Vo svete okolo nás sa neustále a nepretržite deje obrovské množstvo rôznych fyzikálnych javov a procesov. Jedným z najdôležitejších je proces vyparovania. Pre tento jav existuje niekoľko predpokladov. V tomto článku budeme podrobnejšie analyzovať každý z nich.
Čo je vyparovanie?
Ide o proces premeny látok do plynného alebo parného skupenstva. Je typický len pre látky tekutej konzistencie. Niečo podobné však pozorujeme aj v pevných látkach, len tento jav sa nazýva sublimácia. Dá sa to pozorovať pozorným pozorovaním tiel. Napríklad kus mydla v priebehu času vyschne a začne praskať, je to spôsobené tým, že kvapôčky vody v jeho zložení sa odparujú a prechádzajú do plynného stavu H2O.
Definícia vo fyzike
Vyparovanie je endotermický proces, pri ktorom je zdrojom absorbovanej energie teplo fázového prechodu. Obsahuje dve zložky:
- určité množstvo tepla potrebné na prekonanie molekulárnych príťažlivých síl, keď dôjde k prerušeniu medzi spojenými molekulami;
- teplo potrebné na prácu expandujúcich molekúl v procese premeny kvapalných látok na paru alebo plyn.
Ako sa to deje?
Prechod látky z kvapalného do plynného skupenstva môže nastať dvoma spôsobmi:
- Vyparovanie je proces, pri ktorom molekuly unikajú z povrchu kvapalnej látky.
- Var je proces vyparovania z kvapaliny privedením teploty na špecifické teplo varu látky.
Napriek tomu, že oba tieto javy premieňajú kvapalnú látku na plyn, existujú medzi nimi značné rozdiely. Var je aktívny proces, ktorý sa vyskytuje iba pri určitej teplote, pričom k odparovaniu dochádza za akýchkoľvek podmienok. Ďalším rozdielom je, že var je charakteristický pre celú hrúbku kvapaliny, zatiaľ čo druhý jav sa vyskytuje iba na povrchu kvapalných látok.
Molekulárna kinetická teória vyparovania
Ak vezmeme do úvahy tento proces na molekulárnej úrovni, stane sa to takto:
- Molekuly v tekutých látkach sú v neustálom chaotickom pohybe, všetky majú úplne iné rýchlosti. Medzitým sa častice navzájom priťahujú v dôsledku príťažlivých síl. Zakaždým, keď sa navzájom zrazia, ich rýchlosť sa zmení. V určitom bode niektorí vyvinú veľmi vysokú rýchlosť, čo im umožní prekonať gravitačné sily.
- Tieto prvky, ktoré sa objavili na povrchu kvapaliny, majú takú kinetickú energiu, že sú schopné prekonaťmedzimolekulové väzby a opúšťajú kvapalinu.
- Práve tieto najrýchlejšie molekuly vylietavajú z povrchu tekutej látky a tento proces prebieha neustále a nepretržite.
- Keď sa dostanú do vzduchu, premenia sa na paru – tomu sa hovorí vaporizácia.
- V dôsledku toho sa priemerná kinetická energia zostávajúcich častíc zmenšuje a zmenšuje. To vysvetľuje ochladzovanie kvapaliny. Spomeňte si, ako nás v detstve učili fúkať horúcu tekutinu, aby rýchlejšie vychladla. Ukázalo sa, že sme urýchlili proces odparovania vody a teplota klesla oveľa rýchlejšie.
Od akých faktorov to závisí?
Na uskutočnenie tohto procesu je potrebných veľa podmienok. Pochádza odkiaľkoľvek, kde sú prítomné častice vody: sú to jazerá, moria, rieky, všetky mokré predmety, obaly tiel zvierat a ľudí, ako aj listy rastlín. Dá sa dospieť k záveru, že vyparovanie je veľmi významný a nenahraditeľný proces pre okolitý svet a všetky živé bytosti.
Tu sú faktory, ktoré ovplyvňujú tento jav:
- Rýchlosť odparovania priamo závisí od zloženia samotnej kvapaliny. Je známe, že každý z nich má svoje vlastné charakteristiky. Napríklad tie látky, v ktorých je výparné teplo nižšie, sa budú premieňať rýchlejšie. Porovnajme dva procesy: odparovanie alkoholu a obyčajnej vody. V prvom prípade dochádza k premene do plynného skupenstva rýchlejšie, pretože špecifické teplo vyparovania a kondenzácie pre alkohol je 837 kJ / kg a pre vodu takmer trikrátviac – 2260 kJ/kg.
- Rýchlosť závisí aj od počiatočnej teploty kvapaliny: čím je vyššia, tým rýchlejšie sa tvorí para. Ako príklad si vezmime pohár vody, keď je v nádobe vriaca voda, potom dochádza k vyparovaniu oveľa rýchlejšie, ako keď je teplota vody nižšia.
- Ďalším faktorom, ktorý určuje rýchlosť tohto procesu, je plocha povrchu kvapaliny. Pamätajte, že horúca polievka vychladne rýchlejšie v miske s veľkým priemerom ako v malej podšálke.
- Rýchlosť distribúcie látok vo vzduchu do značnej miery určuje rýchlosť vyparovania, to znamená, že čím rýchlejšia je difúzia, tým rýchlejšie dochádza k odparovaniu. Napríklad pri silnom vetre sa kvapky vody rýchlejšie vyparujú z hladiny jazier, riek a nádrží.
- Významnú úlohu zohráva aj teplota vzduchu v miestnosti. Nižšie si o tom povieme viac.
Aká je úloha vlhkosti vzduchu?
Vzhľadom na to, že proces vyparovania prebieha všade nepretržite a neustále, vo vzduchu sú vždy čiastočky vody. V molekulárnej forme vyzerajú ako skupina prvkov H2O. Kvapaliny sa môžu odparovať v závislosti od objemu vodnej pary v atmosfére, tento koeficient sa nazýva vlhkosť vzduchu. Dodáva sa v dvoch typoch:
- Relatívna vlhkosť je pomer množstva vodnej pary vo vzduchu k hustote nasýtenej pary pri rovnakej teplote v percentách. Napríklad skóre 100 % znamenáže atmosféra je úplne nasýtená molekulami H2O.
- Absolútna charakterizuje hustotu vodnej pary vo vzduchu, označuje sa písmenom f a ukazuje, koľko molekúl vody je obsiahnutých v 1 m3 vzduchu.
Vzťah medzi procesom vyparovania a vlhkosťou vzduchu je možné určiť nasledovne. Čím nižšia je relatívna vlhkosť vzduchu, tým rýchlejšie bude vyparovanie z povrchu zeme a iných objektov.
Odparovanie rôznych látok
V rôznych látkach tento proces prebieha odlišne. Napríklad alkohol sa vyparuje rýchlejšie ako mnohé kvapaliny v dôsledku jeho nízkeho špecifického tepla vyparovania. Takéto tekuté látky sa často nazývajú prchavé, pretože vodná para sa z nich doslova vyparuje takmer pri akejkoľvek teplote.
Alkohol sa môže odparovať aj pri izbovej teplote. V procese prípravy vína alebo vodky je alkohol poháňaný mesačným svitom, až dosiahne bod varu, ktorý sa približne rovná 78 stupňom. Skutočná teplota odparovania alkoholu však bude o niečo vyššia, pretože v pôvodnom produkte (napríklad rmut) ide o kombináciu s rôznymi aromatickými olejmi a vodou.
Kondenzácia a sublimácia
Nasledovný jav možno pozorovať vždy, keď voda v kanvici vrie. Všimnite si, že keď voda vrie, mení sa z kvapalného na plynné skupenstvo. Stáva sa to týmto spôsobom: horúcim prúdom vodnej pary svyletí vysokou rýchlosťou z kanvice cez výlevku. V tomto prípade nie je vytvorená para viditeľná priamo na výstupe z hubice, ale v malej vzdialenosti od nej. Tento proces sa nazýva kondenzácia, t.j. vodná para zhustne do takej miery, že je viditeľná pre naše oči.
Vyparovanie pevnej látky sa nazýva sublimácia. Súčasne prechádzajú zo stavu agregácie do plynného stavu, pričom obchádzajú kvapalný stupeň. Najznámejší prípad sublimácie je spojený s ľadovými kryštálmi. Ľad je vo svojej pôvodnej forme tuhá látka, pri teplotách nad 0°C sa začína topiť a nadobúda tekuté skupenstvo. V niektorých prípadoch však pri negatívnych teplotách ľad prechádza do parnej formy a obchádza kvapalnú fázu.
Vplyv vyparovania na ľudské telo
Vďaka vyparovaniu dochádza v našom tele k termoregulácii. Tento proces prebieha cez samochladiaci systém. V horúcom dusnom dni sa človek, ktorý sa venuje určitej fyzickej práci, veľmi rozpáli. To znamená, že zvyšuje vnútornú energiu. A ako viete, pri teplotách nad 42 ° sa bielkoviny v ľudskej krvi začínajú zrážať, ak sa tento proces nezastaví včas, povedie k smrti.
Samochladiaci systém je navrhnutý práve tak, aby reguloval teplotu pre bežný život. Keď sa teplota stane maximálnou povolenou, začne aktívne potenie cez póry na koži. A potom z povrchu kože dochádzaodparovanie, ktoré absorbuje prebytočnú telesnú energiu. Inými slovami, odparovanie je proces, ktorý prispieva k ochladzovaniu tela do normálneho stavu.
