Jak zachodzi parowanie? Od czego zależy szybkość parowania cieczy? Czynniki wpływające na ten proces
Parowanie to fizyczny proces przejścia materii z stan ciekły w stan gazowy (parę) z powierzchni cieczy. Proces parowania jest odwrotnością procesu kondensacji (przejścia ze stanu pary w stan ciekły).
Proces parowania zależy od intensywności ruch termiczny cząsteczki: im szybciej poruszają się cząsteczki, tym szybsze jest parowanie. Ponadto ważnymi czynnikami wpływającymi na proces parowania są szybkość zewnętrznej (w stosunku do substancji) dyfuzji, a także właściwości samej substancji. Mówiąc najprościej, gdy jest wiatr, parowanie zachodzi znacznie szybciej. Jeśli chodzi o właściwości substancji, na przykład alkohol odparowuje znacznie więcej szybciej niż woda. Istotnym czynnikiem jest także powierzchnia płynu, z której następuje parowanie: z wąskiej karafki będzie ono zachodzić wolniej niż z szerokiego talerza.
Rozważmy ten proces na poziomie molekularnym: cząsteczki, które mają wystarczającą energię (prędkość), aby pokonać przyciąganie sąsiednich cząsteczek, wyrywają się z granic substancji (cieczy). W tym przypadku ciecz traci część swojej energii (ochładza się). Np. gorąca herbata: dmuchamy na powierzchnię płynu, aby go schłodzić, jednocześnie przyspieszając proces odparowania.
Wilgotność bezwzględna
Wilgotność bezwzględna - ilość wilgoci (w kg) zawarta w jednym metr sześcienny powietrze. Ze względu na małą wartość, najczęściej mierzona jest w g/m3. Ale ze względu na fakt, że przy określonej temperaturze powietrza powietrze może zawierać tylko maksymalną maksymalną ilość wilgoci (wraz ze wzrostem temperatury ta maksymalna możliwa ilość wilgoci wzrasta, wraz ze spadkiem temperatury powietrza maksymalna możliwa ilość wilgoci maleje) wprowadzono pojęcie wilgotności względnej
Wilgotność względna
- stosunek ciśnienia cząstkowego pary wodnej w gazie (głównie w powietrzu) do ciśnienia równowagowego pary nasyconej w danej temperaturze. Równoważną definicją jest stosunek udziału masowego pary wodnej w powietrzu do maksymalnego możliwego. Mierzone jako procent.
Prężność pary nasyconej wody znacznie wzrasta wraz ze wzrostem temperatury (patrz wykres). Dlatego przy izobarycznym (czyli pod stałym ciśnieniem) chłodzeniem powietrza przy stałym stężeniu pary następuje moment (punkt rosy), w którym para jest nasycona. W tym przypadku „dodatkowa” para skrapla się w postaci mgły lub kryształków lodu. Procesy nasycania i kondensacji pary wodnej odgrywają ogromną rolę w fizyce atmosfery: procesy powstawania chmur i powstawanie frontów atmosferycznych są w dużej mierze determinowane przez procesy nasycenia i kondensacji, które zapewnia ciepło uwalniane podczas kondensacji atmosferycznej pary wodnej; mechanizm energetyczny powstawania i rozwoju cyklonów tropikalnych (huraganów).
Jeśli zostawisz naczynie z wodą odkryte, woda po pewnym czasie wyparuje. Jeśli wykonasz ten sam eksperyment z alkohol etylowy lub benzyny, proces ten zachodzi nieco szybciej. Jeśli podgrzejesz garnek z wodą na wystarczająco mocnym palniku, woda się zagotuje.
Wszystkie te zjawiska są szczególnym przypadkiem parowania, przemiany cieczy w parę. Istnieją dwa rodzaje waporyzacji parowanie i wrzenie.
Co to jest parowanie
Parowanie to powstawanie pary z powierzchni cieczy. Parowanie można wyjaśnić w następujący sposób.
Podczas zderzeń zmieniają się prędkości cząsteczek. Często zdarzają się cząsteczki, których prędkość jest tak duża, że pokonują przyciąganie sąsiadujących cząsteczek i odrywają się od powierzchni cieczy. (Molekularna struktura materii). Ponieważ nawet w małej objętości cieczy znajduje się wiele cząsteczek, takie przypadki zdarzają się dość często i następuje ciągły proces parowania.
Cząsteczki oddzielone od powierzchni cieczy tworzą nad nią parę. Część z nich na skutek chaotycznego ruchu wraca do cieczy. Dlatego przy wietrze parowanie zachodzi szybciej, gdyż unosi parę z cieczy (tutaj także zachodzi zjawisko „wychwytywania” i oddzielania cząsteczek od powierzchni cieczy przez wiatr).
Dlatego w zamkniętym naczyniu parowanie szybko zatrzymuje się: liczba cząsteczek, które „wypadają” w jednostce czasu, staje się równa liczbie, która „powróciła” do cieczy.
Szybkość parowania zależy od rodzaju cieczy: im mniejsze przyciąganie pomiędzy cząsteczkami cieczy, tym intensywniejsze parowanie.
Jak większy obszar powierzchni cieczy, tym więcej cząsteczek ma możliwość ją opuścić. Oznacza to, że intensywność parowania zależy od powierzchni cieczy.
Wraz ze wzrostem temperatury zwiększają się prędkości cząsteczek. Dlatego im wyższa temperatura, tym intensywniejsze parowanie.
Co się gotuje
Gotowanie to intensywne parowanie, które następuje w wyniku podgrzewania cieczy, tworzenia się w niej pęcherzyków pary, wypływających na powierzchnię i tam pękających.
Podczas wrzenia temperatura cieczy pozostaje stała.
Temperatura wrzenia to temperatura, w której wrze ciecz. Zwykle mówiąc o temperaturze wrzenia danej cieczy mamy na myśli temperaturę, w której ciecz ta wrze przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym.
Podczas waporyzacji cząsteczki, które oddzieliły się od cieczy, zabierają jej część energia wewnętrzna. Dlatego gdy ciecz odparowuje, ochładza się.
Ciepło właściwe parowania
Wielkość fizyczna charakteryzująca ilość ciepła wymaganą do odparowania jednostki masy substancji nazywa się ciepłem właściwym parowania. (kliknij link, aby uzyskać więcej informacji szczegółowa analiza ten temat)
W układzie SI jednostką miary tej wielkości jest J/kg. Jest on oznaczony literą L.
Szczegóły Kategoria: Teoria kinetyki molekularnej Opublikowano 09.11.2014 21:08 Wyświetleń: 12413W stanie ciekłym substancja może istnieć w pewnym zakresie temperatur. W temperaturze poniżej dolnej wartości tego przedziału ciecz zamienia się w ciało stałe. A jeśli wartość temperatury przekroczy górną granicę przedziału, ciecz przechodzi w stan gazowy.
Wszystko to możemy zaobserwować na przykładzie wody. W stanie ciekłym widzimy go w rzekach, jeziorach, morzach, oceanach i kranach. Stan stały wody to lód. Zamienia się w nią, gdy przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym jej temperatura spadnie do 0 o C. A gdy temperatura wzrośnie do 100 o C, woda wrze i zamienia się w parę, czyli jej stan gazowy.
Nazywa się proces zamiany substancji w parę odparowanie. Odwrotny proces przejścia z pary w ciecz - kondensacja .
Parowanie zachodzi w dwóch przypadkach: podczas odparowywania i podczas wrzenia.
Odparowanie
Parowanie to proces fazowy przejścia substancji ze stanu ciekłego do stanu gazowego lub parowego na powierzchni cieczy .
Podobnie jak w przypadku topienia, ciepło jest pochłaniane przez substancję podczas parowania. Wydawany jest na pokonanie sił adhezji cząstek (cząsteczek lub atomów) cieczy. Energia kinetyczna cząsteczek, które mają ich najwięcej wysoka prędkość, przekracza ich potencjalną energię interakcji z innymi cząsteczkami cieczy. Dzięki temu pokonują przyciąganie sąsiadujących cząstek i wylatują z powierzchni cieczy. Średnia energia pozostałych cząstek staje się mniejsza, a ciecz stopniowo ochładza się, jeśli nie jest podgrzewana z zewnątrz.
Ponieważ cząstki poruszają się w dowolnej temperaturze, następuje również parowanie w dowolnej temperaturze. Wiemy, że kałuże wysychają po deszczu nawet przy zimnej pogodzie.
Ale szybkość parowania zależy od wielu czynników. Jeden z najważniejszych - temperatura substancji. Im jest ona wyższa, tym większa jest prędkość ruchu cząstek i ich energia oraz tym większa ich liczba opuszcza ciecz w jednostce czasu.
Napełnij 2 szklanki taką samą ilością wody. Jednego wystawimy na słońce, drugiego zostawimy w cieniu. Po pewnym czasie zobaczymy, że w pierwszej szklance jest mniej wody niż w drugiej. Była rozgrzana promienie słoneczne i szybciej odparowywał. Kałuże po deszczu latem również wysychają znacznie szybciej niż wiosną czy jesienią. W ekstremalnych upałach woda szybko odparowuje z powierzchni zbiorników. Wysychają stawy i jeziora, wysychają płytkie koryta rzek. Im wyższa temperatura środowisko, tym większa szybkość parowania.
Przy tej samej objętości płyn w szerokim talerzu wyparuje znacznie szybciej niż płyn wlany do szklanki. To znaczy, że szybkość parowania zależy od powierzchni parowania . Im większy jest ten obszar, tym duża ilość cząsteczki wylatują z cieczy w jednostce czasu.
W tych samych warunkach zewnętrznych szybkość parowania zależy od rodzaju substancji . Napełnij szklane kolby równymi objętościami wody i alkoholu. Po chwili zobaczymy, że alkoholu zostało mniej niż wody. Paruje szybciej. Dzieje się tak, ponieważ cząsteczki alkoholu oddziałują ze sobą mniej niż cząsteczki wody.
Wpływa na szybkość parowania i obecność wiatru . Wiemy, że rzeczy po praniu wysychają znacznie szybciej, gdy wieje na nie wiatr. Strumień gorącego powietrza w suszarce do włosów może szybko wysuszyć nasze włosy.
Wiatr unosi cząsteczki wylatujące z cieczy i nigdy nie wracają. Ich miejsce zajmują nowe cząsteczki opuszczające ciecz. Dlatego w samej cieczy jest ich mniej. Dlatego szybciej odparowuje.
Sublimacja
Parowanie zachodzi także w ciała stałe Oh. Widzimy, jak zamarznięte, pokryte lodem pranie stopniowo wysycha na mrozie. Lód zamienia się w parę. Czujemy ostry zapach powstający w wyniku odparowania stałego naftalenu.
Niektóre substancje w ogóle nie mają fazy ciekłej. Na przykład jod pierwiastkowyI 2 - prosta substancja, czyli czarnoszare kryształy o fioletowym metalicznym połysku, w normalnych warunkach natychmiast zamieniają się w gazowy jod - fioletowe opary o ostrym zapachu. Jod płynny, który kupujemy w aptekach, nie jest w stanie ciekłym, ale roztworem jodu w alkoholu.
Proces przejścia ciał stałych w stan gazowy z pominięciem stanu ciekłego sublimacja, Lub sublimacja .
Wrzenie
Wrzenie - Jest to również proces przejścia cieczy w parę. Ale parowanie podczas wrzenia zachodzi nie tylko na powierzchni cieczy, ale w całej jej objętości. Co więcej, proces ten jest znacznie intensywniejszy niż podczas parowania.
Postaw czajnik z wodą na ogniu. Ponieważ woda zawsze zawiera rozpuszczone w niej powietrze, po podgrzaniu na dnie czajnika i na jego ściankach pojawiają się bąbelki. Pęcherzyki te zawierają powietrze i nasyconą parę wodną. Najpierw pojawiają się na ściankach czajnika. Ilość pary w nich wzrasta, a one same powiększają się. Następnie pod wpływem siły wyporu Archimedesa oderwą się od ścian, wzniosą się i pękną na powierzchni wody. Gdy temperatura wody osiągnie 100 o C, w całej objętości wody utworzą się pęcherzyki.
Parowanie zachodzi w dowolnej temperaturze, ale wrzenie następuje tylko w określonej temperaturze, która nazywa się temperatura wrzenia .
Każda substancja ma swoją własną temperaturę wrzenia. To zależy od ciśnienia.
Przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym woda wrze w temperaturze 100 o C, alkohol - w 78 o C, żelazo - w 2750 o C. A temperatura wrzenia tlenu wynosi minus 183 o C.
Wraz ze spadkiem ciśnienia spada temperatura wrzenia. W górach gdzie Ciśnienie atmosferyczne niżej woda wrze w temperaturze poniżej 100 o C. A im wyżej nad poziomem morza, tym niższa będzie temperatura wrzenia. Oraz w szybkowarze, w którym jest tworzony wysokie ciśnienie krwi woda wrze w temperaturze powyżej 100 o C.
Para nasycona i nienasycona
Jeżeli substancja może jednocześnie występować w fazie ciekłej (lub stałej) i fazie gazowej, wówczas nazywa się jej stan gazowy prom . Para powstaje z cząsteczek uwalnianych podczas parowania z cieczy lub ciała stałego.
Wlej płyn do naczynia i szczelnie zamknij pokrywką. Po pewnym czasie ilość płynu zmniejszy się w wyniku jego odparowania. Cząsteczki opuszczające ciecz będą koncentrować się nad jej powierzchnią w postaci pary. Ale kiedy gęstość pary stanie się dość wysoka, część z niej zacznie wracać do cieczy. A takich cząsteczek będzie coraz więcej. Wreszcie nadejdzie moment, w którym liczba cząsteczek opuszczających ciecz i liczba cząsteczek powracających do niej zrówna się. W tym przypadku tak mówią ciecz znajduje się w równowadze dynamicznej ze swoją parą . I taka para nazywa się bogaty .
Jeśli podczas waporyzacji więcej cząsteczek wyleci z cieczy niż z niej powróci, wówczas taka para będzie nienasycone . Para nienasycona powstaje, gdy odparowująca ciecz znajduje się w otwartym pojemniku. Opuszczające go cząsteczki są rozproszone w przestrzeni. Nie wszystkie wracają do cieczy.
Kondensacja pary
Nazywa się odwrotnym przejściem substancji ze stanu gazowego do stanu ciekłego kondensacja. Podczas kondensacji część cząsteczek pary powraca do cieczy.
Para zaczyna zamieniać się w ciecz (skraplać się), gdy pewna kombinacja temperatura i ciśnienie. Ta kombinacja nazywa się punkt krytyczny . Maksymalna temperatura , poniżej którego zaczyna się kondensacja nazywa się krytyczny temperatura. Powyżej temperatury krytycznej gaz nigdy nie zamieni się w ciecz.
W punkcie krytycznym granica między stanami fazowymi ciecz-para ulega rozmyciu. Zanika napięcie powierzchniowe cieczy, wyrównują się gęstości cieczy i jej pary nasyconej.
W równowadze dynamicznej, gdy liczba cząsteczek opuszczających ciecz i powracających do niej jest równa, procesy parowania i kondensacji równoważą się.
Kiedy woda paruje, tworzą się jej cząsteczki para wodna , który miesza się z powietrzem lub innym gazem. Temperatura, w której taka para w powietrzu zostaje nasycona, po ochłodzeniu zaczyna się skraplać i zamienia się w kropelki wody, nazywa się punkt rosy .
Kiedy w powietrzu znajduje się duża ilość pary wodnej, mówi się, że ma on wysoką wilgotność.
W przyrodzie bardzo często obserwujemy parowanie i kondensację. Poranna mgła, chmury, deszcz – to wszystko jest efektem tych zjawisk. Po podgrzaniu wilgoć wyparowuje z powierzchni ziemi. Cząsteczki powstałej pary unoszą się w górę. Napotykając po drodze chłodne liście lub źdźbła trawy, para skrapla się na nich w postaci kropel rosy. Nieco wyżej, w warstwach gruntu, przechodzi w mgłę. Wysoko w atmosferze, w niskich temperaturach, schłodzona para zamienia się w chmury składające się z kropelek wody lub kryształków lodu. Następnie z tych chmur spadnie deszcz lub grad na ziemię.
Ale kropelki wody powstają podczas kondensacji tylko wtedy, gdy w powietrzu znajdują się drobne cząstki stałe lub płynne, tzw jądra kondensacji . Mogą to być produkty spalania, rozpylania, cząstki pyłu, sól morska nad oceanem, w rezultacie powstały cząstki reakcje chemiczne w atmosferze itp.
Desublimacja
Czasami substancja może przejść ze stanu gazowego bezpośrednio do ciała stałego, z pominięciem stanu ciekłego. Proces ten nazywa się desublimacja .
Przykładem desublimacji są wzory lodu pojawiające się na szkle podczas zimnej pogody. Kiedy zamarza, gleba pokrywa się szronem - cienkimi kryształkami lodu, w które zamieniła się para wodna z powietrza.
W dowolnej temperaturze niektóre cząsteczki odlatują od powierzchni cieczy, tworząc nad nią parę. Proces przejścia substancji ze stanu ciekłego w stan gazowy nazywa się odparowanie. Tworzenie się pary, które zachodzi w dowolnej temperaturze na otwartej powierzchni cieczy, nazywa się parowaniem. Jego prędkość zależy od rodzaju cieczy, wielkości jej swobodnej powierzchni, temperatury, ciśnienia zewnętrznego oraz obecności strumienia powietrza nad cieczą, unoszącego parę.
Odejście cząsteczek od powierzchni cieczy podczas parowania wiąże się z wydatkiem energii wewnętrznej na pracę A w, jaką cząsteczka musi wykonać, aby pokonać siły przyciągania molekularnego i siły ciśnienia zewnętrznego. Praca ta jest wykonywana dzięki energii kinetycznej cząsteczek. Cząsteczka opuści ciecz tylko wtedy, gdy jej energia kinetyczna jest równa lub więcej pracy wynik: (m jest masą cząsteczki, v jest składnikiem prędkości cząsteczki, skierowanej prostopadle do powierzchni cieczy). Podczas parowania ciecz ochładza się, ponieważ emitowane cząsteczki zabierają część jej energii wewnętrznej.
Aby ciecz odparowała bez zmiany jej temperatury, należy do cieczy dostarczyć energię. Wielkość skalarna mierzona ilością energii potrzebną do przekształcenia jednostkowej masy cieczy w parę w stałej temperaturze nazywa się ciepłem właściwym parowania.
Aby zamienić jednostkową masę cieczy w parę w stałej temperaturze, podaje się jej ilość ciepła równą ciepłu właściwemu parowania. Podczas odparowywania zwiększa się objętość substancji. Zatem para wodna w temperaturze 100°C zajmuje objętość prawie 1700 razy większą niż objętość tej samej masy wody w temperaturze 100°C. Dlatego też, gdy substancja odparowuje, część ciepło właściwe parowanie spędza na wykonaniu pracy wbrew sile ciśnienia zewnętrznego, a część na zwiększeniu jej wewnętrznej energii potencjalnej. Dlatego w tej samej temperaturze energia wewnętrzna jednostki masy substancji w stanie gazowym jest większa niż w stanie ciekłym. Więc, 1 kg działa para wodna o temperaturze 100°C 2*10 6 j więcej energii wewnętrznej niż 1 kg woda o tej samej temperaturze.
Doświadczenia wykazały, że ciepło właściwe parowania substancji zależy od jej temperatury. Im wyższa temperatura substancji, tym niższe jest jej ciepło właściwe parowania. Na przykład, w temperaturze 0°C ciepło właściwe parowania wody wynosi 2499 kJ/kg, w temperaturze 50° C - 2385 kJ/kg, w 100°C - 2257 kJ/kg, w 200°C - 1943 kJ/kg. Spadek ciepła parowania tłumaczy się tym, że im wyższa jest temperatura substancji, tym większa jest energia kinetyczna jej cząsteczek i tym mniej energii trzeba dodatkowo przekazać cieczy, aby jej cząsteczki wyleciały do wnętrza cieczy. środowisko.
Nazwa ciepła właściwego parowania r kg/j. Przemienić m kg zamiana masy cieczy w parę wymaga określonej ilości energii, w szczególności ilości ciepła Q = rm.
Załóżmy, że w zamkniętym naczyniu ciecz paruje. W wyniku ruchu termicznego część cząsteczek pary zbliżającej się do powierzchni cieczy wraca do niej. W zamkniętym naczyniu zarówno proces parowania, jak i proces kondensacji zachodzą jednocześnie, jeśli liczba cząsteczek wyemitowanych z cieczy więcej numeru cząsteczki do niego powracające, wówczas nazywa się parę nad cieczą nienasycone. Eksperymenty z parami nienasyconymi wykazały, że podlegają one prawom gazowym.
W procesie parowania i kondensacji przychodzi moment, w którym liczba cząsteczek opuszczających ciecz w jednostce czasu będzie równa liczbie cząsteczek powracających do cieczy, to znaczy między cieczą a parą nastąpi równowaga dynamiczna. Para znajdująca się w równowadze dynamicznej z cieczą nazywana jest parą para nasycona. Można go nasycać nie tylko w zamkniętym naczyniu, ale także w atmosferze. Tak więc podczas mgły para wodna w powietrzu jest nasycona.
Otwórzmy kran A (rys. 35) i wpuśćmy do kolby kilka kropli eteru, który odparuje tworząc nienasyconą parę. Im więcej eteru wpuścimy do kolby, tym większe będzie ciśnienie jego nienasyconych par. Wpuszczamy eter, aż na dnie kolby pozostanie niewielka ilość ciekłego eteru. Pojawienie się tego ostatniego wskazuje, że pary eteru zostały nasycone. Od tego momentu manometr przestaje wskazywać wzrost ciśnienia - stało się ono stałe pomimo późniejszego dodania eteru. Stąd, ciśnienie i gęstość pary w danej temperaturze są największe, gdy para jest nasycona.
Jeśli w kolbie umieści się na przemian różne ciecze i zmierzy się ciśnienie ich nasyconych par, okazuje się, że w tej samej temperaturze prężność pary nasyconej różnych cieczy jest różna. Najwyższe ciśnienie ma para eteru, najmniejsza para alkoholu, a jeszcze mniej para wodna.
W temperaturze 20°C prężność pary nasyconej tych cieczy jest równa (w mmHg):
Przekonajmy się, czy ciśnienie pary nasyconej w stałej temperaturze zależy od jej objętości. Pod tłokiem w cylindrze podłączonym do manometru znajduje się ciecz i jej nasycona para (ryc. 36). Zmieniając jego objętość przesuwając tłok w górę, a następnie w dół, zgodnie z odczytem manometru to widzimy w stałej temperaturze prężność pary nasyconej nie zależy od objętości, i przy danej temperaturze dla danej cieczy jest to wartość stała. Oznacza to, że pary nasycone nie podlegają prawu Boyle’a-Marriotta. Zatem manometr kotła parowego w danej temperaturze zawsze pokazuje to samo ciśnienie, niezależnie od tego, ile objętości zajmuje w nim para nasycona.
Wyjaśnia to fakt, że gdy zmienia się objętość pary nasyconej, zmienia się jej masa. Wraz ze wzrostem objętości wzrasta masa pary (następuje dodatkowe odparowanie cieczy), gdy objętość zmniejsza się, masa pary maleje (część pary ulega kondensacji).
Przekonajmy się, czy to zależy stała objętość ciśnienie pary nasyconej od jej temperatury. Podgrzejmy parę nasyconą w kolbie (patrz ryc. 35), umieszczając ją gorąca woda. Widzimy Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta prężność pary nasyconej. Na przykład prężność pary nasyconej wody w temperaturze 50°C wynosi 92,5 mmHg Sztuka. i przy 100° C - 760 mmHg Sztuka.
Doświadczenia i obliczenia dotyczące zmiany prężności pary nasyconej w wyniku ogrzewania pokazują, że ciśnienie wzrasta wielokrotnie bardziej niż powinno zgodnie z prawem Charlesa, tj. zależność ciśnienia od temperatury nie jest zgodna z tym prawem. Wyjaśnia to fakt, że ciśnienie pary nasyconej wzrasta podczas ogrzewania, po pierwsze ze względu na wzrost średniej energii kinetycznej cząsteczek tej pary, a po drugie ze względu na wzrost stężenia cząsteczek pary, tj. wzrost całkowitej masy cząsteczek.
Dopóki para pozostaje nasycona, zmianie jej temperatury lub objętości zawsze towarzyszy zmiana masy pary, tj. parowanie lub kondensacja.
Właściwość nasyconej pary wodnej polegającej na zwiększaniu jej ciśnienia wraz ze wzrostem temperatury jest wykorzystywana w kotłach parowych do wytwarzania pary o wysokim ciśnieniu, na przykład 100 atm, w temperaturze wrzenia wody 310 ° C. Do wykorzystania pary w silniki parowe jest usuwany z kotła, podgrzewany i przekształcany w postać nienasyconą. Taka para nazywa się przegrzany, on ma duża podaż energia wewnętrzna. Jeżeli para nie jest przegrzana, zawiera kropelki cieczy.
Po otrzymaniu pary eteru w probówce zaczynamy ją chłodzić, umieszczając ją w mieszaninie lodu i soli. Na ściankach probówki pojawia się powłoka ciekłego eteru, ponieważ po ochłodzeniu jego opary zamieniają się w ciecz. Istnieją dwa sposoby zamiany pary w ciecz: zwiększenie ciśnienia pary, jej sprężenie (patrz ryc. 36) i obniżenie temperatury pary, jej ochłodzenie. Eksperymenty pokazują, że gazy można również przekształcić w ciecz (upłynnienie gazu). Aby to zrobić, należy je jednocześnie sprężyć i ochłodzić, aż zamienią się w ciecz.
Ilościowo parowanie charakteryzuje się masą wody, która odparowuje w jednostce czasu z jednostki powierzchni. Wielkość ta nazywana jest szybkością parowania. W układzie SI wyraża się to w kg/(m 2 s), w GHS – w g/(cm 2 s).
Szybkość parowania wzrasta wraz ze wzrostem temperatury powierzchni parowania. W procesie parowania cząsteczki wody zamieniając się w parę, część swojej energii zużywają na pokonanie sił spójności oraz na pracę rozprężania związaną ze zwiększeniem objętości cieczy, która przechodzi w stan gazowy. W rezultacie średnia energia cząsteczek pozostających w cieczy maleje, a ciecz się ochładza. Aby kontynuować proces parowania, potrzebne jest dodatkowe ciepło, które nazywa się ciepłem parowania. Ciepło parowania maleje wraz ze wzrostem temperatury powierzchni parowania.
Jeżeli parowanie następuje z powierzchni wody, wówczas zależność tę wyraża wzór:
Q = Q 0 - 0,65. t, (5,9)
gdzie Q jest ciepłem parowania, J/g;
t – temperatura parującej powierzchni, 0 C;
Q 0 = 2500 J/kg.
Jeżeli parowanie nastąpi z powierzchni lodu lub śniegu, wówczas:
Q = Q 0 - 0,36. t, (5.10)
Ze względów praktycznych szybkość parowania wyraża się wysokością (w mm) warstwy wody, która odparowuje w jednostce czasu. Warstwa wody o wysokości 1 mm, która odparuje z powierzchni 1 m 2, odpowiada jej masie 1 kg.
Zgodnie z prawem Daltona szybkość parowania W w kg/(m2.s) jest wprost proporcjonalna do deficytu wilgoci obliczonego na podstawie temperatury powierzchni parowania i odwrotnie proporcjonalna do ciśnienia atmosferycznego:
gdzie E 1 jest elastycznością nasycenia, obliczoną na podstawie temperatury powierzchni parowania, hPa;
e - ciśnienie pary w otaczającym powietrzu, hPa;
P – ciśnienie atmosferyczne, hPa;
A jest współczynnikiem proporcjonalności, który zależy od prędkości wiatru.
Z prawa Daltona jasno wynika, że im większa różnica (E 1-e), tym większa szybkość parowania. Jeśli parująca powierzchnia jest cieplejsza od powietrza, wówczas E 1 jest większa niż elastyczność nasycenia E w temperaturze powietrza. W tym przypadku parowanie trwa nawet wtedy, gdy powietrze jest nasycone parą wodną, to znaczy jeśli e = E (ale E I odwrotnie, jeśli powierzchnia parowania jest zimniejsza od powietrza, to przy dość dużej wilgotności względnej może się okazać, że E 1 Zależność szybkości parowania od ciśnienia atmosferycznego wynika to z faktu, że w nieruchomym powietrzu dyfuzja molekularna wzrasta wraz ze spadkiem ciśnienia zewnętrznego: im jest ona niższa, tym łatwiej jest cząsteczkom oderwać się od parującej powierzchni. Jednakże ciśnienie atmosferyczne na powierzchni ziemi waha się w stosunkowo małych granicach. Dlatego nie może znacząco zmienić szybkości parowania. Należy to jednak wziąć pod uwagę na przykład przy porównywaniu szybkości parowania na różnych wysokościach na obszarach górskich. Szybkość parowania zależy od prędkości wiatru. Wraz ze wzrostem prędkości wiatru wzrasta dyfuzja turbulentna, od której w dużej mierze zależy szybkość parowania. Im intensywniejsze mieszanie turbulentne, tym szybsze przenikanie pary wodnej do otoczenia. Jeśli powietrze przedostaje się z lądu do zbiornika wodnego, wówczas szybkość parowania ze zbiornika wodnego wzrasta, ponieważ powietrze napływające na stosunkowo suchszą powierzchnię ma większy deficyt wilgoci niż nad zbiornikiem wodnym. Podczas przenoszenia powietrza z powierzchni wody na ląd prędkość parowania stopniowo maleje w wyniku zmniejszania się deficytu wilgoci w powietrzu nad wodą. Na szybkość parowania z powierzchni mórz i oceanów wpływa ich zasolenie, ponieważ elastyczność nasycenia nad roztworem jest mniejsza niż nad słodką wodą. Na parowanie z powierzchni gleby istotny wpływ mają: właściwości fizyczne, stan powierzchni czynnej, rzeźba terenu i inne czynniki. Gładka powierzchnia paruje mniej niż szorstka powierzchnia, ponieważ turbulentne mieszanie jest na niej mniej rozwinięte niż na chropowatej powierzchni. Gleby lekkie, przy pozostałych czynnikach niezmiennych, parują mniej niż gleby ciemne, ponieważ mniej się nagrzewają. Luźne gleby z szerokimi kapilarami odparowują mniej niż gęste gleby z wąskimi kapilarami. Wyjaśnia to fakt, że przez wąskie kapilary woda unosi się bliżej powierzchni gleby niż przez szerokie. Szybkość parowania zależy od stopnia uwilgotnienia gleby: im bardziej sucha jest gleba, tym wolniej następuje parowanie. Na szybkość parowania wpływa ukształtowanie terenu. Na wzniesieniach, powyżej których występuje intensywne turbulentne mieszanie, parowanie następuje szybciej niż na nizinach, wąwozach i dolinach, gdzie powietrze jest mniej mobilne. Roślinność wpływa na szybkość parowania. Znacząco ogranicza parowanie bezpośrednio z powierzchni gleby. Jednak same rośliny odparowują dużo wilgoci, którą pobierają z gleby. Parowanie wilgoci przez rośliny jest procesem fizycznym i biologicznym i nazywa się transpiracją. Całkowitą utratę pary wodnej z danej powierzchni o tej samej szacie roślinnej nazywa się ewapotranspiracją. Obejmuje parowanie z powierzchni ziemi i roślin. Parowanie to maksymalne możliwe odparowanie na danym obszarze z określonej powierzchni czynnej o wystarczającej ilości wilgoci w istniejących tam warunkach meteorologicznych.
