Vypařování - Evaporation
tento článek potřebuje další citace pro ověření.Srpna 2016) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) ( |
Vypařování je typ vypařování který se vyskytuje na povrch a kapalný jak se mění v plynnou fázi.[1] Okolní plyn nesmí být nasycen odpařující se látkou. Když se molekuly kapaliny srazí, přenášejí si navzájem energii na základě toho, jak se srazí. Když molekula poblíž povrchu absorbuje dostatek energie k překonání tlak páry, unikne a vstoupí do okolního vzduchu jako plyn.[2] Když dojde k odpařování, energie odstraněná z odpařené kapaliny sníží teplotu kapaliny, což vede k odpařovacímu chlazení.[3]
V průměru má pouze zlomek molekul v kapalině dostatek tepelné energie k úniku z kapaliny. Odpařování bude pokračovat, dokud nebude dosaženo rovnováhy, když se odpařování kapaliny rovná její kondenzaci. V uzavřeném prostředí se kapalina odpařuje, dokud není okolní vzduch nasycen.
Odpařování je nezbytnou součástí koloběh vody. Slunce (sluneční energie) pohání odpařování vody z oceánů, jezer, vlhkost v půdě a dalších zdrojích vody. v hydrologie, odpařování a transpirace (což zahrnuje odpařování v rostlině průduchy ) jsou souhrnně označovány evapotranspirace. Odpařování vody nastává, když je vystaven povrch kapaliny, což umožňuje molekulám uniknout a vytvářet vodní páru; tato pára pak může stoupat a vytvářet mraky. S dostatečnou energií se kapalina změní na páru.
Teorie
Pro molekuly kapaliny k odpaření, musí být umístěny blízko povrchu, musí se pohybovat správným směrem a musí mít dostatečné množství Kinetická energie překonat kapalnou fázi mezimolekulární síly.[4] Pokud tato kritéria splňuje pouze malá část molekul, rychlost odpařování je nízká. Vzhledem k tomu, že kinetická energie molekuly je úměrná její teplotě, probíhá odpařování při vyšších teplotách rychleji. Jak rychle se pohybující molekuly unikají, zbývající molekuly mají nižší průměrnou kinetickou energii a teplota kapaliny klesá. Tento jev se také nazývá chlazení odpařováním. Proto se odpařuje potit se ochlazuje lidské tělo. Odpařování má také tendenci postupovat rychleji s vyššími průtoky mezi plynnou a kapalnou fází a v kapalinách s vyššími tlak páry. Například prádlo na prádelní šňůře uschne (odpařováním) rychleji ve větrném dni než v klidném dni. Tři klíčové části odpařování jsou teplo, atmosférický tlak (určuje procentuální vlhkost) a pohyb vzduchu.
Na molekulární úrovni neexistuje striktní hranice mezi kapalným stavem a stavem par. Místo toho existuje Knudsenova vrstva, kde je fáze neurčená. Protože tato vrstva je tlustá jen několik molekul, v makroskopickém měřítku nelze vidět jasné rozhraní fázového přechodu.[Citace je zapotřebí ]
Kapaliny, které se při dané teplotě viditelně neodpařují v daném plynu (např. Olej na vaření v místnosti teplota ) mají molekuly, které nemají tendenci navzájem přenášet energii ve vzoru dostatečném k tomu, aby molekule často dodávaly tepelnou energii potřebnou k přeměně na páru. Nicméně, tyto kapaliny jsou odpařování. Jde jen o to, že proces je mnohem pomalejší, a tedy výrazně méně viditelný.
Odpařovací rovnováha
Pokud odpařování probíhá v uzavřeném prostoru, unikající molekuly se hromadí jako pára nad kapalinou. Mnoho z molekuly návrat do kapaliny, přičemž vracející se molekuly jsou čím dál častější hustota a tlak páry se zvyšuje. Když proces útěku a návratu dosáhne rovnováha,[4] pára se říká, že je „nasycená“, a žádná z nich se dále nezmění tlak páry a dojde k hustotě nebo teplotě kapaliny. U systému sestávajícího z páry a kapaliny z čisté látky tento rovnovážný stav přímo souvisí s tlakem par látky, jak je dán Clausius-Clapeyronův vztah:
kde P1, P2 jsou tlaky par při teplotách T1, T2 respektive ΔHvap je entalpie odpařování, a R je univerzální plynová konstanta. Rychlost odpařování v otevřeném systému souvisí s tlakem par v uzavřeném systému. Pokud je kapalina zahřátá, jakmile tlak páry dosáhne tlaku okolí, kapalina bude vařit.
Schopnost molekuly kapaliny odpařovat se do značné míry závisí na množství Kinetická energie jednotlivé částice mohou vlastnit. I při nižších teplotách se mohou jednotlivé molekuly kapaliny odpařovat, pokud mají více než minimální množství kinetické energie potřebné pro odpařování.
Faktory ovlivňující rychlost odpařování
Poznámka: Zde používaný vzduch je běžným příkladem; parní fází však mohou být jiné plyny.
- Koncentrace látky odpařující se ve vzduchu
- Pokud již má vzduch vysokou koncentraci odpařované látky, bude se daná látka odpařovat pomaleji.
- Průtok vzduchu
- To částečně souvisí s výše uvedenými koncentračními body. Pokud se „čerstvý“ vzduch (tj. Vzduch, který již není nasycen látkou ani jinými látkami), neustále pohybuje po látce, pak je pravděpodobné, že koncentrace látky ve vzduchu s časem stoupá, takže podpora rychlejšího odpařování. To je výsledek mezní vrstva na odpařovacím povrchu klesá s rychlostí proudění, zmenšuje difúzní vzdálenost ve stojaté vrstvě.
- Množství minerálů rozpuštěných v kapalině
- Mezimolekulární síly
- Čím silnější jsou síly, které udržují molekuly pohromadě v kapalném stavu, tím více energie musí člověk získat, aby unikl. To je charakterizováno entalpie odpařování.
- Tlak
- Odpařování probíhá rychleji, pokud je na povrchu menší námaha, která brání molekulám v samém odpálení.
- Plocha povrchu
- Látka, která má větší povrch, se odpaří rychleji, protože na jednotku objemu je více povrchových molekul, které jsou potenciálně schopné uniknout.
- Teplota látky
- čím vyšší je teplota látky, tím větší je kinetická energie molekul na jejím povrchu, a proto rychlejší je rychlost jejich odpařování.
V USA národní meteorologická služba měří skutečnou rychlost odpařování ze standardizované „pánvové“ otevřené vodní plochy venku na různých místech po celé zemi. Jiní to dělají podobně po celém světě. Údaje z USA jsou shromažďovány a kompilovány do roční mapy odpařování. Měření se pohybují od méně než 30 do více než 120 palců (3 000 mm) ročně.
Termodynamika
Odpařování je endotermický proces, v tom je teplo odpařováno během odpařování.
Aplikace
- Průmyslové aplikace zahrnují mnoho tisk a povlak procesy; izolace solí z roztoků; a sušení různých materiálů, jako je řezivo, papír, látky a chemikálie.
- Použití odpařování k sušení nebo koncentrování vzorků je běžným přípravným krokem pro mnoho laboratorních analýz, jako např spektroskopie a chromatografie. Mezi systémy používané pro tento účel patří rotační výparníky a odstředivé výparníky.
- Pokud je oblečení zavěšeno na prádelní šňůře, voda se odpařuje, i když je okolní teplota pod bodem varu vody. To je urychlováno faktory, jako je nízký vlhkost vzduchu, teplo (ze slunce) a vítr. V sušička na prádlo, přes oblečení je vháněn horký vzduch, což umožňuje velmi rychlé odpaření vody.
- The Matki / Matka, tradiční indický porézní hliněný kontejner používaný pro skladování a chlazení vody a jiných kapalin.
- The botijo, tradiční španělská porézní hliněná nádoba určená k ochlazování obsažené vody odpařováním.
- Odpařovací chladiče, který může budovu výrazně ochladit pouhým foukáním suchého vzduchu přes filtr nasycený vodou.
Odpařování spalování
Palivo kapénky odpařují se, když přijímají teplo smícháním s horkými plyny ve spalovací komoře. Teplo (energii) lze také přijímat zářením z jakékoli horké žáruvzdorné stěny spalovací komory.
Odpařování před spalováním
Spalovací motory spoléhají na odpařování paliva ve válcích, aby vytvořily směs palivo / vzduch, aby dobře hořely. Chemicky správná směs vzduch / palivo pro celkové spalování benzínu byla stanovena na 15 dílů vzduchu na jeden díl benzínu nebo 15/1 hmotnosti. Jeho změnou na objemový poměr se získá 8000 dílů vzduchu na jeden díl benzínu nebo 8 000/1 objemově.
Filmová depozice
Tenké filmy možná uloženo odpařením látky a její kondenzací na substrát nebo rozpuštěním látky v rozpouštědle, rozetřením výsledného roztoku na tenkou vrstvu po substrátu a odpařením rozpouštědla. The Hertz-Knudsenova rovnice se v těchto případech často používá k odhadu rychlosti odpařování.
Viz také
- Tlakoměr (vypařování)
- Bod varu
- Kryophor
- Krystalizace
- Odsolování
- Destilace
- Sušení
- Eddy kovarianční tok (aka vířivá korelace, vířivý tok)
- Výparník
- Evapotranspirace
- Bleskové odpařování
- Odpařovací teplo
- Hertz-Knudsenova rovnice
- Hydrologie (zemědělství)
- Latentní teplo
- Tok latentního tepla
- Odpařování pánve
- Sublimace (fázový přechod) (fázový přenos z pevné látky přímo na plyn)
- Transpirace
Na | |||||
---|---|---|---|---|---|
Pevný | Kapalný | Plyn | Plazma | ||
Z | Pevný | Tání | Sublimace | ||
Kapalný | Zmrazení | Vypařování | |||
Plyn | Depozice | Kondenzace | Ionizace | ||
Plazma | Rekombinace |
Reference
- ^ „definice odpařování“. Dictionary.com. Citováno 2018-01-23.
- ^ Referenční práce nového studenta (1914). 1914. str. 636.
- ^ Lohner, Science Buddies, Svenja. „Chilling Science: Odpařovací chlazení kapalinami“. Scientific American. Citováno 2018-01-23.
- ^ A b Silberberg, Martin A. (2006). Chemie (4. vydání). New York: McGraw-Hill. str.431 –434. ISBN 0-07-296439-1.
Další čtení
- Sze, Simon Min (25. září 2001). Polovodičová zařízení: fyzika a technologie. ISBN 0-471-33372-7. Má obzvláště podrobnou diskusi o depozici filmu odpařováním.
externí odkazy
Média související s Vypařování na Wikimedia Commons