Испарение жидкости происходит при любой температуре и тем быстрее, чем выше температура, больше площадь свободной поверхности испаряющейся жидкости и быстрее удаляются образовавшиеся над жидкостью пары.
При некоторой определенной температуре, зависящей от природы жидкости и давления, под которым она находится, начинается парообразование во всей массе жидкости. Этот процесс называется кипением.
Это процесс интенсивного парообразования не только со свободной поверхности, но и в объеме жидкости. В объеме образуются пузыри, заполненные насыщенным паром. Они поднимаются вверх под действием выталкивающей силы и разрываются на поверхности. Центрами их образования являются мельчайшие пузырьки посторонних газов или частиц различных примесей.
Если пузырек имеет размеры порядка нескольких миллиметров и более, то вторым слагаемым можно пренебречь и, следовательно, для больших пузырьков при неизменном внешнем давлении жидкость закипает, когда давление насыщенного пара в пузырьках становится равным внешнему давлению.
В результате хаотического движения над поверхностью жидкости молекула пара, попадая в сферу действия молекулярных сил, вновь возвращается в жидкость. Этот процесс называется конденсацией.
Испарение и кипение – это два способа перехода жидкости в газ (пар). Сам процесс такого перехода называется парообразованием. То есть испарение и кипение – это способы парообразования. Между этими двумя способами есть существенные отличия.
Испарение происходит только с поверхности жидкости. Оно является результатом того, что молекулы любой жидкости постоянно перемещаются. Причем скорость у молекул разная. Молекулы с достаточно большой скоростью, оказавшись на поверхности, могут преодолеть силу притяжения других молекул и оказаться в воздухе. Молекулы воды, находящиеся по отдельности в воздухе, как раз и образуют пар. Увидеть глазами пар невозможно. То, что мы видим, как водяной туман, это уже результат конденсации (обратный парообразованию процесс), когда при охлаждении пар собирается в виде мельчайших капелек.
В результате испарения сама жидкость охлаждается, так как ее покидают наиболее быстрые молекулы. Как известно, температура как раз определяется скоростью движения молекул вещества, то есть их кинетической энергией.
Скорость испарения зависит от многих причин. Во-первых, она зависит от температуры жидкости. Чем температура выше, тем испарение быстрее. Это и понятно, так как молекулы двигаются быстрее, а значит, им легче вырваться с поверхности. Скорость испарения зависит от вещества. У одних веществ молекулы притягиваются сильнее, и следовательно, труднее вылетают, а у других – слабее, и следовательно, легче покидают жидкость. Испарение также зависит от площади поверхности, насыщенности воздуха паром, ветра.
Самое главное, что отличает испарение от кипения, это то, что испарение протекает при любой температуре, и оно протекает только с поверхности жидкости.
В отличие от испарения, кипение протекает только при определенной температуре. Для каждого вещества, находящегося в жидком состоянии, характерна своя температура кипения. Например, вода при нормальном атмосферном давлении кипит при 100 °C, а спирт при 78 °C. Однако с понижением атмосферного давления температура кипения всех веществ немного понижается.
При кипении из воды выделяется растворенный в ней воздух. Поскольку сосуд обычно нагревают снизу, то в нижних слоях воды температура оказывается выше, и пузыри сначала образуются именно там. В эти пузыри испаряется вода, и они насыщаются водяным паром.
Так как пузыри легче самой воды, то они поднимаются вверх. Из-за того, что верхние слои воды не прогрелись до температуры кипения, пузыри остывают и пар в них обратно конденсируется в воду, пузыри становятся тяжелее и снова опускаются.
Когда все слои жидкости прогреваются до температуры кипения, то пузыри уже не опускаются, а поднимаются на поверхность и лопаются. Пар из них оказывается в воздухе. Таким образом, при кипении процесс парообразования происходит не на поверхности жидкости, а по всей ее толще в образующихся пузырьках воздуха. В отличие от испарения, кипение возможно лишь при определенной температуре.
Следует понимать, что когда жидкость кипит, то происходит и обычное испарение с ее поверхности.
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.
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.
Итак, скорость испарения зависит от:
Мы говорим, что вода испаряется. Но что это значит? Испарение – это процесс, при котором жидкость на воздухе быстро становится газом или паром. Многие жидкости испаряются очень быстро, гораздо быстрее, чем вода. Это относится к алкоголю, бензину, нашатырному спирту. Некоторые жидкости, например ртуть, испаряются очень медленно.
Из-за чего происходит испарение? Чтобы понять это, надо кое-что представлять о природе материи. Насколько мы знаем, каждое вещество состоит из молекул. Две силы оказывают воздействие на эти молекулы. Одна из них – сцепление, которое притягивает их друг к другу. Другая – это тепловое движение отдельных молекул, которое заставляет их разлетаться.
Если сила сцепления выше, вещество остается в твердом состоянии. Если же тепловое движение настолько сильно, что оно превосходит сцепление, то вещество становится или является газом. Если две силы примерло уравновешены, то тогда мы имеем жидкость.
Вода, конечно, является жидкостью. Но на поверхности жидкости есть молекулы, которые движутся настолько быстро, что преодолевают силу сцепления и улетают в пространство. Процесс вылета молекул и называется испарением.
Почему вода испаряется быстрее, когда она находится на солнце или нагревается? Чем выше температура, тем интенсивнее тепловое движение в жидкости. Это значит, что все большее количество молекул набирает достаточную скорость, чтобы улететь. Когда улетают самые быстрые молекулы, скорость оставшихся молекул в среднем замедляется. Почему остающаяся жидкость охлаждается за счет испарения.
Так что, когда вода высыхает, это означает, что она превратилась в газ или пар и стала частью воздуха.
Подробности Категория: Молекулярно-кинетическая теория Опубликовано 09.11.2014 21:08 Просмотров: 12413В жидком состоянии вещество может существовать в определённом интервале температур. При температуре, меньшей нижнего значения этого интервала, жидкость превращается в твёрдое вещество. А если значение температуры превысит верхнюю границу интервала, жидкость переходит в газообразное состояние.
Всё это мы можем наблюдать на примере воды. В жидком состоянии мы видим её в реках, озёрах, морях, океанах, водопроводном кране. Твёрдое состояние воды - лёд. В него она превращается, когда при нормальном атмосферном давлении её температура снижается до 0 о С. А при повышении температуры до 100 о С вода закипает и превращается в пар, который является её газообразным состоянием.
Процесс превращения вещества в пар называют парообразованием. Обратный процесс перехода из пара в жидкость - конденсация .
Парообразование происходит в двух случаях: при испарении и при кипении.
Испарением называют фазовый процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное или парообразное, происходящий на поверхности жидкости .
Как и при плавлении, при испарении веществом поглощается теплота. Она затрачивается на преодоление сил сцепления частиц (молекул или атомов) жидкости. Кинетическая энергия молекул, обладающих самой высокой скоростью, превышает их потенциальную энергию взаимодействия с другими молекулами жидкости. Благодаря этому они преодолевают притяжение соседних частиц и вылетают с поверхности жидкости. Средняя энергия оставшихся частиц становится меньше, и жидкость постепенно остывает, если её не подогревать извне.
Так как частицы находятся в движении при любой температуре, то и испарение также происходит при любой температуре . Мы знаем, что лужи после дождя высыхают даже в холодную погоду.
Но скорость испарения зависит от многих факторов. Один из важнейших - температура вещества . Чем она выше, тем больше скорость движения частиц и их энергия, и тем большее их количество покидает жидкость в единицу времени.
Наполним одинаковым количеством воды 2 стакана. Один поставим на солнцепёк, а другой оставим в тени. Через некоторое время увидим, что воды в первом стакане стало меньше, чем во втором. Её нагрели солнечные лучи, и она испарилась быстрее. Лужи после дождя летом также высыхают гораздо быстрее, чем весной или осенью. В сильную жару происходит быстрое испарение воды с поверхностей водоёмов. Высыхают пруды, озёра, пересыхают русла неглубоких рек. Чем выше температура окружающей среды, тем выше скорость испарения.
При одинаковом объёме жидкость, находящаяся в широкой тарелке, испарится гораздо быстрее жидкости, налитой в стакан. Это означает, что скорость испарения зависит от площади поверхности испарения . Чем больше эта площадь, тем большее количество молекул вылетает из жидкости в единицу времени.
При одинаковых внешних условиях скорость испарения зависит от рода вещества . Заполним стеклянные колбы одинаковым объёмом воды и спирта. Через некоторое время увидим, что спирта осталось меньше, чем воды. Он испаряется с большей скоростью. Так происходит, потому что молекулы спирта слабее взаимодействуют друг с другом, чем молекулы воды.
Влияет на скорость испарения и наличие ветра . Мы знаем, что вещи после стирки гораздо быстрее высыхают, когда их обдувает ветер. Струя горячего воздуха в фене способна быстро высушить наши волосы.
Ветер уносит молекулы, вылетевшие из жидкости, и обратно они уже не возвращаются. Их место занимают новые молекулы, покидающие жидкость. Поэтому в самой жидкости их становится меньше. Следовательно, она испаряется быстрее.
Испарение происходит и в твёрдых телах. Мы видим, как постепенно высыхает на морозе замёрзшее, покрытое льдом бельё. Лёд превращается в пар. Мы ощущаем резкий запах, образующийся при испарении твёрдого вещества нафталина.
Некоторые вещества вообще не имеют жидкой фазы. К примеру, элементарный иод I 2 - простое вещество, представляющее собой кристаллы чёрно-серого цвета с фиолетовым металлическим блеском, при нормальных условиях сразу же превращается в газообразный иод - фиолетовые пары с резким запахом. Тот жидкий йод, который мы покупаем в аптеках, - это не жидкое его состояние, а раствор йода в спирте.
Процесс перехода твёрдых тел в газообразное состояние, минуя жидкую стадию, называют сублимацией, или возгонкой .
Кипение - это тоже процесс перехода жидкости в пар. Но парообразование при кипении происходит не только на поверхности жидкости, но и по всему её объёму. Причём процесс этот проходит гораздо интенсивнее, чем при испарении.
Поставим на огонь чайник с водой. Так как в воде всегда есть растворённый в ней воздух, то при нагревании на дне чайника и на его стенках появляются пузырьки. Эти пузырьки содержат воздух и насыщенный водяной пар. Сначала они появляются на стенках чайника. Количество пара в них увеличивается, увеличиваются в размерах и они сами. Затем под воздействием выталкивающей силы Архимеда они будут отрываться от стенок, подниматься вверх и лопаться на поверхности воды. Когда температура воды достигнет 100 о С, пузырьки будут образовываться уже по всему объёму воды.
Испарение происходит при любой температуре, а кипение - только при определённой температуре, которая называется температурой кипения .
Каждое вещество имеет свою температуру кипения. Она зависит от величины давления.
При нормальном атмосферном давлении вода закипает при температуре 100 о С, спирт - при 78 о С, железо - при 2750 о С. А температура кипения кислорода - минус 183 о С.
При уменьшении давления температура кипения снижается. В горах, где атмосферное давление ниже, вода закипает при температуре менее 100 о С. И чем выше над уровнем моря, тем меньшей будет температура кипения. А в кастрюле-скороварке, где создаётся повышенное давление, вода закипает при температуре выше 100 о С.
Если вещество может одновременно существовать в жидкой (или твёрдой) фазе и газообразной, то его газообразное состояние называют паром . Пар образуют молекулы, вылетевшие при испарении из жидкости или твёрдого вещества.
Нальём жидкость в сосуд и плотно закроем его крышкой. Через некоторое время количество жидкости уменьшится из-за её испарения. Молекулы, покидающие жидкость, будут концентрироваться над её поверхностью в виде пара. Но когда плотность пара станет довольно высокой, некоторые из них начнут снова возвращаться в жидкость. И таких молекул будет всё больше и больше. Наконец, настанет такой момент, когда число молекул, вылетающих из жидкости, и число молекул, возвращающихся в неё, сравняется. В этом случае говорят, что жидкость находится в динамическом равновесии со своим паром . А такой пар называется насыщенным .
Если при парообразовании из жидкости вылетает больше молекул, чем возвращается, то такой пар будет ненасыщенным . Ненасыщенный пар образуется, когда испаряющаяся жидкость находится в открытом сосуде. Покидающие её молекулы рассеиваются в пространстве. Возвращаются в жидкость далеко не все из них.
Обратный переход вещества из газообразного состояния в жидкое называют конденсацией. При конденсации часть молекул пара возвращается в жидкость.
Пар начинает превращаться в жидкость (конденсироваться) при определённом сочетании температуры и давления. Такое сочетание называется критической точкой . Максимальная температура, ниже которой начинается конденсация, называется критической температурой. При температуре выше критической газ никогда не превратится в жидкость.
В критической точке граница раздела фазовых состояний жидкость-пар размывается. Исчезает поверхностное натяжение жидкости, выравниваются плотности жидкости и её насыщенного пара.
При динамическом равновесии, когда число молекул, покидающих жидкость и возвращающихся в неё равно, процессы испарения и конденсации уравновешены.
При испарении воды её молекулы образуют водяной пар , который смешивается с воздухом или другим газом. Температура, при которой такой пар в воздухе становится насыщенным, начинает конденсироваться при охлаждении и превращается в капельки воды, называется точкой росы .
Когда в воздухе находится большое количество водяного пара, говорят, что его влажность повышена.
В природе испарение и конденсацию мы наблюдаем очень часто. Утренний туман, облака, дождь - всё это результат этих явлений. С земной поверхности при нагревании испаряется влага. Молекулы образовавшегося пара поднимаются вверх. Встречая на своём пути прохладные листики или травинки, пар конденсируется на них в виде капелек росы. Чуть выше, в приземных слоях, он становится туманом. А высоко в атмосфере при низкой температуре остывший пар превращается в облака, состоящие из капелек воды или кристалликов льда. Впоследствии из этих облаков на землю прольётся дождь или выпадет град.
Но капельки воды при конденсации образуются лишь в том случае, когда в воздухе находятся мельчайшие твёрдые или жидкие частицы, которые называют ядрами конденсации . Ими могут быть продукты горения, распыления, частицы пыли, морской соли над океаном, частицы, образовавшиеся в результате химических реакций в атмосфере и др.
Иногда вещество может перейти из газообразного состояния сразу в твёрдое, минуя жидкую стадию. Такой процесс называется десублимацией .
Ледяные узоры, которые появляются на стёклах в мороз, и есть пример десублимации. При заморозках почва покрывается инеем - тонкими кристалликами льда, в которые превратились водяные пары из воздуха.
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.
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.
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 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.
Стоит заметить, что интенсивность испарения у каждого вещества различна, а потому основными физическими характеристиками, которые влияют на скорость испарения, являются:
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).
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.
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.
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.
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.
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»
Испарение - это процесс, при котором вещество из жидкого или твердого состояния переходит в пар. В случае перехода вещества из твердого состояния непосредственно в парообразное - процесс чаще называют возгонкой. Обратный - переход пара в воду называют конденсацией. Водяной пар, конденсируясь в атмосфере, образует облака, а затем и осадки, выпадающие на землю.
Рассмотрим испарение в замкнутом объеме. Известно, что молекулы жидкости, обладая кинетической энергией, постоянно совершают колебательные движения. Скорость их движения является важным показателем их кинетической энергии. При колебательном движении в пар переходят молекулы воды, обладающие наибольшей скоростью движения по сравнению с другими молекулами. Чтобы оторваться от поверхности воды испаряющаяся молекула должна преодолеть силы притяжения со стороны оставшихся молекул, а также внешнее давление уже образовавшегося пара над этой поверхностью. При испарении температура воды понижается. Объясняется это тем, что жидкость покидают молекулы, обладающие наибольшей энергией по отношению к другим молекулам при данной её температуре. Чтобы температура жидкости не понижалась, её необходимо непрерывно нагревать. Количество теплоты, необходимое для поддержания постоянной температуры называют удельной теплотой испарения. Т.о, испарение воды сопровождается затратой энергии, характеризующейся количеством теплоты, которое нужно сообщить единице её массы, имеющей температуру 1, чтобы превратить её в пар при той же температуре.
Испарение происходит при любой температуре. Но с её возрастанием скорость испарения увеличивается, так как интенсивность теплового движения молекул в этом случае также возрастает. Одновременно с испарением наблюдается процесс конденсации водяного пара, т.е. происходит непрерывный обмен молекулами между этими фазами. В зависимости от преобладания первого или второго процесса над водной поверхностью будет наблюдаться насыщенный водяной пар, динамическое равновесие или перенасыщенный водяной пар. Указанные состояния водяного пара в воздухе можно характеризовать соответствующими разностями давления водяного пара: ℮0 - ℮ > 0, ℮0- ℮ = 0, ℮0- ℮ < 0, где ℮0 - давление насыщенного водяного пара в воздухе, определяемое по температуре поверхности воды; ℮ - парциальное давление водяного пара в воздухе. Разность ℮0- ℮ - дефицит насыщения воздуха.
Итак, в замкнутом объеме интенсивность испарения зависит от температуры поверхности воды, определяющей значение ℮0 , и фактического парциального давления водяного пара ℮ над испаряющей поверхностью. Чем выше температура воды и ниже фактическое парциальное давление водяного пара, тем больше испарение. В естественных условиях температура воды и влажность воздуха непостоянные и зависят от многих факторов: солнечной радиации, радиационного излучения подстилающей поверхности, стратификации атмосферы, скорости воздушного потока и др.
Оценка испарения с водной поверхности может быть произведена с использованием нескольких методов. Большое количество методов вызвано тем, что сложный механизм взаимодействия между водной поверхностью водоема и прилегающей к ней воздушной массой полностью не раскрыт. Более точным из разработанных методов считается инструментальный (прямой) метод, т. е. метод непосредственного измерения слоя испарившейся воды с помощью водных испарителей. К прямому методу относится и пульсационный метод. Однако они не всегда могут быть применены вследствие их трудоемкости и невозможности использования при разработке проекта. Поэтому для определения испарения с поверхности воды применяют косвенные методы, основанные на использовании уравнений водного и теплового балансов, турбулентной диффузии водяного пара в атмосфере, а также производят расчёт по метеорологическим данным с помощью эмпирических формул.
