Как происходит испарение и испаряемость. Почему испарение жидкости происходит при любой температуре? Добавить свою цену в базу Комментарий

Испаре́ние - физический процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное (пар) с поверхности жидкости. Процесс испарения является обратным процессу конденсации (переход из парообразного состояния в жидкое) .

Процесс испарения зависит от интенсивности теплового движения молекул: чем быстрее движутся молекулы, тем быстрее происходит испарение. Кроме того, немаловажными факторами, влияющими на процесс испарения, являются скорость внешней (по отношению к веществу) диффузии, а также свойств самого вещества. Проще говоря, при ветре испарение происходит гораздо быстрее. Что же касается свойств вещества, то, к примеру, спирт испаряется гораздо быстрее воды. Важным фактором является также площадь поверхности жидкости, с которой происходит испарение: из узкого графина оно будет происходить медленее, чем из широкой тарелки.

Рассмотрим данный процесс на молекулярном уровне: молекулы, обладающие достаточной энергией (скоростью) для преодоления притяжения соседних молекул, вырываются за границы вещества (жидкости) . При этом жидкость теряет часть своей энергии (остывает) . Например, горячий чай: мы дуем на поверхность жидкости, чтобы остудить его, при этом, мы ускоряем процесс испарения.

Абсолютная влажность
Абсолютная влажность - количество влаги (в кг) содержащийся в одном кубическом метре воздуха. Из-за малой величины обычно измеряют в гр/м3. Но связи с тем, что при определенной температуре воздуха в воздухе может максимально содержаться только определенное количество влаги (с увеличение температуры это максимально возможное количесвто влаги увеличивается, с уменьшением температуры воздуха максимальное возможное количество влаги уменьшается) ввели понятие Относительной влажности

Относи́тельная вла́жность
- отношение парциального давления паров воды в газе (в первую очередь, в воздухе) к равновесному давлению насыщенных паров при данной температуре. Эквивалентное определение - отношение массовой доли водяного пара в воздухе к максимально возможной. Измеряется в процентах.

Давление насыщенных паров воды сильно растёт при увеличении температуры (см. график) . Поэтому при изобарическом (то есть, при постоянном давлении) охлаждении воздуха с постоянной концентрацией пара наступает момент (точка росы) , когда пар насыщается. При этом «лишний» пар конденсируется в виде тумана или кристалликов льда. Процессы насыщения и конденсации водяного пара играют огромную роль в физике атмосферы: процессы образования облаков и образование атмосферных фронтов в значительной части определяются процессами насыщения и конденсации, теплота, выделяющаяся при конденсации атмосферного водяного пара обеспечивает энергетический механизм возникновения и развития тропических циклонов (ураганов) .

Например с поверхности открытого сосуда, с поверхности водоема и т. д. Испарение происходит при любой температуре, но для всякой жидкости с повышением температуры скорость его увеличивается. Объем, занимаемый данной массой вещества, при испарении скачком возрастает.

Облака на небе, иней на деревьях - это все следствия процессов испарения воды и конденсации водяного пара.

Следует различать два основных случая. Первый, когда испарение происходит в замкнутом сосуде и температура во всех точках сосуда одинакова. Так, например, испаряется вода внутри парового котла или в чайнике, закрытом крышкой, если температура воды и пара ниже температуры кипения . В этом случае объем образующегося пара ограничен пространством сосуда. Давление пара достигает некоторого предельного значения, при котором он находится в тепловом равновесии с жидкостью; такой пар называется насыщенным , а его давление - упругостью пара . Второй случай, когда пространство над жидкостью незамкнутое; так испаряется вода с поверхности пруда. В этом случае равновесие не достигается практически никогда, и пар ненасыщенный, а скорость испарения зависит от многих факторов.

Мерой скорости испарения является количество вещества, улетающего в единицу времени с единицы свободной поверхности жидкости. Английский физик и химик Д. Дальтон в начале XIX в. нашел, что скорость испарения пропорциональна разности между давлением насыщенного пара при температуре испаряющейся жидкости и действительным давлением того реального пара, который над жидкостью имеется. Если жидкость и пар находятся в равновесии, то скорость испарения равна нулю. Точнее, оно происходит, но с той же скоростью происходит и обратный процесс - конденсация (переход вещества из газообразного или парообразного состояния в жидкое). Скорость испарения зависит также от того, происходит ли оно в спокойной атмосфере или движущейся; скорость его увеличивается, если образующийся пар сдувается потоком воздуха или откачивается насосом.

Если испарение происходит из жидкого раствора, то разные вещества испаряются с разной скоростью. Скорость испарения данного вещества уменьшается с увеличением давления посторонних газов, например воздуха. Поэтому испарение в пустоту происходит с наибольшей скоростью. Напротив, добавляя в сосуд посторонний, инертный газ, можно очень сильно замедлить испарение.

При испарении вылетающие из жидкости молекулы должны преодолеть притяжение соседних молекул и совершить работу против удерживающих их в поверхностном слое сил поверхностного натяжения . Поэтому, чтобы испарение происходило, испаряющемуся веществу надо сообщить тепло, черпая его из запаса внутренней энергии самой жидкости или отбирая у окружающих тел. Количество тепла, которое нужно сообщить жидкости, находящейся при данной температуре и фиксированном давлении, чтобы перевести ее в пар при этой же температуре и давлении, называется теплотой испарения . Упругость пара растет с ростом температуры тем сильнее, чем больше теплота испарения.

Если к испаряющейся жидкости не подводить тепла извне или подводить его недостаточно, то жидкость охлаждается. Вот почему, оставив мокрую руку на воздухе, мы ощущаем холод. Заставляя жидкость, помещенную в сосуд с нетеплопроводными стенками, усиленно испаряться, можно добиться значительного ее охлаждения. Согласно кинетической теории , испаряются наиболее быстрые молекулы, средняя энергия остающихся в жидкости молекул убывает - вот почему жидкость охлаждается.

Иногда испарением называют также сублимацию , или возгонку , т. е. переход твердого вещества в газообразное состояние. Почти все их закономерности действительно похожи. Теплота сублимации больше теплоты испарения приблизительно на теплоту плавления.

При температурах ниже температуры плавления давление насыщенных паров большинства твердых тел очень мало, и их испарение практически отсутствует. Бывают, однако, исключения. Так, вода при 0 °C имеет давление насыщенных паров 4,58 мм рт. ст., а лед при −1 °C - 4,22 мм рт. ст. и даже при −10 °C - всё еще 1,98 мм рт. ст. Этими сравнительно большими упругостями водяного пара объясняется легко наблюдаемое испарение твердого льда, в частности известный всем факт высыхания мокрого белья на морозе.

Если оставить незакрытым сосуд с водой, то через некоторое время вода испарится. Если проделать тот же опыт с этиловым спиртом или бензином, то процесс происходит несколько быстрее. Если кастрюлю с водой нагревать на достаточно мощной горелке, то вода закипит.

Все эти явления являются частным случаем парообразования превращения жидкости в пар. Существует два вида парообразования испарение и кипение.

Что такое испарение

Испарением называют парообразование с поверхности жидкости. Объяснить испарение можно следующим образом.

При соударениях скорости молекул меняются. Часто находятся молекулы, скорость которых настолько велика, что они преодолевают притяжение соседних молекул и отрываются от поверхности жидкости. (Молекулярное строение вещества). Так как даже в небольшом объёме жидкости очень много молекул, такие случаи получаются довольно часто, и идёт постоянный процесс испарения.

Отделившиеся от поверхности жидкости молекулы образуют над ней пар. Некоторые из них вследствие хаотического движения возвращаются обратно в жидкость. Поэтому испарение происходит быстрее, если есть ветер, так как он уносит пар в сторону от жидкости (здесь также имеет место явление «захвата» и отрыва молекул с поверхности жидкости ветром).

Поэтому же в закрытом сосуде испарение быстро прекращается: количество «оторвавшихся» за единицу времени молекул становится равно количеству «вернувшихся» в жидкость.

Интенсивность испарения зависит от рода жидкости: чем меньше притяжение между молекулами жидкости, тем интенсивнее испарение.

Чем больше площадь поверхности жидкости, тем больше молекул имеют возможность покинуть её. Значит, интенсивность испарения зависит от площади поверхности жидкости.

При повышении температуры скорости молекул возрастают. Поэтому чем выше температура, тем интенсивнее испарение.

Что такое кипение

Кипение это интенсивное парообразование, которое происходит в результате нагревания жидкости, образования в ней пузырьков пара, всплывающих на поверхность и разрывающихся там.

Во время кипения температура жидкости остаётся постоянной.

Температура кипения это температура, при которой жидкость кипит. Обычно, говоря о температуре кипения данной жидкости, подразумевают температуру, при которой эта жидкость кипит при нормальном атмосферном давлении.

При парообразовании молекулы, которые отделились от жидкости, уносят из неё часть внутренней энергии. Поэтому при испарении жидкость охлаждается.

Удельная теплота парообразования

Физическую величину, характеризующую количество теплоты, которое требуется для испарения единичной массы вещества, называют удельной теплотой парообразования . (по ссылке более подробный разбор этой темы)

В системе СИ единица измерения этой величины Дж/кг. Её обозначают буквой L.

Количественно испарение характеризуется массой воды, которая испаряется в единицу времени с единицы поверхности. Эта величина называется скоростью испарения. В системе СИ она выражается в кг/(м 2. с), в СГС – в г/(см 2. с).

Скорость испарения увеличивается с повышением температуры испаряющей поверхности. В процессе испарения молекулы воды, которые переходят в пар, тратят часть своей энергии на преодоление сил сцепления и на работу расширения, связанную с увеличением объема жидкости, которая переходит в газообразное состояние. В результате средняя энергия молекул, которые остаются в жидкости, уменьшается, и жидкость охлаждается. Для продолжения процесса испарения необходимо дополнительное тепло, которое называется теплотой испарения. Теплота испарения уменьшается с увеличением температуры испаряющей поверхности.

Если испарение проходит с поверхности воды, то эта зависимость выражается формулой:

Q = Q 0 - 0,65 . t, (5.9)

где Q - теплота испарения, Дж/г;

t – температура поверхности, которая испаряет, 0 С;

Q 0 = 2500 Дж/кг.

Если испарение проходит из поверхности льда или снега, то:

Q = Q 0 - 0,36 . t, (5.10)

Для практических целей скорость испарения выражается высотой (в мм) слоя воды, которая испаряется за единицу времени. Слой воды, высотой 1мм, который испарится с площади 1 м 2 , отвечает ее массе в 1 кг.

Согласно закону Дальтона, скорость испарения W в кг/(м 2. с) прямо пропорциональная дефициту влажности, вычисленному по температуре испаряющей поверхности, и обратно пропорциональная атмосферному давлению:

где Е 1 - упругость насыщения, взятая по температуре испаряющей поверхности, гПа;

е - упругость пара в окружающем воздухе, гПа;

Р – атмосферное давление, гПа;

А – коэффициент пропорциональности, который зависит от скорости ветра.

Из закона Дальтона видно, что чем больше разность (Е 1- е), тем больше скорость испарения. Если поверхность, которая испаряет, теплее воздуха, то Е 1 большее, чем упругость насыщения Е при температуре воздуха. В таком случае испарение продолжается даже тогда, когда воздух насыщен водяным паром, то есть если е=Е (но Е

Наоборот, если испаряющая поверхность холоднее воздуха, то при довольно большой относительной влажности может оказаться, что Е 1

Зависимость скорости испарения от атмосферного давления обусловлена тем, что в неподвижном воздухе молекулярная диффузия усиливается с уменьшением внешнего давления: чем оно меньшее, тем легче молекулам оторваться от испаряющей поверхности. Однако атмосферное давление у поверхности земли колеблется в сравнительно небольших пределах. Поэтому, оно не может существенным образом изменять скорость испарения. Но его приходится учитывать, например, при сравнении скоростей испарения на разных высотах в горной местности.

Скорость испарения зависит от скорости ветра . С увеличением скорости ветра увеличивается турбулентная диффузия, от которой в значительной мере зависит скорость испарения. Чем интенсивнее турбулентное перемешивание, тем быстрее протекает перенос водяного пара в окружающую среду. Если воздух переносится с суши на водоем, то скорость испарения с водоема увеличивается, так как в воздухе, который натекает на сравнительно более сухую поверхность, дефицит влажности больше, чем он над водоемом. При переносе воздуха с водной поверхности на сушу скорость испарения постепенно уменьшается в результате уменьшения дефицита влажности в воздухе, который находится над водой. На скорость испарения с поверхностей морей и океанов влияет их соленость, так как упругость насыщения над раствором меньше, чем над пресной водой.

На испарение из поверхности грунта значительно влияют физические свойства, состояние деятельной поверхности, рельеф и др. факторы. Гладкая поверхность испаряет меньше, чем шероховатая, так как над ней слабее развито турбулентное перемешивание, чем над шероховатой поверхностью. Светлые почвы при прочих равных условиях испаряют меньше, чем темные, так как они меньше нагреваются. Рыхлые почвы с широкими капиллярами испаряют меньше, чем плотные почвы с узкими капиллярами. Объясняется это тем, что по узким капиллярам вода поднимается ближе к поверхности почвы, чем по широкой. Скорость испарения зависит от степени увлажнения почвы: чем суше почва, тем медленнее происходит испарение. На скорость испарения влияет рельеф местности. На возвышенностях, над которыми имеет место интенсивное турбулентное перемешивание, испарение происходит быстрее, чем в низинах, балках и долинах, где воздух менее подвижен.

На скорость испарения влияет растительный покров. Он значительно уменьшает испарение непосредственно с поверхности почвы. Однако сами растения испаряют много влаги, которые берут из почвы. Испарение влаги растениями является физико-биологическим процессом и называется транспирацией.

Полная отдача водяного пара с определенной поверхности с одинаковым растительным покровом называется эвапотранспирацией. Она включает испарение из поверхности земли и от растений.

Испаряемость – это испарение, максимально возможное в данной местности с определенной деятельной поверхности при достаточном количестве влаги при существующих здесь метеорологических условиях.

ученица 9 Б класса Чернышова Кристина МБОУ СОШ №27 г.Ставрополя.

Тема данной исследовательской работы - исследование зависимости скорости испарения от различных внешних условий. Эта проблема остается актуальной в различных технологических сферах и в окружающей нас природе. Достаточно сказать, что круговорот воды в природе происходит через фазы испарения и объемной конденсации. От круговорота воды, в свою очередь, зависят такие важнейшие явления, как солнечное воздействие на планету или просто нормальное существование живых существ в целом.

Гипотеза : скорость испарения зависит от рода вещества, площади поверхности жидкости и температуры воздуха, наличие перемещающихся воздушных потоков над ее поверхностью.

Скачать:

Предварительный просмотр:

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 27

Исследовательская работа:

«Испарение и факторы, влияющие на этот процесс»

Выполнила: ученица 9 Б класса

Чернышова Кристина.

Учитель: Ветрова Л. И.

Ставрополь

2013

I.Введение…………………………………………………………………....…….3

II Теоретическая часть………………………………...………………………….4

1.Основные положения молекулярно-кинетической теории…………………4

2. Температура…………………………………………………………..………...6

3. Характеристика жидкого состояния вещества…………………………….....7

4. Внутренняя энергия …………………………………………………….……..8

5. Испарение……………………………………………………………………..10

III .Исследовательская часть………………………………..…………………..14

IV.Заключение……………………………………………………………….…..21

V.Литература…………………………………………………………………….22

Введение

Тема данной исследовательской работы - исследование зависимости скорости испарения от различных внешних условий. Эта проблема остается актуальной в различных технологических сферах и в окружающей нас природе. Достаточно сказать, что круговорот воды в природе происходит через фазы испарения и объемной конденсации. От круговорота воды, в свою очередь, зависят такие важнейшие явления, как солнечное воздействие на планету или просто нормальное существование живых существ в целом.

Испарение широко применяется в промышленной практике для очистки веществ, сушки материалов, разделения жидких смесей, кондиционирования воздуха. Испарительное охлаждение воды используется в оборотных системах водоснабжения предприятий.

В карбюраторных и дизельных двигателях распределение по размерам частиц топлива определяет скорость их горения, а значит и процесс работы двигателя. Конденсационные туманы не только паров воды образуются при сгорании различных топлив, при этом образуется множество ядер конденсации, которые могут служить центрами конденсации для других паров. Эти сложные процессы определяют коэффициент полезного действия двигателей и потери топлива. Достижение наилучших результатов в исследовании этих явлений могло бы служить информацией для движения технического прогресса в нашей стране.

Итак , цель данной работы - исследовать зависимость скорости испарения от различных факторов среды и с помощью построения графиков и тщательных наблюдений заметить закономерности.

Гипотеза : скорость испарения зависит от рода вещества, площади поверхности жидкости и температуры воздуха, наличие перемещающихся воздушных потоков над ее поверхностью.

При проведении исследования мы пользовались различными несложными приборами, такими как, термометр, а также интернет-ресурсами и другой литературой.

II Теоретическая часть.

1. Основные положения молекулярно-кинетической теории

Многообразны и различны свойства встречающихся в природе и технике, веществ: стекло прозрачно и _хрупко, а сталь упруга и непрозрачна, медь и серебро - хорошие проводники тепла и электричества, а фарфор и шелк - плохие и т. д.

Каково внутреннее строение любого вещества? Является сплошным(непрерывным) или имеет зернистое (дискретное) строение, подобное строению кучи песка?

Вопрос о строении вещества был поставлен еще в Древней Греции, однако отсутствие экспериментальных данных делало его решение невозможным, и долгое время (свыше двух тысячелетий) не удавалось проверить гениальные догадки о строении вещества, высказанные древнегреческими мыслителями Левкиппом и Демокритом (460- 370 гг. до н. э.), которые учили, что все в природе состоит из атомов, находящихся в непрерывном движении. Их учение впоследствии было забыто, и в средние века вещество считали уже непрерывным, а изменение, состояния тел объясняли с помощью невесомых жидкостей, каждая из которых олицетворяла определенное свойство материи и могла как входить в тело, так и выходить из него. Например, считали, что добавление теплорода к телу вызывает его нагревание, наоборот - охлаждение тела происходит вследствие вытекания теплорода и т. п.

В середине XVII в. французский ученый П. Гассенди (1592-1655 гг.) вернулся к взглядам Демокрита. Он считал, что в природе имеются вещества, которые нельзя разложить на более простые составные части. Такие вещества теперь называют химическими элементами, например водород, кислород, медь и т. д. По Гассенди каждый элемент состоит из атомов определенного вида.

Различных элементов в природе сравнительно немного, но их атомы, соединяясь в группы (среди них могут быть и одинаковые атомы), дают мельчайшую частичку нового вида вещества - молекулу. В зависимости от числа и вида атомов в молекуле получаются вещества с разнообразными свойствами.

В XVIII в. появились работы М. В. Ломоносова, заложившие основы молекулярно-кинетической теории строения вещества. Ломоносов решительно боролся за изгнание из физики невесомых жидкостей, подобных теплороду, а также атомов холода, запаха и т. п., которыми широко пользовались в то время для объяснения соответствующих явлений. Ломоносов доказал, что все явления» естественно объясняются движением и взаимодействием молекул вещества. - |В начале XIX столетия английский ученый Д. Дальтон (1766-1844 гг.) показал, что, пользуясь лишь представлениями об атомах и молекулах, можно вывести и объяснить известные из опытов химические закономерности. Тем самым он научно обосновал молекулярное строение вещества. После работ Дальтона существование атомов и молекул было признано огромным большинством ученых.

К началу XX в. были измерены размеры, массы и скорости движения молекул вещества, выяснено расположение отдельных атомов в молекулах, словом, окончательно завершено построение молекулярно-кинетической теории строения вещества, выводы которой были подтверждены множеством опытов.

Основные положения этой теории следующие:

1) всякое вещество состоит из молекул, между которыми имеются межмолекулярные промежутки;

2) молекулы всегда находятся в непрерывном беспорядочном (хаотическом) движении;

3) между молекулами действуют как силы притяжения, так и силы отталкивания. Эти силы зависят от расстояния между молекулами. Они имеют значительную величину лишь при очень малых расстояниях и быстро уменьшаются при удалении молекул друг от друга. Природа этих сил электрическая.

2. Температура.

Если все тела состоят из непрерывно и беспорядочно движущихся молекул, то в чем будет проявляться изменение скорости движения молекул, т. е. их кинетической энергии, и какие ощущения у человека вызовут эти изменения? Оказывается, что изменение средней кинетической энергии поступательного движения молекул связано с нагреванием или охлаждением тел.

Нередко человек определяет нагретость тела на ощупь, например, прикасаясь рукой к радиатору отопления, мы говорим: радиатор холодный, теплый или горячий. Однако определение нагретости тела на ощупь часто оказывается обманчивым. Когда зимой человек прикасается рукой к деревянному и металлическому телам, то ему кажется, что металлический предмет холоднее деревянного, хотя в действительности их нагретость одинакова. Следовательно, нужно установить такую величину, которая оценивала бы нагретость тела объективно, и создать прибор для ее измерения.

Величина, характеризующая степень нагретости тела, называется температурой. Прибор для измерения температуры называется термометром. Действие наиболее распространенных термометров основано на расширении тел при нагревании и сжатии при охлаждении. При соприкосновении двух тел с разной температурой между телами происходит обмен энергией. При этом более нагретое тело (с высокой температурой) теряет энергию, а менее нагретое (с низкой температурой) приобретает ее. Такой обмен энергией между телами ведет к выравниванию их температур и заканчивается, когда температуры тел становятся равными.

Ощущение тепла у человека возникает в том случае, когда он получает энергию от окружающих тел, т. е. когда их температура выше, чем температура человека. Ощущение холода связано с отдачей человеком энергии окружающим телам. В приведенном выше примере металлическое тело кажется человеку более холодным, чем деревянное, потому, что металлическим телам энергия от руки передается быстрее, чем деревянным, и в первом случае температура руки понижается быстрее.

3. Характеристика жидкого состояния вещества.

Молекулы жидкости в течение некоторого времени t колеблются около случайно возникшего положения равновесия, а затем перескакивают в новое положение. Время, в течение которого молекула колеблется около положения равновесия, называется временем «оседлой жизни» молекулы. Оно зависит от рода жидкости и ее температуры. При нагревании жидкости время «оседлой жизни» уменьшается.

Если в жидкости выделить достаточно малый объем, то в течение времени «оседлой жизни» в нем сохраняется упорядоченное расположение молекул жидкости, т. е. имеется подобие кристаллической решетки твердых тел. Однако если рассматривать расположение молекул жидкости относительно друг друга в большом объеме жидкости, то оно оказывается хаотическим.

Следовательно, можно сказать, что в жидкости существует «ближний порядок» в расположении молекул. Упорядоченное расположение молекул жидкости в малых объемах называется квазикристаллическим (кристаллоподобным). При кратковременных воздействиях на жидкость, меньших времени «оседлой жизни», обнаруживается большое сходство свойств жидкости со свойствами твердого вещества. Например, при резком ударе небольшого камня с плоской поверхностью о воду камень отскакивает от нее, т. е. жидкость проявляет упругие свойства. Если прыгающий с вышки пловец ударится о поверхность воды всем телом, то он сильно ушибется, так как при этих условиях жидкость ведет себя подобно твёрдому телу.

Если же время воздействия на жидкость оказывается больше времени «оседлой жизни» молекул, то обнаруживается текучесть жидкости. Например, человек свободно входит в воду с берега реки и т. п. Основными признаками жидкого состояния являются текучесть жидкости и сохранение объема. Текучесть жидкости тесно связана со временем «оседлой жизни» ее молекул. Чем меньше это время, тем большей подвижностью обладают молекулы жидкости, т. е. тем больше текучесть жидкости, а ее свойства ближе к свойствам газа.

Чем выше температура жидкости, тем больше ее свойства отличаются от свойств твердого вещества и становятся ближе к свойствам плотных газов. Таким образом, жидкое состояние вещества является промежуточным между твердым и газообразным состоянием того же вещества.

4. Внутренняя энергия

Всякое тело представляет собой совокупность огромного множества частиц. В зависимости от структуры вещества этими частицами являются молекулы, атомы или ионы. Каждая из этих частиц, в свою очередь, имеет достаточно сложную структуру. Так, молекула состоит из двух или нескольких атомов, атомы состоят из ядра и электронной оболочки; ядро состоит из протонов и нейтронов и т. д.

Частицы, из которых состоит тело, находятся в непрерывном движении; кроме того, они определенным образом взаимодействуют друг с другом.

Внутренней энергией тела называют сумму кинетических энергий частиц, из которых оно состоит, и энергий их взаимодействия друг с другом (потенциальных энергий).

Выясним, при каких процессах может меняться внутренняя энергия тела.

1. Прежде всего очевидно, что внутренняя энергия тела меняется при его деформации. В самом деле, при деформации меняется расстояние между частицами; следовательно, меняется и энергия взаимодействия между ними. Лишь в идеальном газе, где силами взаимодействия между частицами пренебрегают, внутренняя энергия от давления не зависит.

2. Внутренняя энергия меняется при тепловых процессах. Тепловыми называют процессы, связанные с изменением как температуры тела, так и его агрегатного состояния - плавлением или затвердеванием, испарением или конденсацией. При изменении температуры меняется кинетическая энергия движения его частиц. Однако следует подчеркнуть, что одновременно ме-

няется и потенциальная энергия их взаимодействия (за исключением случая разреженного газа). Действительно, повышение или понижение температуры сопровождается изменением расстояния между положениями равновесия в узлах кристаллической решетки тела, что мы регистрируем как тепловое расширение тел. Естественно, что при этом меняется энергия взаимодействия частиц. Переход же из одного агрегатного состояния в другое является результатом изменения молекулярной структуры тела, что вызывает изменение как энергии взаимодействия частиц, так и характера их движения.

3. Внутренняя энергия тела меняется при химических реакциях. В самом деле, химические реакции представляют собой процессы перестройки молекул, их распада на более простые части или, наоборот, возникновения более сложных молекул из более простых или из отдельных атомов (реакции анализа и синтеза). При этом существенно изменяются силы взаимодействия между атомами и соответственно энергии их взаимодействия. Кроме того, меняется характер как движения молекул, так и взаимодействия между ними, ибо молекулы вновь возникшего вещества взаимодействуют между собой иначе, чем молекулы исходных веществ.

4. При некоторых условиях ядра атомов испытывают превращения, которые называют ядерными реакциями. Независимо от механизма процессов, происходящих при этом (а они могут быть весьма различными), все они связаны со значительным изменением энергии взаимодействующих частиц. Следовательно, ядерные реакции сопровождаются изменением внутренней энергии тела, в состав которого входят эти ядра

5. Испарение

Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием, а переход вещества из газообразного состояния в жидкое - конденсацией.

Одним из типов парообразования является испарение. Испарением называется парообразование, которое происходит только со свободной поверхности жидкости, граничащей с газообразной средой. Выясним, как объясняется испарение на основе молекулярно-кинетической теории.

Поскольку молекулы жидкости совершают хаотическое движение, среди молекул ее поверхностного слоя всегда найдутся такие молекулы, которые движутся по направлению от жидкости к газообразной среде. Однако далеко не все такие молекулы смогут вылететь из жидкости, так как на них действуют молекулярные силы, втягивающие их обратно в жидкость. Поэтому вырваться за пределы поверхностного слоя жидкости смогут только те из ее молекул, которые обладают достаточно большой кинетической энергией.

Действительно, когда молекула проходит через поверхностный слой, она должна выполнить работу против молекулярных сил за счет своей кинетической энергии. Те молекулы, кинетическая энергия которых меньше этой работы, втягиваются обратно в жидкость, а вырываются из жидкости только те молекулы, кинетическая энергия которых больше указанной работы. Вылетевшие из жидкости молекулы образуют пар над ее поверхностью. Поскольку вылетающие из жидкости молекулы приобретают кинетическую энергию в результате столкновений с другими молекулами жидкости, средняя скорость хаотического движения молекул внутри жидкости в процессе ее испарения должна уменьшаться. Таким образом, на превращение жидкой фазы вещества в газообразную должна затрачиваться определенная энергия. Находящиеся над поверхностью жидкости молекулы пара при своем хаотическом движении могут залететь обратно в жидкость и вернуть ей ту энергию, которую они унесли при испарении. Следовательно, при испарении всегда одновременно происходит и конденсация паров, сопровождающаяся увеличением внутренней энергии жидкости.

Какие причины влияют на скорость испарения, жидкости?

1. Если налить в одинаковые блюдца равные объемы воды, спирта и эфира и пронаблюдать за их испарением,то окажется,что первым испарится.эфир, затем спирт и последней испарится вода. Следовательно, быстрота

испарения зависит от рода жидкости.

2. Одна и та же жидкость испаряется тем быстрее, чем больше ее свободная поверхность. Например, если одинаковые объемы воды налить в блюдце и в стакан, то из блюдца вода испарится быстрее, чем из стакана.

3. Нетрудно заметить, что горячая вода испаряется быстрее холодной.

Причина этого ясна. Чем выше температура жидкости, тем больше средняя кинетическая энергия ее молекул и, следовательно, тем большее число их покидает жидкость за то же время.

4. Кроме того, скорость испарения жидкости тем больше, чем меньше внешнее давление на жидкость и чем меньше плотность пара этой жидкости над ее поверхностью.

Например, при ветре белье сохнет быстрее, чем в безветренную погоду, так как ветер уносит пары воды и этим способствует уменьшению конденсации пара на белье.

Поскольку на испарение жидкости затрачивается энергия за счет энергии ее молекул, температура жидкости в процессе испарения понижается. Именно поэтому заметно охлаждается рука, смоченная эфиром или спиртом. Этим же объясняется ощущение холода у человека, когда он после купанья в жаркий ветреный день выходит из воды.

Если жидкость испаряется медленно, то вследствие теплообмена с окружающими телами потери ее энергии компенсируются притоком энергии от окружающей среды, и ее температура фактически остается равной температуре среды. Однако при большой скорости испарения жидкости ее температура может оказаться значительно ниже температуры окружающей среды. С помощью «летучих» жидкостей, например эфира, можно получить значительное понижение температуры.

Отметим еще, что многие твердые вещества, минуя жидкую фазу, могут непосредственно переходить в газообразную фазу. Такое явление называется сублимацией, или возгонкой. Пахучесть твердых тел (например камфары, нафталина) объясняется их сублимацией (и диффузией). Сублимация характерна для льда, например, белье высыхает при температуре ниже 0° G.

6. Гидросфера и атмосфера Земли

1. Процессы испарения и конденсации воды играют определяющую роль в формировании погодно-климатических условий на нашей планете. В глобальном масштабе эти процессы сводятся к взаимодействию гидросферы и атмосферы Земли.

Гидросферу составляет вся имеющаяся на нашей планете вода во всех ее агрегатных состояниях; 94 % гидросферы приходится на Мировой океан, объем которого оценивается в 1,4 млрд. м3. Он занимает 71 % всей площади земной поверхности, и если бы твердая поверхность Земли была гладкой сферой, то вода покрывала бы ее сплошным слоем глубиной 2,4 км; 5,4 % гидросферы занимают подземные воды, а также ледники, атмосферная и почвенная влага. И только 0,6 % приходится на пресную воду рек, озер и искусственных водоемов. Отсюда ясно, какое значение имеет охрана пресной воды от загрязнений отходами промышленности и транспорта.

2. Атмосферу Земли принято делить на несколько слоев, каждый из которых обладает своими особенностями. Нижний, приземный, слой воздуха называют тропосферой. Ее верхняя граница в экваториальных широтах проходит на высоте 16-18 км, а в полярных - на высоте 10 км. В тропосфере содержится 90 % массы всей атмосферы, что составляет 4,8 1018 кг. Температура в тропосфере с высотой понижается. Сначала на 1 °С на каждые 100 м, а затем начиная с высоты 5 км температура опускается до -70 °С.

Давление и плотность воздуха непрерывно убывают. Самый внешний слой атмосферы на высоте около 1000 км постепенно переходит в межпланетное пространство.

3. Исследования показали, что каждые сутки с поверхности Мирового океана и других водоемов нашей планеты испаряется около 7·10 3 км 3 воды и примерно столько же выпадает в виде осадков.

Увлекаемый восходящими потоками воздуха водяной пар поднимается вверх, попадая в холодные слои тропосферы. По мере подъема пар становится насыщенным, а затем конденсируется, образуя дождевые капли и облака.

В процессе конденсации пара в атмосфере в среднем за сутки выделяется количество теплоты 1,6 ·10 22 Дж, что в десятки тысяч раз превосходит энергию, вырабатываемую на планете Земля за то же время. Эта энергия поглощается водой при ее испарении. Таким образом, между гидросферой и атмосферой Земли происходит непрерывный обмен не только веществом (круговорот воды), но и энергией.

III. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ.

Для исследования процессов испарения и определения зависимости скорости испарения от различных условий был проведен ряд экспериментов.

Эксперимент 1. Исследование зависимости скорости испарения от температуры воздуха.

Материалы: Пластины стекла, 3% р-р перекиси водорода, растительное масло, спирт, вода, секундомер, термометр, холодильник.

Ход эксперимента: При помощи шприца мы наносим вещества на пластинки стекла и наблюдаем за испарением веществ.

Спирт Объем 0,5·10 -6 м 3

Температура воздуха: +24.

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось 3 часа;

Вода. Объем 0,5·10 -6 м 3

Температура воздуха: +24.

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось 5 часов;

Р-р перекиси водорода . Объем 0,5·10 -6 м 3

Температура воздуха: +24.

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось 8 часов;

Растительное масло. Объем 0,5·10 -6 м 3

Температура воздуха: +24.

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось 40 часов;

Меняем температуру воздуха. Помещаем стекла в холодильник.

Спирт. Объем 0,5·10 -6 м 3

Температура воздуха: +6.

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось 8 часа;

Вода. Объем 0,5·10 -6 м 3

Температура воздуха: +6.

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось 10 часов;

Р-р перекиси водорода. Объем 0,5·10 -6 м 3

Температура воздуха: +6.

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось 15 часов;

Растительное масло. Объем 0,5·10 -6 м 3

Температура воздуха: +6

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось 72 часа;

Вывод: По результатам исследования видно, что при различной температуре количество времени, необходимое для испарения одних и тех же веществ различно. Для одной и той же жидкости процесс испарения протекает значительно быстрее при более высокой температуре. Это доказывает зависимость исследуемого процесса от данного физического параметра. При уменьшении температуры увеличивается продолжительность процесса испарения и наоборот.

Эксперимент 2 . Исследование зависимости скорости процесса испарения от площади поверхности жидкости.

Цель: Исследовать зависимость процесса испарения от площади поверхности жидкости.

Материалы: Вода, спирт, часы, медицинский шприц, пластины стекла, линейка.

Ход эксперимента: Мы измеряем площадь поверхности по формуле: S=П·D 2 :4.

С помощью шприца наносим разные жидкости на пластину, придаем форму круга и наблюдаем за жидкостью до ее полного испарения. Температура воздуха в помещении остается неизменной (+24)

Спирт. Объем 0,5·10 -6 м 3

Площадь поверхности:0, 00422м 2

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовался 1 час;

Вода. Объем 0,5·10 -6 м 3

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось 2 часа;

Р-р перекиси водорода . Объем 0,5·10 -6 м 3

Площадь поверхности: 0, 00422 м 2

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось 4 часов;

Растительное масло. Объем 0,5·10 -6 м 3

Площадь поверхности: 0, 00422 м 2

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось 30 часов;

Меняем условия. Наблюдаем за испарением этих же жидкостей при другой площади поверхности.

Спирт. Объем 0,5·10 -6 м 3

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовался 3 час;

Вода. Объем 0,5·10 -6 м 3

Площадь поверхности: 0, 00283 м 2

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось 4 часа;

Р-р перекиси водорода . Объем 0,5·10 -6 м 3

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось 6 часов;

Растительное масло. Объем 0,5·10 -6 м 3

Площадь поверхности 0, 00283 м 2

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось 54 часов;

Вывод: Из результатов исследования следует, что из сосудов с различной площадью поверхности, испарение осуществляется в течении разного времени. Как видно из проведенных измерений, из сосуда с большей площадью поверхности данная жидкость испаряется быстрее, что доказывает зависимость исследуемого процесса от данного физического параметра. С уменьшением площади поверхности увеличивается продолжительность процесса испарения и наоборот.

Эксперимент 3. Исследование зависимости процесса испарения от рода вещества.

Цель: Исследовать зависимость процесса испарения от рода жидкости.

Приборы и материалы: Вода, спирт, растительное масло, раствор перекиси водорода, часы, медицинский шприц, пластины стекла.

Ход эксперимента. С помощью шприца мы наносим различные виды жидкости на пластины и наблюдаем за процессом до полного испарения. Температура воздуха остается неизменной. Температуры жидкостей одинаковы.

Результаты исследований разницы между испарением спирта, воды, 3% р-ра перекиси водорода, растительного масла мы получаем из данных предыдущих исследований.

Вывод: Для полного испарения различных жидкостей требуется разное количество времени. Из результатов видно, что процесс испарения протекает быстрее у спирта и воды, а медленнее у растительного масла, то есть служит доказательством зависимости процесса испарения от физического параметра- рода вещества.

Эксперимент 4. Исследование зависимости скорости испарения жидкости от скорости воздушных масс.

Цель: исследовать зависимость скорости процесса испарения от скорости ветра.

Приборы и материалы: Вода, спирт, растительное масло, р-р перекиси водорода, часы, медицинский шприц, пластины стекла, фен.

Ход работы. Создаем искусственное перемещение воздушных масс с помощью фена, наблюдаем за процессом, ждем до полного испарения жидкости. Фен имеет два режима: простой режим, турбо режим.

В случае простого режима:

Спирт. Объем: 0,5·10 -6 м 3

Площадь поверхности: 0, 00283 м 2 Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовался около 2 минут;

Вода. Объем 0,5·10 -6 м 3

Площадь поверхности: 0, 00283 м 2

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось около 4 минут;

Р-р перекиси водорода. Объем: 0,5·10 -6 м 3

Площадь поверхности: 0, 00283 м 2

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось около 7 минут;

Растительное масло. Объем: 0,5·10 -6 м 3

Площадь поверхности: 0, 00283 м 2 Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось около 10 минут;

В случае турбо режима:

Спирт. Объем: 0,5·10 -6 м 3

Площадь поверхности: 0, 00283 м 2 Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось около 1минуты;

Вода. Объем:0,5·10 -6 м 3

Площадь поверхности: 0, 00283 м 2

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось около 3 минут;

Р-р перекиси водорода. Объем: 0,5·10 -6 м 3

Площадь поверхности: 0, 00283 м 2 Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось около 5 минут;

Растительное масло. Объем: 0,5·10 -6 м 3

Площадь поверхности: 0, 00283 м 2

Результат эксперимента: для полного испарения жидкости потребовалось около 8 минут;

Вывод: Процесс испарения зависит от скорости перемещения воздушных масс над поверхностью жидкости. Чем больше скорость, тем данный процесс протекает быстрее и наоборот.

Итак, исследования показали,что интенсивность испарения жидкости различна у разных жидкостей и увеличивается при увеличении температуры жидкости, увеличении её площади свободной поверхности,наличия ветра над её поверхностью.

Заключение.

В результате выполнения работы были изучены различные источники информации по вопросу процесса испарения и условий его протекания. Определены физические параметры, оказывающие влияние на скорость протекания процесса испарения. Была исследована зависимость протекания процесса испарения от физических параметров, проведен анализ полученных результатов. Высказанная гипотеза оказалась справедливой. Теоретические предположения были подтверждены в процессе исследований - зависимость скорости протекания процесса испарения от физических параметров заключается в следующем:

С увеличением температуры жидкости увеличивается скорость протекания процесса испарения и наоборот;

С уменьшением площади свободной поверхности жидкости уменьшается скорость протекания процесса испарения и наоборот;

Скорость протекания процесса испарения зависит от рода жидкости.

Таким образом, процесс испарения жидкостей зависит от таких физических параметров как температура, площадь свободной поверхности и род вещества.

Данная работа имеет практическое значение, так как в ней исследована зависимость интенсивности испарения - явления, с которым мы встречаемся в повседневной жизни, от физических параметров. Используя эти знания, можно контролировать протекание процесса.

Литература

Пинский А. А., Граковский Г.Ю.Физика:Учебник для студентов учреждений

Среднего прфессионального образования/Под общ. Ред. Ю.И.Дика, Н.С.Пурышевой.-М.:ФОРУМ:ИНФРА_М,2002.-560 с.

Милковская Л.Б.Повторим физику.Учеб.пособие для поступающих в вузы.М.,»Высшая школа»,1985.608 с.

Интернет-ресурсы: http://ru.wikipedia.org/wiki/ ;

http://class-fizika.narod.ru/8_l 3.htm ;

http://e-him.ru/?page=dynamic§ion=33&article=208 ;

Учебник по физике Г.Я. Мякишев « Термодинамика»