Στον κόσμο γύρω μας, μια τεράστια ποικιλία διαφορετικών φυσικών φαινομένων και διεργασιών συμβαίνουν συνεχώς και συνεχώς. Ένα από τα πιο σημαντικά είναι η διαδικασία της εξάτμισης. Υπάρχουν αρκετές προϋποθέσεις για αυτό το φαινόμενο. Σε αυτό το άρθρο, θα αναλύσουμε το καθένα από αυτά με περισσότερες λεπτομέρειες.
Τι είναι η εξάτμιση;
Αυτή είναι η διαδικασία μετατροπής ουσιών σε αέρια ή αέρια κατάσταση. Είναι τυπικό μόνο για ουσίες υγρής σύστασης. Κάτι αντίστοιχο όμως παρατηρείται και στα στερεά, μόνο που το φαινόμενο αυτό ονομάζεται εξάχνωση. Αυτό μπορεί να φανεί με προσεκτική παρατήρηση των σωμάτων. Για παράδειγμα, μια πλάκα σαπουνιού στεγνώνει με την πάροδο του χρόνου και αρχίζει να σπάει, αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα σταγονίδια νερού στη σύνθεσή του εξατμίζονται και πηγαίνουν σε αέρια κατάσταση H2O.
Ορισμός στη φυσική
Η εξάτμιση είναι μια ενδόθερμη διαδικασία στην οποία η πηγή της απορροφούμενης ενέργειας είναι η θερμότητα της μετάβασης φάσης. Περιλαμβάνει δύο στοιχεία:
- μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να ξεπεραστούν οι μοριακές δυνάμεις έλξης όταν υπάρχει διάλειμμα μεταξύ των συνδεδεμένων μορίων.
- θερμότητα που απαιτείται για το έργο της διαστολής μορίων κατά τη διαδικασία μετατροπής υγρών ουσιών σε ατμό ή αέριο.
Πώς συμβαίνει αυτό;
Η μετάβαση μιας ουσίας από υγρή σε αέρια κατάσταση μπορεί να συμβεί με δύο τρόπους:
- Η εξάτμιση είναι μια διαδικασία κατά την οποία τα μόρια διαφεύγουν από την επιφάνεια μιας υγρής ουσίας.
- Βράσιμο είναι η διαδικασία εξάτμισης από ένα υγρό φέρνοντας τη θερμοκρασία στην ειδική θερμότητα βρασμού μιας ουσίας.
Παρά το γεγονός ότι και τα δύο αυτά φαινόμενα μετατρέπουν μια υγρή ουσία σε αέριο, υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ τους. Ο βρασμός είναι μια ενεργή διαδικασία που συμβαίνει μόνο σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, ενώ η εξάτμιση γίνεται κάτω από οποιεσδήποτε συνθήκες. Μια άλλη διαφορά είναι ότι ο βρασμός είναι χαρακτηριστικός για ολόκληρο το πάχος του υγρού, ενώ το δεύτερο φαινόμενο εμφανίζεται μόνο στην επιφάνεια των υγρών ουσιών.
Μοριακή κινητική θεωρία της εξάτμισης
Αν εξετάσουμε αυτή τη διαδικασία σε μοριακό επίπεδο, τότε συμβαίνει ως εξής:
- Τα μόρια σε υγρές ουσίες βρίσκονται σε συνεχή χαοτική κίνηση, όλα έχουν τελείως διαφορετικές ταχύτητες. Εν τω μεταξύ, τα σωματίδια έλκονται μεταξύ τους λόγω των δυνάμεων έλξης. Κάθε φορά που συγκρούονται μεταξύ τους, οι ταχύτητες τους αλλάζουν. Σε κάποιο σημείο, μερικοί αναπτύσσουν πολύ υψηλή ταχύτητα, επιτρέποντάς τους να ξεπεράσουν τις δυνάμεις της βαρύτητας.
- Αυτά τα στοιχεία, που εμφανίστηκαν στην επιφάνεια του υγρού, έχουν τέτοια κινητική ενέργεια που μπορούν να τα ξεπεράσουνδιαμοριακούς δεσμούς και αφήνουμε το υγρό.
- Είναι αυτά τα πολύ γρήγορα μόρια που πετούν έξω από την επιφάνεια μιας υγρής ουσίας και αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα συνεχώς και συνεχώς.
- Μόλις στον αέρα, μετατρέπονται σε ατμό - αυτό ονομάζεται εξάτμιση.
- Σαν συνέπεια αυτού, η μέση κινητική ενέργεια των υπόλοιπων σωματιδίων γίνεται όλο και μικρότερη. Αυτό εξηγεί την ψύξη του υγρού. Θυμηθείτε πώς στην παιδική ηλικία μας έμαθαν να φυσάμε σε ένα καυτό υγρό για να κρυώσει πιο γρήγορα. Αποδεικνύεται ότι επιταχύναμε τη διαδικασία της εξάτμισης του νερού και η θερμοκρασία έπεσε πολύ πιο γρήγορα.
Από ποιους παράγοντες εξαρτάται;
Υπάρχουν πολλές προϋποθέσεις που απαιτούνται για να συμβεί αυτή η διαδικασία. Προέρχεται από παντού όπου υπάρχουν σωματίδια νερού: αυτά είναι λίμνες, θάλασσες, ποτάμια, όλα τα υγρά αντικείμενα, τα καλύμματα των σωμάτων των ζώων και των ανθρώπων, καθώς και τα φύλλα φυτών. Μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η εξάτμιση είναι μια πολύ σημαντική και απαραίτητη διαδικασία για τον περιβάλλοντα κόσμο και όλα τα έμβια όντα.
Εδώ είναι οι παράγοντες που επηρεάζουν αυτό το φαινόμενο:
- Ο ρυθμός εξάτμισης εξαρτάται άμεσα από τη σύνθεση του ίδιου του υγρού. Είναι γνωστό ότι καθένα από αυτά έχει τα δικά του χαρακτηριστικά. Για παράδειγμα, εκείνες οι ουσίες στις οποίες η θερμότητα της εξάτμισης είναι χαμηλότερη θα μετατραπούν ταχύτερα. Ας συγκρίνουμε δύο διαδικασίες: εξάτμιση αλκοόλ και συνηθισμένου νερού. Στην πρώτη περίπτωση, η μετατροπή σε αέρια κατάσταση συμβαίνει πιο γρήγορα, επειδή η ειδική θερμότητα εξάτμισης και συμπύκνωσης για το αλκοόλ είναι 837 kJ / kg και για το νερό σχεδόν τρεις φορέςπερισσότερα - 2260 kJ/kg.
- Η ταχύτητα εξαρτάται επίσης από την αρχική θερμοκρασία του υγρού: όσο υψηλότερη είναι, τόσο πιο γρήγορα σχηματίζεται ο ατμός. Για παράδειγμα, ας πάρουμε ένα ποτήρι νερό, όταν υπάρχει βραστό νερό μέσα στο δοχείο, τότε η εξάτμιση γίνεται με πολύ υψηλότερο ρυθμό από ό,τι όταν η θερμοκρασία του νερού είναι χαμηλότερη.
- Ένας άλλος παράγοντας που καθορίζει την ταχύτητα αυτής της διαδικασίας είναι η επιφάνεια του υγρού. Να θυμάστε ότι η ζεστή σούπα κρυώνει πιο γρήγορα σε ένα μπολ μεγάλης διαμέτρου παρά σε ένα μικρό πιατάκι.
- Ο ρυθμός κατανομής των ουσιών στον αέρα καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τον ρυθμό εξάτμισης, δηλαδή όσο πιο γρήγορη η διάχυση, τόσο πιο γρήγορη η εξάτμιση. Για παράδειγμα, με ισχυρούς ανέμους, τα σταγονίδια νερού εξατμίζονται γρηγορότερα από την επιφάνεια των λιμνών, των ποταμών και των δεξαμενών.
- Η θερμοκρασία του αέρα στο δωμάτιο παίζει επίσης σημαντικό ρόλο. Θα μιλήσουμε περισσότερα για αυτό παρακάτω.
Ποιος είναι ο ρόλος της υγρασίας του αέρα;
Λόγω του ότι η διαδικασία της εξάτμισης συμβαίνει από παντού συνεχώς και συνεχώς, υπάρχουν πάντα σωματίδια νερού στον αέρα. Σε μοριακή μορφή, μοιάζουν με μια ομάδα στοιχείων H2O. Τα υγρά μπορούν να εξατμιστούν ανάλογα με τον όγκο των υδρατμών στην ατμόσφαιρα, ο συντελεστής αυτός ονομάζεται υγρασία αέρα. Έρχεται σε δύο τύπους:
- Σχετική υγρασία είναι η αναλογία της ποσότητας των υδρατμών στον αέρα προς την πυκνότητα των κορεσμένων ατμών στην ίδια θερμοκρασία ως ποσοστό. Για παράδειγμα, μια βαθμολογία 100% δείχνειότι η ατμόσφαιρα είναι πλήρως κορεσμένη με μόρια H2O.
- Το απόλυτο χαρακτηρίζει την πυκνότητα των υδρατμών στον αέρα, που συμβολίζεται με το γράμμα f και δείχνει πόσα μόρια νερού περιέχονται σε 1 m3 αέρα.
Η σύνδεση μεταξύ της διαδικασίας εξάτμισης και της υγρασίας του αέρα μπορεί να προσδιοριστεί ως εξής. Όσο χαμηλότερη είναι η σχετική υγρασία του αέρα, τόσο πιο γρήγορη θα γίνει η εξάτμιση από την επιφάνεια της γης και άλλα αντικείμενα.
Εξάτμιση διαφόρων ουσιών
Σε διαφορετικές ουσίες, αυτή η διαδικασία προχωρά διαφορετικά. Για παράδειγμα, το αλκοόλ εξατμίζεται γρηγορότερα από πολλά υγρά λόγω της χαμηλής ειδικής θερμότητας εξάτμισης. Συχνά τέτοιες υγρές ουσίες ονομάζονται πτητικές, επειδή οι υδρατμοί κυριολεκτικά εξατμίζονται από αυτές σχεδόν σε οποιαδήποτε θερμοκρασία.
Το αλκοόλ μπορεί επίσης να εξατμιστεί ακόμα και σε θερμοκρασία δωματίου. Κατά τη διαδικασία παρασκευής του κρασιού ή της βότκας, το αλκοόλ διοχετεύεται μέσω της σελήνης, φτάνοντας μόνο στο σημείο βρασμού, το οποίο είναι περίπου ίσο με 78 βαθμούς. Ωστόσο, η πραγματική θερμοκρασία εξάτμισης του αλκοόλ θα είναι ελαφρώς υψηλότερη, επειδή στο αρχικό προϊόν (για παράδειγμα, πουρέ) είναι ένας συνδυασμός με διάφορα αρωματικά έλαια και νερό.
Συμπύκνωση και εξάχνωση
Το ακόλουθο φαινόμενο μπορεί να παρατηρηθεί κάθε φορά που το νερό βράζει στο βραστήρα. Σημειώστε ότι όταν το νερό βράζει, αλλάζει από υγρή σε αέρια κατάσταση. Συμβαίνει με αυτόν τον τρόπο: ένας ζεστός πίδακας υδρατμών μεπετά έξω από τον βραστήρα μέσα από το στόμιό του με μεγάλη ταχύτητα. Σε αυτή την περίπτωση, ο σχηματιζόμενος ατμός δεν είναι ορατός απευθείας στην έξοδο από το στόμιο, αλλά σε μικρή απόσταση από αυτό. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται συμπύκνωση, δηλαδή οι υδρατμοί πυκνώνουν σε τέτοιο βαθμό που γίνεται ορατός στα μάτια μας.
Η εξάτμιση ενός στερεού ονομάζεται εξάχνωση. Ταυτόχρονα περνούν από την κατάσταση συσσωμάτωσης στην αέρια κατάσταση, παρακάμπτοντας το υγρό στάδιο. Η πιο διάσημη περίπτωση εξάχνωσης σχετίζεται με κρυστάλλους πάγου. Στην αρχική του μορφή, ο πάγος είναι στερεό· σε θερμοκρασίες πάνω από 0°C, αρχίζει να λιώνει, παίρνοντας υγρή κατάσταση. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις, σε αρνητικές θερμοκρασίες, ο πάγος περνά σε μορφή ατμού, παρακάμπτοντας την υγρή φάση.
Επίδραση της εξάτμισης στο ανθρώπινο σώμα
Χάρη στην εξάτμιση, συμβαίνει θερμορύθμιση στο σώμα μας. Αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται μέσω ενός συστήματος αυτοψύξης. Σε μια ζεστή αποπνικτική μέρα, ένα άτομο που ασχολείται με συγκεκριμένη σωματική εργασία γίνεται πολύ ζεστό. Αυτό σημαίνει ότι αυξάνει την εσωτερική ενέργεια. Και όπως γνωρίζετε, σε θερμοκρασίες πάνω από 42 ° η πρωτεΐνη στο ανθρώπινο αίμα αρχίζει να πήζει, αν αυτή η διαδικασία δεν σταματήσει εγκαίρως, θα οδηγήσει σε θάνατο.
Το σύστημα αυτό-ψύξης έχει σχεδιαστεί ακριβώς με τέτοιο τρόπο ώστε να ρυθμίζει τη θερμοκρασία για κανονική ζωή. Όταν η θερμοκρασία γίνει η μέγιστη επιτρεπτή, αρχίζει η ενεργός εφίδρωση μέσω των πόρων στο δέρμα. Και στη συνέχεια από την επιφάνεια του δέρματος εμφανίζεταιεξάτμιση, η οποία απορροφά την υπερβολική ενέργεια του σώματος. Με άλλα λόγια, η εξάτμιση είναι μια διαδικασία που συμβάλλει στην ψύξη του σώματος σε φυσιολογική κατάσταση.
