Поглощение энергии при испарении

Парообразование — это физический процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное. Образование пара может происходить двумя путями: испарением и кипением. Для доведения жидкости до кипения требуется подводить тепло, а процесс испарения происходит при любой температуре, без дополнительного сообщения тепла, когда поверхность жидкости открыта.

Из жидкости уходят самые быстрые, самые энергичные молекулы. Следовательно, средняя скорость оставшихся молекул уменьшается. Отсюда следует, что внутренняя энергия жидкости уменьшится, и поэтому жидкость будет охлаждаться.

Что влияет на скорость испарения

Скорость испарения зависит от большого количества факторов. Вот только некоторые из них:

• Строение вещества, его молекулярный состав играют определяющую роль для параметров испарения. Например, если намочить один кусок ткани водой, а другой эфиром, то окажется, что ткань смоченная эфиром высохнет намного быстрее. Силы притяжения между молекулами эфира существенно меньше сил притяжения водяных молекул. Поэтому эфир испарится быстрее. Запахи духов и туалетной воды мы чувствуем почти мгновенно также благодаря “летучести” молекул парфюма;

• Площадь поверхности, с которой идет испарение также играет значительную роль. Чем больше площадь свободной поверхности, тем больше частиц будет покидать жидкость, и скорость испарения будет увеличиваться. Простой пример демонстрирует это утверждение. Вода, налитая в большое блюдце испарится намного быстрее такого же количества воды, наполнившего стакан с меньшей площадью открытой поверхности;

• Температура — это еще один фактор, который значительно влияет на скорость испарения. Увеличение температуры жидкости приводит к росту скоростей молекул, вследствие чего возрастает количество молекул, покидающих жидкость. При понижении температуры все происходит ровно наоборот. С повышением температуры скорость испарения увеличивается. Понижение температуры будет работать на уменьшение скорости.
• Влияние воздушных потоков над поверхностью жидкости тоже оказывает значительное влияние на скорость испарения. Дело в том, что часть испарившихся молекул, теряя энергию, возвращается обратно (конденсируется). Поэтому воздушный поток, например, ветер или поток воздуха от вентилятора принудительно уберет эти молекулы от поверхности, тем самым увеличит скорость испарения.

На первый взгляд довольно простой процесс испарения описывается достаточно сложными математическими моделями. Для понимания формулы поглощенной энергии при испарении жидкости необходимо знать основы высшей математики. В общем виде можно записать, что поглощенная энергия E является функцией F нескольких переменных:

где:

E — поглощенная энергия. Греческая буква Δ используется перед основным обозначением переменной, указывая на уменьшение или увеличение (изменение) этой величины;

N — величина, связанная с молекулярным составом вещества;

T — температура;

S — площадь поверхности;

t — время испарения;

v — скорость внешнего воздушного потока.