Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология

  • На прошлых уроках мы с вами говорили о том, что существует три агрегатных состояния вещества — твёрдое, жидкое и газообразное.
  • И выяснили, что при агрегатных превращениях возможны переходы вещества из одного агрегатного состояния в другое.
  • На этом уроке мы рассмотрим процесс превращения жидкости в газ, и обратное превращение вещества из газообразного состояния в жидкое.

Задумывался ли кто-нибудь из вас над вопросом: почему сохнет мокрая одежда? И почему в ветреную погоду она высыхает значительно быстрее, чем в тихую и прохладную? А если оставить открытым флакон духов, то очень скоро он может оказаться пустым. Почему? Попытаемся ответить на эти и некоторые другие вопросы.

Для начала давайте вспомним, что молекулы вещества в любом его агрегатном состоянии находятся в непрерывном движении. Их скорости меняются самым случайным образом.

Так, например, молекула жидкости, имеющая большую скорость, несомненно обладает и большой кинетической энергией. Такая молекула может преодолеть силы притяжения к другим молекулам и покинуть жидкость. А так как молекулы с большой энергией есть всегда, то со временем количество жидкости будет уменьшаться, а над жидкостью будет образовываться пар.

Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология

Явление превращения жидкости в пар называется парообразованием.

Водяной пар невидим. А то, что мы свами часто ошибочно называем паром — например, белёсую струю, выходящую из кипящего чайника, — это не пар, а туман. Он состоит из крошечных капелек воды, образовавшихся при конденсации пара. Но об этом явлении мы поговорим позже.

Отличают два вида парообразования — это испарение и кипение. Они осуществляются при разных условиях.

Испарение — это парообразование, идущее со свободной поверхности жидкости.

А от чего зависит скорость испарения жидкости? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте с вами проведём следующий опыт. На стекло нанесём тампоном влажные пятна одинаковых размеров в такой последовательности: подсолнечное масло, вода, ацетон. И проследим, какая жидкость испарится первой.

Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология

Через некоторое время мы заметим, что первым исчезнет пятно ацетона, затем воды, и позже всех — подсолнечного масла. Следовательно, скорость испарения зависит от рода жидкости. Это и понятно, ведь у разных жидкостей силы взаимодействия молекул неодинаковые.

Продолжим опыт. Одну стеклянную пластинку возьмём холодную, а другую нагреем. И нанесём на них две одинаковые капли воды.

Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология

С нагретого стекла капля исчезнет быстрее, чем с холодного.

И это неудивительно, поскольку чем выше температура жидкости, тем больше скорость движения её молекул, и, соответственно, их кинетическая энергия. Следовательно, большее число молекул способно преодолеть силы притяжения и выйти за пределы поверхности жидкости.

Значит, скорость испарения жидкости зависит от её температуры: чем она выше, тем скорость испарения жидкости больше.

А теперь капнем на стекло две капли ацетона. Размажем одну каплю так, чтобы образовалось пятно, и проследим за изменениями.

Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология

Через некоторое время мы заметим, что пятно ацетона испарится быстрее, чем капля. Это объясняется тем, что площадь поверхности пятна больше, чем капли. Следовательно, большее число молекул сможет оказаться на поверхности и, преодолев силы притяжения, вылететь из неё. Значит, чем больше площадь свободной поверхности жидкости, тем больше скорость её испарения.

И наконец, на два стекла нанесём по капле воды, но одно стекло будем обдувать вентилятором.

Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология

Капля со стекла, обдуваемого вентилятором испарится гораздо быстрее. Почему? Всё дело в том, что при испарении молекулы не только покидают поверхность жидкости, но и возвращаются обратно. А поток воздуха уносит вылетевшие из жидкости молекулы, освобождая место другим. Таким образом, скорость испарения зависит от движения воздуха над свободной поверхностью жидкости.

А теперь выясним, что же происходит с жидкостью в сосуде при испарении. Для этого проделаем такой опыт. Возьмём термометр и обмотаем его конец ватой, смоченной водой, а лучше спиртом.

Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология

Мы практически сразу заметим, как столбик жидкости в термометре начнёт опускаться. Это свидетельствует об уменьшении температуры жидкости при испарении.

Объясняется этот факт следующим образом. При испарении жидкость покидают молекулы, обладающие наибольшей энергией. Это означает, что внутренняя энергия оставшейся части жидкости уменьшается. Поэтому, если нет притока энергии к жидкости извне, температура испаряющейся жидкости уменьшается.

Мы рассмотрели процессы испарения жидкостей. Однако у вас может возникнуть закономерный вопрос: «А испаряются ли твёрдые тела?».

Для ответа на него, проведём следующий опыт. Поместим в пробирку кристаллики йода и будем нагревать над пламенем спиртовки. Через некоторое время мы заметим, как кристаллики йода начнут испаряться.

Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология

Значит, твёрдые тела тоже испаряются. Этим и объясняется то, что в ясный морозный день исчезает иней на деревьях, а бельё способно высохнуть даже в очень сильный мороз.

В самом начале мы говорили о том, что очень часто люди ошибочно называют паром туман, который состоит из крошечных капелек воды.

Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология

Так же все вы не раз наблюдали, как вечером, после жаркого летнего дня, выпадает роса. Это водяной пар, содержащийся в воздухе, при охлаждении превращается в жидкость, и капельки воды оседают на листьях и траве.

Процесс превращения вещества из газообразного состояния в жидкое называют конденсацией (от латинского «сгущать»).

Если процесс испарения идёт быстрее, чем процесс конденсации, то масса жидкости в сосуде уменьшается. Но почему тогда в плотно закрытой банке с водой уровень воды остаётся неизменным? Разве в закрытом сосуде молекулы не вылетают из воды?

Вылетают, конечно. Но из закрытого сосуда они вылететь не могут, поэтому, полетав над жидкостью, многие молекулы возвращаются обратно в жидкость. То есть одновременно с испарением происходит и конденсация.

Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология

А то, что уровень жидкости в закрытом сосуде остаётся неизменным, означает, что в таком сосуде процессы парообразования и конденсации идут с одинаковой скоростью. Говорят, что в этом случае наступает динамическое равновесие между жидкостью и паром. При динамическом равновесии масса жидкости в закрытом сосуде не изменяется, хотя жидкость продолжает испарятся.

  1. Пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называется насыщенным паром.
  2. Пар, который не находится в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называют ненасыщенным паром.
  3. А теперь давайте поставим наш закрытый сосуд, в котором жидкость и пар находятся в состоянии динамического равновесия, над спиртовкой и будем нагревать его.

Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология

При увеличении температуры, количество молекул, способных вылететь с поверхности жидкости, возрастает. Поэтому в начале количество молекул, покидающих жидкость, будет больше, чем тех, которые возвращаются обратно. Соответственно, нарушается динамическое равновесие и пар перестаёт быть насыщенным.

Однако через какое-то время равновесие вновь восстановится. Но так как число молекул в единице объёма пара увеличится, то увеличится и плотность насыщенного пара. А мы уже знаем, что при увеличении плотности газа возрастает и его давление. Значит, с увеличением температуры, плотность и давление насыщенного пара увеличиваются.

Что такое испарение и как оно происходит?

Главная страница Природные явления

26 568 4.5 0

Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология

Солнечная энергия приводит в действие невероятно сильную тепловую машину, которая, преодолевая гравитацию, без труда поднимает в воздух огромных размеров куб (каждая сторона составляет около восьмидесяти километров). Таким образом, с поверхности нашей планеты за год испаряется водяной слой метр толщиной.

Что такое испарение

Во время испарения жидкое вещество постепенно переходит в паро- или газообразное состояние после того, как мельчайшие частицы (молекулы или атомы), двигаясь на скорости, достаточной для того, чтобы преодолеть силы сцепления между частицами, отрываются от поверхности.

Несмотря на то, что процесс испарения известен больше как переход жидкого вещества в пар, существует сухое испарение, когда при минусовой температуре лёд переходит из твёрдого состояния в парообразное, минуя жидкую фазу. Например, если выстиранное сырое бельё развесить сушиться на морозе, оно, замерзнув, становится очень жёстким, но через какое-то время, размягчившись, становится сухим.

Как улетучивается жидкость

Молекулы жидкости расположены друг к другу практически впритык, и, несмотря на то, что связаны между собой силами притяжения, к определённым точкам не привязаны, а потому свободно перемещаются по всей площади вещества (они постоянно сталкиваются друг с другом и изменяют свою скорость).

Частицы, что уходят на поверхность, набирают во время движения темп, достаточный для того, чтобы покинуть вещество. Оказавшись наверху, своё движение они не останавливают и, преодолев притяжение нижних частиц, вылетают из воды, преобразовываясь в пар. При этом часть молекул из-за хаотического движения возвращается в жидкость, остальные уходят дальше, в атмосферу.

Испарение воды и конденсация водяного пара, БиологияГейзеры101574.571

Испарение на этом не заканчивается, и на поверхность вырываются следующие молекулы (так происходит до тех пор, пока жидкость полностью не улетучивается).

Если речь идёт, например, о круговороте воды в природе, можно наблюдать за процессом конденсации, когда пар, сконцентрировавшись, при определённых условиях возвращается назад.

Таким образом, испарение и конденсация в природе тесно связаны между собой, поскольку благодаря им осуществляется постоянный водообмен между землёй, сушей и атмосферой, благодаря чему окружающая среда снабжается огромным количеством полезных веществ.

Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология

Стоит заметить, что интенсивность испарения у каждого вещества различна, а потому основными физическими характеристиками, которые влияют на скорость испарения, являются:

  1. Плотность. Чем вещество плотнее, тем ближе молекулы находятся по отношению друг к другу, тем труднее верхним частицам преодолеть силу притяжения других атомов, следовательно, испарение жидкости происходит медленнее. Например, метиловый спирт улетучивается намного быстрее воды (метиловый спирт – 0,79 г/см3, вода – 0,99 г/см3).
  2. Температура. На скорость испарения также влияет теплота испарения. Несмотря на то, что процесс испарения происходит даже при минусовой температуре, чем больше температура вещества, тем выше теплота испарения, значит, тем быстрее двигаются частицы, которые, увеличивая интенсивность испарения, массово покидают жидкость (поэтому кипящая вода испаряется быстрее холодной).Из-за потери быстрых молекул внутренняя энергия жидкости уменьшается, а потому температура вещества во время испарения понижается. Если жидкость в это время будет находиться возле источника тепла или непосредственно нагреваться, её температура снижаться не будет, так же, как и не снизится интенсивность испарения.
  3. Площадь поверхности. Чем большую площадь поверхности занимает жидкость, тем больше молекул с неё улетучивается, тем выше скорость испарения. Например, если влить воду в кувшин с узким горлышком, жидкость будет исчезать очень медленно, поскольку испаряемые частицы начнут оседать на сужающихся стенках и спускаться. В то же время, если налить воду в миску, молекулы будут беспрепятственно уходить с поверхности жидкости, поскольку им будет не на чем конденсироваться, дабы вернуться в воду.
  4. Ветер. Процесс испарения окажется намного быстрее, если над ёмкостью, в которой находится вода, движется воздух. Чем быстрее он это делает, тем скорость испарения больше. Нельзя не учитывать взаимодействие ветра с испарением и конденсацией.Молекулы воды, поднимаясь с океанической поверхности, частично возвращаются назад, но большая часть высоко в небе конденсируется и образует облака, которые ветер перегоняет на сушу, где капли выпадают в виде дождя и, проникнув в грунт, через какое-то время возвращаются в океан, снабжая растущую в почве растительность влагой и растворёнными минеральными веществами.
Читайте также:  Многообразие природных сообществ, Биология

Роль в жизни растений

Значение испарения в жизни растительности трудно переоценить, особенно учитывая, что живое растение на восемьдесят процентов состоит из воды. Поэтому если растению не хватает влаги, оно может погибнуть, так как вместе с водой в него не будут поступать также нужные для жизнедеятельности питательные вещества и микроэлементы.

Вода, передвигаясь по растительному организму, переносит и образует внутри него органические вещества, для образования которых растение нуждается в солнечном свете.

А вот тут немаловажная роль отводится испарению, так как солнечные лучи имеют способность чрезвычайно сильно нагревать предметы, а потому способны вызвать гибель растения от перегрева (особенно в жаркие летние дни). Чтобы этого избежать, происходит испарение воды листьями, через которые в это время выделяется много жидкости (например, из кукурузы за сутки испаряется от одного до четырёх стаканов воды).

Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология

Это значит, что чем больше в организм растения поступит воды, тем испарение воды листьями будет интенсивнее, растение будет больше охлаждаться и нормально расти. Испарение воды растениями можно ощутить, если во время прогулки в знойный день прикоснуться к зелёным листьям: они обязательно окажутся прохладными.

Связь с человеком

Не менее велика роль испарения в жизнедеятельности человеческого организма: он борется с нагреванием посредством потоотделения. Испарение происходит обычно через кожу, а также через дыхательные пути. Это можно легко заметить во время болезни, когда температура тела поднимается или в период занятий спортом, когда повышается интенсивность испарения.

Если нагрузка невелика, из организма уходит от одного до двух литров жидкости в час, при более интенсивном занятии спортом, особенно когда температура внешней среды превышает 25 градусов, интенсивность испарения увеличивается и с потом может выйти от трёх до шести литров жидкости.

Через кожу и дыхательные пути вода не только покидает организм, но и поступает в него вместе с испарениями окружающей среды (не зря своим пациентам врачи часто прописывают отдых на море). К сожалению, вместе с полезными элементами в него нередко попадают и вредные частицы, среди них – химические вещества, вредные испарения, которые наносят здоровью непоправимый ущерб.

Грозные облака «Асператус»101574.454

Одни из них токсичны, другие, вызывают аллергию, третьи – канцерогенны, четвёртые вызывают онкологические и другие не менее опасные заболевания, при этом многие обладают сразу несколькими вредными свойствами.

Вредные испарения оказываются в организме в основном через органы дыхания и кожу, после чего, оказавшись внутри, моментально всасываются в кровь и разносятся по всему телу, оказывая токсическое воздействие и вызывая серьёзные заболевания.

В данном случае много зависит от местности, где обитает человек (возле фабрики или завода), помещения, в котором живёт или работает, а также времени пребывания в опасных для здоровья условиях.

Вредные испарения могут попадать в организм из предметов быта, например, линолеума, мебели, окон и пр. Дабы сохранить жизнь и здоровье, таких ситуаций желательно избегать и наилучшим выходом будет покинуть опасную территорию, вплоть до обмена квартиры или работы, а при обустройстве жилища обращайте внимание на сертификаты качества покупаемых материалов.

Парообразование и конденсация

Жидкости могут превращаться в пар – такой процесс называют парообразованием. Существует и обратный процесс – конденсация, во время которого молекулы пара возвращаются в жидкость. Разберем эти процессы подробнее.

Процесс образования пара — парообразование

Жидкости имеют свойство переходить из жидкого состояния в газообразное — пар. Превращение жидкости в пар называется парообразованием.

Примечание: Словосочетание «Образование пара» физики часто заменяют словом «Парообразование».

Парообразование – это превращение жидкости в пар (газ).

Нальем в емкость какую-либо жидкость — например, воду, эфир, спирт, бензин, и т. п. Если не накрывать емкость крышкой, то через некоторое время количество жидкости в емкости уменьшается. Это происходит из-за парообразования.

Когда парообразование происходит на поверхности, его называют испарением.

Испарение – это образование пара на поверхности жидкости. Жидкости испаряются при любой температуре.

Примечание: Жидкости могут превращаться в пар с помощью двух процессов – испарения и кипения (ссылка).

Что происходит во время испарения

Во время испарения:

  • с поверхности тела вылетают молекулы;
  • улетающие молекулы уносят с собой часть внутренней энергии этого тела.

Испарение воды и конденсация водяного пара, БиологияРис. 1. Испарение – это парообразование на поверхности жидкости или твердого тела

Почему при быстром испарении температура жидкости ощутимо понижается

Мы знаем, что температура влияет на скорость движения молекул.

При одной и той же температуре скорости соседних молекул немного различаются. Одни молекулы будут двигаться несколько быстрее других.

Часть молекул будет двигаться насколько быстро, что преодолеет притяжение соседних молекул жидкости и покинет ее. Такие молекулы испаряются и уносят с собой энергию.

Испарение – это эндотермический процесс. Он происходит с поглощением энергии.

Куда тратится полученная энергия? Ее забирают с собой испарившиеся молекулы,  вылетевшие из жидкости.

Примечание: Из-за потерь тепловой энергии при испарении температура жидкости понижается. Чем быстрее испаряется жидкость, тем сильнее понижается ее температура.

Если же испарение происходит медленно, то потери теплоты успевают восполниться. Молекулы окружающего воздуха будут отдавать часть своей (тепловой) энергии молекулам жидкости и ее температура значительно понижаться не будет.

При быстром испарении температура жидкости понижается, а при медленном –значительно понижаться не успевает, так как теплопотеря восполняется из окружающей среды.

Могут ли испаряться твердые тела

Испаряются не только жидкости, но и твердые тела.

Жителям северных районов известно, что кусочки льда, не прикрытые снегом, со временем  уменьшаются в размерах. Происходит выветривание льда. Лед испаряется даже при минусовой температуре воздуха.

Испаряются не только жидкости, но и твердые тела. Испарение твердых тел физики называют словом «сублимация» (или взгонка).

От чего зависит скорость испарения

Скорость, с которой вещество испаряется, зависит от:

  • силы, с которой молекулы вещества притягиваются к соседним молекулам (род вещества),
  • площади поверхности жидкости,
  • движения воздуха над поверхностью жидкости (дует ли ветер, или нет),
  • температуры (чем выше температура, тем интенсивнее испарение).

Рассмотрим влияние каждого из этих факторов подробнее.

Испарение воды и конденсация водяного пара, БиологияРис. 2. Скорость испарения зависит от рода вещества, температуры, площади поверхности тела и наличия движения воздуха над поверхностью тела

Как влияет на испарение род вещества

  • Из жизненного опыта известно, что некоторые жидкости испаряются быстрее, другие — медленнее.
  • Возьмем воду и ацетон при одинаковой температуре и сравним скорости их испарения.
  • Если капнуть ацетон на руку, он начнет быстро испаряться и в месте контакта мы будем ощущать холод.
  • Примечание: Ощущение холода возникает из-за того, что испаряющиеся молекулы уносят с собой тепловую энергию.
  • А если руку смочить водой, то значительного ощущения холода не возникает.

Вода будет испаряться медленнее, потому, что молекулы воды притягиваются друг к другу сильнее, чем молекулы ацетона.

Из-за этого, скорость испарения воды меньше скорости, с которой испаряется ацетон.

Испарение воды и конденсация водяного пара, БиологияРис. 3. Молекулы воды притягиваются друг к другу сильнее, чем молекулы ацетона. Из-за этого, ацетон испаряется быстрее воды

Примечание: Обычно, вместо фразы «Молекулы притягиваются сильно» физики говорят: «Потенциальная энергия взаимодействия молекул велика».

Быстро испаряющиеся вещества  химики иногда называют летучими. Примерами таких летучих веществ могут служить медицинский спирт, бензин, ацетон и т. п. Такие вещества хорошо испаряются, потому, что невелики силы притяжения между их молекулами.

Скорость испарения зависит от рода вещества. В быстро испаряющихся веществах малы силы притяжения между молекулами.

Как влияет на испарение движение воздуха над поверхностью

Скорость испарения жидкости возрастает, когда воздух над ее поверхностью приходит в движение.

Некоторые испаряющиеся молекулы не имеют запаса кинетической энергии, чтобы улететь подальше от своей жидкости. Они остаются близко к поверхности и спустя какое-то время возвращаются назад в жидкость. Движение воздуха эти вылетевшие молекулы подхватывает и уносит, не давая им вернуться назад. Из-за этого, скорость испарения жидкости увеличивается.

Испарение воды и конденсация водяного пара, БиологияРис. 4. Из-за ветра скорость испарения жидкости увеличивается — движение воздуха подхватывает испарившиеся молекулы и уносит, не давая им вернуться назад в жидкость

Если подуть на мокрую руку, мы почувствуем ощущение прохлады отчетливее. Возникшее движение воздуха увеличило количество испаряющихся молекул. И теперь из жидкости уходит больше тепловой энергии. Это повлияло на усиление ощущения холода.

Когда над поверхностью жидкости движется воздух, жидкость испаряется быстрее.

Как влияет на испарение площадь поверхности жидкости

Нальем одинаковое количество воды в стакан и в блюдечко. Оставим эти емкости на столе на некоторое время. Через несколько дней мы заметим, что в стакане количество воды уменьшилось, а из блюдца вода испарилась полностью. Вода из блюдца испарилась быстрее, потому, что имела большую площадь поверхности.

Читайте также:  Главные направления эволюции органического мира - биология

Испарение воды и конденсация водяного пара, БиологияРис. 5. Чем больше поверхность жидкости, тем быстрее она испаряется, ведь испарение происходит на поверхности

Процесс испарения происходит у поверхности жидкости. Поэтому, чем больше поверхность жидкости, тем быстрее будет испаряться жидкость.

Скорость испарения жидкости зависит от площади ее поверхности. Чем больше площадь поверхности, тем быстрее испаряется жидкость.

Как влияет на испарение температура

Жидкости испаряются при любой температуре. А с ростом температуры скорость испарения возрастает. Потому, что возрастает количество молекул, обладающих энергией, достаточной, чтобы покинуть жидкость.

Испарение воды и конденсация водяного пара, БиологияРис. 6. С ростом температуры скорость испарения возрастает, потому, что все больше молекул обладает энергией, достаточной, чтобы покинуть жидкость

Примечание: Зависимость испарения от температуры в некоторых учебниках описывают так: При повышении температуры все большее количество молекул жидкости имеют кинетическую энергию, превышающую потенциальную энергию взаимодействия с соседними молекулами. Поэтому, с ростом температуры, скорость испарения жидкости возрастает.

Скорость испарения жидкости зависит от ее температуры. Чем выше температура, тем быстрее испаряется жидкость.

Примечание: Процесс образования пара в одних случаях называют испарением, а в других – кипением (ссылка).

Какой пар называют насыщенным

Из-за испарения воздух над жидкостью всегда содержит какое-то количество молекул, вылетевших из жидкости. Некоторые из испарившихся молекул могут вернуться обратно в жидкость. Рассмотрим процесс испарения и возвращения молекул подробнее. Для этого сопоставим, как происходит испарение в закрытом и открытом сосудах.

Сравним испарение в открытом и закрытом сосудах

Рассмотрим сосуд, например, кастрюльку, в которой происходит испарение жидкости.

Поначалу накрывать крышкой ее не будем. Молекулы, вылетевшие из открытого сосуда, будут уноситься движением окружающего кастрюльку воздуха. Благодаря этому масса жидкости в открытом сосуде со временем уменьшится.

Если же емкость накрыта крышкой (пробкой), то часть испарившихся молекул будет возвращаться  обратно в жидкость. Потому, что в закупоренном сосуде нет движения больших масс воздуха над жидкостью. Поэтому, некоторые из испарившихся молекул вернутся из воздуха обратно в жидкость.

Масса жидкости, находящейся в закупоренном сосуде, со временем не меняется. Поэтому, жидкости хранят в сосудах, плотно закупоренных пробками.

Что такое динамическое равновесие пара и жидкости

Пусть жидкость находится в закрытом сосуде и испаряется. Поначалу, количество испаряющихся молекул увеличивается. Плотность пара, находящегося над жидкостью, возрастает.

Некоторые из вылетевших молекул возвращаются обратно в жидкость. Но при этом число вылетевших молекул, больше числа вернувшихся обратно.

Пар над жидкостью ненасыщенный, когда число вылетевших молекул больше числа вернувшихся в жидкость.

Время течет и плотность пара над жидкостью продолжает возрастать. Будет возрастать и количество вернувшихся в жидкость молекул.

А когда число вылетевших молекул сравняется с числом вернувшихся, плотность пара станет максимальной.

Теперь, если несколько молекул вылетит из жидкости, то такое же количество других молекул из пара вернется обратно в жидкость.

Такое состояние пара и жидкости называют динамическим равновесием. А пар называют насыщенным.

Испарение воды и конденсация водяного пара, БиологияРис. 7. Если несколько молекул вылетит из жидкости и одновременно такое же количество других молекул из пара вернется обратно в жидкость, то пар насыщенный. Такое состояние пара и жидкости называют динамическим равновесием

Пар над жидкостью насыщенный, когда число вылетевших молекул равно числу вернувшихся в жидкость. Такое состояние пара и жидкости — динамическое равновесие. Плотность насыщенного пара – самая высокая при любой выбранной температуре. Чем выше температура, тем больше будет плотность насыщенного пара.

Примечание: Плотность – это масса в объеме. Плотность измеряют в килограммах, деленных на кубический метр. Плотность отвечает на вопрос: «Какова масса одного кубометра вещества?».

Где применяется испарение

Благодаря испарению высыхают развешенные для просушки постиранные вещи.

На электро- и теплостанциях используются большие испарительные колонны – градирни. Они, благодаря испарению, охлаждают большое количество воды, использующейся там для технических нужд.

В кондиционерах и холодильниках применяют высоко летучие жидкости. Испаряясь, эти жидкости охлаждают воздух в помещениях или продукты, хранящиеся внутри холодильника.

И даже в космонавтике процесс испарения играет важную роль. Корпуса спускаемых космических аппаратов покрывают веществами, способными быстро испаряться. Проходя через атмосферу, оболочка капсулы разогревается. А вещество покрытия, испаряясь, охлаждает капсулу и спасает находящихся внутри космонавтов от действия высоких температур.

Что такое конденсация

Если закупоренный прозрачный сосуд с водой из теплого места переместить в прохладное, то через некоторое время на стенках этого сосуда появятся капельки.

Капли жидкости на стенках появляются потому, что существует процесс, обратный испарению. Во время такого процесса молекулы из пара возвращаются обратно в жидкость.

Свое название – конденсация — этот процесс получил от латинского слова «Конденсаре» — сгущать.

Конденсация – это переход молекул из пара в жидкость, процесс обратный парообразованию.

Испарение воды и конденсация водяного пара, БиологияРис. 8. Конденсация – это процесс обратный парообразованию, переход молекул из пара в жидкость

Круговорот воды в природе происходит благодаря процессам конденсации и испарения. Конденсация – это причина появления росы и осадков.

Что происходит во время конденсации

Во время конденсации происходит смена агрегатного состояния вещества:

  • молекулы пара из воздуха возвращаются обратно в жидкость;
  • возвратившиеся молекулы приносят с собой энергию, которая при их переходе в жидкость передается в окружающее пространство.

Дело в том, что молекулы, находящиеся в жидкости, будут двигаться медленнее молекул пара. Когда молекулы пара конденсируются в жидкость, их кинетическая энергия уменьшается. Излишки энергии передаются в окружающую среду.

Процесс конденсации – экзотермический процесс, потому, что при конденсации в окружающую среду выделяется энергия.

Выводы

  1. Процесс превращения жидкости в пар (газ) – это парообразование;
  2. Когда парообразование происходит на поверхности — его называют испарением; Жидкости испаряются при любой температуре.
  3. Жидкости могут превращаться в пар с помощью двух процессов – испарения и кипения (ссылка).
  4. Во время испарения с поверхности тела вылетают молекулы. Улетающие молекулы уносят с собой часть внутренней энергии тела. Поэтому испарение происходит с поглощением энергии – это эндотермический процесс.
  5. При быстром испарении температура жидкости понижается, а при медленном – понижаться не успевает, так как теплопотеря восполняется из окружающей среды. Чем быстрее испаряется жидкость, тем сильнее понижается ее температура.
  6. Испаряются не только жидкости, но и твердые тела. Испарение твердых тел физики называют словом «сублимация» (или взгонка).
  7. Молекулы, вылетевшие из открытого сосуда, будут уноситься движением окружающего воздуха. Благодаря этому масса жидкости в открытом сосуде со временем уменьшится.
  8. Масса жидкости, находящейся в закупоренном сосуде, со временем не меняется. Поэтому, жидкости хранят в сосудах, плотно закупоренных пробками.
  9. Когда число вылетевших больше числа вернувшихся в жидкость молекул — над жидкостью ненасыщенный пар.
  10. Когда число вылетевших равно числу вернувшихся в жидкость молекул, над жидкостью насыщенный пар. Такой пар и жидкость находятся в динамическом равновесии.
  11. Чем выше температура, тем больше будет плотность насыщенного пара. Плотность насыщенного пара – самая высокая при любой выбранной температуре.
  12. В кондиционерах и холодильниках применяют высоко летучие жидкости. Испаряясь, эти жидкости охлаждают воздух в помещениях или продукты, хранящиеся внутри холодильника.
  13. Конденсация – это процесс обратный парообразованию.
  14. Во время конденсации молекулы пара из воздуха возвращаются обратно в жидкость; Эти возвратившиеся молекулы приносят с собой энергию, которая при их переходе в жидкость передается в окружающее пространство. Поэтому конденсация – это экзотермический процесс.
  15. Скорость испарения зависит от:
  • рода вещества. В быстро испаряющихся веществах малы силы притяжения между молекулами;
  • движения воздуха над поверхностью. Когда над поверхностью жидкости движется воздух, жидкость испаряется быстрее.
  • площади поверхности жидкости. Чем больше площадь поверхности, тем быстрее испаряется жидкость.
  • температуры. Чем выше температура, тем быстрее испаряется жидкость.

Испарение и конденсация. Насыщенны и ненасыщенный пар. Кипение. Влажность

ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ.
Парообразование – процесс превращения жидкости в пар.
Конденсация – процесс превращения пара в жидкость.
ИСПАРЕНИЕ – процесс парообразования с поверхности жидкости или твердого тела. Заключается в вылетании частиц (молекул, атомов),  которых превышает потенциальную энергию их связи с остальными частицами вещества. Скорость испарения зависит от:

  1. площади поверхности жидкости.
  2. температуры (увеличивается), хотя происходит при любой температуре и не требует постоянного притока тепла. Температура жидкости уменьшается.
  3. движения молекул над поверхностью жидкости или газа,
  4. рода вещества.
НАСЫЩЕННЫЙ И НЕНАСЫЩЕННЫЙ ПАР.
Вещество в газообразном состоянии, находящееся в динамическом равновесии со своей жидкостью, наз. насыщенным паром. Динамическое равновесие заключается в том, что процессы испарения и конденсации уравновешены. Давление насыщенного пара в зависимости от температуры (кривая  а) растет быстрее, чем идеального газа (график b), т.к. с ростом температуры увеличивается концентрация, а p=nkT. Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология
Основное свойство насыщенного пара – давление пара при постоянной температуре не зависит от объема (см. изотерму). Участок ВС соответствует насыщенному пару. Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология
КИПЕНИЕ
КИПЕНИЕ– процесс активного парообразования во всем объеме жидкости. Сопровождается образованием и ростом пузырьков пара внутри жидкости. Пузырьки образуются около центров парообразования (примеси, микротрещины).
Кипение происходит:
1. во всем объеме,
2. при постоянной температуре (температура кипения). Поэтому требует постоянного притока тепла.
Температура кипения определяется
1. свойствами жидкости (таблица т-р кипения).
2. внешними условиями (давлением).
Условие роста пузырьков: pпара>pатм+rgh – следовательно, с понижением атм. давлениятемп-ра кипения понижается.
Условие подъема пузырька: FАрх ? mg.
ВЛАЖНОСТЬ.
ВЛАЖНОСТЬ. ВОЗДУХА – величина, характеризующая содержание водяных паров в воздухе.
АБСОЛЮТНУЮ влажность измеряют плотностью водяного пара в воздухе (r, ,) или его парциальным давлением p (Па). ОТНОСИТЕЛЬНАЯ влажность показывает, сколько процентов составляет абсолютная влажность от необходимой для насыщения воздуха при данной температуре:Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология.
Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология
Температура, при которой воздух в процессе своего охлаждения становится насыщенным водяными парами, наз. точкой росы  (см. рис.). Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология
  • Приборы для измерения влажности: волосной гигрометр,
  • жидкостный (конденсационный) гигрометр,
  • гигрометр психрометрический (психрометр).
Читайте также:  Общая характеристика царства животные и их значение

Испарение и конденсация воды. Несколько практических советов

Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология

Вода – одно из самых распространенных и вместе с тем самое удивительное вещество на Земле. Вода находится повсюду: и вокруг нас, и внутри нас. Мировой океан, состоящий из воды, покрывает ¾ поверхности земного шара. Любой живой организм, будь то растение, животное или человек, содержит воду. Человек более чем на 70% состоит из воды. Именно вода – одна из главнейших причин возникновения жизни на Земле. Как и любое вещество, вода может находиться в различных состояниях или, как говорят физики, ‑ агрегатных состояниях вещества: твердом, жидком и газообразном. При этом постоянно происходят переходы из одного состояния в другое – так называемые фазовые переходы. Одним из таких переходов является испарение, обратный процесс называется конденсацией. Давайте попробуем разобраться, как можно использовать это физическое явление, и что нужно знать об этом.

В процессе испарения вода переходит из жидкого состояния в газообразное, при этом образуется водяной пар. Это происходит при любой температуре, когда вода находится в жидком состоянии (00 – 1000С).

Однако скорость испарения не всегда одинаковая и зависит от ряда факторов: от температуры воды, от площади поверхности воды, от влажности воздуха и от наличия ветра. Чем выше температура воды, тем быстрее двигаются ее молекулы и тем интенсивнее происходит испарение.

Чем больше площадь поверхности воды, а испарение происходит исключительно на поверхности, тем больше молекул воды смогут перейти из жидкого состояния в газообразное, что увеличит скорость испарения. Чем больше содержание водяных паров в воздухе, то есть чем выше влажность воздуха, тем менее интенсивно происходит испарение.

Кроме того, чем больше скорость удаления молекул водяного пара от поверхности воды, то есть чем больше скорость ветра, тем больше скорость испарения воды. Также следует отметить, что в процессе испарения воду покидают самые быстрые молекулы, поэтому средняя скорость молекул, а, значит, и температура воды уменьшаются.

Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология

Учитывая описанные закономерности, важно обратить внимание на следующее. Очень горячий чай пить не безвредно. Однако чтобы его заварить, требуется вода с температурой, близкой к температуре кипения (1000С).

При этом вода активно испаряется: над чашкой с чаем хорошо видны поднимающиеся струйки водяного пара. Чтобы быстро охладить чай и сделать чаепитие комфортным, нужно увеличить скорость испарения, и охлаждение чая произойдет существенно быстрее.

Первый способ известен всем с детства: если подуть на чай и тем самым удалить молекулы водяного пара и нагретый воздух от поверхности, то скорость испарения и теплопередачи увеличится, и чай быстрее остынет.

Второй способ часто использовали в старину: переливали чай из чашки в блюдце и тем самым увеличивали площадь поверхности в несколько раз, пропорционально увеличивая скорость испарения и теплопередачи, благодаря чему чай быстро остывал до комфортной температуры.

Охлаждение воды при испарении хорошо ощущается, когда летом выходишь из открытого водоема после купания. С влажной кожей находиться прохладнее.

Поэтому чтобы не переохладиться и не заболеть, нужно обтереться полотенцем, тем самым остановить охлаждение, вызванное испарением воды.

Однако это свойство воды – охлаждаться при испарении – иногда полезно использовать для того, чтобы немного понизить высокую температуру заболевшему человеку и тем самым облегчить его самочувствие при помощи компрессов или обтираний.

При конденсации вода из газообразного состояния переходит в жидкое с выделением тепловой энергии. Это важно помнить, находясь вблизи кипящего чайника.

Струя водяного пара, выходящая из его носика, имеет высокую температуру (около 1000С).

Кроме того, соприкасаясь с кожей человека, водяной пар конденсируется, тем самым увеличивая неблагоприятное термическое воздействие, что может привести к болезненным ожогам.

Испарение воды и конденсация водяного пара, Биология

Также полезно знать, что в воздухе всегда содержится какое-то количество водяных паров. И чем выше температура воздуха, тем больше водяных паров может быть в атмосфере. Поэтому летом при заметном понижении температуры в ночное время часть водяных паров конденсируется и выпадает в виде росы.

Если утром пройти босиком по траве, то она будет влажной и холодной на ощупь, так как уже активно испаряется благодаря утреннему солнцу.

Похожая ситуация происходит, если зимой войти с улицы в теплое помещение в очках, ‑ очки будут запотевать, так как водяные пары, находящиеся в воздухе, будут конденсироваться на холодной поверхности стекол.

Чтобы это предотвратить, можно воспользоваться обычным мылом и нанести на стеклах сетку с шагом около 1 см, а затем растереть мыло мягкой тканью, не спеша и не сильно нажимая. Стекла очков покроются тонкой невидимой пленкой и не будут запотевать.

Водяной пар, находящийся в воздухе, можно с большой точностью считать идеальным газом и рассчитывать параметры его состояния при помощи уравнения Менделеева-Клапейрона.

Предположим, что температура воздуха днем при нормальном атмосферном давлении составляет 300С, а влажность воздуха 50%. Найдем, до какой температуры должен охладиться воздух ночью, чтобы выпала роса.

При этом будем считать, что содержание (плотность) водяных паров в воздухе не изменялось.

Плотность насыщенного водяного пара при 300С равна 30,4 г/м3 (табличное значение). Так как влажность воздуха 50%, то плотность водяных паров составляет 0,5·30,4 г/м3 = 15,2 г/м3.

Роса выпадет, если при некоторой температуре эта плотность будет равна плотности насыщенного водяного пара. Согласно табличным данным это наступит при температуре примерно 180С.

То есть, если ночью температура воздуха опустится ниже 180С, то выпадет роса.

По предложенному методу мы предлагаем вам решить задачу:

В закрытой банке объемом 2 л находится воздух, влажность которого составляет 80%, а температура 250С. Банку поставили в холодильник, внутри которого температура 60С. Какая масса воды выпадет в виде росы после наступления теплового равновесия.

Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г. Москвы

Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха

Испарение воды и конденсация водяного пара, БиологияВ природе все реальные газы (кислород, азот, водород и т. д.) при определенных условиях способны превращаться в жидкость. Однако превращение газа в жидкость может происходить только при температурах ниже определенной, так называемой критической температуры. При комнатной температуре (20 — 250С) вода может находиться и в жидком, и в газообразном состояниях, а азот и кислород существуют только в виде газов.Парообразование — процесс превращения жидкости в пар.

Испарение — процесс парообразования с поверхности жидкости или твердого тела. Заключается он в вылетании частиц (молекул, атомов), кинетическая энергия  которых превышает потенциальную энергию их связи с остальными частицами вещества. Испарение происходит при любой температуре и не требует постоянного притока тепла. Скорость испарения зависит от:

  1. площади поверхности жидкости;
  2. температуры;
  3. движения молекул над поверхностью жидкости или газа;
  4. рода вещества.

Может случиться, что через некоторое время молекула пара вернётся обратно в жидкость. Процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое состояние называется конденсацией. Конденсация пара — процесс, обратный испарению жидкости.

Над свободной поверхностью жидкости всегда имеются пары этой жидкости. Если сосуд с жидкостью не закрыт, то всегда найдутся молекулы пара, которые удаляются от поверхности жидкости и не могут вернуться назад в жидкость.

В закрытом сосуде жидкость и ее пар могут находиться в состоянии динамического равновесия, когда число молекул, вылетающих из жидкости, равно числу молекул, возвращающихся в жидкость из пара, т. е. когда скорости процессов испарения и конденсации одинаковы.

 Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.

Испарение воды и конденсация водяного пара, БиологияПар, на­ходящийся при давлении ниже насыщенного, назы­ваютненасыщенным.

Вследствие постоянного испарения воды с по­верхностей водоемов, почвы и растительного покрова, а также дыхания человека и животных в атмосфере всегда содержится водяной пар.

Поэтому атмосфер­ное давление представляет собой сумму давления су­хого воздуха и находящегося в нем водяного пара. Давление водяного пара будет максимальным при насыщении воздуха паром.

Насыщенный пар в отли­чие от ненасыщенного не подчиняется законам иде­ального газа. Так, давление насыщенного пара не за­висит от объема, но зависит от температуры. 

Под влажностью воздуха понимается содержание водяных паров в воздухе. (За год на Земле испаряется 4,25∙1014т Н20)

1. Абсолютную влажность измеряют как плотность водяного пара, выраженную в ки­лограммах на метр кубический (ρ).

2. Большинство явлений, наблюдаемых в приро­де, например быстрота испарения, высыхание раз­личных веществ, увядание растений, зависит не от количества водяного пара в воздухе, а от того, на­сколько это количество близко к насыщению, т. е. от относительной влажности, которая характеризует степень насыщения воздуха водяным паром.

Относительная влажность показывает, сколько процентов составляет абсолютная влажность от необходимой для насыщения воздуха при данной температуре:

3. Температура, при которой воздух в процессе своего охлаждения становится насыщенным водяными парами, наз. точкой росы.  При достижении точки росы в воздухе или на предметах, с которыми он соприкасается, начинается конденсация водяного пара. Для определения влажности воздуха используются приборы, которые называются гигрометрами и психрометрами.

 Психрометр состоит из двух термометров — сухого и влажного. Влажный термометр показывает температуру ниже, чем сухой, так как его резервуар обмотан тканью, смоченной в воде, которая, испаряясь, охлаждает его. Интенсивность испарения зависит от относительной влажности воздуха.

По показаниям сухого и влажного термометров находят относительную влажность воздуха по психрометрическим таблицам.

Испарение воды и конденсация водяного пара, БиологияГигрометр

Гигрометр — от греч.Hygros -влажный.

Психрометр

Психрометр — от греч. Psychros — холодный + Metreo — измеряю

Относительная влажность воздуха — важный экологический показатель среды. При слишком низкой или слишком высокой влажности наблюдается быстрая утомляемость человека, ухудшение восприятия и памяти. Оптимальная влажность в квартире по ГОСТу должна быть равной 30–45%, не превышая отметки в 60%.

Влажность учитывается в метеорологии, при хранении продуктов и материалов, в хранении произведений искусств и т.д.

Ссылка на основную публикацию