Toți suntem conștienți de un fapt serios al vieții încă din copilărie. Pentru a răci ceaiul fierbinte, este necesar să-l turnați într-o farfurie rece și să-l suflați pe suprafața lui timp îndelungat. Când ai șase sau șapte ani, nu te gândești cu adevărat la legile fizicii, ci doar le iei de la sine înțeles sau, în termeni fizici, le iei ca pe o axiomă. Cu toate acestea, pe măsură ce învățăm știința de-a lungul timpului, descoperim asemănări interesante între axiome și dovezi consistente, traducând fără probleme ipotezele noastre din copilărie în teoreme pentru adulți. Același lucru este valabil și pentru ceaiul fierbinte. Niciunul dintre noi nu și-ar fi putut imagina că acest mod de răcire este direct legat de evaporarea lichidului.
Fizica procesului
Pentru a răspunde la întrebarea ce determină viteza de evaporare a unui lichid, este necesar să înțelegem însăși fizica procesului. Evaporarea este procesul de tranziție de fază a unei substanțe de la o stare lichidă de agregare la o stare gazoasă. Orice substanță lichidă se poate evapora, inclusiv foarte vâscoasă. Aparentși nu poți spune că o anumită suspensie asemănătoare cu jeleu își poate pierde o parte din masă din cauza evaporării, dar în anumite condiții asta se întâmplă exact. Un solid se poate evapora, de asemenea, doar acest proces se numește sublimare.
Cum se întâmplă
Începând să ne dăm seama de ce depinde viteza de evaporare a unui lichid, ar trebui să plecăm de la faptul că acesta este un proces endotermic, adică un proces care are loc cu absorbția de căldură. Căldura de tranziție de fază (căldura de evaporare) transferă energie moleculelor unei substanțe, crescând viteza acestora și crescând probabilitatea separării lor, slăbind în același timp forțele de coeziune moleculară. Rupându-se de cea mai mare parte a substanței, cele mai rapide molecule ies din limitele sale, iar substanța își pierde masa. În același timp, moleculele lichide ejectate fierb instantaneu, efectuând procesul de tranziție de fază la separare, iar ieșirea lor este deja în stare gazoasă.
Aplicație
Înțelegând motivele de care depinde viteza de evaporare a unui lichid, este posibilă reglarea corectă a proceselor tehnologice care au loc pe baza acestora. De exemplu, funcționarea unui aparat de aer condiționat, în schimbătorul de căldură-evaporator al cărui agent frigorific fierbe, preluând căldură din camera răcită sau fierberea apei în conductele unui cazan industrial, a cărui căldură este transferată la nevoi de incalzire si alimentare cu apa calda. Înțelegerea condițiilor de care depinde viteza de evaporare a unui lichid oferă posibilitatea de a proiecta și fabrica echipamente moderne și tehnologice de dimensiuni compacte și cu un coeficient crescut.transfer de căldură.
Temperatura
Starea lichidă de agregare este extrem de instabilă. Cu n-ul nostru pământesc. y. (conceptul de „condiții normale”, adică potrivite pentru viața umană), tinde periodic să treacă într-o fază solidă sau gazoasă. Cum se întâmplă asta? Ce determină viteza de evaporare a unui lichid?
Criteriul principal este, desigur, temperatura. Cu cât încălzim mai mult lichidul, cu atât aducem mai multă energie moleculelor substanței, cu cât rupem mai multe legături moleculare, cu atât procesul de tranziție de fază devine mai rapid. Apoteoza se realizează cu un fierbere nucleat constant. Apa fierbe la 100°C la presiunea atmosferică. Suprafața unei oale sau, de exemplu, a unui ceainic, unde fierbe, este doar la prima vedere perfect netedă. Cu o creștere multiplă a imaginii, vom vedea nesfârșite vârfuri ascuțite, ca în munți. Căldura este furnizată punctual fiecăruia dintre aceste vârfuri și, datorită suprafeței mici de schimb de căldură, apa fierbe instantaneu, formând o bulă de aer care se ridică la suprafață, unde se prăbușește. De aceea, o astfel de fierbere se numește cu bule. Rata de evaporare a apei este maximă.
Presiune
Al doilea parametru important, de care depinde viteza de evaporare a unui lichid, este presiunea. Când presiunea scade sub nivelul atmosferic, apa începe să fiarbă la temperaturi mai scăzute. Munca faimoaselor oale sub presiune se bazează pe acest principiu - tigăi speciale, de unde era pompat aerul, iar apa fierbea deja la 70-80 ºС. Creșterea presiunii, pe de altă parte,crește punctul de fierbere. Această proprietate utilă este utilizată atunci când se furnizează apă supraîncălzită de la o centrală termică către centrala termică și ITP, unde, pentru a menține potențialul de căldură transferată, apa este încălzită la temperaturi de 150-180 de grade, când este necesar să se excludă posibilitatea fierberii în țevi.
Alți factori
Suflarea intensivă a suprafeței lichidului cu o temperatură mai mare decât temperatura jetului de aer furnizat este un alt factor care determină viteza de evaporare a lichidului. Exemple în acest sens pot fi luate din viața de zi cu zi. Suflarea suprafeței lacului cu vântul, sau exemplul cu care am început povestea: suflarea ceaiului fierbinte turnat într-o farfurie. Se răcește datorită faptului că, desprinzându-se de cea mai mare parte a substanței, moleculele iau o parte din energie cu ele, răcind-o. Aici puteți vedea și efectul suprafeței. O farfurie este mai lată decât o cană, așa că din pătratul său poate scăpa mai multă masă de apă.
Tipul de lichid în sine afectează și viteza de evaporare: unele lichide se evaporă mai repede, altele, dimpotrivă, mai încet. Starea aerului înconjurător are, de asemenea, o influență importantă asupra procesului de evaporare. Dacă conținutul absolut de umiditate este mare (aer foarte umed, cum ar fi lângă mare), procesul de evaporare va fi mai lent.
