Všichni si dobře uvědomujeme jednu vážnou skutečnost života od dětství. Pro vychladnutí horkého čaje je nutné jej nalít do studeného podšálku a dlouze foukat po jeho povrchu. Když je vám šest nebo sedm let, ve skutečnosti o fyzikálních zákonech nepřemýšlíte, prostě je berete jako samozřejmost, nebo je z fyzikálního hlediska berete jako axiom. Jak se však postupem času učíme vědu, objevujeme zajímavé podobnosti mezi axiomy a konzistentními důkazy a plynule převádíme naše domněnky z dětství do teorémů pro dospělé. Totéž platí pro horký čaj. Nikdo z nás si nedokázal představit, že tento způsob chlazení přímo souvisí s vypařováním kapaliny.
Fyzika procesu
Abychom mohli odpovědět na otázku, co určuje rychlost vypařování kapaliny, je nutné porozumět samotné fyzice procesu. Vypařování je proces fázového přechodu látky z kapalného skupenství agregace do plynného skupenství. Jakákoli kapalná látka se může odpařovat, včetně velmi viskózních. Vzhledověa nedá se říct, že by určitá rosolovitá kaše mohla ztratit část své hmoty v důsledku odpařování, ale za určitých podmínek se to přesně děje. Pevná látka se také může vypařit, pouze tento proces se nazývá sublimace.
Jak se to děje
Když začneme zjišťovat, na čem závisí rychlost vypařování kapaliny, měli bychom vycházet ze skutečnosti, že se jedná o endotermický proces, tedy proces, který probíhá s absorpcí tepla. Teplo fázové přeměny (teplo vypařování) předává energii molekulám látky, zvyšuje jejich rychlost a zvyšuje pravděpodobnost jejich oddělení a zároveň oslabuje síly molekulární soudržnosti. Nejrychlejší molekuly se odtrhnou od objemu látky a vylomí se z jejích hranic a látka ztratí svou hmotnost. Současně se vyvržené molekuly kapaliny okamžitě vaří, při separaci provádějí proces fázového přechodu a jejich výstup je již v plynném stavu.
Aplikace
Pochopením důvodů, na kterých závisí rychlost vypařování kapaliny, je možné správně regulovat technologické procesy probíhající na jejich základě. Například provoz klimatizace, v jejímž tepelném výměníku-výparníku vře chladivo, odebírající teplo z chlazené místnosti, nebo varu vody v potrubí průmyslového kotle, jejíž teplo se předává potřeby vytápění a dodávky teplé vody. Pochopení podmínek, na kterých závisí rychlost odpařování kapaliny, dává příležitost navrhnout a vyrobit moderní a technologická zařízení kompaktních rozměrů a se zvýšeným koeficientempřenos tepla.
Teplota
Tekutý stav agregace je extrémně nestabilní. S naším pozemským n. y (koncept „normálních podmínek“, tedy vhodných pro lidský život), má periodicky tendenci přecházet do pevné nebo plynné fáze. jak se to stane? Co určuje rychlost odpařování kapaliny?
Primárním kritériem je samozřejmě teplota. Čím více kapalinu zahříváme, tím více energie přivádíme do molekul látky, čím více molekulárních vazeb rozbijeme, tím rychleji probíhá proces fázového přechodu. Apoteózy je dosaženo stálým nukleárním varem. Voda se vaří při 100°C při atmosférickém tlaku. Povrch hrnce nebo třeba konvice, kde se vaří, je jen na první pohled dokonale hladký. Při mnohonásobném zvětšení obrázku uvidíme nekonečné ostré vrcholy jako na horách. Teplo je dodáváno bodově ke každému z těchto vrcholů a díky malé teplosměnné ploše se voda okamžitě vaří a vytváří vzduchovou bublinu, která stoupá k povrchu, kde se zhroutí. Proto se takovému varu říká bublinkový. Rychlost odpařování vody je maximální.
Tlak
Druhým důležitým parametrem, na kterém závisí rychlost vypařování kapaliny, je tlak. Když tlak klesne pod atmosférický, voda se začne vařit při nižších teplotách. Na tomto principu je založena práce slavných tlakových hrnců - speciální pánve, odkud byl odčerpáván vzduch a voda se vařila již při 70-80 ºС. Na druhou stranu nárůst tlakuzvyšuje bod varu. Této užitečné vlastnosti se využívá při dodávkách přehřáté vody z tepelné elektrárny do ústředního vytápění a ITP, kde pro zachování potenciálu předávaného tepla dochází k ohřevu vody na teploty 150-180 stupňů, kdy je nutné vyloučit možnost varu v potrubí.
Další faktory
Intenzivní ofukování povrchu kapaliny o teplotě vyšší než je teplota přiváděného proudu vzduchu je dalším faktorem, který určuje rychlost odpařování kapaliny. Příklady si toho lze vzít z každodenního života. Foukání hladiny jezera větrem aneb příklad, kterým jsme příběh začínali: foukání horkého čaje nalitého do podšálku. Ochlazuje se v důsledku skutečnosti, že molekuly, které se odtrhávají od větší části látky, s sebou berou část energie a ochlazují ji. Zde můžete také vidět vliv plochy. Talíř je širší než hrnek, takže z jeho čtverce může uniknout větší množství vody.
Na rychlost vypařování má vliv i samotný druh kapaliny: některé kapaliny se vypařují rychleji, jiné naopak pomaleji. Důležitý vliv na proces odpařování má také stav okolního vzduchu. Pokud je absolutní obsah vlhkosti vysoký (velmi vlhký vzduch, například blízko moře), bude proces odpařování pomalejší.
