Odpařování - Evaporation
Odpařování je typ odpařování , která se vyskytuje na povrchu části kapaliny, jak se mění v plynné fázi. Okolní plyn nesmí být nasycen odpařující se látkou. Když se molekuly kapaliny srazí, předávají si navzájem energii podle toho, jak na sebe narazí. Když molekula blízko povrchu absorbuje dostatek energie k překonání tlaku par , unikne a vstoupí do okolního vzduchu jako plyn. Když dojde k odpaření, energie odebraná z odpařené kapaliny sníží teplotu kapaliny, což má za následek odpařovací chlazení.
V průměru má jen zlomek molekul v kapalině dostatek tepelné energie, aby z kapaliny uniklo. Odpařování bude pokračovat, dokud není dosaženo rovnováhy, když se odpařování kapaliny rovná její kondenzaci. V uzavřeném prostředí se kapalina odpařuje, dokud není okolní vzduch nasycen.
Odpařování je nezbytnou součástí koloběhu vody . Slunce (sluneční energie) pohání odpařování vody z oceánů, jezer, vlhkosti v půdě a dalších zdrojů vody. V hydrologii se odpařování a transpirace (což zahrnuje odpařování v rámci rostlinných průduchů ) souhrnně nazývají evapotranspirace . K odpaření vody dochází, když je povrch kapaliny odhalen, což umožňuje molekulám uniknout a vytvořit vodní páru; tato pára pak může stoupat nahoru a vytvářet mraky. Při dostatečné energii se kapalina změní na páru.
Teorie
Aby se molekuly kapaliny odpařily, musí být umístěny blízko povrchu, musí se pohybovat správným směrem a mít dostatečnou kinetickou energii k překonání mezimolekulárních sil kapalné fáze . Když pouze malá část molekul splňuje tato kritéria, rychlost odpařování je nízká. Protože kinetická energie molekuly je úměrná její teplotě, odpařování probíhá rychleji při vyšších teplotách. Jak unikají rychleji se pohybující molekuly, zbývající molekuly mají nižší průměrnou kinetickou energii a teplota kapaliny klesá. Tento jev se také nazývá odpařovací chlazení . Proto se odpařující pot ochlazuje lidské tělo. Odpařování má také tendenci postupovat rychleji s vyššími průtoky mezi plynnou a kapalnou fází a v kapalinách s vyšším tlakem par . Například prádlo na prádelní šňůře schne (odpařením) rychleji za větrného dne než v klidném dni. Tři klíčové součásti odpařování jsou teplo, atmosférický tlak (určuje procentní vlhkost) a pohyb vzduchu.
Na molekulární úrovni neexistuje přísná hranice mezi kapalným stavem a stavem páry. Místo toho existuje vrstva Knudsen , kde je fáze neurčena. Protože je tato vrstva tlustá jen několik molekul, nelze v makroskopickém měřítku vidět jasné rozhraní fázového přechodu.
Kapaliny, které se při dané teplotě v daném plynu viditelně neodpařují (např. Kuchyňský olej při pokojové teplotě ), mají molekuly, které nemají tendenci vzájemně si přenášet energii ve vzoru dostatečném k tomu, aby molekule často poskytovaly tepelnou energii nezbytnou k přeměně do páry. Tyto kapaliny se však odpařují. Jde o to, že proces je mnohem pomalejší, a tedy výrazně méně viditelný.
Odpařovací rovnováha
Pokud k odpařování dochází v uzavřené oblasti, unikající molekuly se hromadí jako pára nad kapalinou. Mnoho molekul se vrací do kapaliny, přičemž vracející se molekuly jsou stále častější, jak se zvyšuje hustota a tlak páry. Když proces úniku a návratu dosáhne rovnováhy , říká se, že pára je „nasycená“ a nedojde k žádné další změně tlaku a hustoty páry ani teploty kapaliny. U systému sestávajícího z páry a kapaliny čisté látky je tento rovnovážný stav přímo úměrný tlaku par látky, jak je dáno vztahem Clausius -Clapeyron :
kde P 1 , P 2 jsou tlaky par při teplotách T 1 , T 2 , Δ H vap je entalpie odpařování a R je univerzální plynová konstanta . Rychlost odpařování v otevřeném systému souvisí s tlakem par zjištěným v uzavřeném systému. Pokud se kapalina zahřívá, jakmile tlak par dosáhne okolního tlaku, kapalina se vaří .
Schopnost odpařit molekulu kapaliny je do značné míry založena na množství kinetické energie, kterou může jednotlivá částice mít. I při nižších teplotách se jednotlivé molekuly kapaliny mohou odpařit, pokud mají více než minimální množství kinetické energie potřebné k odpaření.
Faktory ovlivňující rychlost odpařování
Poznámka: Zde použitý vzduch je běžným příkladem; parní fází však mohou být jiné plyny.
- Koncentrace látky odpařující se ve vzduchu
- Pokud již má vzduch vysokou koncentraci látky, která se odpařuje, pak se daná látka vypařuje pomaleji.
- Průtok vzduchu
- To částečně souvisí s výše uvedenými koncentračními body. Pokud se po látce neustále pohybuje „čerstvý“ vzduch (tj. Vzduch, který již není nasycen látkou ani jinými látkami), pak je koncentrace látky ve vzduchu méně pravděpodobná, že se časem zvýší, takže podporuje rychlejší odpařování. To je důsledek toho, že se mezní vrstva na povrchu odpařování snižuje s rychlostí proudění a snižuje difúzní vzdálenost ve stojaté vrstvě.
- Množství minerálů rozpuštěných v kapalině
- Mezimolekulární síly
- Čím silnější jsou síly držící molekuly pohromadě v kapalném stavu, tím více energie musí člověk dostat k úniku. To je charakterizováno entalpií odpařování .
- Tlak
- Odpařování se děje rychleji, pokud je na povrchu menší námaha, která brání molekulám, aby se samy vypustily.
- Plocha povrchu
- Látka, která má větší povrch, se vypaří rychleji, protože na jednotku objemu připadá 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 je rychlost jejich odpařování rychlejší.
V USA měří národní meteorologická služba skutečnou rychlost odpařování ze standardizované „pánve“ na otevřené vodní ploše venku, na různých místech po celé zemi. Podobně to dělají i ostatní po celém světě. Data z USA se shromažďují a kompilují do roční mapy odpařování. Měření se pohybuje od 30 do více než 120 palců (3 000 mm) za rok.
Termodynamika
Odpařování je endotermický proces , při kterém se během odpařování absorbuje teplo.
Aplikace
- Průmyslové aplikace zahrnují mnoho procesů tisku a potahování ; regenerace solí z roztoků; a sušení různých materiálů, jako je řezivo, papír, látky a chemikálie.
- Použití odpařování k sušení nebo koncentraci vzorků je běžným přípravným krokem pro mnoho laboratorních analýz, jako je spektroskopie a chromatografie . Mezi systémy používané k tomuto účelu patří rotační odparky a odstředivé odparky .
- Když jsou oděvy zavěšeny na prádelní šňůru, přestože je okolní teplota pod bodem varu vody, voda se odpařuje. To je urychleno faktory, jako je nízká vlhkost , teplo (ze slunce) a vítr. V sušičce na prádlo proudí horký vzduch skrz oblečení, což umožňuje velmi rychlé odpařování vody.
- Matki / Matka , tradiční indické porézní hliněné nádoby používané pro skladování a chlazení vody a jiných kapalin.
- Botijo , tradiční španělské porézní jíl kontejner určen k chlazení obsažené vody odpařováním.
- Odpařovací chladiče , které mohou výrazně ochladit budovu jednoduchým foukáním suchého vzduchu přes filtr nasycený vodou.
Odpařování spalováním
Kapičky paliva se odpařují, když přijímají teplo mísením s horkými plyny ve spalovací komoře. Teplo (energii) lze také přijímat zářením z jakékoli žáruvzdorné stěny spalovací komory.
Odpařování před spalováním
Spalovací motory spoléhají na odpařování paliva ve válcích za účelem vytvoření směsi paliva a vzduchu, aby mohly dobře hořet. Chemicky správná směs vzduchu a paliva pro celkové spalování benzínu byla stanovena na 15 dílů vzduchu na jeden díl benzínu nebo 15/1 hmotnosti. Změnou na objemový poměr získáte 8 000 dílů vzduchu na jeden díl benzínu nebo 8 000/1 na objem.
Depozice filmu
Tenké filmy lze nanášet odpařením látky a její kondenzací na substrát nebo rozpuštěním látky v rozpouštědle, rozprostřením výsledného roztoku na tenkou vrstvu po substrátu a odpařením rozpouštědla. K odhadování rychlosti odpařování v těchto případech se často používá Hertz -Knudsenova rovnice .
Viz také
- Atometr (odpařování)
- Bod varu
- Cryophorus
- Krystalizace
- Odsolování
- Destilace
- Sušení
- Tok vířivých kovariancí (aka vířivá korelace, vířivý tok)
- Výparník
- Evapotranspirace
- Bleskové odpařování
- Teplo odpařování
- Hertz – Knudsenova rovnice
- Hydrologie (zemědělství)
- Latentní teplo
- Latentní tepelný tok
- Pánev odpařování
- Sublimace (fázový přechod) (fázový přenos z pevné látky přímo na plyn)
- Transpirace
Na
Z
|
Pevný | Kapalina | Plyn | Plazma |
---|---|---|---|---|
Pevný | Tání | Sublimace | ||
Kapalina | Zmrazení | Vypařování | ||
Plyn | Depozice | Kondenzace | Ionizace | |
Plazma | Rekombinace |
Reference
Další čtení
- Sze, Simon Min (25. září 2001). Polovodičová zařízení: Fyzika a technologie . ISBN 0-471-33372-7. Má zvláště podrobnou diskusi o ukládání filmu vypařováním.
externí odkazy
Média související s odpařováním na Wikimedia Commons