Všetci si dobre uvedomujeme jednu vážnu skutočnosť života už od detstva. Na vychladenie horúceho čaju je potrebné naliať ho do studenej podšálky a po jeho povrchu dlho fúkať. Keď máte šesť alebo sedem rokov, v skutočnosti nepremýšľate o fyzikálnych zákonoch, jednoducho ich beriete ako samozrejmosť alebo ich vo fyzikálnom zmysle beriete ako axiómu. Ako sa však postupom času učíme vedu, objavujeme zaujímavé podobnosti medzi axiómami a konzistentnými dôkazmi a plynule prevádzame naše detské predpoklady do teorémov pre dospelých. To isté platí pre horúci čaj. Nikoho z nás nenapadlo, že tento spôsob chladenia priamo súvisí s vyparovaním kvapaliny.
Fyzika procesu
Na zodpovedanie otázky, čo určuje rýchlosť vyparovania kvapaliny, je potrebné pochopiť samotnú fyziku tohto procesu. Vyparovanie je proces fázového prechodu látky z kvapalného stavu agregácie do plynného stavu. Akákoľvek kvapalná látka sa môže odparovať, vrátane veľmi viskóznych. Vo vzhľadea nedá sa povedať, že určitá rôsolovitá kaša môže stratiť časť svojej hmoty v dôsledku vyparovania, ale za určitých podmienok sa to presne deje. Pevná látka sa môže tiež odparovať, iba tento proces sa nazýva sublimácia.
Ako sa to deje
Ak chcete zistiť, od čoho závisí rýchlosť vyparovania kvapaliny, mali by ste vychádzať zo skutočnosti, že ide o endotermický proces, teda proces, ktorý prebieha pri absorpcii tepla. Teplo fázového prechodu (teplo vyparovania) prenáša energiu na molekuly látky, čím zvyšuje ich rýchlosť a zvyšuje pravdepodobnosť ich oddelenia, pričom oslabuje sily molekulárnej súdržnosti. Najrýchlejšie molekuly sa odtrhnú od objemu látky a vylomia sa z jej hraníc a látka stratí svoju hmotnosť. V rovnakom čase vyvrhnuté molekuly kvapaliny okamžite vrie, pričom pri separácii prebieha proces fázovej premeny a ich výstup je už v plynnom stave.
Aplikácia
Pochopením dôvodov, od ktorých závisí rýchlosť vyparovania kvapaliny, je možné správne regulovať technologické procesy prebiehajúce na ich základe. Napríklad prevádzka klimatizácie, v ktorej tepelný výmenník-výparník vrie chladivo, odoberanie tepla z chladenej miestnosti, alebo varenie vody v potrubiach priemyselného kotla, ktorej teplo sa odovzdáva do potreby vykurovania a dodávky teplej vody. Pochopenie podmienok, od ktorých závisí rýchlosť odparovania kvapaliny, poskytuje príležitosť navrhnúť a vyrobiť moderné a technologické zariadenia kompaktných rozmerov a so zvýšeným koeficientom.prenos tepla.
Teplota
Kvapalný stav agregácie je extrémne nestabilný. S naším zemským n. r. (koncept "normálnych podmienok", t. j. vhodných pre život človeka), má periodicky tendenciu prechádzať do pevnej alebo plynnej fázy. Ako sa to stane? Čo určuje rýchlosť vyparovania kvapaliny?
Primárnym kritériom je samozrejme teplota. Čím viac kvapalinu ohrievame, tým viac energie privádzame do molekúl látky, čím viac molekulárnych väzieb porušujeme, tým rýchlejšie prebieha proces fázového prechodu. Apoteóza sa dosiahne stabilným jadrovým varom. Voda vrie pri 100°C pri atmosférickom tlaku. Povrch hrnca alebo napríklad kanvice, kde to vrie, je len na prvý pohľad dokonale hladký. Pri niekoľkonásobnom zväčšení obrazu uvidíme nekonečné ostré vrcholy ako na horách. Teplo je dodávané bodovo ku každému z týchto vrcholov a vďaka malej teplovýmennej ploche voda okamžite vrie a vytvára vzduchovú bublinu, ktorá stúpa na povrch, kde sa zrúti. Preto sa takémuto varu hovorí bublinkový. Rýchlosť vyparovania vody je maximálna.
Tlak
Druhým dôležitým parametrom, od ktorého závisí rýchlosť vyparovania kvapaliny, je tlak. Keď tlak klesne pod atmosférický tlak, voda začne vrieť pri nižších teplotách. Na tomto princípe je založená práca známych tlakových hrncov - špeciálne panvice, odkiaľ sa odčerpával vzduch a voda vrela už pri 70-80 ºС. Na druhej strane zvýšenie tlakuzvyšuje bod varu. Táto užitočná vlastnosť sa využíva pri dodávke prehriatej vody z tepelnej elektrárne do ústredného kúrenia a ITP, kde pre zachovanie potenciálu odovzdaného tepla sa voda ohrieva na teploty 150-180 stupňov, kedy je potrebné vylúčiť možnosť varenia v potrubí.
Iné faktory
Intenzívne ofukovanie povrchu kvapaliny s teplotou vyššou ako je teplota privádzaného prúdu vzduchu je ďalším faktorom, ktorý určuje rýchlosť vyparovania kvapaliny. Príklady si môžeme vziať z každodenného života. Fúkanie hladiny jazera vetrom alebo príklad, ktorým sme príbeh začali: fúkanie horúceho čaju naliateho do podšálky. Ochladzuje sa v dôsledku skutočnosti, že molekuly, ktoré sa oddeľujú od objemu látky, odoberajú časť energie so sebou a ochladzujú ju. Tu môžete vidieť aj vplyv plochy. Podšálka je širšia ako hrnček, takže z jej štvorca môže potenciálne uniknúť viac vody.
Rýchlosť vyparovania ovplyvňuje aj samotný druh kvapaliny: niektoré kvapaliny sa vyparujú rýchlejšie, iné, naopak, pomalšie. Dôležitý vplyv na proces odparovania má aj stav okolitého vzduchu. Ak je absolútny obsah vlhkosti vysoký (veľmi vlhký vzduch, napríklad v blízkosti mora), proces vyparovania bude pomalší.
