Испарение конденсация: Испарение и конденсация | Физика

Содержание

Испарение и конденсация | Физика

При парообразовании вещество переходит из жидкого состояния в газообразное (пар). Существуют два вида парообразования: испарение и кипение.

Испарение — это парообразование, происходящее со свободной поверхности жидкости.

Как происходит испарение? Мы знаем, что молекулы любой жидкости находятся в непрерывном и беспорядочном движении, причем одни из них движутся быстрее, другие — медленнее. Вылететь наружу им мешают силы притяжения друг к другу. Если, однако, у поверхности жидкости окажется молекула с достаточно большой кинетической энергией, то она сможет преодолеть силы межмолекулярного притяжения и вылетит из жидкости. То же самое повторится с другой быстрой молекулой, со второй, третьей и т. д. Вылетая наружу, эти молекулы образуют над жидкостью пар. Образование этого пара и есть испарение.

Поскольку при испарении из жидкости вылетают наиболее быстрые молекулы, средняя кинетическая энергия оставшихся в жидкости молекул становится все меньше и меньше. В результате этого температура испаряющейся жидкости понижается: жидкость охлаждается. Именно поэтому, в частности, человек в мокрой одежде чувствует себя холоднее, чем в сухой (особенно при ветре).

В то же время всем известно, что если налить воду в стакан и оставить на столе, то, несмотря на испарение, она не будет непрерывно охлаждаться, становясь все более и более холодной, пока не замерзнет. Что же этому мешает? Ответ очень простой: теплообмен воды с окружающим стакан теплым воздухом.

Охлаждение жидкости при испарении более заметно в том случае, когда испарение происходит достаточно быстро (так что жидкость не успевает восстановить свою температуру благодаря теплообмену с окружающей средой). Быстро испаряются летучие жидкости, у которых силы межмолекулярного притяжения малы, например эфир, спирт, бензин. Если капнуть такой жидкостью на руку, мы ощутим холод. Испаряясь с поверхности руки, такая жидкость будет охлаждаться и отбирать от нее некоторое количество теплоты.

Быстроиспаряющиеся вещества находят широкое применение в технике. Например, в космической технике такими веществами покрывают спускаемые аппараты. При прохождении через атмосферу планеты корпус-аппарата в результате трения нагревается, и покрывающее его вещество начинает испаряться. Испаряясь, оно охлаждает космический аппарат, спасая его тем самым от перегрева.

Охлаждение воды при ее испарении используется также в приборах, служащих для измерения влажности воздуха,— психрометрах (от греческого «психрос» — холодный). Психрометр (рис. 81) состоит из двух термометров. Один из них (сухой) показывает температуру воздуха, а другой (резервуар которого обвязан батистом, опущенным в воду) — более низкую температуру, обусловленную интенсивностью испарения с влажного батиста. Чем суше воздух, влажность которого измеряется, тем сильнее испарение и потому тем ниже показания смоченного термометра. И наоборот, чем больше влажность воздуха, тем менее интенсивно идет испарение и потому тем более высокую температуру показывает этот термометр. На основе показаний сухого и увлажненного термометров с помощью специальной (психрометрической) таблицы определяют влажность воздуха, выраженную в процентах. Наибольшая влажность составляет 100% (при такой влажности воздуха на предметах появляется роса). Для человека наиболее благоприятной считается влажность в пределах от 40 до 60%.

С помощью простых опытов легко установить, что скорость испарения увеличивается с ростом температуры жидкости, а также при увеличении площади ее свободной поверхности и при наличии ветра.

Почему при наличии ветра жидкость испаряется быстрее? Дело в том, что одновременно с испарением на поверхности жидкости происходит и обратный процесс — конденсация. Конденсация происходит из-за того, что часть молекул пара, беспорядочно перемещаясь над жидкостью, снова возвращается в нее. Ветер же уносит вылетевшие из жидкости молекулы и не дает им возвращаться назад.

Конденсация может происходить и тогда, когда пар не соприкасается с жидкостью. Именно конденсацией, например, объясняется образование облаков: молекулы водяного пара, поднимающегося над землей, в более холодных слоях атмосферы группируются в мельчайшие капельки воды, скопления которых и представляют собой облака. Следствием конденсации водяного пара в атмосфере являются также дождь и роса.

При испарении жидкость охлаждается и, став более холодной, чем окружающая среда, начинает поглощать ее энергию. При конденсации же, наоборот, происходит выделение некоторого количества теплоты в окружающую среду, и ее температура несколько повышается.

1. Какие два вида парообразования существуют в природе? 2. Что такое испарение? 3. От чего зависит скорость испарения жидкости? 4. Почему при испарении температура жидкости понижается? 5. Каким образом удается предотвратить спускаемые космические аппараты от перегрева во время прохождения через атмосферу планеты? 6. Что такое конденсация? 7. Какие явления объясняются конденсацией пара? 8. С помощью какого прибора измеряют влажность воздуха? Как он устроен?

Экспериментальные задания. 1. В два одинаковых блюдца налейте по одинаковому количеству воды (например, по три столовые ложки). Одно блюдце поставьте в теплое место, а другое — в холодное. Измерьте время, за которое испарится вода в том и другом блюдцах. Объясните разницу в скорости испарения. 2. Нанесите пипеткой на лист бумаги по капле воды и спирта. Измерьте время, необходимое для их испарения. У какой из этих жидкостей силы притяжения между молекулами меньше? 3. Налейте одинаковое количество воды в стакан и блюдце. Измерьте время, за которое она в них испарится. Объясните разницу в скорости ее испарения.

Испарение и конденсация | От урока до экзамена

В природе все реальные газы (кислород, азот, водород и т. д.) при определенных условиях способны превращаться в жидкость. Однако превращение газа в жидкость может происходить только при температурах ниже определенной, так называемой критической температуры. При комнатной температуре (20 — 250С) вода может находиться и в жидком, и в газообразном состояниях, а азот и кислород существуют только в виде газов.  Парообразование — процесс превращения жидкости в пар.

Испарение — процесс парообразования с поверхности жидкости или твердого тела. Заключается он в вылетании частиц (молекул, атомов), кинетическая энергия  которых превышает потенциальную энергию их связи с остальными частицами вещества. Испарение происходит при любой температуре и не требует постоянного притока тепла. Скорость испарения зависит от:

  1. площади поверхности жидкости;
  2. температуры;
  3. движения молекул над поверхностью жидкости или газа;
  4. рода вещества.

Может случиться, что через некоторое время молекула пара вернётся обратно в жидкость. Процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое состояние называется конденсацией. Конденсация пара — процесс, обратный испарению жидкости.

Над свободной поверхностью жидкости всегда имеются пары этой жидкости. Если сосуд с жидкостью не закрыт, то всегда найдутся молекулы пара, которые удаляются от поверхности жидкости и не могут вернуться назад в жидкость. В закрытом сосуде жидкость и ее пар могут находиться в состоянии динамического равновесия, когда число молекул, вылетающих из жидкости, равно числу молекул, возвращающихся в жидкость из пара, т. е. когда скорости процессов испарения и конденсации одинаковы. Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.

Пар, на­ходящийся при давлении ниже насыщенного, назы­вают ненасыщенным.

Вследствие постоянного испарения воды с по­верхностей водоемов, почвы и растительного покрова, а также дыхания человека и животных в атмосфере всегда содержится водяной пар. Поэтому атмосфер­ное давление представляет собой сумму давления су­хого воздуха и находящегося в нем водяного пара. Давление водяного пара будет максимальным при насыщении воздуха паром. Насыщенный пар в отли­чие от ненасыщенного не подчиняется законам иде­ального газа. Так, давление насыщенного пара не за­висит от объема, но зависит от температуры.  

Под влажностью воздуха понимается содержание водяных паров в воздухе. (За год на Земле испаряется 4,25∙1014т Н20)

1. Абсолютную влажность измеряют как плотность водяного пара, выраженную в ки­лограммах на метр кубический (ρ).

2. Большинство явлений, наблюдаемых в приро­де, например быстрота испарения, высыхание раз­личных веществ, увядание растений, зависит не от количества водяного пара в воздухе, а от того, на­сколько это количество близко к насыщению, т. е. от относительной влажности, которая характеризует степень насыщения воздуха водяным паром.

Относительная влажность показывает, сколько процентов составляет абсолютная влажность от необходимой для насыщения воздуха при данной температуре:

3. Температура, при которой воздух в процессе своего охлаждения становится насыщенным водяными парами, наз. точкой росы.  При достижении точки росы в воздухе или на предметах, с которыми он соприкасается, начинается конденсация водяного пара.  Для определения влажности воздуха используются приборы, которые называются гигрометрами и психрометрамиПсихрометр состоит из двух термометров — сухого и влажного. Влажный термометр показывает температуру ниже, чем сухой, так как его резервуар обмотан тканью, смоченной в воде, которая, испаряясь, охлаждает его. Интенсивность испарения зависит от относительной влажности воздуха. По показаниям сухого и влажного термометров находят относительную влажность воздуха по психрометрическим таблицам.

 

Гигрометр

Гигрометр — от греч.Hygros -влажный.

Психрометр

Психрометр — от греч. Psychros — холодный + Metreo — измеряю

 

 

Относительная влажность воздуха — важный экологический показатель среды. При слишком низкой или слишком высокой влажности наблюдается быстрая утомляемость человека, ухудшение восприятия и памяти. Оптимальная влажность в квартире по ГОСТу должна быть равной 30–45%, не превышая отметки в 60%.

Влажность учитывается в метеорологии, при хранении продуктов и материалов, в хранении произведений искусств и т. д.

Испарение и конденсация. Насыщенный пар

Конспект по физике для 8 класса «Испарение и конденсация. Насыщенный пар». ВЫ УЗНАЕТЕ: Какие виды парообразования существуют. Что такое испарение. От каких факторов зависит скорость испарения. Что такое динамическое равновесие. Что такое насыщенный и ненасыщенный пар.

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике


Испарение и конденсация.

Насыщенный пар

Нам всем хорошо известно, что роса, появившаяся утром на траве, к полудню исчезает, лужи после дождя высыхают, уровень воды в реках и озёрах летом уменьшается. Жидкость в открытом сосуде со временем постепенно убывает. Однако молекулы жидкости не могут исчезнуть бесследно, просто жидкость превращается в пар.

ВИДЫ ПАРООБРАЗОВАНИЯ

Существует два способа перехода вещества из жидкого состояния в газообразное: испарение и кипение.

ИСПАРЕНИЕ

Парообразование, происходящее с поверхности жидкости, называется испарением.

Почему жидкость испаряется? Известно, что молекулы жидкости находятся в состоянии непрерывного и хаотического движения. При этом молекулы имеют различные скорости движения и, следовательно, разные кинетические энергии. Когда у поверхности жидкости оказывается молекула с относительно большой скоростью, она может преодолеть силы притяжения соседних молекул и вылететь из жидкости. Молекулы, покинувшие поверхность жидкости, образуют над ней пар. Это и есть процесс испарения жидкости.

СКОРОСТЬ ИСПАРЕНИЯ

Из повседневной жизни известно, что лужи после дождя высыхают и в прохладную погоду, и в жару. Однако в одном случае испарение происходит медленнее, в другом — быстрее. Почему? В жидкости всегда имеются молекулы, кинетическая энергия которых больше кинетической энергии других молекул, поэтому испарение происходит при любой температуре. Однако есть несколько факторов, влияющих на скорость испарения. Это температура, площадь поверхности жидкости, движение воздуха (ветер) и род жидкости. Чем выше температура жидкости, тем больше средняя скорость движения молекул и тем больше молекул, у которых кинетическая энергия достаточна для того, чтобы преодолеть притяжение соседних молекул и вылететь с поверхности жидкости. Так как жидкость могут покинуть только те молекулы, которые находятся у самой поверхности, то, чем больше площадь испаряемой поверхности, тем большее число молекул покидают жидкость.

Молекула, вылетевшая из жидкости, двигаясь хаотично над поверхностью жидкости, может изменить направление своего движения и вернуться обратно. Если дует ветер, который уносит эти молекулы, то испарение жидкости происходит быстрее.

Если листок бумаги смочить эфиром, водой и маслом, то мы заметим, что эфир испарился значительно быстрее, чем вода, а вода — быстрее, чем масло. Это связано с тем, что между молекулами эфира силы взаимодействия меньше, чем между молекулами воды или масла. Поэтому большее число молекул эфира способно преодолеть силы притяжения и покинуть поверхность жидкости.

Следовательно, чем меньше силы взаимодействия между молекулами жидкости, тем быстрее происходит процесс испарения.

В жару лужи высыхают быстрее, потому что средняя кинетическая энергия молекул больше и большее их число покидает жидкость. Расправленное мокрое полотенце высыхает быстрее, чем скомканное, из-за разницы в площади поверхности. А в ветреную погоду мокрые вещи высыхают быстрее из-за того, что ветер относит водяные пары в сторону.

Из-за охлаждения жидкости при испарении человек в мокрой одежде мёрзнет, а в сухой нет. По этой же причине, выходя из воды, мы чувствуем прохладу даже в самый жаркий день.

ИЗМЕНЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ ПРИ ИСПАРЕНИИ

Поскольку при испарении жидкость покидают молекулы, обладающие повышенной кинетической энергией, то средняя кинетическая энергия оставшихся молекул уменьшается. Следовательно, внутренняя энергия испаряющейся жидкости также уменьшается, что приводит к понижению её температуры.

Проведём следующий опыт. Конец термометра обмотаем ватой, смоченной эфиром (или водой). При этом показания термометра начнут уменьшаться, что свидетельствует о понижении температуры испаряющейся жидкости.

КОНДЕНСАЦИЯ

Одновременно с испарением происходит и обратный процесс — переход части молекул пара в жидкость. Явление превращения пара в жидкость называется конденсацией. Конденсация пара сопровождается выделением энергии.

ДИНАМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ И НАСЫЩЕННЫЙ ПАР

Когда сосуд открыт, процесс испарения происходит быстрее, чем обратный процесс конденсации. При этом масса жидкости в сосуде уменьшается. Если же испарение происходит в закрытом сосуде, то после того, как закрыли сосуд, число молекул, покидающих поверхность жидкости в единицу времени, будет больше числа молекул, возвращающихся обратно. При этом плотность паров жидкости в сосуде будет увеличиваться.

С увеличением числа молекул пара над поверхностью жидкости возрастает также число молекул, возвращающихся обратно в жидкость. Через некоторое время количество вылетающих из жидкости и возвращающихся молекул сравняется. Наступает динамическое равновесие между жидкостью и паром, когда число молекул пара над жидкостью становится постоянным. При динамическом равновесии масса жидкости в закрытом сосуде не изменяется, хотя процесс испарения продолжается.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным.

Пар, не находящийся в состоянии равновесия со своей жидкостью, называется ненасыщенным. В этом случае возможно дальнейшее испарение жидкости.

Прохладным летним утром мы можем видеть росу. Ночью, когда воздух становится холоднее, водяной пар, находящийся в воздухе, конденсируется и маленькие капельки воды оседают на траве и листьях. Выпадает роса.

Облака образуются также в процессе конденсации. Они состоят из маленьких капелек воды, в которые превратились водяные пары, поднявшиеся над землёй и попавшие в верхние, более холодные слои атмосферы.


Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Испарение и конденсация. Насыщенный пар».

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).



Просмотров:
2 557

Урок 08. испарение и конденсация. насыщенный пар. кипение. удельная теплота парообразования — Физика — 8 класс

Конспект урока

Урок в 8 классе по теме: « Испарение и конденсация. Насыщенный пар. Кипение. Удельная теплота парообразования »

Тип урока – урок открытия нового знания.

Цели:

— сформировать у учащихся умения реализации новых способов действия;
— ввести понятие испарения и конденсации, насыщенных и ненасыщенных паров, удельной теплоты парообразования;
— развивать логическое мышление, воспитывать интерес к физике.

Формирование УУД (универсальных учебных действий):

Познавательные УУД:

— поиск и выделение новой информации по теме;
— нахождение ответов на вопросы, используя свой жизненный опыт и информацию, полученную на уроке;
— построение логической цепи рассуждений;
— умение переносить и применять знания по данной теме в новых условиях;

Регулятивные УУД:

— умение ориентироваться в своей системе знаний;
— оценивать правильность выполнения действия;
— умение корректировать действие после его завершения;
— высказывать свое предположение;
— развитие контроля и самоконтроля;

Коммуникативные УУД:

— умение оформлять свои мысли в письменной форме;

Личностные УУД:

— способность к самооценке на основе критерия успешности учебной деятельности;
— развитие логического мышления;
— развитие памяти, наблюдательности, внимания;
— расширение кругозора учащихся.

Планируемые результаты:

предметные

— уметь приводить примеры испарения и конденсации веществ, объяснять эти физические явления на основе представлений о внутреннем строении вещества;
— уметь объяснять зависимость скорости испарения от температуры, площади поверхности, движения воздуха и рода жидкости на основе представлений о внутреннем строении вещества;
— формирование умения наблюдать изменения внутренней энергии воды в результате испарения;
— формирование умения вычислять количества теплоты в процессах теплопередачи при испарении и конденсации, вычислять удельную теплоту парообразования вещества;

личностные

— формирование целостной картины мира;
— развитие самостоятельности и личной ответственности за свои поступки; в том числе в информационной деятельности;

метапредметные

— овладение способностью принимать и сохранять цели и задачи учебной деятельности, поиска средств ее осуществления;
— освоение способов решения проблем творческого и поискового характера;
— овладение логическими действиями сравнения, анализа, синтеза, обобщения, классификации по родовидовым признакам, установления аналогий и причинно-следственных связей, построения рассуждений, отнесения к известным понятиям;
— овладение базовыми предметными и межпредметными понятиями, отражающими существенные связи и отношения между объектами и процессами.

— Организационный этап

Мотивационный модуль

Выполняется упражнение на соответствие картинки и надписей и формулируется тема урока.

— Объяснение нового материала

Объясняющий модуль

— Закрепление нового материала.

Тренировочный модуль

Выполнение упражнений для закрепления нового материала.

— Контроль навыков

Контрольный модуль

Выполнение упражнений для контроля понимания нового материала.

Испарение и конденсация. Кипение жидкости – FIZI4KA

1. Явление превращения вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием. Парообразование может осуществляться в виде двух процессов: испарения и кипения.

Испарение происходит с поверхности жидкости при любой температуре. Так, лужи высыхают и при 10 °С, и при 20 °С, и при 30 °С. Таким образом, испарением называется процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное, происходящий с поверхности жидкости при любой температуре.

С точки зрения молекулярно-кинетической теории строения вещества испарение жидкости объясняется следующим образом. Молекулы жидкости, участвуя в непрерывном движении, имеют разные скорости. Наиболее быстрые молекулы, находящиеся на границе поверхности воды и воздуха и имеющие сравнительно большую энергию, преодолевают притяжение соседних молекул и покидают жидкость. Таким образом, над жидкостью образуется пар.

Поскольку из жидкости при испарении вылетают молекулы, обладающие большей внутренней энергией по сравнению с энергией молекул, остающихся в жидкости, то средняя скорость и средняя кинетическая энергия молекул жидкости уменьшаются и, следовательно, температура жидкости уменьшается.

Скорость испарения жидкости зависит от рода жидкости. Так, скорость испарения эфира больше, чем скорость испарения воды и растительного масла. Кроме того, скорость испарения зависит от движения воздуха над поверхностью жидкости. Доказательством может служить то, что бельё сохнет быстрее на ветру, чем в безветренном месте при тех же внешних условиях.

Скорость испарения зависит от температуры жидкости. Иапример, вода при температуре 30 °С испаряется быстрее, чем вода при 10 °С.

Хорошо известно, что вода, налитая в блюдце, испариться быстрее, чем вода такой же массы, налитая в стакан. Следовательно, скорость испарения зависит от площади поверхности жидкости.

2. Процесс превращения вещества из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией.

Процесс конденсации происходит одновременно с процессом испарения. Молекулы, вылетевшие из жидкости и находящиеся над её поверхностью, участвуют в хаотическом движении. Они сталкиваются с другими молекулами, и в какой-то момент времени их скорости могут быть направлены к поверхности жидкости, и молекулы вернутся в неё.

Если сосуд открыт, то процесс испарения происходит быстрее, чем конденсация, и масса жидкости в сосуде уменьшается. Пар, образующийся над жидкостью, называется ненасыщенным.

Если жидкость находится в закрытом сосуде, то вначале число молекул, вылетающих из жидкости, будет больше, чем число молекул, возвращающихся в неё, но с течением времени плотность пара над жидкостью возрастет настолько, что число молекул, покидающих жидкость, станет равным числу молекул, возвращающихся в неё. В этом случае наступает динамическое равновесие жидкости с её паром.

Пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называется насыщенным паром.

Если сосуд с жидкостью, в котором находится насыщенный пар, нагреть, то вначале число молекул, вылетающих из жидкости, увеличится и будет больше, чем число молекул, возвращающихся в неё. С течением времени равновесие восстановится, но плотность пара над жидкостью и соответственно его давление увеличатся.

3. В воздухе всегда содержится водяной пар, являющийся продуктом испарения воды. Содержание водяного пара в воздухе характеризует его влажность.

Абсолютной влажностью воздуха ​\( (\rho) \)​ называют массу водяного пара, содержащегося в 1 м3 воздуха, или плотность водяного пара, содержащегося в воздухе.

Если относительная влажность равна 9,41·10-3 кг/м3, то это означает, что в 1 м3 содержится 9,41·10-3 кг водяного пара.

Для того чтобы судить о степени влажности воздуха, вводят величину, называемую относительной влажностью.

Относительной влажностью воздуха ​\( (\varphi) \)​ называют величину, равную отношению плотности водяного пара ​\( (\rho) \)​, содержащегося в воздухе (абсолютной влажности), к плотности насыщенного водяного пара ​\( (\rho_0) \)​ при этой температуре:

\[ \varphi=\frac{\rho}{\rho_0}100\% \]

​Обычно относительную влажность выражают в процентах.

При понижении температуры ненасыщенный нар может превратиться в насыщенный. Примером такого превращения является выпадение росы и образование тумана. Так, летним днём при температуре 30 °С плотность водяного пара равна 12,8·10-3 кг/м3. Этот водяной пар является ненасыщенным. При понижении вечером температуры до 15 °С он уже будет насыщенным, и выпадет роса.

Температуру, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным, называют точкой росы.

Для измерения влажности воздуха используют прибор, называемый психрометром.

Психрометр состоит из двух термометров, один из которых сухой, а другой — влажный (рис. 74). Термометры прикреплены к таблице, в которой по вертикали указана температура, которую показывает сухой термометр, а по горизонтали — разность показаний сухого и влажного термометров. Определив показания термометров, по таблице находят значение относительной влажности воздуха.

Например, температура, которую показывает сухой термометр, 20 °С, показание влажного термометра — 15 °С. Разность показаний 5 °С. По таблице находим значение относительной влажности ​\( \varphi \)​ = 59%.

4. Второй процесс парообразования — кипение. Наблюдать этот процесс можно с помощью простого опыта, нагревая воду в стеклянной колбе. При нагревании воды в ней через некоторое время появляются пузырьки, в которых содержатся воздух и насыщенный водяной пар, который образуется при испарении воды внутри пузырьков. При повышении температуры давление внутри пузырьков растёт, и под действием выталкивающей силы они поднимаются вверх. Однако, поскольку температура верхних слоёв воды меньше, чем нижних, пар в пузырьках начинает конденсироваться, и они сжимаются. Когда вода прогреется по всему объёму, пузырьки с паром поднимаются до поверхности, лопаются, и пар выходит наружу. Вода кипит. Это происходит при такой температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках равно атмосферному давлению.

Процесс парообразования, происходящий во всем объёме жидкости при определённой температуре, называют кипением. Температуру, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения.

Эта температура зависит от атмосферного давления. При повышении атмосферного давления температура кипения возрастает.

Опыт показывает, что в процессе кипения температура жидкости не изменяется, несмотря на то, что извне поступает энергия. Переход жидкости в газообразное состояние при температуре кипения связан с увеличением расстояния между молекулами и соответственно с преодолением притяжения между ними. На совершение работы по преодолению сил притяжения расходуется подводимая к жидкости энергия. Так происходит до тех пор, пока вся жидкость не превратится в пар. Поскольку жидкость и пар в процессе кипения имеют одинаковую температуру, то средняя кинетическая энергия молекул не изменяется, увеличивается лишь их потенциальная энергия.

На рисунке 75 приведён график зависимости температуры воды от времени в процессе её нагревания от комнатной температуры до температуры кипения (АБ), кипения (БВ), нагревания пара (ВГ), охлаждения пара (ГД), конденсации (ДЕ) и последующего охлаждения (ЕЖ).

5. Для превращения разных веществ из жидкого состояния в газообразное требуется разная энергия, эта энергия характеризуется величиной, называемой удельной теплотой парообразования.

Удельной теплотой парообразования ​\( (L) \)​ называют величину, равную отношению количества теплоты, которое нужно сообщить веществу массой 1 кг, для превращения его из жидкого состояния в газообразное при температуре кипения.

Единица удельной теплоты парообразования — ​\( [L] \)​ = Дж/кг.

Чтобы рассчитать количество теплоты ​\( Q \)​, которое необходимо сообщить веществу массой ​\( m \)​ для его превращения из жидкого состояния в газообразное, необходимо удельную теплоту парообразования ​\( (L) \)​ умножить на массу вещества: ​\( Q=Lm \)​.

При конденсации пара выделяется некоторое количество теплоты, причем его значение равно значению количества теплоты, которое необходимо затратить для превращения жидкости в пар при той же температуре.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. Испарение и кипение — два процесса превращения вещества из одного агрегатного состояния в другое. Общей характеристикой этих процессов является то, что оба они

А. Представляют собой процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное
Б. Происходят при определённой температуре

Правильный ответ

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

2. Испарение и кипение — два процесса перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое. Различие между ними заключается в том, что

А. Кипение происходит при определённой температуре, а испарение — при любой температуре.
Б. Испарение происходит с поверхности жидкости, а кипение — во всём объёме жидкости.

Правильным(-и) является(-ются) утверждение(-я)

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

3. При нагревании вода превращается в пар той же температуры. При этом

1) увеличивается среднее расстояние между молекулами
2) уменьшается средний модуль скорости движения молекул
3) увеличивается средний модуль скорости движения молекул
4) уменьшается среднее расстояние между молекулами

4. В процессе конденсации водяного пара при неизменной его температуре выделилось некоторое количество теплоты. Что произошло с энергией молекул водяного пара?

1) изменилась как потенциальная, так и кинетическая энергия молекул пара
2) изменилась только потенциальная энергия молекул пара
3) изменилась только кинетическая энергия молекул пара
4) внутренняя энергия молекул пара не изменилась

5. На рисунке приведён график зависимости температуры воды от времени при её охлаждении и последующем нагревании. Первоначально вода находилась в газообразном состоянии. Какой участок графика соответствует процессу конденсации воды?

1) АВ
2) ВС
3) CD
4) DE

6. На рисунке приведён график зависимости температуры воды от времени. В начальный момент времени вода находилась в газообразном состоянии. В каком состоянии находится вода в момент времени ​\( \tau_1 \)​?

1) только в газообразном
2) только в жидком
3) часть воды в жидком состоянии, часть — в газообразном
4) часть воды в жидком состоянии, часть — в кристаллическом

7. На рисунке приведён график зависимости температуры спирта от времени при его нагревании и последующем охлаждении. Первоначально спирт находился в жидком состоянии. Какой участок графика соответствует процессу кипения спирта?

1) АВ
2) ВС
3) CD
4) DE

8. Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы превратить в газообразное состояние 0,1 кг спирта при температуре кипения?

1) 240 Дж
2) 90 кДж
3) 230 кДж
4) 4500 кДж

9. В понедельник абсолютная влажность воздуха днём при температуре 20 °С была равной 12,8 г/см3. Во вторник она увеличилась и стала равной 15,4 г/см3. Выпала ли роса при понижении температуры до 16 °С, если плотность насыщенного пара при этой температуре 13,6 г/см3?

1) не выпала ни в понедельник, ни во вторник
2) выпала и в понедельник, и во вторник
3) в понедельник выпала, во вторник не выпала
4) в понедельник не выпала, во вторник выпала

10. Чему равна относительная влажность воздуха, если при температуре 30 °С абсолютная влажность воздуха равна 18·10-3 кг/м3, а плотность насыщенного пара при этой температуре 30·10-3 кг/м3?

1) 60%
2) 30%
3) 18 %
4) 1,7 %

11. Для каждого физического понятия из первого столбца подберите соответствующий пример из второго столбца. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ
A) физическая величина
Б) единица физической величины
B) прибор для измерения физической величины

ПРИМЕРЫ
1) кристаллизация
2) джоуль
3) кипение
4) температура
5) мензурка

12. На рисунке приведены графики зависимости от времени температуры двух веществ одинаковой массы, находившихся первоначально в жидком состоянии, получающих одинаковое количество теплоты в единицу времени. Из приведённых ниже утверждений выберите правильные и запишите их номера.

1) Вещество 1 полностью переходит в газообразное состояние, когда начинается кипение вещества 2
2) Удельная теплоёмкость вещества 1 больше, чем вещества 2
3) Удельная теплота парообразования вещества 1 больше, чем вещества 2
4) Температура кипения вещества 1 выше, чем вещества 2
5) В течение промежутка времени ​\( 0-t_1 \)​ оба вещества находились в жидком состоянии

Часть 2

13. Какое количество теплоты необходимо для превращения в стоградусный пар 200 г воды, взятой при температуре 40 °С? Потерями энергии на нагревание окружающего воздуха пренебречь.

Ответы

Испарение и конденсация. Кипение жидкости

1.8 (36%) 5 votes

Испарение и конденсация — справочник студента

Подробности Категория: Молекулярно-кинетическая теория Опубликовано 09.11.2014 21:08 Просмотров: 14292

В жидком состоянии вещество может существовать в определённом интервале температур. При температуре, меньшей нижнего значения этого интервала, жидкость превращается в твёрдое вещество. А если значение температуры превысит верхнюю границу интервала, жидкость переходит в газообразное состояние.

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Всё это мы можем наблюдать на примере воды. В жидком состоянии мы видим её в реках, озёрах, морях, океанах, водопроводном кране. Твёрдое состояние воды — лёд. В него она превращается, когда при нормальном атмосферном давлении её температура снижается до 0оС. А при повышении температуры до 100оС вода закипает и превращается в пар, который является её газообразным состоянием.

Процесс превращения вещества в пар называют парообразованием. Обратный процесс перехода из пара в жидкость — конденсация.

Парообразование происходит в двух случаях: при испарении и при кипении.

Испарение

Испарением называют фазовый процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное или парообразное, происходящий на поверхности жидкости.

Как и при плавлении, при испарении веществом поглощается теплота. Она затрачивается на преодоление сил сцепления частиц (молекул или атомов) жидкости.

Кинетическая энергия молекул, обладающих самой высокой скоростью, превышает их потенциальную энергию взаимодействия с другими молекулами жидкости. Благодаря этому они преодолевают притяжение соседних частиц и вылетают с поверхности жидкости.

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Средняя энергия оставшихся частиц становится меньше, и жидкость постепенно остывает, если её не подогревать извне.

Так как частицы находятся в движении при любой температуре, то и испарение также происходит при любой температуре. Мы знаем, что лужи после дождя высыхают даже в холодную погоду.

Но скорость испарения зависит от многих факторов. Один из важнейших — температура вещества. Чем она выше, тем больше скорость движения частиц и их энергия, и тем большее их количество покидает жидкость в единицу времени.

Наполним одинаковым количеством воды 2 стакана. Один поставим на солнцепёк, а другой оставим в тени. Через некоторое время увидим, что воды в первом стакане стало меньше, чем во втором. Её нагрели солнечные лучи, и она испарилась быстрее.

Лужи после дождя летом также высыхают гораздо быстрее, чем весной или осенью. В сильную жару происходит быстрое испарение воды с поверхностей водоёмов. Высыхают пруды, озёра, пересыхают русла неглубоких рек.

Чем выше температура окружающей среды, тем выше скорость испарения.

При одинаковом объёме жидкость, находящаяся в широкой тарелке, испарится гораздо быстрее жидкости, налитой в стакан. Это означает, что скорость испарения зависит от площади поверхности испарения. Чем больше эта площадь, тем большее количество молекул вылетает из жидкости в единицу времени.

При одинаковых внешних условиях скорость испарения зависит от рода вещества. Заполним стеклянные колбы одинаковым объёмом воды и спирта. Через некоторое время увидим, что спирта осталось меньше, чем воды. Он испаряется с большей скоростью. Так происходит, потому что молекулы спирта слабее взаимодействуют друг с другом, чем молекулы воды.

Влияет на скорость испарения и наличие ветра. Мы знаем, что вещи после стирки гораздо быстрее высыхают, когда их обдувает ветер. Струя горячего воздуха в фене способна быстро высушить наши волосы.

Ветер уносит молекулы, вылетевшие из жидкости, и обратно они уже не возвращаются. Их место занимают новые молекулы, покидающие жидкость. Поэтому в самой жидкости их становится меньше. Следовательно, она испаряется быстрее.

Сублимация

Испарение происходит и в твёрдых телах. Мы видим, как постепенно высыхает на морозе замёрзшее, покрытое льдом бельё. Лёд превращается в пар. Мы ощущаем резкий запах, образующийся при испарении твёрдого вещества нафталина.

Некоторые вещества вообще не имеют жидкой фазы.

К примеру, элементарный иод I2 — простое вещество, представляющее собой кристаллы чёрно-серого цвета с фиолетовым металлическим блеском, при нормальных условиях сразу же превращается в газообразный иод — фиолетовые пары с резким запахом. Тот жидкий йод, который мы покупаем в аптеках, — это не жидкое его состояние, а раствор йода в спирте.

Процесс перехода твёрдых тел в газообразное состояние, минуя жидкую стадию, называют сублимацией, или возгонкой.

Кипение

Кипение — это тоже процесс перехода жидкости в пар. Но парообразование при кипении происходит не только на поверхности жидкости, но и по всему её объёму. Причём процесс этот проходит гораздо интенсивнее, чем при испарении.

Поставим на огонь чайник с водой. Так как в воде всегда есть растворённый в ней воздух, то при нагревании на дне чайника и на его стенках появляются пузырьки. Эти пузырьки содержат воздух и насыщенный водяной пар. Сначала они появляются на стенках чайника.

Количество пара в них увеличивается, увеличиваются в размерах и они сами. Затем под воздействием выталкивающей силы Архимеда они будут отрываться от стенок, подниматься вверх и лопаться на поверхности воды.

Когда температура воды достигнет 100оС, пузырьки будут образовываться уже по всему объёму воды.

Испарение происходит при любой температуре, а кипение — только при определённой температуре, которая называется температурой кипения.

Каждое вещество имеет свою температуру кипения. Она зависит от величины давления.

При нормальном атмосферном давлении вода закипает при температуре 100оС, спирт — при 78 оС, железо — при 2750 оС. А температура кипения кислорода — минус 183 оС.

При уменьшении давления температура кипения снижается. В горах, где атмосферное давление ниже, вода закипает при температуре менее 100 оС. И чем выше над уровнем моря, тем меньшей будет температура кипения. А в кастрюле-скороварке, где создаётся повышенное давление, вода закипает при температуре выше 100 оС.

Насыщенный и ненасыщенный пар

Если вещество может одновременно существовать в жидкой (или твёрдой) фазе и газообразной, то его газообразное состояние называют паром. Пар образуют молекулы, вылетевшие при испарении из жидкости или твёрдого вещества.

Нальём жидкость в сосуд и плотно закроем его крышкой. Через некоторое время количество жидкости уменьшится из-за её испарения. Молекулы, покидающие жидкость, будут концентрироваться над её поверхностью в виде пара. Но когда плотность пара станет довольно высокой, некоторые из них начнут снова возвращаться в жидкость.

И таких молекул будет всё больше и больше. Наконец, настанет такой момент, когда число молекул, вылетающих из жидкости, и число молекул, возвращающихся в неё, сравняется. В этом случае говорят, что жидкость находится в динамическом равновесии со своим паром.

А такой пар называется насыщенным.

Если при парообразовании из жидкости вылетает больше молекул, чем возвращается, то такой пар будет  ненасыщенным. Ненасыщенный пар образуется, когда испаряющаяся жидкость находится в открытом сосуде. Покидающие её молекулы рассеиваются в пространстве. Возвращаются в жидкость далеко не все из них.

Конденсация пара

Обратный переход вещества из газообразного состояния в жидкое называют конденсацией. При конденсации часть молекул пара возвращается в жидкость.

Пар начинает превращаться в жидкость (конденсироваться) при определённом сочетании температуры и давления. Такое сочетание называется критической точкой. Максимальная температура, ниже которой начинается конденсация, называется критической температурой. При температуре выше критической газ никогда не превратится в жидкость.

В критической точке граница раздела фазовых состояний жидкость-пар размывается. Исчезает поверхностное натяжение жидкости, выравниваются плотности жидкости и её насыщенного пара.

При динамическом равновесии, когда число молекул, покидающих жидкость и возвращающихся в неё равно, процессы испарения и конденсации уравновешены.

При испарении воды её молекулы образуют водяной пар, который смешивается с воздухом или другим газом. Температура, при которой такой пар в воздухе становится насыщенным, начинает конденсироваться при охлаждении и превращается в капельки воды, называется точкой росы.

  • Когда в воздухе находится большое количество водяного пара, говорят, что его влажность повышена.

В природе испарение и конденсацию мы наблюдаем очень часто. Утренний туман, облака, дождь — всё это результат этих явлений. С земной поверхности при нагревании испаряется влага. Молекулы образовавшегося пара поднимаются вверх.

Встречая на своём пути прохладные листики или травинки, пар конденсируется на них в виде капелек росы. Чуть выше, в приземных слоях, он становится туманом. А высоко в атмосфере при низкой температуре остывший пар превращается в облака, состоящие из капелек воды или кристалликов льда.

Впоследствии из этих облаков на землю прольётся дождь или выпадет град.

Но капельки воды при конденсации образуются лишь в том случае, когда в воздухе находятся мельчайшие твёрдые или жидкие частицы, которые называют ядрами конденсации. Ими могут быть продукты горения, распыления, частицы пыли, морской соли над океаном, частицы, образовавшиеся в результате химических реакций в атмосфере и др.

Десублимация

Иногда вещество может перейти из газообразного состояния сразу в твёрдое, минуя жидкую стадию. Такой процесс называется десублимацией.

Ледяные узоры, которые появляются на стёклах в мороз, и есть пример десублимации. При заморозках почва покрывается инеем — тонкими кристалликами льда, в которые превратились водяные пары из воздуха.

Источник: http://ency.info/materiya-i-dvigenie/molekulyarno-kineticheskaya-teoriya/357-isparenie

Испарение и конденсация. Насыщенны и ненасыщенный пар. Кипение. Влажность

ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ.
Парообразование — процесс превращения жидкости в пар.
Конденсация — процесс превращения пара в жидкость.
ИСПАРЕНИЕ — процесс парообразования с поверхности жидкости или твердого тела. Заключается в вылетании частиц (молекул, атомов),  которых превышает потенциальную энергию их связи с остальными частицами вещества. Скорость испарения зависит от:

  1. площади поверхности жидкости.
  2. температуры (увеличивается), хотя происходит при любой температуре и не требует постоянного притока тепла. Температура жидкости уменьшается.
  3. движения молекул над поверхностью жидкости или газа,
  4. рода вещества.
НАСЫЩЕННЫЙ И НЕНАСЫЩЕННЫЙ ПАР.
Вещество в газообразном состоянии, находящееся в динамическом равновесии со своей жидкостью, наз. насыщенным паром. Динамическое равновесие заключается в том, что процессы испарения и конденсации уравновешены. Давление насыщенного пара в зависимости от температуры (кривая  а) растет быстрее, чем идеального газа (график b), т.к. с ростом температуры увеличивается концентрация, а p=nkT.
Основное свойство насыщенного пара — давление пара при постоянной температуре не зависит от объема (см. изотерму). Участок ВС соответствует насыщенному пару.
КИПЕНИЕ
КИПЕНИЕ— процесс активного парообразования во всем объеме жидкости. Сопровождается образованием и ростом пузырьков пара внутри жидкости. Пузырьки образуются около центров парообразования (примеси, микротрещины).
Кипение происходит:
1. во всем объеме,
2. при постоянной температуре (температура кипения). Поэтому требует постоянного притока тепла.
Температура кипения определяется
1. свойствами жидкости (таблица т-р кипения).
2. внешними условиями (давлением).
Условие роста пузырьков: pпара>pатм+rgh — следовательно, с понижением атм. давлениятемп-ра кипения понижается.
Условие подъема пузырька: FАрх ? mg.
ВЛАЖНОСТЬ.
ВЛАЖНОСТЬ. ВОЗДУХА — величина, характеризующая содержание водяных паров в воздухе.
АБСОЛЮТНУЮ влажность измеряют плотностью водяного пара в воздухе (r, ,) или его парциальным давлением p (Па). ОТНОСИТЕЛЬНАЯ влажность показывает, сколько процентов составляет абсолютная влажность от необходимой для насыщения воздуха при данной температуре:.
Температура, при которой воздух в процессе своего охлаждения становится насыщенным водяными парами, наз. точкой росы  (см. рис.).
  • Приборы для измерения влажности: волосной гигрометр,
  • жидкостный (конденсационный) гигрометр,
  • гигрометр психрометрический (психрометр).

Источник: https://www.eduspb.com/node/1751

2.1.15 Изменение агрегатных состояний вещества: испарение и конденсация, кипение жидкости

Видеоурок 1: Испарение и конденсация.

Насыщенный пар и его свойства  

  • Видеоурок 2:  Кипение жидкости
  • Лекция:  Изменение агрегатных состояний вещества: испарение и конденсация, кипение жидкости
  • Процесс перехода жидкости в пар может происходить двумя способами — благодаря кипению или же испарению.

Испарение и конденсация

Процесс испарения происходит благодаря молекулам с большой кинетической энергией, которая позволяет им отрываться с поверхности жидкости. 

В зависимости от некоторых условий, скорость испарения может изменяться. Испарение зависит от:

  • размеров поверхности жидкости;
  • от типа жидкости;
  • от температуры;
  • от давления;
  • от содержания пара над жидкостью.

Когда молекулы над жидкостью расходуют свою энергию, они частично возвращаются обратно, данный процесс называется конденсацией.

Эти два взаимообратных процесса являются помощниками круговорота в природе. Сначала жидкость испаряется, а потом возвращается на Землю в виде облаков, дождя и росы.

Испарение позволяет уменьшить температуру того объекта, откуда улетают молекулы. Это происходит благодаря уменьшению энергии, что приводит к замедлению структурных единиц, что в свою очередь влияет на температуру.

Кипение

Кипение — это процесс парообразования со всего объема жидкости. 

Он возможен только в том случае, когда в жидкости имеется газ, проникший в нее с помощью диффузии. При повышении температуры жидкости, пузырьки газа начинают увеличивать.

Это можно наблюдать на протяжении всего процесса нагревания и кипения. С повышением температуры и давления, пузырьки начинают всплывать на поверхность благодаря силе Архимеда.

Когда попадают на границу раздела сред, они начинают лопаться. Именно этот звук мы слышим, когда жидкость кипит.

Вокруг этих пузырьков находится насыщенный пар, который благодаря кипению, попадает в воздух в момент разрыва шариков воздуха. Температура каждой жидкости индивидуальна. Более того, она меняется в результате изменения давления.

При давлении в 1 атм (105 Па), температура кипения воды 100 градусов.

При давлении в половину меньшем вода закипит при температуре 80 градусов, если же давление увеличить до 15 атм, то температура кипения жидкости будет равна 200 градусам.

Чтобы жидкость кипела, необходимо постоянная передача тепла. Если температуру жидкости поддерживать в районе 100 градусов при нормальном давлении, то процесс кипения будет продолжаться до тех пор, пока жидкость вся не испариться.

Обратите внимание: Вода в жидком состоянии при нормальных условиях не может нагреться до температуры больше 100 градусов.

Диаграмма кипения воды

До момента кипения, жидкости необходимо передать количество теплоты, которое можно рассчитать по формуле:

Когда жидкость нагрели до температуры 100 градусов, она начинает переходить в пар в результате кипения. Для испарения некоторой массы жидкости необходимо передать ей следующее количество теплоты:

Если количества теплоты недостаточно, то в пар превратиться не вся жидкость.

Этой же формулой можно воспользоваться и для расчета энергии, которую отдает пар во время конденсации. То есть можно сделать вывод, что во время осадков и образования росы температура воздуха увеличивается при отсутствии циклонов.

Предыдущий урок Следующий урок

Источник: https://cknow.ru/knowbase/133-tema-2115-izmenenie-agregatnyh-sostoyaniy-veschestva-isparenie-i-kondensaciya-kipenie-zhidkosti.html

Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха

В природе все реальные газы (кислород, азот, водород и т. д.) при определенных условиях способны превращаться в жидкость. Однако превращение газа в жидкость может происходить только при температурах ниже определенной, так называемой критической температуры. При комнатной температуре (20 — 250С) вода может находиться и в жидком, и в газообразном состояниях, а азот и кислород существуют только в виде газов.Парообразование — процесс превращения жидкости в пар.

Испарение — процесс парообразования с поверхности жидкости или твердого тела. Заключается он в вылетании частиц (молекул, атомов), кинетическая энергия  которых превышает потенциальную энергию их связи с остальными частицами вещества. Испарение происходит при любой температуре и не требует постоянного притока тепла. Скорость испарения зависит от:

  1. площади поверхности жидкости;
  2. температуры;
  3. движения молекул над поверхностью жидкости или газа;
  4. рода вещества.

Может случиться, что через некоторое время молекула пара вернётся обратно в жидкость. Процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое состояние называется конденсацией. Конденсация пара — процесс, обратный испарению жидкости.

Над свободной поверхностью жидкости всегда имеются пары этой жидкости. Если сосуд с жидкостью не закрыт, то всегда найдутся молекулы пара, которые удаляются от поверхности жидкости и не могут вернуться назад в жидкость.

В закрытом сосуде жидкость и ее пар могут находиться в состоянии динамического равновесия, когда число молекул, вылетающих из жидкости, равно числу молекул, возвращающихся в жидкость из пара, т. е. когда скорости процессов испарения и конденсации одинаковы.

 Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.

Пар, на­ходящийся при давлении ниже насыщенного, назы­ваютненасыщенным.

Вследствие постоянного испарения воды с по­верхностей водоемов, почвы и растительного покрова, а также дыхания человека и животных в атмосфере всегда содержится водяной пар.

Поэтому атмосфер­ное давление представляет собой сумму давления су­хого воздуха и находящегося в нем водяного пара. Давление водяного пара будет максимальным при насыщении воздуха паром.

Насыщенный пар в отли­чие от ненасыщенного не подчиняется законам иде­ального газа. Так, давление насыщенного пара не за­висит от объема, но зависит от температуры. 

Под влажностью воздуха понимается содержание водяных паров в воздухе. (За год на Земле испаряется 4,25∙1014т Н20)

1. Абсолютную влажность измеряют как плотность водяного пара, выраженную в ки­лограммах на метр кубический (ρ).

2. Большинство явлений, наблюдаемых в приро­де, например быстрота испарения, высыхание раз­личных веществ, увядание растений, зависит не от количества водяного пара в воздухе, а от того, на­сколько это количество близко к насыщению, т. е. от относительной влажности, которая характеризует степень насыщения воздуха водяным паром.

Относительная влажность показывает, сколько процентов составляет абсолютная влажность от необходимой для насыщения воздуха при данной температуре:

3. Температура, при которой воздух в процессе своего охлаждения становится насыщенным водяными парами, наз. точкой росы.  При достижении точки росы в воздухе или на предметах, с которыми он соприкасается, начинается конденсация водяного пара. Для определения влажности воздуха используются приборы, которые называются гигрометрами и психрометрами.

 Психрометр состоит из двух термометров — сухого и влажного. Влажный термометр показывает температуру ниже, чем сухой, так как его резервуар обмотан тканью, смоченной в воде, которая, испаряясь, охлаждает его. Интенсивность испарения зависит от относительной влажности воздуха.

По показаниям сухого и влажного термометров находят относительную влажность воздуха по психрометрическим таблицам.

Гигрометр

Гигрометр — от греч.Hygros -влажный.

Психрометр

Психрометр — от греч. Psychros — холодный + Metreo — измеряю

Относительная влажность воздуха — важный экологический показатель среды. При слишком низкой или слишком высокой влажности наблюдается быстрая утомляемость человека, ухудшение восприятия и памяти. Оптимальная влажность в квартире по ГОСТу должна быть равной 30–45%, не превышая отметки в 60%.

Влажность учитывается в метеорологии, при хранении продуктов и материалов, в хранении произведений искусств и т.д.

Источник: http://kaplio.ru/1184-2/

Испарение и конденсация воды. Несколько практических советов

Вода – одно из самых распространенных и вместе с тем самое удивительное вещество на Земле. Вода находится повсюду: и вокруг нас, и внутри нас. Мировой океан, состоящий из воды, покрывает ¾ поверхности земного шара. Любой живой организм, будь то растение, животное или человек, содержит воду. Человек более чем на 70% состоит из воды. Именно вода – одна из главнейших причин возникновения жизни на Земле. Как и любое вещество, вода может находиться в различных состояниях или, как говорят физики, ‑ агрегатных состояниях вещества: твердом, жидком и газообразном. При этом постоянно происходят переходы из одного состояния в другое – так называемые фазовые переходы. Одним из таких переходов является испарение, обратный процесс называется конденсацией. Давайте попробуем разобраться, как можно использовать это физическое явление, и что нужно знать об этом.

В процессе испарения вода переходит из жидкого состояния в газообразное, при этом образуется водяной пар. Это происходит при любой температуре, когда вода находится в жидком состоянии (00 – 1000С).

Однако скорость испарения не всегда одинаковая и зависит от ряда факторов: от температуры воды, от площади поверхности воды, от влажности воздуха и от наличия ветра. Чем выше температура воды, тем быстрее двигаются ее молекулы и тем интенсивнее происходит испарение.

Чем больше площадь поверхности воды, а испарение происходит исключительно на поверхности, тем больше молекул воды смогут перейти из жидкого состояния в газообразное, что увеличит скорость испарения. Чем больше содержание водяных паров в воздухе, то есть чем выше влажность воздуха, тем менее интенсивно происходит испарение.

Кроме того, чем больше скорость удаления молекул водяного пара от поверхности воды, то есть чем больше скорость ветра, тем больше скорость испарения воды. Также следует отметить, что в процессе испарения воду покидают самые быстрые молекулы, поэтому средняя скорость молекул, а, значит, и температура воды уменьшаются.

Учитывая описанные закономерности, важно обратить внимание на следующее. Очень горячий чай пить не безвредно. Однако чтобы его заварить, требуется вода с температурой, близкой к температуре кипения (1000С).

При этом вода активно испаряется: над чашкой с чаем хорошо видны поднимающиеся струйки водяного пара. Чтобы быстро охладить чай и сделать чаепитие комфортным, нужно увеличить скорость испарения, и охлаждение чая произойдет существенно быстрее.

Первый способ известен всем с детства: если подуть на чай и тем самым удалить молекулы водяного пара и нагретый воздух от поверхности, то скорость испарения и теплопередачи увеличится, и чай быстрее остынет.

Второй способ часто использовали в старину: переливали чай из чашки в блюдце и тем самым увеличивали площадь поверхности в несколько раз, пропорционально увеличивая скорость испарения и теплопередачи, благодаря чему чай быстро остывал до комфортной температуры.

Охлаждение воды при испарении хорошо ощущается, когда летом выходишь из открытого водоема после купания. С влажной кожей находиться прохладнее.

Поэтому чтобы не переохладиться и не заболеть, нужно обтереться полотенцем, тем самым остановить охлаждение, вызванное испарением воды.

Однако это свойство воды – охлаждаться при испарении – иногда полезно использовать для того, чтобы немного понизить высокую температуру заболевшему человеку и тем самым облегчить его самочувствие при помощи компрессов или обтираний.

При конденсации вода из газообразного состояния переходит в жидкое с выделением тепловой энергии. Это важно помнить, находясь вблизи кипящего чайника.

Струя водяного пара, выходящая из его носика, имеет высокую температуру (около 1000С).

Кроме того, соприкасаясь с кожей человека, водяной пар конденсируется, тем самым увеличивая неблагоприятное термическое воздействие, что может привести к болезненным ожогам.

Также полезно знать, что в воздухе всегда содержится какое-то количество водяных паров. И чем выше температура воздуха, тем больше водяных паров может быть в атмосфере. Поэтому летом при заметном понижении температуры в ночное время часть водяных паров конденсируется и выпадает в виде росы.

Если утром пройти босиком по траве, то она будет влажной и холодной на ощупь, так как уже активно испаряется благодаря утреннему солнцу.

Похожая ситуация происходит, если зимой войти с улицы в теплое помещение в очках, ‑ очки будут запотевать, так как водяные пары, находящиеся в воздухе, будут конденсироваться на холодной поверхности стекол.

Чтобы это предотвратить, можно воспользоваться обычным мылом и нанести на стеклах сетку с шагом около 1 см, а затем растереть мыло мягкой тканью, не спеша и не сильно нажимая. Стекла очков покроются тонкой невидимой пленкой и не будут запотевать.

Водяной пар, находящийся в воздухе, можно с большой точностью считать идеальным газом и рассчитывать параметры его состояния при помощи уравнения Менделеева-Клапейрона.

Предположим, что температура воздуха днем при нормальном атмосферном давлении составляет 300С, а влажность воздуха 50%. Найдем, до какой температуры должен охладиться воздух ночью, чтобы выпала роса.

При этом будем считать, что содержание (плотность) водяных паров в воздухе не изменялось.

Плотность насыщенного водяного пара при 300С равна 30,4 г/м3 (табличное значение). Так как влажность воздуха 50%, то плотность водяных паров составляет 0,5·30,4 г/м3 = 15,2 г/м3.

Роса выпадет, если при некоторой температуре эта плотность будет равна плотности насыщенного водяного пара. Согласно табличным данным это наступит при температуре примерно 180С.

То есть, если ночью температура воздуха опустится ниже 180С, то выпадет роса.

По предложенному методу мы предлагаем вам решить задачу:

В закрытой банке объемом 2 л находится воздух, влажность которого составляет 80%, а температура 250С. Банку поставили в холодильник, внутри которого температура 60С. Какая масса воды выпадет в виде росы после наступления теплового равновесия.

Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г. Москвы

Источник: http://life.mosmetod.ru/index.php/item/isparenie-i-kondensaciya-vody-neskolko-prakticheskih-sovetov

Испарение, конденсация, кипение. Насыщенные и ненасыщенные пары

У всех веществ есть три агрегатных состояния – твердое, жидкое и газообразное, которые проявляются при особых условиях.

Определение 1

Фазовый переход – это переход вещества от одного состояния к другому.

Примерами такого процесса являются конденсация и испарение.

Если создать определенные условия, можно превратить любой реальный газ (например, азот, водород, кислород) в жидкость. Для этого необходимо понижение температуры ниже некоторого минимума, называемого критической температурой.

Она обозначается Tкр. Так, для азота значение этого параметра равно 126 К, для воды – 647,3 К, для кислорода – 154,3 К.

При поддержании комнатной температуры вода может сохранять как газообразное, так и жидкое состояние, а азот и кислород – только газообразное.

Определение 2

Испарение – это фазовый переход вещества в газообразное состояние из жидкого.

Молекулярно-кинетическая теория объясняет этот процесс постепенным перемещением с поверхности жидкости тех молекул, чья кинетическая энергия больше, чем энергия их связи с остальными молекулами жидкого вещества.

Вследствие испарения средняя кинетическая энергия оставшихся молекул уменьшается, что, в свою очередь, приводит к снижению температуры жидкости, если к ней не подведен дополнительный источник внешней энергии.

Определение 3

Конденсация – это фазовый переход вещества из газообразного состояния в жидкое (процесс, обратный испарению).

Во время конденсации молекулы пара возвращаются обратно в жидкое состояние.

Рисунок 3.4.1. Модель испарения и конденсации.

Динамическое равновесие

Если сосуд, в котором находится жидкость или газ, закупорен, то в таком случае его содержимое может находиться в динамическом равновесии, т.е. скорость процессов конденсации и испарения будет одинаковой (из жидкости будет испаряться столько молекул, сколько возвращается обратно из пара). Такая система получила название двухфазной.

Определение 4

Насыщенный пар – это пар, который находится со своей жидкостью в состоянии динамического равновесия.

Существует зависимость между количеством молекул, испаряющихся с поверхности жидкости в течение одной секунды, и температурой этой жидкости.

Скорость процесса конденсации зависит от концентрации молекул пара и скорости их теплового движения, которая, в свою очередь, также находится в прямой зависимости от температуры.

Следовательно, можно сделать вывод, что при равновесии жидкости и ее пара концентрация молекул будет определяться равновесной температурой. При повышении температуры необходима высокая концентрация молекул пара, чтобы испарение и конденсация стали одинаковыми по скорости.

Поскольку, как мы уже выяснили, концентрация и температура будут определять давление пара (газа), мы можем сформулировать следующее утверждение:

Определение 5

Давление насыщенного пара p0 определенного вещества не зависит от объема, но находится в прямой зависимости от температуры.

Именно по этой причине изотермы реальных газов на плоскости включают в себя горизонтальные фрагменты, которые соответствуют двухфазной системе.

Рисунок 3.4.2. Изотермы реального газа. Область I – жидкость, область II – двухфазная система «жидкость + насыщенный пар», область III – газообразное вещество. K – критическая точка.

Если температура будет расти, увеличатся и давление насыщенного пара, и его плотность, а вот плотность жидкости, наоборот, будет снижаться из-за теплового расширения. При достижении критической для данного вещества температуры плотность жидкости и газа уравниваются, после прохождения этой точки физические различия между насыщенным паром и жидкостью исчезают.

Возьмем насыщенный пар и будем сжимать его изотермически при T

Источник: https://Zaochnik.com/spravochnik/fizika/molekuljarno-kineticheskaja-teorija/isparenie-kondensatsija-kipenie/

Испарение, конденсация, кипение. Насыщенные и ненасыщенные пары

Любое вещество при определенных условиях может находиться в различных агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном. Переход из одного состояния в другое называется фазовым переходом. Испарение и конденсация являются примерами фазовых переходов.

Все реальные газы (кислород, азот, водород и т. д.) при определенных условиях способны превращаться в жидкость.

Однако такое превращение может происходить только при температурах ниже определенной, так называемой критической температуры Tкр. Например, для воды критическая температура равна 647,3 К, для азота 126 К, для кислорода 154,3 К.

При комнатной температуре (≈ 300 К) вода может находиться и в жидком, и в газообразном состояниях, а азот и кислород существуют только в виде газов.

Испарением называется фазовый переход из жидкого состояния в газообразное.

С точки зрения молекулярно-кинетической теории, испарение – это процесс, при котором с поверхности жидкости вылетают наиболее быстрые молекулы, кинетическая энергия которых превышает энергию их связи с остальными молекулами жидкости.

Это приводит к уменьшению средней кинетической энергии оставшихся молекул, т. е. к охлаждению жидкости (если нет подвода энергии от окружающих тел).

Конденсация – это процесс, обратный процессу испарения. При конденсации молекулы пара возвращаются в жидкость.

Модель. Испарение и конденсация.

В закрытом сосуде жидкость и ее пар могут находиться в состоянии динамического равновесия, когда число молекул, вылетающих из жидкости, равно числу молекул, возвращающихся в жидкость из пара, т. е. когда скорости процессов испарения и конденсации одинаковы. Такую систему называют двухфазной. Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.

Число молекул, вылетающих с единицы площади поверхности жидкости за одну секунду, зависит от температуры жидкости. Число молекул, возвращающихся из пара в жидкость, зависит от концентрации молекул пара и от средней скорости их теплового движения, которая определяется температурой пара.

Отсюда следует, что для данного вещества концентрация молекул пара при равновесии жидкости и ее пара определяется их равновесной температурой. Установление динамического равновесия между процессами испарения и конденсации при повышении температуры происходит при более высоких концентрациях молекул пара.

Так как давление газа (пара) определяется его концентрацией и температурой, то можно сделать вывод: давление насыщенного пара p данного вещества зависит только от его температуры и не зависит от объема.

Поэтому изотермы реальных газов на плоскости (p, V) содержат горизонтальные участки, соответствующие двухфазной системе (рис. 3.4.1).

Рисунок 3.4.1.Изотермы реального газа. Область I – жидкость, область II – двухфазная система «жидкость + насыщенный пар», область III – газообразное вещество. K – критическая точка

При повышении температуры давление насыщенного пара и его плотность возрастают, а плотность жидкости уменьшается из-за теплового расширения. При температуре, равной критической температуре Tкр для данного вещества, плотности пара и жидкости становятся одинаковыми. При T > Tкр исчезают физические различия между жидкостью и ее насыщенным паром.

Если изотермически сжимать ненасыщенный пар при T 

Источник: https://questions-physics.ru/molekulyarnaya-fizika-i-termodinamika/isparenie_kondensatsiya_kipenie_nasishchennie_i_nenasishchennie_pari.html

Испарение и конденсация газов

При испытаниях изделий различного назначения приходится иметь дело не только с газами, но и с веществами, находящимися в разных фазовых состояниях – парами и жидкостями.

В вакуумной технике используют ряд жидкостей, которые неизбежно являются источниками паров в вакуумной системе: ртуть, воду, различные масла, смазочные жидкости и др. Всем этим веществам при различных температурах соответствуют определенные давления насыщенных паров, что необходимо учитывать при выборе вакуумных систем.

Фазовый переход из жидкости в пар называется парообразованием, обратный переход – конденсацией или сжижением. Парообразование, происходящее со свободной поверхности жидкости, называется испарением.

Испарение жидкости в открытом сосуде может продолжаться до полного ее исчезновения. В закрытом сосуде испарение жидкости продолжается до установления равновесия между массой вещества, находящегося в жидком состоянии, и массой пара.

При таком равновесии, называемом динамическим, будут наблюдаться процессы испарения и конденсации, компенсирующие друг друга.

Некоторые молекулы имеют достаточную кинетическую энергию и скорость для преодоления сил притяжения и отрыва от поверхности жидкости

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщающим или насыщенным. Состоянию насыщения, несмотря на продолжающееся испарение, соответствует постоянное давление пара, называемое давлением насыщенного пара.

Давление насыщенных паров жидкостей при 20 0С:

Вещество P, Па
Вода 2,33 · 103
Ртуть 1,6 · 10-1
Масла для механических насосов Свыше 1 до 10-3
Масла для пароструйных насосов Свыше 10-3 до 10-7
Смазки, уплотнители Свыше 10-1 до 10-3

В окружающем нас воздухе всегда имеется некоторое количество водяного пара. Масса водяного пара, находящегося в 1 м3 воздуха, называется абсолютной влажностью.

Абсолютную влажность можно выражать парциальным давлением водяного пара при данной температуре. С повышением абсолютной влажности пары воды все ближе подходят к состоянию насыщающего пара.

Максимальной абсолютной влажностью при данной температуре является масса насыщающего водяного пара, находящегося в 1 м3 воздуха.

Относительной влажностью называется выраженное в процентах отношение абсолютной влажности к максимальной абсолютной влажности при данной температуре.

При определенной температуре, называемой критической, находящиеся в равновесии жидкость и насыщенный пар, являющиеся качественно подобными фазами, переходят в состояние, при котором их свойства, например плотность, становятся тождественными (такое состояние называют критическим). При превышении критической температуры, т. е. наибольшей температуры, при которой возможно существование жидкости в состоянии равновесия с паром, граница между жидкостью и паром исчезает.

Газообразное вещество называется газом, если его температура выше критической, и паром, если температура ниже критической.

Увеличением давления и охлаждением до температуры ниже критической газы можно перевести в жидкое состояние. Таким способом получают сжиженные газы в промышленности.

Если пар находится в состоянии, далеком от насыщения, то к нему можно применять законы, справедливые для идеальных газов. Чем меньше плотность газа, тем точнее его состояние может быть описано газовыми законами.

Для насыщенных паров справедливы лишь те газовые законы, которые не связаны с изменением параметров состояния, поэтому законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля к насыщенным парам применять нельзя.

В этом случае можно использовать лишь закон Дальтона.

Критические температуры некоторых газов и жидкостей:

Вещество tкр, 0С Вещество tкр, 0С
Азот -147,1 Гелий -267,9
Аргон -122,4 Углекислый газ 31,1
Ацетон 235 Кислород -118,8
Водород -239,9 Этиловый спирт 243,1
Вода 374,14 Толуол 320,6

Источник: http://ndt-testing.ru/isparenie-kondensacija-gazov.html

Испарение и конденсация – кратко, все самое важное

Каждое вещество может находиться в одном из трёх основных состояний — твёрдом, жидком или газообразном. При этом для каждого из этих них характерен определённый диапазон температур.

С изменением температуры выше порогового значения, начинается постепенный переход из жидкости в пар — закипание, а при понижении температурного показателя начинается противоположный процесс превращения пара в жидкость — конденсация.

Испарение – что это такое?

Наиболее наглядно описанные выше процессы можно проследить на примере воды. Чистая вода является жидкостью при t = 0…99°С. При понижении температуры ниже нуля происходит процесс затвердевания — превращения жидкости в лёд.

При увеличении t свыше ста градусов вода закипает и испаряется. Однако парообразование может осуществляться и при гораздо меньших показателях температур. Этот процесс именуется испарением, и осуществляется он не по всему объёму жидкости, а только на её поверхности.

Данный процесс сопровождается поглощением тепла. Связано это с затратой испаряющимися частицами энергии на преодоление силы поверхностного натяжения молекул вещества. Кинетическая энергия молекулярных частиц, имеющих наибольшую скорость, становится выше потенциальной энергии сцепления с прочими соседними молекулами.

В итоге им хватает энергии на то, чтобы оторваться от поверхности и перейти в парообразное состояние. При этом внутренняя энергия оставшихся молекул становится ниже среднего значения, и температура жидкости уменьшается.

Поскольку молекулы находятся в постоянном хаотичном броуновском движении, то и испарение идёт при t, даже близкой к 0°С. Единственное различие — при возрастании температуры, процесс испарения активируется в связи с получением частицами дополнительной энергии извне. Эта внутренняя энергия трансформируется в кинетическую, и в итоге происходит отрыв молекулы от поверхности.

Как влияет движение воздуха на испарение

Помимо температуры, на скорость испарения оказывает влияние и такой фактор, как движение воздуха. Легко заметить, что на ветру лужи или выстиранное бельё сохнут намного быстрее.

Дело в том, что значительная часть молекул, истратив энергию на преодоление силы поверхностного натяжения и оторвавшись от поверхности воды, более не могут находиться в парообразном состоянии.

Их кинетическая энергия, и соответственно, скорость, резко падает, и они опускаются вновь в жидкость. Дующий ветер подхватывает их и уносит в сторону. В результате жидкость лишается источника пополнения, и со временем высыхает.

Скорость испарения напрямую зависит и от площади водной поверхности. Чем более она, тем больше молекул за определённую единицу времени могут оторваться от неё и превратиться в пар. Чтобы установить это, достаточно провести небольшой опыт: взять плоское блюдце и узкую пробирку.

В оба сосуда следует налить одинаковый объём воды и оставить на определённое время. Спустя день-два можно заметить, что блюдце совершенно сухое, в то же время в пробирке ещё достаточно воды.

Конденсация

Процесс обратного агрегатного перехода называется конденсация, от латинского слова «конденсио» — «сгущение». Данный процесс начинается при определённом значении температуры или давления, а также при сочетании этих обоих показателей.

Подобное сочетание в физике именуется «критическая точка». Так, для процесса конденсации необходима определённая температура, выше которой конденсация становится невозможной. Это значение получило название «критическая температура».

В «критической точке» происходит смешение состояний пара и жидкости, границы между ними размываются и количество молекул, отрывающихся от жидкости, становится равным количеству молекул, в неё возвращающихся.

То есть, оба процесса приходят в равновесие. При понижении температуры пара ниже критической отметки, его частички начинают массово оседать на холодных поверхностях, образуя капельки жидкости. Это и является процессом конденсации, а температура, при которой он начинается, именуется «точка росы».

Конденсация в природе

Понаблюдать процесс конденсации можно наблюдать, приблизив охлаждённую стеклянную или металлическую пластинку к носику кипящего чайника.

Выходящие из чайника в виде пара молекулы воды, при встрече с холодной поверхностью пластинки остужаются, теряют свою кинетическую энергию и оседают на её поверхности в виде маленьких капелек жидкости.

Оба этих явления достаточно часто можно видеть и в природе. Утренний туман является типичным примером испарения влаги, а образование росы на траве, или инея в прохладное время — конденсация парообразных частиц.

Благодаря конденсации и испарению происходит круговорот воды в природе, когда испарившаяся вода конденсируется в виде облаков, и проливается обратно на землю в виде дождя.

Источник: https://gidinform.ru/isparenie-i-kondensatsiya-kratko-vse-samoe-vazhnoe/

Урок физики «Испарение и конденсация. Насыщенный пар» с использованием мультимедийных средств. 8-й класс

Ключевые слова:

физика,
Испарение и конденсация,
Насыщенный пар

Класс: 8.

Цель урока: формирование физического мышления, информационной и коммуникативной компетентностей, получение новых знаний, совершенствование практического применения знаний.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: ПК с доступом в Интернет, мультимедийный комплекс, экран, электронное приложение к учебнику «Физика 8 класс» Перышкин А.В.; «Дрофа» www.drofa.ru;

(Единая коллекция ЦОР http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669b797c-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/2_4.swf), мультимедийная презентация «Испарение и конденсация. Насыщенный пар».

План урока

Этап

Длительность, мин.

Формы и методы обучения

Актуализация знаний учащихся. Постановка задач урока.

10

Опрос в форме собеседования

Изучение нового материала.

20

Беседа, рассказ учителя, демонстрация интерактивных моделей, видеоролики экспериментов.

Закрепление изученного материала, ответы на качественные задачи.

8

Беседа, работа в группах.

Подведение итогов урока.

2

Сообщение учителя.

Ход урока

Учитель: Сегодня на уроке нам предстоит познакомиться с новым тепловым процессом. Но прежде мы вспомним некоторые понятия.

1. Вопросы

  1. Какие агрегатные состояния вещества вы знаете? Какая температура принята за 0°С?
  2. Какое физическое явление используется в работе жидкостного термометра?
  3. Какая физическая величина определяет количество теплоты необходимое для нагревания вещества массой 1 кг на 1°С?
  4. При каком тепловом процессе количество теплоты определяется по формуле Ǫ= λm?
  5. Почему мокрые пальцы примерзают в мороз к металлическим предметам и не примерзают к деревянным?
  6. Один из героев книги Г.Мало «Без семьи» поучал другого: «Если снег перестанет идти, может наступить сильный мороз».  Верно ли это? Почему?
  7. Какие физические величины обозначаются буквами Ǫ, q, λ, с?
  8. Почему при плавлении вещества его температура не меняется?
2.

Изучение нового материала

Рассказ учителя сопровождается мультимедийной презентацией. (слайд №1,2)

Учитель: если налить в стакан немного воды и оставить его на длительное время, то воды
в нем не будет, она высохнет или испарится.

Парообразование – это процесс превращения жидкости в пар.

Парообразование идет двумя способами: испарением и кипением.

ИСПАРЕНИЕ (слайд №3) — это парообразование с поверхности жидкости.

При этом жидкость покидают более быстрые молекулы, обладающие большей скоростью. При любой температуре в жидкости находятся такие молекулы, которые обладают достаточной кинетической энергией, чтобы преодолеть силы сцепления между молекулами и совершить работу выхода из жидкости.

Скорость испарения жидкости зависит (слайд №4):

1) от рода вещества;
2) от площади поверхности испарения;
3) от температуры жидкости;
4) от наличия ветра.

Испарение происходит при любой температуре.

С повышением температуры скорость испарения жидкости возрастает, так как возрастает средняя кинетическая энергия ее молекул, а следовательно, возрастает и число таких молекул, у которых кинетическая энергия достаточна для испарения.

Скорость испарения возрастает и при ветре, который удаляет с поверхности жидкости ее пар и тем самым препятствует возвращению молекул в жидкость.

При испарении температура жидкости понижается, т.к. внутренняя энергия жидкости уменьшается из-за потери быстрых молекул. Но, если подводить к жидкости тепло, то ее температура может не изменяться.

Испаряются и твердые тела. Если выстиранное сырое бельё вывесить на морозе, то оно замерзает и становится жестким, как фанера. Однако через некоторое время оно станет абсолютно сухим!

Лёд переходит из твердого состояния непосредственно в пар, минуя плавление.

Это и есть „сухое“ испарение или возгонка.

Анимация «Испарение» из электронного приложения к учебнику «Физика 8 класс» Перышкин А.В.; «Дрофа» www.drofa.ru

Интересно, что иней на деревьях и снег в тучах образуются в результате процесса, обратного возгонке, — так называемой сублимации, прямого перехода водяного пара в твёрдую фазу. Центрами кристаллизации здесь служат микроскопические пылинки и кристаллики соли, взвешенные в воздухе.

Процесс превращения пара в жидкость называется конденсацией (слайд №5).

Внутренняя энергия испаряющейся жидкости уменьшается. При конденсации внутренняя энергия тела увеличивается.

Если жидкость находится в закрытом сосуде, то… (слайд №6):

Число испарившихся молекул равно числу молекул пара, вернувшихся в жидкость, наступает динамическое равновесие. Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью называется насыщенным.

Плотность насыщенного пара при данной температуре остается постоянной. Демонстрация интерактивной модели (Единая коллекция ЦОР http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669b797c-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/2_4.swf)

3. Практическое применение полученных знаний

1. Почему трещит горящее полено?

При повышенной влажности деревянные предметы отсыревают. При горении из них интенсивно испаряется влага. Увеличиваясь в объеме, пар с треском разрывает волокна древесины.

2. Оказывается, температура огурца в любую жару на несколько градусов ниже температуры воздуха. Чем это можно объяснить?

3. Почему летом дождевые капли крупные, а осенью мелкие?

Падающие летом мелкие дождевые капли обычно не достигают поверхности земли, так как они либо испаряются, либо поднимаются восходящими токами воздуха. Крупные же капли, образовавшихся во многих случаях от слияния меньших, достигают земли, не успев по пути испариться. Осенью, когда температура воздуха заметно падает, мелкие холодные капельки дождя не успевают испариться, и вся их масса достигает поверхности земли

4. Когда стираешь одежду зимой, требуется несколько дней, чтобы она высохла. А если постирать ее летним днем, то она высыхает до вечера. Почему?

5. Почему сырые дрова, даже разгоревшись, дают меньше тепла, чем сухие?

6. Почему вода гасит огонь костра?

4. Подведение итогов урока

Учитель проводит краткий опрос по итогам урока:

  • Что такое испарение? От чего зависит скорость испарения?
  • Охарактеризуйте состояние динамического равновесия?
  • Что такое конденсация? Как изменяется внутренняя энергия жидкости при испарении и конденсации?

Домашнее задание: А.В.Перышкин, «Физика 8», §16,17, упр. 12 (устно), выполнить эксперимент (задание стр. 53).

12.4: Испарение и конденсация — Chemistry LibreTexts

Цели обучения

  • Объясните, как межмолекулярные силы влияют на скорость испарения, испарения и конденсации.

На крыше дома на картинке ниже есть устройство, известное как «болотный охладитель». Это оборудование восходит к древним египтянам, которые вешали мокрые одеяла на двери своих домов. Когда теплый воздух проходил через одеяла, вода испарялась и охлаждала воздух.\ text {o} \ text {F} \)) и низкой влажности (желательно менее \ (30 \% \)). Эти кулеры хорошо работают в пустынных районах, но не обеспечивают охлаждения во влажных районах страны.

Испарение

Лужа, оставленная нетронутой, со временем исчезает. Молекулы жидкости уходят в газовую фазу, становясь водяным паром. Испарение — это процесс превращения жидкости в газ. Испарение — это превращение жидкости в пар при температуре ниже температуры кипения жидкости.Если вместо этого вода хранится в закрытом контейнере, молекулы водяного пара не имеют возможности выйти в окружающую среду, и поэтому уровень воды не изменится. Когда некоторые молекулы воды становятся паром, такое же количество молекул водяного пара конденсируется обратно в жидкое состояние. Конденсация — это изменение состояния с газа на жидкость.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Испарение (A) и конденсация (B).

Чтобы молекула жидкости перешла в газовое состояние, молекула должна обладать достаточной кинетической энергией, чтобы преодолеть межмолекулярные силы притяжения в жидкости.Напомним, что в данном жидком образце будут молекулы с широким диапазоном кинетических энергий. Молекулы жидкости, обладающие определенной пороговой кинетической энергией, покидают поверхность и превращаются в пар. В результате оставшиеся молекулы жидкости имеют более низкую кинетическую энергию. По мере испарения температура оставшейся жидкости понижается. Вы наблюдали эффект испарительного охлаждения. В жаркий день молекулы воды в вашем поту поглощают тепло тела и испаряются с поверхности вашей кожи.В процессе испарения оставшийся пот становится более прохладным, что, в свою очередь, поглощает больше тепла от вашего тела.

Данная жидкость испаряется быстрее при нагревании. Это связано с тем, что процесс нагрева приводит к тому, что большая часть молекул жидкости имеет кинетическую энергию, необходимую для выхода с поверхности жидкости. На рисунке ниже показано распределение кинетической энергии молекул жидкости при двух температурах. Количество молекул, обладающих необходимой кинетической энергией для испарения, показано в заштрихованной области под кривой справа.Жидкость с более высокой температурой \ (\ left (T_2 \ right) \) имеет больше молекул, способных уходить в паровую фазу, чем жидкость с более низкой температурой \ (\ left (T_1 \ right) \).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): кривые распределения кинетической энергии для жидкости при двух температурах \ (T_1 \) и \ (T_2 \). Заштрихованная область представляет молекулы с достаточной кинетической энергией, чтобы покинуть жидкость и стать паром.

На высоте 29 029 футов \ (\ left (8848 \: \ text {m} \ right) \) гора Эверест в Гималайском хребте на границе между Китаем и Непалом является самой высокой точкой на Земле.\ text {o} \ text {C} \). Из-за этой разницы очень сложно выпить приличную чашку чая (что определенно расстроило некоторых британских альпинистов).

Кипячение

По мере нагрева жидкости средняя кинетическая энергия ее частиц увеличивается. Скорость испарения увеличивается по мере того, как все больше и больше молекул могут уходить с поверхности жидкости в паровую фазу. В конце концов достигается точка, когда молекулы по всей жидкости обладают достаточной кинетической энергией для испарения .В этот момент жидкость закипает. Точка кипения — это температура, при которой давление пара жидкости равно внешнему давлению. На рисунке ниже показано кипение жидкости.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Сравнение испарения и кипения.

На рисунке слева жидкость ниже точки кипения, но часть жидкости испаряется. Справа температура повышена до тех пор, пока в теле жидкости не начнут образовываться пузырьки.Когда давление пара внутри пузырька равно внешнему атмосферному давлению, пузырьки поднимаются на поверхность жидкости и лопаются. Температура, при которой происходит этот процесс, является точкой кипения жидкости.

Нормальная точка кипения — это температура, при которой давление пара жидкости равно стандартному давлению. Поскольку атмосферное давление может меняться в зависимости от местоположения, точка кипения жидкости изменяется в зависимости от внешнего давления. Нормальная точка кипения является постоянной, поскольку она определяется относительно стандартного атмосферного давления \ (760 \: \ text {мм} \: \ ce {Hg} \) (или \ (1 \: \ text {atm} \ ) или \ (101.3 \: \ text {кПа} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Влияние высоты на температуру кипения воды.

Сводка

  • Точка кипения — это температура, при которой давление пара жидкости равно внешнему давлению.
  • С увеличением высоты температура кипения снижается.
  • Испарение — это превращение жидкости в пар при температуре ниже температуры кипения жидкости.
  • Конденсация — это изменение состояния из газа в жидкость.
  • При повышении температуры скорость испарения увеличивается.

Материалы и авторство

Эта страница была создана на основе содержимого следующими участниками и отредактирована (тематически или всесторонне) командой разработчиков LibreTexts в соответствии со стилем, представлением и качеством платформы:

Скорость испарения, скорость конденсации и относительная влажность

В последнем разделе я утверждал кое-что, возможно, удивительное: испарение и конденсация происходят вокруг вас одновременно все время, но вы часто не видите результатов, потому что они происходят на молекулярном уровне.Очевидные фазовые изменения происходят, когда происходит либо «чистая» конденсация, либо «чистое» испарение (при условии, что у вас есть немного жидкой воды для начала). «Чистая» конденсация означает, что скорость конденсации превышает скорость испарения, что приводит к образованию капель жидкой воды. С другой стороны, если предположить, что у вас есть немного жидкой воды для начала, «чистое» испарение, что означает, что скорость испарения превышает скорость конденсации, заставляет капли жидкой воды сжиматься (или полностью исчезать) или лужи на земле превращаются в высыхают и т. д.

Состояния чистого испарения и чистой конденсации чрезвычайно важны для синоптиков, потому что они, помимо прочего, влияют на образование облаков и осадков, а также на испарение осадков (и последующее охлаждение за счет испарения). Чтобы лучше понять, как достигается чистое испарение и чистая конденсация, нам нужно немного больше понять, что контролирует скорость испарения (количество молекул воды, испаряющихся в данной области за данный период времени) и скорость конденсации (количество молекулы водяного пара, конденсирующиеся в жидкую воду в данной области в течение заданного периода времени).

Во-первых, связи, которые неплотно соединяют молекулы воды в жидкой фазе, не так уж и сильны, поэтому иногда естественная вибрация молекул воды разрывает эти связи, что приводит к испарению. Конечно, как вы знаете, колебания молекул зависят от температуры: чем выше температура, тем быстрее молекулярные колебания и тем более вероятно, что молекула жидкой воды вырвется из своих соседей и испарится в водяной пар. Таким образом, это означает, что температура воды является основным регулятором скорости испарения.Более низкая температура воды приводит к более низкой скорости испарения, в то время как более высокая температура воды приводит к более высокой скорости испарения.

А как насчет скорости конденсации? Чтобы изучить регуляторы скорости конденсации, давайте проведем небольшой эксперимент, начав с закрытого пустого контейнера, наполненного сухим воздухом (без молекул водяного пара). Теперь нальем в емкость немного воды и посмотрим, что произойдет. Со временем наиболее энергичные молекулы воды разрывают молекулярные связи со своими соседями и испаряются в пространство над водой, постепенно увеличивая там количество молекул водяного пара.По прошествии времени и по мере того, как все больше молекул воды входит в паровую фазу в пространстве над водой, некоторые молекулы водяного пара конденсируются обратно в жидкость, когда они вступают в контакт (случайно) с границей раздела между жидкой водой и воздухом выше.

Эксперимент, который начинается с контейнера без молекул воды (слева). На втором этапе эксперимента в емкость добавляется вода, и вода начинает испаряться. В то же время молекулы воды в газовой фазе могут конденсироваться обратно в жидкость.Сначала скорость испарения намного превышает скорость конденсации.

Кредит: Дэвид Бэбб

Первоначально скорость конденсации мала, потому что присутствует только несколько молекул водяного пара, и вероятность того, что любая из них вступит в контакт с поверхностью раздела между воздухом и водой, мала. Фактически, скорость испарения намного превышает скорость конденсации на ранней стадии (происходит чистое испарение). Но с течением времени и продолжением чистого испарения воздух над водой содержит все большее количество молекул водяного пара.По мере увеличения количества молекул водяного пара вероятность того, что молекула водяного пара контактирует с границей раздела между воздухом и водой и снова конденсируется в жидкость, также увеличивается, что приводит к увеличению скорости конденсации.

Итак, по мере увеличения количества молекул водяного пара в воздухе над водой скорость конденсации также увеличивается. Скорость конденсации будет продолжать увеличиваться до тех пор, пока она не будет соответствовать скорости испарения, что является состоянием, называемым равновесие , что означает, что скорость конденсации равна скорости испарения.В состоянии равновесия температура оставшейся воды на дне контейнера ниже, чем температура воды, которая присутствовала в начале эксперимента. Это потому, что самые энергичные молекулы воды испарились, тем самым снизив среднюю кинетическую энергию (другими словами, температуру) оставшейся воды. Причем температура оставшейся воды равна температуре «воздуха» над водой. Это состояние равновесия, при котором скорость конденсации равна скорости испарения, изображено слева внизу.

Во второй фазе эксперимента контейнер в состоянии равновесия (слева) нагревается. При повышении температуры воды (справа) скорость испарения также увеличивается. В свою очередь, количество водяного пара в «воздушном пространстве» над водой увеличивается. В конце концов, скорость конденсации увеличивается и уравновешивает ускоренную скорость испарения, достигая нового равновесия.

Кредит: Дэвид Бэбб

Если мы возьмем наш контейнер в состоянии равновесия и увеличим температуру (как показано справа вверху), что произойдет? Повышение температуры воды приводит к увеличению скорости испарения, и на какое-то время происходит чистое испарение.Но с увеличением испарения в воздухе над водой существует больше молекул воды, что, в свою очередь, увеличивает скорость конденсации. Скорость конденсации снова увеличивается до тех пор, пока она не сравняется со скоростью испарения и не будет достигнуто новое равновесие (с более высокими скоростями испарения и скоростью конденсации, чем исходное равновесие, показанное выше справа).

Относительная влажность (RH) равна скорости конденсации, деленной на скорость испарения, умноженной на 100 процентов.

Кредит: Стив Семан

Итак, как скорость испарения и скорость конденсации связаны с погодой? Что ж, они являются основой для переменной, о которой, возможно, вы слышали — относительная влажность , .Хотя вы, возможно, слышали термин «относительная влажность» раньше, вы можете не знать, о чем он на самом деле говорит. Для начала, относительная влажность — это скорость конденсации, деленная на скорость испарения, умноженная на 100 процентов (показано справа). Относительная влажность обычно колеблется от нескольких процентов (когда скорость испарения намного больше, чем скорость конденсации) до 100 процентов, что происходит при равновесии. Однако 100 процентов не является верхним пределом относительной влажности, потому что на самом деле скорость конденсации иногда немного превышает скорость испарения (так растут капли воды).

О чем нам говорит относительная влажность? Он говорит нам, насколько близка скорость конденсации к скорости испарения. Когда относительная влажность приближается к 100 процентам, скорость конденсации приближается к скорости испарения. Низкие значения относительной влажности означают, что скорость испарения намного превышает скорость конденсации. Но поскольку относительная влажность зависит от скорости испарения, которая зависит от температуры, относительная влажность не говорит нам, сколько водяного пара присутствует в воздухе. Например, относительная влажность составляет 100 процентов на обеих стадиях нашего эксперимента, описанного выше, в котором скорость конденсации равна скорости испарения (равновесия), но больше молекул водяного пара присутствует в состоянии равновесия после того, как мы повысили температуру.Сама по себе относительная влажность также не является хорошим индикатором того, насколько душным или влажным воздух кажется большинству людей.

На практике мы не можем рассчитать относительную влажность, используя уравнение выше справа, потому что мы не можем легко определить скорость испарения и конденсации в любой момент времени. Однако мы можем связать скорость испарения и конденсации с погодными переменными, которые мы можем легко измерить. Поскольку мы знаем, что скорость конденсации контролируется количеством присутствующего водяного пара, и мы используем точки росы для оценки количества присутствующего водяного пара, очевидно, что скорость конденсации связана с точками росы.Действительно, чем выше точка росы, тем выше скорость конденсации. Между тем, температура контролирует скорость испарения (более высокие температуры приводят к более высокой скорости испарения), поэтому относительная влажность зависит от точки росы (которая отражает количество присутствующего водяного пара) и температуры . Однако я должен отметить, что мы не можем просто подставить точку росы и температуру в приведенное выше уравнение для относительной влажности и выполнить простой расчет. Математические связи между скоростью конденсации и точкой росы, скоростью испарения и температурой слишком сложны для этого и выходят за рамки этого курса.Тем не менее, понимание основных взаимосвязей между температурой и скоростью испарения, а также точкой росы и скоростью конденсации приводит нас к следующему важному уроку:

Извлеченный урок: Когда скорость испарения намного превышает скорость конденсации, существует большая разница между температурой и точкой росы, а относительная влажность низкая. Когда скорость испарения и скорость конденсации одинаковы, существует небольшая разница между температурой и точкой росы, а относительная влажность высокая.

Этот урок имеет много важных применений. Во-первых, это помогает нам понять утверждение, которое я сделал в предыдущем разделе, о том, что потенциал испарительного охлаждения при выпадении дождя максимален, когда существует большая разница между температурой и точкой росы. Когда существует большая разница между температурой и точкой росы, скорость испарения намного больше, чем скорость конденсации (относительная влажность низкая), что означает большое чистое испарение , что вызывает заметное охлаждение.

Эти концепции также помогают нам понять условия, необходимые для образования облаков (чистой конденсации). Мы будем исследовать, как достигается чистая конденсация для образования облаков в следующих разделах, но обычно вы можете услышать, как некоторые люди ошибочно объясняют образование облаков, говоря, что «облака образуются при охлаждении воздуха, потому что холодный воздух не может удерживать столько водяного пара. как теплый воздух «. Но это не совсем так — все сводится к скорости испарения и конденсации. В следующем разделе мы собираемся исследовать заблуждение, согласно которому теплый воздух содержит больше водяного пара, чем холодный.

Каковы причины испарения и конденсации?

Лужа после утреннего дождя полностью исчезнет к полудню. В теплый день на внешней стороне стакана чая со льдом образуются капли воды. Эти природные явления являются результатом испарения и конденсации, центральных компонентов круговорота воды. Хотя испарение и конденсация — противоположные процессы, оба они вызваны взаимодействием молекул воды с окружающим их теплым или холодным воздухом.

Причины испарения

Испарение происходит, когда жидкая вода превращается в водяной пар, при этом около 90 процентов воды, проходящей через такое преобразование, происходит из рек, озер и океанов.Проще всего понять причину испарения, рассмотрев кастрюлю с кипящей водой. Когда вода в кастрюле достигает точки кипения, 100 градусов по Цельсию (212 градусов по Фаренгейту), водяной пар в виде пара поднимается из кастрюли. Тепло является причиной испарения и требуется для отделения друг от друга молекул воды. Хотя этот процесс не часто происходит в природе так быстро или так очевидно, как в кипящем котле, тепло все еще действует везде, где есть водоем, разделяя молекулы воды, чтобы их можно было унести вверх, преобразовывая воду из воды. жидкость в газ.

Факторы, влияющие на испарение

Скорость ветра, температура и влажность — все это факторы, влияющие на испарение в природе, хотя они не являются действительной причиной испарения. И ветер, и более высокие температуры могут привести к более быстрому испарению жидкой воды. Ветер увеличивает общий объем воздуха, контактирующего с поверхностью, обеспечивая большую способность удерживать влагу. Более высокие температуры также увеличивают количество влаги, которая может испаряться в воздухе. Высокая влажность оказывает обратное влияние на испарение.Поскольку в воздухе уже содержится относительно большое количество воды, количество дополнительной влаги, которую он может унести за счет испарения, ограничено. Другими словами, более высокий уровень влажности замедляет скорость преобразования жидкости в газ.

Другие способы выхода воды с поверхности Земли

Испарение — не единственный способ превращения воды в пар. Транспирация — это аналогичный процесс, при котором листья растений «дышат» водой, забираемой из корней, в виде водяного пара. Замороженная вода тоже может испаряться, хотя этот процесс называется сублимацией.Быстрое повышение температуры может вызвать мгновенное превращение снега в пар, а не таяние — процесс, который еще раз демонстрирует важную роль тепла в испарении.

Причины конденсации

Как и испарение, конденсация возникает как часть круговорота воды. Молекулы воды, которые поднялись вверх за счет испарения, в конечном итоге встречаются с более холодным воздухом на более высоких уровнях атмосферы. Водяной пар в теплом влажном воздухе конденсируется, образуя более крупные капли воды, которые в конечном итоге будут видны как облака.Причина — изменение температуры. Более прохладный воздух не может разделить молекулы воды, поэтому они снова объединяются, образуя капли. Конденсация происходит, даже если облака не видны. По мере конденсации водяного пара обычно начинают формироваться облака. Затем идут осадки, и круговорот воды начинается снова.

Примеры испарения и конденсации | Образование

Испарение и конденсация происходят по мере изменения физического состояния вещества. Хотя их называют научными процессами, ежедневно происходит множество примеров испарения и конденсации.Испарение — это процесс перехода вещества в жидкой форме в газовую фазу. Напротив, конденсация — это когда газ возвращается в жидкую форму. Для того чтобы произошло испарение, жидкость должна набрать достаточно энергии, чтобы заставить молекулы разойтись дальше. Часто энергия исходит от тепла. Когда происходит конденсация, молекулы сближаются, обычно после охлаждения.

Испарение в атмосфере

Молекулы воды постоянно циркулируют в нашей атмосфере, когда идет дождь, затем высыхает и в конце концов снова падает.Когда различные источники воды на планете «высыхают», происходит испарение. Молекулы воды получают достаточно энергии за счет солнечного света или тепла, излучаемого земной поверхностью, чтобы превращаться в водяной пар. Затем они выбрасываются в атмосферу в газообразном состоянии.

Конденсация в атмосфере

По мере того, как водяной пар поднимается в атмосфере, он охлаждается. Более низкие температуры заставляют молекулы конденсироваться обратно в жидкую форму. Эти молекулы, хотя и очень маленькие, собираются вместе, образуя облака.По мере того как все больше и больше конденсированных молекул присоединяются к облаку, в конечном итоге образуются капли дождя. Когда капли становятся достаточно большими, они падают на землю в виде дождя.

Испарение в повседневной жизни

Испарение обычно происходит в повседневной жизни. Когда вы выходите из душа, вода на вашем теле испаряется по мере высыхания. Если вы оставите стакан с водой, уровень воды будет медленно снижаться по мере испарения воды. Одним из важных примеров испарения является потоотделение. Пот требует энергии, чтобы испариться с вашей кожи.Он получает эту энергию от избыточного тепла, которое вырабатывает ваше тело, что, в свою очередь, заставляет вас остывать.

Конденсация в повседневной жизни

Подобно испарению, конденсация также происходит в повседневной жизни. Когда вы выходите на улицу в холодный день, вы можете видеть свое дыхание на выдохе. Воздух, покидающий ваши легкие, намного теплее, чем температура наружного воздуха, из-за чего водяные пары конденсируются в небольшой туман. Конденсация также наблюдается, когда вы принимаете горячий душ, а зеркало в ванной запотевает или запотевает.По мере того, как воздух нагревается, он соприкасается с холодным зеркалом, и на поверхности возникает конденсат.

Круговорот воды: осадки, конденсация и испарение — видео и стенограмма урока

Где вода?

Водный цикл , также известный как гидрологический цикл , представляет собой процесс, посредством которого вода перемещается с места на место над, на и под поверхностью Земли. Это процесс, при котором вода перемещается вокруг Земли в разные места.Общее количество воды на Земле относительно не меняется, и остается примерно таким же с момента образования нашей планеты. Когда планета остыла, водяной пар, присутствующий при ее образовании, конденсировался, чтобы заполнить океаны и другие места, такие как внутренние озера и реки.

Распределение воды на Земле

Поверхность Земли состоит на 75% из воды и на 25% из суши. 97% воды — это соленая вода, удивительно высокий процент, оставив только 3% пресной воды.Большая часть этого — две трети пресной воды на Земле — заморожена в снегу и льду в ледниках, ледяных шапках и т. Д. В результате остается только около 1% всей воды на Земле в жидком и свежем состоянии, что делает ее очень ограниченным природным ресурсом. Если этого недостаточно, большая часть жидкой пресной воды хранится под землей в водоносных горизонтах. Подземные воды — это именно то, как звучит это слово: вода, хранящаяся под поверхностью Земли. Но, как и камни или другие виды материи, вода на Земле не статична.Он постоянно перемещается вокруг гидросферы , слоя Земли, где присутствует вода. Он движется, изменяясь в трех различных процессах, составляющих круговорот воды.

Испарение

Давайте начнем путешествие круговорота воды с воды на поверхности Земли. Вот где большая часть жидкой воды на поверхности, верно? Испарение — это процесс преобразования воды из жидкого состояния в газообразное, также известный как водяной пар.Другими словами, вода покидает поверхность Земли и входит в атмосферу в виде газа.

Фактически, Геологическая служба США (USGS) утверждает, что до 90% водяного пара в воздухе поступает из поверхностных вод, включая океаны, озера и реки, а остальная часть поступает от растений. Когда это происходит, все, что находится в воде, растворенное или нерастворенное, остается. Это включает соль, камни, минералы и другие материалы, которые часто попадают в поверхностные воды.

Испарение — это процесс очистки.Один из способов очистки морской воды — нагреть ее, чтобы она испарилась, а затем собрать пар. Пар — это чистая вода, и чтобы его снова превратить в жидкость, требуется следующая фаза круговорота воды.

Конденсация

Конденсация — это процесс, при котором водяной пар превращается обратно в жидкую воду. Конденсация очень важна для нашей погоды и климата, потому что она отвечает за образование облаков.

Без облаков мы бы не добрались до третьей фазы, называемой осадками, о которой мы поговорим через минуту.Облака образуются, когда водяной пар конденсируется вокруг мелких частиц, таких как частицы пыли или дыма в воздухе. В зависимости от размера капель эти частицы могут быть или не быть видимыми. Даже в ясный безоблачный день водяной пар всегда присутствует в атмосфере, но его количество может быть разным. Мы знаем, что он присутствует в очень влажный день; часто кажется, что нам нужно плыть по воздуху! Туман — это конденсат у земли.

Туман — это конденсат, образующийся у земли.

Туман образуется, когда влажный более теплый воздух соприкасается с более холодным воздухом у поверхности.Точно так же, как когда зеркало в ванной запотевает во время душа из-за конденсации, он также образуется из-за того, что этот теплый воздух контактирует с более холодной воздушной массой. Туман образует капли в воздухе, а не на поверхности вашего зеркала.

Осадки

Осадки , следующая фаза круговорота воды, — это вода, которая выпадает из атмосферы в виде дождя, мокрого снега, снега, града или ледяного дождя. Облака необходимы для выпадения осадков, потому что капли дождя — это капли облаков, которые сконденсировали достаточно воды, чтобы начать падать.Частицы облака не обладают достаточной массой, чтобы упасть, но по мере того, как конденсация продолжает добавлять воду к этим частицам, гравитация в конечном итоге притягивает их к Земле в виде осадков.

Частицы облаков с достаточным количеством конденсата падают на Землю в виде осадков.

Согласно данным Геологической службы США, миллионы облачных частиц должны объединиться, чтобы сформировать одну каплю дождя. Температура определяет тип осадков, выпадающих с облаков.Более прохладная погода означает больше льда и снега, а также более опасное вождение. Ой!

Другие части круговорота воды

Испарение, конденсация и осадки являются тремя основными частями круговорота воды, но есть и другие стадии, через которые вода может проходить. Эти разные вещи происходят в основном после того, как на Землю упала вода. Мы знаем, что вода может стать стоком , когда она течет по поверхности в озера, реки и ручьи.

Может впитаться в землю и стать грунтовыми водами или впитаться в растения.Под грунтовыми водами понимается любая вода под землей, обычно собирающаяся в водоносных горизонтах, содержащих большую часть жидкой пресной воды, о которой мы упоминали ранее.

Растения используют воду для выработки энергии, и они также теряют часть воды в окружающий воздух в результате процесса, называемого транспирация . Транспирация — это растение, теряющее воду через листья. Это похоже на то, как мы, люди, теряем воду в воздух через дыхание. В конце концов, большая часть поверхностных вод либо поглощается грунтовыми водами, либо испаряется с поверхности, либо направляется в океан, где в конечном итоге испаряется.

Резюме урока

Итак, резюмируя, вода движется через цикл на Земле, называемый водным циклом , иногда называемым гидрологическим циклом . Круговорот воды начинается с поверхностных вод, которые представлены реками, озерами и океанами. Затем он проходит через испарение, или процесс, посредством которого вода превращается из жидкого состояния в газообразное состояние, называемое водяным паром. За этим следует конденсация , которая представляет собой процесс, при котором водяной пар превращается обратно в жидкую воду.Затем вода становится осадков , то есть водой, падающей из облаков в виде дождя, ледяного дождя, мокрого снега, снега или града.

Вода постоянно проходит через все живые существа, а также через землю и атмосферу. Эти процессы не создают сколько-нибудь значительного количества новой воды, поэтому имеющаяся у нас вода циклически проходит через живые и неживые существа, и так было с момента создания Земли.

Результаты обучения

После этого урока вы сможете:

  • Определить круговорот воды, подземные воды и гидросферу
  • Объясните, как вода проходит через испарение, конденсацию и осадки
  • Опишите другие части круговорота воды, например, воду, стекающую или грунтовую, или испускаемую растениями.

Испарение и конденсация в почвах: экспериментальные и модельные исследования для сравнения неравновесных подходов при различных атмосферных граничных условиях

Абстрактные

Испарение и конденсация в голых почвах определяют потоки воды и энергии между землей и атмосферой.Несмотря на их важность для гидрологического цикла, существует большая неопределенность, связанная с нашим пониманием этих сложных многофазных явлений. В представительной шкале элементарного объема фазовый переход (т.е. испарение / конденсация) между водяным паром и жидкой водой обычно оценивается в гидрологии почвы с использованием предположения о равновесии. Подход, основанный на равновесии, предполагает, что в порах почвы фазовый переход происходит мгновенно. Однако при определенных условиях экспериментально наблюдались конечные времена улетучивания / конденсации, что ставит под сомнение правомерность использования предположения о равновесии для всех возможных сценариев взаимодействия суши и атмосферы.Использование неравновесных соотношений массопереноса основано на уравнении Герца-Кнудсена (HK), полученном из кинетической теории газов. Было предложено несколько составов для численного представления фазового перехода между водяным паром и жидкой водой, многие из которых основаны на эмпирических подгоночных параметрах. Целью этого исследования было провести беспристрастное сравнение между различными формулами с неравновесным фазовым переходом с использованием полностью связанной модели тепломассопереноса, которая имитирует процессы испарения / конденсации из почв с использованием прецизионных лабораторных данных.Неизотермическое решение было реализовано в численной модели для учета пяти различных формул с неравновесным фазовым переходом, описанных в литературе. Была проведена серия из пяти экспериментов с использованием уникальной лабораторной системы, состоящей из почвенного резервуара с граничными условиями контролируемого воздушного потока на поверхности почвы. Аппарат был оснащен сенсорной сетью для непрерывного и автономного сбора данных о влажности почвы, температуре почвы и воздуха, относительной влажности и скорости ветра.Условия поверхности почвы (например, температура, суточные колебания и скорость ветра) и начальные условия (например, глубина до уровня грунтовых вод) варьировались в каждом эксперименте. Численные результаты сравнивались с экспериментальными данными в отсутствие эмпирически определенной усиленной диффузии пара. Различные составы показали разную степень способности точно прогнозировать скорость испарения / конденсации. Модифицированный состав HK лучше всего сохранил форму кривых испарения на стадии 1 и 2 испарения.Остальные четыре состава сильно переоценили / недооценили испарение стадии 1 и недооценили испарение стадии 2. Помимо обеспечения наилучших оценок испарения, формулировка HK не требовала использования эмпирических подгоночных параметров. Сравнение различных формулировок демонстрирует важность определения правильной физики на границе раздела суша и атмосферы для оценки испарения / конденсации. Учет фазового перехода применим к текущим гидрологическим и экологическим проблемам, включая моделирование атмосферы и суши, а также понимание улетучивания и переноса загрязнителей на мелководье.

Испарение, конденсация и точка росы

Крытые бассейны испаряют много воды. А поскольку каждое действие имеет равную и противоположную реакцию, испарение означает также конденсацию. В этой статье мы обсудим испарение, конденсацию и температуру точки росы.

Круговорот воды

На этой упрощенной диаграмме круговорота воды на Земле показано испарение, конденсация, осадки и сбор:

Источник: TheWeek

Для закрытых плавательных бассейнов имеет место аналогичный цикл, за исключением того, что осадки и сбор происходят в системе осушения бассейна, вода сбрасывается, а бассейн наполняется водопроводной водой.

Вода испаряется, а затем конденсируется. В случае осушителя бассейна это достигается механически с помощью охлаждающих змеевиков). Эти змеевики осаждают конденсат в сборный лоток, который затем выбрасывают. Однако мы считаем, что эту воду можно и нужно вернуть в систему циркуляции бассейна перед системой фильтрации и дезинфекции. В конце концов, этот конденсированный водяной пар — это дистиллированная вода. Она чиста и чиста, как вода.

Связано: Проблемы осушения в нататориях

Испарение и влажность

Хотя эти явления происходят в природе, давайте рассмотрим в качестве примера крытый бассейн. Испарение — это естественное превращение воды в пар, на ниже температуры кипения. 1 Для испарения воды требуется энергия, которая проявляется в виде тепла. Таким образом, испарение фактически совпадает с потерей тепла из воды (испарительное охлаждение).Это явление также происходит на нашей коже, когда она намокает. Когда вода (или пот) испаряется с нашей кожи, она нас охлаждает.

Вода испаряется и превращается в водяной пар или влагу. Этот пар уходит в воздух и увеличивает влажность в нататории. Влажность — это показатель влажности воздуха. Абсолютная влажность — это количество влаги в воздухе при заданной температуре. Оставленный без осушения, в какой-то момент воздух станет на 100% насыщенным водяным паром и снова конденсируется в воду.Процент водяного пара в воздухе относительно того, сколько воздуха может удерживать (при данной температуре), называется Относительная влажность (RH) .

Жара и влажность увеличиваются в разы. В нататории это означает, что воздух у потолка самый горячий и насыщенный влагой. Вот почему имеет смысл иметь возвратный клапан среднего и / или высокого уровня. В традиционном дизайне нататориев это также является причиной того, что во многих нататориях есть вытяжки через потолок, потому что они выбрасывают самый влажный воздух в комнате.С точки зрения осушения потолочные вытяжки — довольно хорошая идея … но с точки зрения качества воздуха в помещении для бассейнов они не могут удалить загрязнения хлорамином. Поэтому, по нашему опыту, потолочные вытяжки в нататории — это ошибка. По крайней мере, они не помогают уменьшить количество хлораминов.

Связано: Ресурсы дизайна Natatorium

Что увеличивает испарение воды в бассейне?

Формулу испарения можно найти в Руководстве по проектированию ASHRAE, раздел 62.1. Не волнуйтесь, если вы не инженер, разрабатывающий системы осушения бассейна, вам не нужно знать математику. Здесь важно то, что на скорость испарения воды в бассейне влияют несколько факторов.

Источник: Справочник ASHRAE §62.1, стр. 6.5

Бассейны испаряют много воды. Открытые бассейны могут испаряться столько же, сколько весь их объем за год, особенно в сухом жарком климате, таком как Аризона. То, что большинство людей удивляется, — потому что мы, конечно, были — так это то, что закрытых бассейнов испаряются примерно весь свой объем за год.Правильно, не опечатка. Инженеры могут рассчитать нагрузку на испарение, которую можно преобразовать в галлоны или литры. Количество воды, теряемой должным образом осушенным бассейном из-за испарения, будет примерно равно объему бассейна каждый год. Сумасшедший, правда?

Есть факторы, которые влияют на количество испарения.

Низкая относительная влажность = больше испарения

Причина, по которой открытые бассейны в Аризоне испаряются быстрее, чем в Хьюстоне, не из-за температуры воздуха — и в Хьюстоне, и в Аризоне очень жарко, — а в влажности.Хьюстон — очень влажное место летом, поэтому его воздух уже более насыщен водяным паром, чем сухая засушливая пустыня Аризоны. Испарение происходит намного быстрее в сухом климате из-за более низкой относительной влажности.

Те же принципы применимы к закрытым бассейнам. Если относительная влажность поддерживается слишком низкой (скажем, ниже рекомендованной 50-60% относительной влажности), испарение увеличивается. Это означает, что осушитель удаляет больше влаги из воздуха.

Более низкая температура воздуха (относительно температуры воды) = большее испарение

Вопреки тому, что вы думаете, более холодный воздух может привести к большему испарению, чем более горячий воздух в контролируемой среде.Опять же, количество влаги в воздухе имеет значение, но не менее важна и температура самой воды в бассейне. Когда бассейн теплее, чем воздух над ним, скорость испарения увеличивается, а иногда и резко. Мы слышали от инженера много лет назад (но не можем найти источник прямо сейчас), что каждый градус по Цельсию ниже температуры бассейна, скорость испарения увеличивается на 7%. Это может показаться незначительным, пока воздух не станет на 3 или 4º холоднее, чем в бассейне, и у вас не будет испарения на 21-28% больше, чем рассчитан осушителем.

Связано: Держите двери Нататория закрытыми

Оптимальная температура воздуха для крытого бассейна на 2ºF выше температуры воды, примерно до 90ºF, в зависимости от того, кого вы спросите. Большинство экспертов по осушению, с которыми мы беседовали, согласны с тем, что 88-90ºF примерно настолько жарко, насколько вы должны позволить быть нататорию.

Движение воздуха над водой = большее испарение

ASHRAE §62.1 говорит, что скорость воздуха, движущегося над водой, в идеале должна составлять 30 футов в минуту (FPM).Скорость воздуха, движущегося по воде, никогда не должна превышать 50 футов в минуту. Как показывает этот отрывок из справочника ASHRAE, разница в испарении значительна:

«Приточный воздух должен быть направлен на поверхности оболочки, склонные к конденсации (стекло и двери). Движение воздуха над водной поверхностью бассейна не должно превышать 30 футов в минуту (в соответствии со скоростью испарения w p в уравнении [2] Если скорость движения воздуха над водной поверхностью увеличится со стандартных 30 футов в минуту до 125 футов в минуту, испарение увеличится примерно на 30%. Воздух, который движется по поверхности воды, лучше всего обрабатывается вытяжной системой с улавливанием источников. Испарение с поверхности воды следует оценивать с помощью уравнения (2) ». — ASHRAE §62.1, стр. 6.6

Помните предыдущий пример испарительного охлаждения пота или воды на нашей коже, который охлаждает нас? Вы когда-нибудь замечали, насколько вам холоднее, когда дует ветер? Если вы выпрыгиваете из бассейна и ветер усиливается, это может быть день 90ºF, и вы действительно можете замерзнуть, пока не высохнете.Почему? Поскольку движение воздуха над водой увеличивает испарение, и испарение охлаждают.

Точка конденсации и росы

Конденсация — это когда водяной пар меняет состояние с газа на жидкость. Конденсация происходит, когда относительная влажность (RH) достигает 100%, и вода выпадает из воздуха. Конденсация и осадки снижают относительную влажность, поэтому осушение работает для контроля относительной влажности в нататории. К счастью, осушители для бассейнов могут контролировать, когда и где относительная влажность достигает 100%, потому что они могут контролировать температуру точки росы. Точка росы — это температура, при которой водяной пар снова конденсируется в воду. Относительная влажность в точке росы составляет 100%.

Осушитель для бассейнов следит за тем, чтобы окружающие условия в нататории не допускали конденсации. Они создают относительную влажность 50-60% в нататориуме и моют окна теплым кондиционированным воздухом, чтобы предотвратить конденсацию на стекле.

Кроме того, необходимо мыть наружное оконное стекло, потому что оно имеет наименьшую изоляцию снаружи.Поэтому в холодные месяцы стекло часто бывает холоднее точки росы, поэтому на нем легко конденсируется влага, как конденсируется влага в холодном пиве в жаркий летний день.

Осушитель имеет змеевик с холодным хладагентом. Поскольку здесь так холодно, температура ниже точки росы. Поэтому, когда теплый влажный воздух проходит через змеевик, влага из воздуха конденсируется и капает в сборный лоток (осадки). Эта вода дистиллированная, поэтому она не содержит минералов или других растворенных твердых веществ.Как упоминалось ранее, он завершит круговорот воды, чтобы рециркулировать эту дистиллированную воду обратно в систему циркуляции бассейна перед системами фильтрации и дезинфекции. Мы будем настаивать на этом с помощью местных кодов и кодов штата, но на данный момент в большинстве штатов это не разрешено (по какой-то неопределенной причине).

Заключение

Вкратце, это испарение, влажность, конденсация и точка росы. Мы не профессиональные инженеры, поэтому мы не выполняем расчет влагосодержания для определения размеров осушителей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.