Όλοι γνωρίζουμε καλά ένα σοβαρό γεγονός της ζωής από την παιδική ηλικία. Για να κρυώσει το ζεστό τσάι, είναι απαραίτητο να το ρίξετε σε ένα κρύο πιατάκι και να το φυσήξετε στην επιφάνειά του για πολλή ώρα. Όταν είσαι έξι ή επτά ετών, δεν σκέφτεσαι πραγματικά τους νόμους της φυσικής, απλώς τους θεωρείς δεδομένους ή, με φυσικούς όρους, τους θεωρείς αξίωμα. Ωστόσο, καθώς μαθαίνουμε την επιστήμη με την πάροδο του χρόνου, ανακαλύπτουμε ενδιαφέρουσες ομοιότητες μεταξύ αξιωμάτων και συνεπών αποδείξεων, μεταφράζοντας ομαλά τις παιδικές μας υποθέσεις σε θεωρήματα ενηλίκων. Το ίδιο ισχύει και για το ζεστό τσάι. Κανείς μας δεν μπορούσε να φανταστεί ότι αυτός ο τρόπος ψύξης του σχετίζεται άμεσα με την εξάτμιση του υγρού.
Φυσική της διαδικασίας
Για να απαντήσουμε στο ερώτημα τι καθορίζει τον ρυθμό εξάτμισης ενός υγρού, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε την ίδια τη φυσική της διαδικασίας. Η εξάτμιση είναι η διαδικασία μετάβασης φάσης μιας ουσίας από μια υγρή κατάσταση συσσωμάτωσης σε μια αέρια κατάσταση. Οποιαδήποτε υγρή ουσία μπορεί να εξατμιστεί, συμπεριλαμβανομένης της πολύ παχύρρευστης. Στην εμφάνισηκαι δεν μπορείτε να πείτε ότι ένας συγκεκριμένος πολτός που μοιάζει με ζελέ μπορεί να χάσει μέρος της μάζας του λόγω της εξάτμισης, αλλά υπό ορισμένες συνθήκες αυτό ακριβώς συμβαίνει. Ένα στερεό μπορεί επίσης να εξατμιστεί, μόνο αυτή η διαδικασία ονομάζεται εξάχνωση.
Πώς συμβαίνει
Ξεκινώντας να καταλάβουμε από τι εξαρτάται ο ρυθμός εξάτμισης ενός υγρού, θα πρέπει να ξεκινήσουμε από το γεγονός ότι πρόκειται για μια ενδόθερμη διαδικασία, δηλαδή μια διαδικασία που λαμβάνει χώρα με την απορρόφηση θερμότητας. Η θερμότητα της μετάπτωσης φάσης (θερμότητα της εξάτμισης) μεταφέρει ενέργεια στα μόρια μιας ουσίας, αυξάνοντας την ταχύτητά τους και αυξάνοντας την πιθανότητα διαχωρισμού τους, ενώ αποδυναμώνει τις δυνάμεις της μοριακής συνοχής. Ξεκολλώντας από το μεγαλύτερο μέρος της ουσίας, τα πιο γρήγορα μόρια ξεσπούν από τα όριά της και η ουσία χάνει τη μάζα της. Ταυτόχρονα, τα εκτοξευόμενα υγρά μόρια βράζουν ακαριαία, πραγματοποιώντας τη διαδικασία της μετάβασης φάσης κατά τον διαχωρισμό και η έξοδός τους βρίσκεται ήδη σε αέρια κατάσταση.
Αίτηση
Κατανοώντας τους λόγους από τους οποίους εξαρτάται ο ρυθμός εξάτμισης ενός υγρού, είναι δυνατό να ρυθμιστούν σωστά οι τεχνολογικές διεργασίες που συμβαίνουν στη βάση τους. Για παράδειγμα, η λειτουργία ενός κλιματιστικού, στον εναλλάκτη θερμότητας-εξατμιστήρα του οποίου βράζει το ψυκτικό, παίρνοντας θερμότητα από τον ψυχόμενο χώρο, ή ο βρασμός νερού στους σωλήνες ενός βιομηχανικού λέβητα, του οποίου η θερμότητα μεταφέρεται στο ανάγκες θέρμανσης και παροχής ζεστού νερού. Η κατανόηση των συνθηκών από τις οποίες εξαρτάται ο ρυθμός εξάτμισης ενός υγρού παρέχει την ευκαιρία να σχεδιαστεί και να κατασκευαστεί σύγχρονος και τεχνολογικός εξοπλισμός συμπαγών διαστάσεων και με αυξημένο συντελεστήμεταφορά θερμότητας.
Θερμοκρασία
Η υγρή κατάσταση συσσώρευσης είναι εξαιρετικά ασταθής. Με το επίγειο ν. μας. y. (η έννοια των «κανονικών συνθηκών», δηλ. κατάλληλη για ανθρώπινη ζωή), τείνει περιοδικά να μετακινείται σε στερεή ή αέρια φάση. Πώς συμβαίνει αυτό; Τι καθορίζει τον ρυθμό εξάτμισης ενός υγρού;
Το κύριο κριτήριο είναι, φυσικά, η θερμοκρασία. Όσο περισσότερο θερμαίνουμε το υγρό, όσο περισσότερη ενέργεια φέρνουμε στα μόρια της ουσίας, τόσο περισσότερους μοριακούς δεσμούς σπάμε, τόσο πιο γρήγορα προχωρά η διαδικασία μετάβασης φάσης. Η αποθέωση επιτυγχάνεται με σταθερό βρασμό πυρήνων. Το νερό βράζει στους 100°C σε ατμοσφαιρική πίεση. Η επιφάνεια μιας κατσαρόλας ή, για παράδειγμα, ενός βραστήρα, όπου βράζει, είναι μόνο με την πρώτη ματιά τέλεια λεία. Με πολλαπλή αύξηση της εικόνας, θα δούμε ατελείωτες κοφτερές κορυφές, όπως στα βουνά. Η θερμότητα παρέχεται κατά σημείο σε κάθε μία από αυτές τις κορυφές και λόγω της μικρής επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας, το νερό βράζει αμέσως, σχηματίζοντας μια φυσαλίδα αέρα που ανεβαίνει στην επιφάνεια, όπου καταρρέει. Γι' αυτό τέτοιος βρασμός ονομάζεται φυσαλιδώδης. Ο ρυθμός εξάτμισης του νερού είναι μέγιστος.
Πίεση
Η δεύτερη σημαντική παράμετρος, από την οποία εξαρτάται ο ρυθμός εξάτμισης ενός υγρού, είναι η πίεση. Όταν η πίεση πέσει κάτω από την ατμοσφαιρική, το νερό αρχίζει να βράζει σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Το έργο των διάσημων χύτρες ταχύτητας βασίζεται σε αυτήν την αρχή - ειδικά τηγάνια, από όπου αντλήθηκε αέρας και το νερό έβραζε ήδη στους 70-80 ºС. Η αύξηση της πίεσης, από την άλλη πλευρά,αυξάνει το σημείο βρασμού. Αυτή η χρήσιμη ιδιότητα χρησιμοποιείται κατά την παροχή υπερθερμασμένου νερού από μια θερμοηλεκτρική μονάδα στην κεντρική θέρμανση και ITP, όπου, για να διατηρηθεί το δυναμικό της μεταφερόμενης θερμότητας, το νερό θερμαίνεται σε θερμοκρασίες 150-180 βαθμών, όταν είναι απαραίτητο να αποκλειστεί η δυνατότητα βρασμού σε σωλήνες.
Άλλοι παράγοντες
Το εντατικό φύσημα της επιφάνειας του υγρού με θερμοκρασία υψηλότερη από τη θερμοκρασία του παρεχόμενου πίδακα αέρα είναι ένας άλλος παράγοντας που καθορίζει τον ρυθμό εξάτμισης του υγρού. Παραδείγματα αυτού μπορούν να ληφθούν από την καθημερινή ζωή. Φυσώντας την επιφάνεια της λίμνης με τον άνεμο, ή το παράδειγμα με το οποίο ξεκινήσαμε την ιστορία: φυσώντας ζεστό τσάι χυμένο σε ένα πιατάκι. Ψύχεται λόγω του γεγονότος ότι, αποσπώντας το μεγαλύτερο μέρος της ουσίας, τα μόρια παίρνουν μέρος της ενέργειας μαζί τους, ψύχοντάς την. Εδώ μπορείτε επίσης να δείτε την επίδραση της επιφάνειας. Ένα πιατάκι είναι πιο φαρδύ από μια κούπα, επομένως περισσότερη μάζα νερού μπορεί να διαφύγει από το τετράγωνό του.
Ο ίδιος ο τύπος του υγρού επηρεάζει επίσης τον ρυθμό εξάτμισης: ορισμένα υγρά εξατμίζονται πιο γρήγορα, άλλα, αντίθετα, πιο αργά. Η κατάσταση του περιβάλλοντος αέρα έχει επίσης σημαντική επίδραση στη διαδικασία εξάτμισης. Εάν η απόλυτη περιεκτικότητα σε υγρασία είναι υψηλή (πολύ υγρός αέρας, όπως κοντά στη θάλασσα), η διαδικασία εξάτμισης θα είναι πιο αργή.
