Испарение как физическое явление.

Кипение - быстрый процесс, и от кипящей воды за короткий срок не остается и следа, она превращается в пар.

Но есть и другое явление превращения воды или другой жидкости в пар - это испарение. Испарение происходит при любой температуре вне зависимости от давления, которое в обычных условиях всегда близко к 760 мм рт. ст. Испарение, в отличие от кипения,- очень медленный процесс. Флакон с одеколоном, который мы забыли закрыть, окажется пустым через несколько дней; больше времени o простоит блюдце с водой, но рано или поздно и оно окажется сухим.

В процессе испарения большую роль играет воздух. Сам по себе он не мешает воде испаряться. Как только мы откроем поверхность жидкости, молекулы воды начнут переходить в ближайший слой воздуха.

Плотность пара в этом слое будет быстро расти; через небольшой срок давление пара станет равным упругости, характерной для температуры среды. При этом упругость пара будет в точности такой же как и при отсутствии воздуха.

Переход пара в воздух не означает, конечно, возрастания давления. Общее давление в пространстве над водяной поверхностью не возрастает, увеличивается лишь доля в этом давлении, которую берет на себя пар-, и соответственно уменьшается доля воздуха, который вытесняется паром.

Над водой имеется пар, перемешанный е воздухом, выше находятся слои воздуха без пара. Они неминуемо будут перемешиваться. Водяной пар будет непрерывно переходить в более высокие слои, а на его место в нижний слой будет поступать воздух, не содержащий молекул воды. Поэтому в ближайшем к воде слое будут все время освобождаться места для новых молекул воды. Вода будет непрерывно испаряться, поддерживая давление водяного пара у поверхности равным упругости, и процесс будет продолжаться до тех пор, пока вода не испарится полностью.

Мы начали с примера с одеколоном и водой. Хорошо известно, что они испаряются с разной быстротой. Исключительно быстро улетучивается эфир, довольно быстро - спирт и много медленнее - вода. Мы сразу поймем, в чем тут дело, если найдем в справочнике значения упругости паров этих жидкостей, скажем, при комнатной температуре. Вот эти цифры: эфир - 437 мм рт. ст., спирт - 44,5 мм рт. ст. и вода - 17,5 мм рт. ст.

Чем больше упругость, тем больше пара в прилегающем слое воздуха и тем быстрее жидкость испаряется. Мы знаем, что упругость пара возрастает с повышением температуры. Понятно, почему скорость испарения увеличивается при нагреве.

На скорость испарения можно повлиять еще и другим способом. Если мы хотим помочь испарению, надо быстрее уводить пар от жидкости, т. е. ускорить перемешивание воздуха. Именно поэтому испарение сильно ускоряется обдуванием жидкости. Вода, хотя и обладает относительно небольшой упругостью пара, исчезнет довольно быстро, если блюдце поставить на ветру.

Понятно поэтому, почему пловец, вышедший из воды, ощущает холод на ветру. Ветер ускоряет перемешивание воздуха с паром и, значит, убыстряет испарение, а тепло для испарения вынуждено отдать тело человека.

Самочувствие человека зависит от того, много или мало водяных паров находится в воздухе. И сухой и влажный воздух неприятны. Влажность считается нормальной, когда она равна 60%. Это значит, что плотность водяного пара составляет 60% от плотности водяного насыщенного пара при той же температуре.

Если влажный воздух охлаждать, то в конце концов давление водяных паров в нем сравняется с упругостью пара при этой температуре. Пар станет насыщенным и при дальнейшем понижении температуры начнет конденсироваться в воду. Утренняя роса, увлажняющая траву и листья, появляется как раз благодаря такому явлению.

При 20°С плотность насыщенных паров воды - около 0,00002 г/см 3 . Мы будем себя хорошо чувствовать, если в воздухе находится водяных паров 60% от этого числа - значит, лишь немного более одной стотысячной доли грамма в 1 см 3 .

Хоть эта цифра и мала, но для комнаты она приведет к внушительным количествам пара. Нетрудно подсчитать, что в комнате средних размеров с площадью 12 м 2 и высотой 3 м может "уместиться" в виде насыщенного пара около килограмма воды.

Значит, если плотно закрыть такую комнату и поставить открытую бочку с водой, то испарится литр воды, какова бы ни была емкость бочки.

Интересно сравнить этот результат для воды с соответствующими цифрами для ртути. При той же температуре в 20°С плотность насыщенного пара ртути - 10 -8 г/см 3 .

В комнате, о которой только что шла речь, уместится не более 1 г паров ртути.

Кстати говоря, ртутные пары очень ядовиты, и 1 г ртутных паров может серьезно повредить здоровью любого человека. Работая со ртутью, надо следить, чтобы даже самая маленькая капелька ртути не пролилась.

Научная теория позволяет не только понять, почему вещество может находиться в газообразном, жидком, и твердом состояниях, но и объяснить процесс перехода вещества из одного состояния в другое.

Испарение – это процесс, при котором жидкость постепенно переходит в воздух в форме пара или газа.

Все жидкости испаряются, но с разной скоростью.

Молекулы жидкости движутся беспорядочно.

На поверхности жидкости её молекулы движутся быстрее тех, что находятся внизу, и они могут улетать в воздух, преодолевая силы сцепления. Это и есть испарение.

Когда жидкость подогрета, испарение происходит быстрее – в теплой жидкости скорость движения молекул больше, больше молекул имеет шанс покинуть жидкость. Вылетевшая молекула принимает участие в беспорядочном тепловом движении газа. Беспорядочно двигаясь, она может навсегда удалиться от поверхности жидкости, находящийся в открытом сосуде, но может и вернуться снова в жидкость.

В закрытом сосуде испарение отсутствует, потому что пар быстро достигает точки насыщения, когда количество молекул, покидающих жидкость, равно количеству молекул вернувшихся в нее.

Если воздух над жидкостью движется, скорость испарения увеличивается, так как поток воздуха над сосудом уносит с собой образовавшиеся пары жидкости. Чем больше поверхность испаряющейся жидкости, тем быстрее происходит испарение. Вода в круглой сковородке испариться быстрее, чем в высоком кувшине.

При испарении жидкость покидают более быстрые молекулы, поэтому средняя кинетическая энергия молекул жидкости уменьшается. Это означает, что происходит понижение температуры жидкости. Смочив руку какой-нибудь быстро испаряющейся жидкостью (спирт, ацетон), можно почувствовать сильное охлаждение смоченного места. Охлаждение усилиться если на руку подуть.

Круговорот воды в природе

В сильную жару реки, пруды и озера мелеют, вода испаряется, то есть из жидкого состояния переходит в газообразное - превращается в невидимый пар. Содержание паров воды в воздухе называется влажностью воздуха. Она зависит от температуры. Так, воздух при температуре +20 градусов по Цельсию содержит в 4 раза больше воды, чем при 0 градусов по Цельсию. Тепло – вот причина этого явления. В течении дня, вода луж, прудов, озер, рек, морей, влага, содержащаяся в растениях нагревается Солнцем и испаряется причем тем скорее, чем сильнее нагрета. Можно заметить это, если две одинаковые тарелки наполнить разным количеством воды и одну из них выставить на солнцепек, а другую поместить в тень. Там где вода нагревается солнечными лучами, она будет испаряться заметно быстрее. Ускоряет испарение и ветер. Влажный лист бумаги на ветру высохнет быстрее, чем оставленный там, где воздух спокоен и неподвижен.

Испаряется вода быстрее и там, где суше окружающий воздух. В жаркие сухие дни человек потеет, но пот мало его беспокоит: он мгновенно высыхает. А когда стоит влажная жара, то от пота намокает даже одежда. Но если влага постоянно испаряется из морей, рек, озер, если она уходит из растений и исчезает в атмосфере, то почему же тогда Земля не высыхает?

Это не случается потому, что вода совершает постоянный круговорот. Испарившись, она поднимается вместе с нагретым воздухом, принимая форму мельчайших капелек.

Более 70% поверхности земного шара покрыто водами мирового океана. Но было время, когда морей не было вовсе. Ученые полагают, что около 3500 млн. лет назад наша Земля была очень горячей и ее окружали огромные клубы пара. Постепенно земля остывала, остывал и окружающий ее пар. Остывая, пар превращался в воду в атмосфере Земли и наполнял впадины в земной поверхности, образуя первые на земле моря.

Вода на Земле постоянно перемещается с одного места на другое:

1. С поверхности моря непрерывно улетучиваются крохотные частицы воды, невидимые невооруженным глазом. Они становятся частью окружающего нас воздуха в виде водяного пара.

2. Это процесс испарения. Вода превращается в водяной пар с поверхности водоемов практически в любую погоду. Но летом в жару, этот процесс идет значительно быстрее и интенсивнее.

3. Воздух, поднимаясь к верху становиться холоднее. Очутившись на большой высоте, водяной пар сгущается в крохотные капельки воды, которые зависают в воздухе в виде облаков.

4. Ветер переносит облака по небу.

5. Крохотные капельки, образующие облака, объединяются друг с другом – как именно это происходит, ученым пока неизвестно – и выпадают на землю в виде дождя.

6. Если воздух очень холодный, капельки в облаках замерзают и выпадают в виде снежинок.

7. На вершинах гор снег лежит круглый год. Оттуда по горным склонам стекают маленькие ручейки, подпитываемые тающим снегом.

8. Другие ручьи подпитываются дождевой водой. Все эти ручейки, ручьи со временем впадают в большие реки.

9. Реки стекают с гор и в конце концов впадают в море. Таким образом, вода, испарившаяся с поверхности нашей планеты, возвращается на нее.

Процесс испарения – это очень интересное физико-химическое явление, его интересно наблюдать и отмечать, как оно часто встречается в нашей жизни.

Я думаю, что наука еще не раз использует процесс испарения для пользы человека и нашей планеты.

Глава II «Практические опыты»

ОПЫТ № 1 «Зависимость скорости испарения от различных факторов»

1. Зависимость испарения от температуры

Оборудование:

▪ 2 стакана одного объема

▪ 2 блюдца разного диаметра

▪ 2 листа бумаги

▪ градусник для жидкостей

Ход опыта:

Нальем в два одинаковых стакана холодную и горячую воду. Отметим уровень воды в стаканах. Через 12 минут вода в горячем стакане испариться быстрее.

Вывод: Это происходит потому, что в подогретой жидкости молекулы увеличивают скорость под воздействием высокой температуры. Они толкают друг друга так сильно, что некоторые вырываются наружу и рассеиваются между молекулами воздуха в виде водяного пара.

2. Зависимость испарения от площади испаряемой поверхности, если температура жидкости одинакова.

Ход опыта:

Нальем горячую воду (для ускорения процесса опыта) в блюдца разного диаметра. Отметим уровень воды. Через 10 минут вода в большом блюдце испарилась быстрее (объем жидкости стал меньше).

Вывод: Чем больше поверхность испаряющийся жидкости, тем быстрее происходит испарение, так как количество испаряющихся молекул будет больше на большей площади.

3. Зависимость испарения от ветра.

Ход опыта:

Намочим два одинаковых листа бумаги водой. Один оставим высыхать на воздухе, а на другой с помощью фена направим струю холодного воздуха. Через 10 минут лист стал сухим, другой же оставался влажным еще часов.

Вывод: Если воздух над жидкостью движется, скорость испарения увеличивается, так как поток воздуха помогает молекулам жидкости оторваться от поверхности и перейти в парообразное состояние. Горячий воздух ускорит этот процесс.

4. Зависимость испарения от рода вещества.

Ход опыта:

Намочим два листа бумаги разными жидкостями: водой и спиртом. Через 3 минуты спирт с листа полностью испарился, лист, увлажненный водой, оставался сырым 20 минут.

Вывод: Процесс испарения веществ не одинаков. Это зависит от сил удерживающих молекулы этого вещества.

Скорость испарения можно изменять, зная факторы, влияющие на этот процесс!

ОПЫТ № 2 «Выделение вещества из раствора. Кристаллизация сахара».

Требуется:

▪ Стакан

▪ Горячая вода

▪ Чайная ложка

▪ Толстая хлопчатобумажная нить длиной 10 см.

▪ Скрепка

▪ Карандаш

Ход опыта:

1. Налить в чашку горячей воды и, помешивая ложечкой, добавлять сахар до тех пор, пока он не перестанет растворяться. Делать надо быстро, чтобы вода не успела остыть и растворила больше сахара.

2. Вылить раствор в стакан.

3. Привязать один конец к середине карандаша, а другой к скрепке.

4. Положить карандаш на стакан так, чтобы нить погрузилась в раствор, оставаясь натянутой.

5. Поставить стакан в холодное место и оставить его на день.

Результат: На нити образовались кристаллы сахара.

Вывод: Горячая вода помогла создать перенасыщенный раствор. Когда вода остыла, она не смогла удержать такое количество сахара, и его излишки образовали кристаллы. Когда перенасыщенный раствор остывает, часть растворенного вещества выделяется из растворителя (вода) в виде кристаллов. Вода является превосходным растворителем, но есть много растворов, в которых растворителем является спирт: духи, лаки, клеи. Достоинства этих продуктов (аромат духов, непроницаемость лаков, связующая способность клеев) связаны с тем, что спирт быстро испаряется, оставляя на поверхности растворенные вещества.

Испарение позволяет выделить вещества из раствора!

Заключение

Работая над темой испарение, я нашел ответы на свои вопросы. Я узнал, как происходит испарение, что скорость испарения веществ различна. Люди активно используют процесс испарения в своей жизни, применяют его в производстве различных механизмов и машин, используют в быту. В природе этот процесс происходит вне зависимости от деятельности человека и задача людей – не нарушать этот процесс. Для этого необходимо любить природу и любить нашу Землю! Опыты, которые я провел, были очень интересными, и я думаю, что можно провести еще много других опытов по этой теме. Сейчас, когда я смотрю «Дискавери» или читаю книги, я всегда обращаю внимание на испарение, происходящее в природе или в жизни человека, и я рад, что уже так много знаю о нем!

Как и в любой другой жидкости, есть , энергия которых позволяет им преодолеть межмолекулярное притяжение. Эти молекулы с силой разгоняются и вылетают на поверхность. Поэтому если стакан с водой накрыть бумажной салфеткой, то через некоторое время она станет немного влажной. Но испарение воды в разных условиях протекает с различной интенсивностью. Ключевыми физическими характеристиками, влияющими на скорость протекания данного процесса и его длительность, являются плотность вещества, температура, площадь поверхности, наличие .Чем больше плотность вещества, тем ближе друг к другу расположены молекулы. А значит, им сложнее преодолеть межмолекулярное притяжение, и они в гораздо меньшем количестве вылетают на поверхность. Если поместить две жидкости с разной плотностью (к примеру, воду и метиловый ) в одинаковые условия, то быстрее испарится та, плотность которой меньше. Плотность воды равна 0,99 г/см3, а плотность метилового - 0,79 г/см3. Следовательно, метанол испарится быстрее. Не менее важным фактором, влияющим на скорость испарения воды, является температура. Как уже говорилось, испарение при любой температуре, но с ее увеличением скорость движения молекул растет, и они в большем количестве покидать жидкость. Поэтому горящая вода испаряется быстрее, чем холодная.Интенсивность испарения воды зависит также и от площади ее поверхности. Вода, налитая в бутылку с узким горлышком будет испаряться , т.к. вылетевшие молекулы будут оседать на сужающихся вверху стенках бутылки и скатываться обратно. А молекулы воды, находящейся в блюдце, беспрепятственно будут покидать жидкость.Процесс испарения значительно ускорится, если над поверхностью, с которой происходит испарение, перемещаются воздушные потоки. Дело в том, что помимо выхода молекул из жидкости происходит их возвращение обратно. И чем сильнее циркуляция воздуха, тем меньше молекул, опускаясь, попадут обратно в воду. А значит, объем ее будет стремительно уменьшаться.

Источники:

• испарение воды

Различные свойства воды на протяжении многих лет интересуют ученых. Вода может находиться в различных состояниях – твёрдом, жидком и газообразном. При обычной средней температуре вода имеет вид жидкости. Ее можно пить, поливать ею растения. Вода может растекаться и занимать определенные поверхности и принимать форму тех сосудов, в которых она находится. Так почему же вода жидкая?

Вода имеет особую структуру, благодаря которой принимает вид жидкости. Она может литься, течь и капать. В кристаллах твердых веществ имеется строго упорядоченная структура. В газообразных веществах структура выражена как полный хаос. Вода же – промежуточная структура между и газообразным веществом. Частицы в структуре воды расположены на небольших расстояниях друг от друга и относительно упорядоченно. Но поскольку частицы со временем удаляются друг от друга, то и порядок структуры быстро исчезает.

Силы межатомного и межмолекулярного воздействия задают между частицами среднее расстояние. Молекулы воды состоят из атомов кислорода и водорода, где атомы кислорода одной молекулы притягиваются к атомам водорода другой молекулы. Образуется водородных связей, которая и придает воде определенные свойства текучести, при этом структура самой воды практически идентична структуре кристалла. С помощью многочисленных опытов то, что вода сама задает себе структуру в свободном объеме.

При соединении воды с твердыми поверхностями, структура воды начинает объединяться со структурой поверхности. Так как структура граничащего слоя воды остается без изменений, то начинают меняться его физико- . Меняется вязкость воды. Появляется возможность растворять вещества с определенной структурой и свойствами. Вода изначально представляет собой прозрачную бесцветную жидкость. Физические свойства воды можно называть аномальными, так как она имеет довольно высокую температуру кипения и замерзания.

У воды имеется поверхностное натяжение. Например, она имеет аномально высокие температуры замерзания и кипения, а также поверхностное натяжение. Удельные испарения и плавления у воды значительно выше, чем у каких-либо других веществ. Удивительная особенность в том, что плотность воды выше, чем плотность льда, что позволяет льду плавать на поверхности воды. Все эти чудесные свойства воды, как жидкости, снова объясняются существованием в ней тех водородных связей, которыми связаны молекулы.

Строение молекулы воды из трех атомов в геометрической проекции тетраэдра приводит к возникновению очень сильного взаимного притяжения молекул воды друг к другу. Всё дело в водородных связях молекул, ведь каждая молекула может образовать четыре абсолютно одинаковые водородные связи с другими молекулами воды. Этот факт и объясняет то, что вода – жидкая.

Не секрет, что пресной воды на

Все знают, что если развесить выстиранное белье, то оно высохнет. И так же очевидно, что мокрый тротуар после дождя обязательно станет сухим.

Испарение — это процесс, при котором жидкость постепенно переходит в воздух в форме пара или газа. Все жидкости испаряются с разной скоростью. Спирт, аммиак и керосин испаряются быстрей воды.

Есть две силы, воздействующие на молекулы, из которых состоят все вещества. Первая — это сцепление, которое удерживает их между собой. Другая — тепловое движение молекул, которое заставляет их разлетаться в разные стороны. Когда эти две силы уравновешены, мы имеем жидкость.

На поверхности жидкости ее молекулы находятся в движении. Эти молекулы, которые движутся быстрей соседних, находящихся внизу, могут улетать в воздух, преодолевая силы сцепления. Это и является испарением.

Когда жидкость подогрета, испарение происходит быстрей. Так происходит потому, что в теплой жидкости скорость движения молекул больше, больше молекул имеет шанс покинуть жидкость. В закрытом сосуде испарение отсутствует. Так случается потому, что количество молекул в паре достигает определенного уровня. Тогда количество молекул, покидающих жидкость, будет равно количеству молекул, вернувшихся в нее. Когда это происходит, мы можем сказать, что пар достиг точки насыщения.

Когда воздух над жидкостью движется, скорость испарения увеличивается. Чем больше поверхность испаряющейся жидкости, тем быстрее происходит испарение. Вода в круглой сковородке испарится быстрей, чем в высоком кувшине.

Куда исчезает вода, когда она высыхает?

Выглянув на улицу или посмотрев на дорогу, вы увидели там воду. Один час яркого солнечного света — и вода исчезает! Или, например, вывешенное на веревке белье высыхает к концу дня. Куда исчезает вода?

Мы говорим, что вода испаряется. Но что это значит? Испарение — это процесс, при котором жидкость на воздухе быстро становится газом или паром. Многие жидкости испаряются очень быстро, гораздо быстрее, чем вода. Это относится к алкоголю, бензину, нашатырному спирту. Некоторые жидкости, например ртуть, испаряются очень медленно.

Из-за чего происходит испарение? Чтобы понять это, надо кое-что представлять о природе материи. Насколько мы знаем, каждое вещество состоит из молекул. Две силы оказывают воздействие на эти молекулы. Одна из них — сцепление, которое притягивает их друг к другу. Другая — это тепловое движение отдельных молекул, которое заставляет их разлетаться.

Если сила сцепления выше, вещество остается в твердом состоянии. Если же тепловое движение настолько сильно, что оно превосходит сцепление, то вещество становится или является газом. Если две силы примерло уравновешены, то тогда мы имеем жидкость.

Вода, конечно, является жидкостью. Но на поверхности жидкости есть молекулы, которые движутся настолько быстро, что преодолевают силу сцепления и улетают в пространство. Процесс вылета молекул и называется испарением.

Почему вода испаряется быстрее, когда она находится на солнце или нагревается? Чем выше температура, тем интенсивнее тепловое движение в жидкости. Это значит, что все большее количество молекул набирает достаточную скорость, чтобы улететь. Когда улетают самые быстрые молекулы, скорость оставшихся молекул в среднем замедляется. Почему остающаяся жидкость охлаждается за счет испарения.

Так что, когда вода высыхает, это означает, что она превратилась в газ или пар и стала частью воздуха.