Vi er alle godt klar over ett alvorlig faktum siden barndommen. For å avkjøle varm te, er det nødvendig å helle den i en kald tallerken og blåse den over overflaten i lang tid. Når du er seks eller syv år gammel, tenker du egentlig ikke på fysikkens lover, du tar dem bare for gitt eller, i fysiske termer, tar du dem som et aksiom. Men når vi lærer vitenskap over tid, oppdager vi interessante likheter mellom aksiomer og konsistente bevis, og oversetter jevnt over våre barndomsantakelser til voksenteoremer. Det samme gjelder varm te. Ingen av oss kunne ha forestilt seg at denne måten å avkjøle den på er direkte relatert til fordampning av væske.
Prosessens fysikk
For å svare på spørsmålet om hva som bestemmer fordampningshastigheten til en væske, er det nødvendig å forstå selve prosessens fysikk. Fordampning er prosessen med faseovergang av et stoff fra en flytende aggregeringstilstand til en gassform. Enhver flytende substans kan fordampe, inkludert svært tyktflytende. Slik det ser utog du kan ikke si at en viss gelélignende slurry kan miste en del av massen sin på grunn av fordampning, men under visse forhold er dette nøyaktig hva som skjer. Et fast stoff kan også fordampe, bare denne prosessen kalles sublimering.
Hvordan det skjer
Begynner å finne ut hva fordampningshastigheten til en væske avhenger av, bør man ta utgangspunkt i at dette er en endoterm prosess, det vil si en prosess som foregår med absorpsjon av varme. Faseovergangsvarmen (fordampningsvarme) overfører energi til molekylene til et stoff, øker hastigheten deres og øker sannsynligheten for at de separeres, samtidig som kreftene til molekylær kohesjon svekker. Ved å bryte seg bort fra hoveddelen av stoffet bryter de raskeste molekylene ut av sine grenser, og stoffet mister sin masse. Samtidig koker de utkastede væskemolekylene øyeblikkelig, og utfører prosessen med faseovergang ved separasjon, og deres utgang er allerede i gassform.
Application
For å forstå årsakene til at fordampningshastigheten til en væske avhenger, er det mulig å korrekt regulere de teknologiske prosessene som skjer på grunnlag av dem. For eksempel driften av et klimaanlegg, i varmeveksler-fordamperen hvis kjølemiddel koker, tar varme fra det avkjølte rommet, eller koking av vann i rørene til en industriell kjele, hvis varme overføres til behov for oppvarming og varmtvannsforsyning. Å forstå forholdene som fordampningshastigheten til en væske avhenger av, gir en mulighet til å designe og produsere moderne og teknologisk utstyr med kompakte dimensjoner og med en økt koeffisientvarmeoverføring.
Temperature
Flytende aggregeringstilstand er ekstremt ustabil. Med vår jordiske n. y. (begrepet "normale forhold", dvs. egnet for menneskeliv), har det med jevne mellomrom en tendens til å bevege seg inn i en fast eller gassformig fase. Hvordan skjer dette? Hva bestemmer fordampningshastigheten til en væske?
Det primære kriteriet er selvfølgelig temperaturen. Jo mer vi varmer opp væsken, jo mer energi tilfører vi molekylene til stoffet, jo flere molekylære bindinger bryter vi, jo raskere går faseovergangsprosessen. Apoteose oppnås med en jevn kjernekoking. Vann koker ved 100°C ved atmosfærisk trykk. Overflaten på en kjele eller for eksempel en kjele, der det koker, er bare ved første øyekast perfekt glatt. Med en multippel økning i bildet vil vi se endeløse skarpe topper, som i fjellet. Varme tilføres punktvis til hver av disse toppene, og på grunn av den lille varmevekslingsoverflaten, koker vann øyeblikkelig, og danner en luftboble som stiger til overflaten, hvor den kollapser. Det er derfor slik koking kalles boblende. Vannfordampningshastigheten er maksimal.
Pressure
Den andre viktige parameteren, som fordampningshastigheten til en væske avhenger av, er trykk. Når trykket faller under atmosfærisk, begynner vannet å koke ved lavere temperaturer. Arbeidet til de berømte trykkokerne er basert på dette prinsippet - spesielle panner, hvorfra luft ble pumpet ut, og vannet kokte allerede ved 70-80 ºС. Økningen i trykket derimot,øker kokepunktet. Denne nyttige egenskapen brukes ved tilførsel av overopphetet vann fra et termisk kraftverk til sentralvarme og ITP, der vann varmes opp til temperaturer på 150-180 grader for å opprettholde potensialet for overført varme, når det er nødvendig å utelukke mulighet for koking i rør.
Andre faktorer
Intensiv blåsing av væskeoverflaten med en temperatur høyere enn temperaturen til den tilførte luftstrålen er en annen faktor som bestemmer væskens fordampningshastighet. Eksempler på dette kan hentes fra hverdagen. Å blåse overflaten av innsjøen med vinden, eller eksemplet som vi startet historien med: å blåse varm te hellet i en tallerken. Det avkjøles på grunn av det faktum at molekylene, når de bryter bort fra hoveddelen av stoffet, tar med seg en del av energien og avkjøler den. Her kan du også se effekten av overflateareal. En tallerken er bredere enn et krus, så mer vannmasse kan potensielt unnslippe fra kvadratet.
Væsketypen i seg selv påvirker også fordampningshastigheten: noen væsker fordamper raskere, andre tvert imot langsommere. Tilstanden til omgivende luft har også en viktig innflytelse på fordampningsprosessen. Hvis det absolutte fuktighetsinnholdet er høyt (veldig fuktig luft, for eksempel nær sjøen), vil fordampningsprosessen gå langsommere.
