W otaczającym nas świecie nieustannie i nieprzerwanie zachodzi ogromna różnorodność różnych zjawisk i procesów fizycznych. Jednym z najważniejszych jest proces parowania. Istnieje kilka przesłanek tego zjawiska. W tym artykule przeanalizujemy każdy z nich bardziej szczegółowo.
Co to jest parowanie?
Jest to proces przekształcania substancji w stan gazowy lub lotny. Jest to typowe tylko dla substancji o płynnej konsystencji. Jednak coś podobnego obserwuje się w ciałach stałych, tylko to zjawisko nazywa się sublimacją. Widać to po uważnej obserwacji ciał. Na przykład kostka mydła z czasem wysycha i zaczyna pękać, jest to spowodowane faktem, że kropelki wody w jej składzie odparowują i przechodzą w stan gazowy H2O.
Definicja w fizyce
Parowanie to proces endotermiczny, w którym źródłem pochłoniętej energii jest ciepło przemiany fazowej. Zawiera dwa elementy:
- pewna ilość ciepła potrzebna do pokonania molekularnych sił przyciągania, gdy następuje przerwa między połączonymi cząsteczkami;
- ciepło potrzebne do pracy rozszerzających się cząsteczek w procesie przekształcania substancji płynnych w parę lub gaz.
Jak to się dzieje?
Przejście substancji ze stanu ciekłego do stanu gazowego może nastąpić na dwa sposoby:
- Parowanie to proces, w którym cząsteczki uciekają z powierzchni płynnej substancji.
- Wrzenie to proces parowania z cieczy poprzez doprowadzenie temperatury do ciepła właściwego wrzenia substancji.
Pomimo tego, że oba te zjawiska przekształcają płynną substancję w gaz, istnieją między nimi znaczne różnice. Wrzenie to aktywny proces, który zachodzi tylko w określonej temperaturze, podczas gdy parowanie zachodzi w każdych warunkach. Kolejna różnica polega na tym, że wrzenie jest charakterystyczne dla całej grubości cieczy, podczas gdy drugie zjawisko występuje tylko na powierzchni substancji ciekłych.
Molekularna kinetyczna teoria parowania
Jeśli rozważymy ten proces na poziomie molekularnym, to wygląda to następująco:
- Cząsteczki w płynnych substancjach są w ciągłym chaotycznym ruchu, wszystkie mają zupełnie inne prędkości. Tymczasem cząstki są przyciągane do siebie dzięki siłom przyciągania. Za każdym razem, gdy się ze sobą zderzają, ich prędkość się zmienia. W pewnym momencie niektóre rozwijają bardzo dużą prędkość, pozwalając im pokonać siły grawitacji.
- Te pierwiastki, które pojawiły się na powierzchni cieczy, mają taką energię kinetyczną, że są w stanie pokonaćwiązania międzycząsteczkowe i pozostawić płyn.
- To te najszybsze cząsteczki, które wylatują z powierzchni płynnej substancji, a proces ten odbywa się w sposób ciągły i ciągły.
- Gdy znajdą się w powietrzu, zamieniają się w parę - nazywa się to waporyzacją.
- W konsekwencji tego, średnia energia kinetyczna pozostałych cząstek staje się coraz mniejsza. To wyjaśnia chłodzenie cieczy. Przypomnij sobie, jak w dzieciństwie nauczono nas dmuchać na gorącą ciecz, aby szybciej ostygła. Okazuje się, że przyspieszyliśmy proces parowania wody, a temperatura spadała znacznie szybciej.
Od jakich czynników to zależy?
Istnieje wiele warunków koniecznych do zaistnienia tego procesu. Pochodzi wszędzie tam, gdzie obecne są cząsteczki wody: są to jeziora, morza, rzeki, wszelkie mokre przedmioty, pokrywy ciał zwierząt i ludzi, a także liście roślin. Można stwierdzić, że parowanie jest bardzo istotnym i niezbędnym procesem dla otaczającego świata i wszystkich żywych istot.
Oto czynniki wpływające na to zjawisko:
- Szybkość parowania zależy bezpośrednio od składu samej cieczy. Wiadomo, że każdy z nich ma swoją własną charakterystykę. Na przykład te substancje, w których ciepło parowania jest mniejsze, będą szybciej przekształcane. Porównajmy dwa procesy: odparowanie alkoholu i zwykłej wody. W pierwszym przypadku konwersja do stanu gazowego zachodzi szybciej, ponieważ ciepło właściwe parowania i kondensacji dla alkoholu wynosi 837 kJ/kg, a dla wody prawie trzykrotniewięcej - 2260 kJ/kg.
- Prędkość zależy również od początkowej temperatury cieczy: im wyższa, tym szybciej powstaje para. Jako przykład weźmy szklankę wody, gdy w naczyniu jest wrząca woda, to waporyzacja zachodzi znacznie szybciej niż przy niższej temperaturze wody.
- Innym czynnikiem decydującym o szybkości tego procesu jest powierzchnia cieczy. Pamiętaj, że gorąca zupa stygnie szybciej w misce o dużej średnicy niż na małym spodku.
- Szybkość dystrybucji substancji w powietrzu w dużej mierze determinuje szybkość parowania, to znaczy im szybsza dyfuzja, tym szybsze parowanie. Na przykład przy silnym wietrze krople wody szybciej odparowują z powierzchni jezior, rzek i zbiorników.
- Ważną rolę odgrywa również temperatura powietrza w pomieszczeniu. Porozmawiamy o tym więcej poniżej.
Jaka jest rola wilgotności powietrza?
Z uwagi na fakt, że proces parowania zachodzi zewsząd w sposób ciągły i ciągły, w powietrzu zawsze znajdują się cząsteczki wody. W formie molekularnej wyglądają jak grupa pierwiastków H2O. Ciecze mogą parować w zależności od ilości pary wodnej w atmosferze, współczynnik ten nazywany jest wilgotnością powietrza. Występuje w dwóch rodzajach:
- Wilgotność względna to procentowy stosunek ilości pary wodnej w powietrzu do gęstości pary nasyconej w tej samej temperaturze. Na przykład wynik 100% oznaczaże atmosfera jest całkowicie nasycona cząsteczkami H2O.
- Liczba bezwzględna charakteryzuje gęstość pary wodnej w powietrzu, oznaczoną literą f i pokazuje, ile cząsteczek wody jest zawartych w 1m3 powietrzu.
Związek pomiędzy procesem parowania a wilgotnością powietrza można określić w następujący sposób. Im niższa wilgotność względna powietrza, tym szybciej nastąpi parowanie z powierzchni ziemi i innych obiektów.
Odparowanie różnych substancji
W różnych substancjach ten proces przebiega inaczej. Na przykład alkohol paruje szybciej niż wiele cieczy ze względu na niskie ciepło właściwe parowania. Często takie płynne substancje nazywane są lotnymi, ponieważ para wodna dosłownie z nich wyparowuje w niemal każdej temperaturze.
Alkohol może również parować nawet w temperaturze pokojowej. W procesie przygotowywania wina lub wódki alkohol jest przepuszczany przez bimber, osiągając dopiero punkt wrzenia, który wynosi około 78 stopni. Jednak rzeczywista temperatura parowania alkoholu będzie nieco wyższa, ponieważ w oryginalnym produkcie (np. zacieru) jest to połączenie z różnymi olejkami aromatycznymi i wodą.
Kondensacja i sublimacja
Za każdym razem, gdy woda w czajniku zagotuje się, można zaobserwować następujące zjawisko. Zwróć uwagę, że gdy woda się zagotuje, zmienia się ze stanu ciekłego w stan gazowy. Dzieje się to w ten sposób: gorący strumień pary wodnej zwylatuje z czajnika przez dziobek z dużą prędkością. W tym przypadku utworzona para nie jest widoczna bezpośrednio przy wyjściu z dziobka, ale w niewielkiej odległości od niego. Proces ten nazywamy kondensacją, czyli para wodna gęstnieje do tego stopnia, że staje się widoczna dla naszych oczu.
Parowanie ciała stałego nazywa się sublimacją. Jednocześnie przechodzą ze stanu skupienia do stanu gazowego z pominięciem fazy ciekłej. Najsłynniejszy przypadek sublimacji związany jest z kryształkami lodu. W swojej pierwotnej postaci lód jest ciałem stałym, w temperaturze powyżej 0°C zaczyna się topić, przybierając stan ciekły. Jednak w niektórych przypadkach, w ujemnych temperaturach, lód przechodzi w postać pary, omijając fazę ciekłą.
Wpływ parowania na organizm człowieka
Dzięki parowaniu w naszym organizmie zachodzi termoregulacja. Proces ten odbywa się poprzez system samochłodzenia. W upalny, duszny dzień osoba, która wykonuje określoną pracę fizyczną, staje się bardzo gorąca. Oznacza to, że zwiększa energię wewnętrzną. A jak wiadomo, w temperaturach powyżej 42°C białko w ludzkiej krwi zaczyna koagulować, jeśli proces ten nie zostanie zatrzymany na czas, doprowadzi to do śmierci.
System samochłodzenia został zaprojektowany w taki sposób, aby regulować temperaturę podczas normalnego życia. Gdy temperatura osiąga maksymalną dopuszczalną wartość, przez pory na skórze zaczyna się aktywne pocenie. A potem z powierzchni skóry pojawia sięparowanie, które pochłania nadmiar energii organizmu. Innymi słowy, parowanie to proces, który przyczynia się do schłodzenia organizmu do normalnego stanu.
