общото количество изпаряваща се течност се увеличава с увеличаване на контактната повърхност на течната и газовата фаза, следователно дизайнът на устройствата, в които се извършва изпарението, осигурява увеличаване на повърхността на изпарение чрез създаване голямо огледалотечност, раздробяването й на струи и капки или образуването на тънки филми, стичащи се по повърхността на дюзите. Увеличаването на интензивността на преноса на топлина и маса по време на изпаряване се постига и чрез увеличаване на скоростта на газовата среда спрямо повърхността на течността. Въпреки това, увеличаването на тази скорост не трябва да води до прекомерно увличане на течност от газообразната среда и значително увеличаване на хидравличното съпротивление на апарата.

Приложение

Изпаряването се използва широко в промишлената практика за почистване на вещества, сушене на материали, разделяне на течни смеси и климатизация. Изпарителното охлаждане на водата се използва в циркулационни водоснабдителни системи на предприятия.

Вижте също

Литература

• // Енциклопедичен речник на Брокхаус и Ефрон: В 86 тома (82 тома и 4 допълнителни). - Санкт Петербург. , 1890-1907.
• Berman L.D., Изпарително охлаждане на циркулираща вода, 2-ро издание, M.-L., 1957;
• Фукс Н. А., Изпаряване и растеж на капки в газова среда, М., 1958;
• Byrd R., Stuart W., Lightfoot E., Transfer Phenomena, прев. от англ., М., 1974;
• Берман Л. Д., „ Теоретична основахим. технологии”, 1974, т. 8, № 6, с. 811-22;
• Sherwood T., Pigford R., Wilkie C., Пренос на маса, прев. от англ., М., 1982. Л. Д. Берман.

Връзки

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Синоними:

Вижте какво е "изпарение" в други речници:

Преходът във ва от течно или твърдо агрегатно състояние към газообразно състояние (пара). I. обикновено се разбира като преход на течност в пара, който се случва на свободната повърхност на течността. I. твърди тела т.нар. сублимация или сублимация. Зависимост от налягане ..... Физическа енциклопедия

Изпаряване, възникващо върху свободната повърхност на течност. Изпарението от повърхността на твърдо тяло се нарича сублимация... Голям енциклопедичен речник