Ve světě kolem nás se neustále a nepřetržitě děje obrovské množství různých fyzikálních jevů a procesů. Jedním z nejdůležitějších je proces odpařování. Pro tento jev existuje několik předpokladů. V tomto článku budeme každou z nich podrobněji analyzovat.
Co je vypařování?
Jedná se o proces přeměny látek do plynného nebo parního stavu. Je typický pouze pro látky tekuté konzistence. Něco podobného je však pozorováno u pevných látek, jen se tento jev nazývá sublimace. To lze pozorovat pečlivým pozorováním těl. Například kostka mýdla časem vyschne a začne praskat, je to způsobeno tím, že se kapičky vody v jejím složení vypařují a přecházejí do plynného stavu H2O.
Definice ve fyzice
Vypařování je endotermický proces, ve kterém je zdrojem absorbované energie teplo fázového přechodu. Obsahuje dvě součásti:
- určité množství tepla potřebné k překonání molekulárních přitažlivých sil, když dojde k přerušení mezi spojenými molekulami;
- teplo potřebné pro práci expandujících molekul v procesu přeměny kapalných látek na páru nebo plyn.
Jak se to děje?
Přechod látky z kapalného do plynného skupenství může nastat dvěma způsoby:
- Vypařování je proces, při kterém molekuly unikají z povrchu kapalné látky.
- Vaření je proces odpařování z kapaliny přivedením teploty na specifické teplo varu látky.
Navzdory skutečnosti, že oba tyto jevy přeměňují kapalnou látku na plyn, existují mezi nimi značné rozdíly. Var je aktivní proces, ke kterému dochází pouze při určité teplotě, zatímco k odpařování dochází za jakýchkoli podmínek. Dalším rozdílem je, že var je charakteristický pro celou tloušťku kapaliny, zatímco druhý jev se vyskytuje pouze na povrchu kapalných látek.
Molekulární kinetická teorie vypařování
Pokud tento proces vezmeme v úvahu na molekulární úrovni, stane se takto:
- Molekuly v kapalných látkách jsou v neustálém chaotickém pohybu, všechny mají úplně jiné rychlosti. Mezitím se částice navzájem přitahují vlivem přitažlivých sil. Pokaždé, když do sebe narazí, změní se jejich rychlost. V určitém okamžiku někteří vyvinou velmi vysokou rychlost, což jim umožní překonat gravitační síly.
- Tyto prvky, které se objevily na povrchu kapaliny, mají takovou kinetickou energii, že jsou schopny překonatmezimolekulární vazby a opouštějí kapalinu.
- Právě tyto nejrychlejší molekuly vylétají z povrchu kapalné látky a tento proces probíhá neustále a nepřetržitě.
- Jakmile jsou ve vzduchu, promění se v páru – tomu se říká vaporizace.
- V důsledku toho se průměrná kinetická energie zbývajících částic stále zmenšuje. To vysvětluje chlazení kapaliny. Vzpomeňte si, jak nás v dětství učili foukat horkou tekutinu, aby rychleji vychladla. Ukázalo se, že jsme urychlili proces odpařování vody a teplota klesla mnohem rychleji.
Na jakých faktorech to závisí?
Pro uskutečnění tohoto procesu je zapotřebí mnoho podmínek. Pochází odkudkoli, kde jsou přítomny částice vody: jsou to jezera, moře, řeky, všechny mokré předměty, obaly těl zvířat a lidí, stejně jako listy rostlin. Lze dojít k závěru, že vypařování je velmi významný a nepostradatelný proces pro okolní svět a všechny živé bytosti.
Zde jsou faktory, které ovlivňují tento jev:
- Rychlost odpařování přímo závisí na složení samotné kapaliny. Je známo, že každý z nich má své vlastní vlastnosti. Například ty látky, ve kterých je výparné teplo nižší, se přemění rychleji. Srovnejme dva procesy: odpařování lihu a obyčejné vody. V prvním případě dochází k přeměně do plynného skupenství rychleji, protože měrné teplo vypařování a kondenzace pro alkohol je 837 kJ/kg a pro vodu téměř trojnásobekvíce - 2260 kJ/kg.
- Rychlost také závisí na počáteční teplotě kapaliny: čím je vyšší, tím rychleji se tvoří pára. Jako příklad si vezměme sklenici vody, když je uvnitř nádoby vařící voda, dochází k odpařování mnohem rychleji, než když je teplota vody nižší.
- Dalším faktorem, který určuje rychlost tohoto procesu, je plocha povrchu kapaliny. Pamatujte, že horká polévka chladne rychleji v misce o velkém průměru než v malém podšálku.
- Rychlost distribuce látek ve vzduchu do značné míry určuje rychlost vypařování, to znamená, že čím rychlejší difúze probíhá, tím rychlejší je odpařování. Například při silném větru se kapky vody odpařují rychleji z hladiny jezer, řek a nádrží.
- Důležitou roli hraje také teplota vzduchu v místnosti. Více si o tom povíme níže.
Jaká je role vlhkosti vzduchu?
Vzhledem k tomu, že proces vypařování probíhá odkudkoli nepřetržitě a neustále, jsou ve vzduchu vždy částice vody. V molekulární formě vypadají jako skupina prvků H2O. Kapaliny se mohou odpařovat v závislosti na objemu vodní páry v atmosféře, tento koeficient se nazývá vlhkost vzduchu. Dodává se ve dvou typech:
- Relativní vlhkost je poměr množství vodní páry ve vzduchu k hustotě nasycené páry při stejné teplotě v procentech. Například skóre 100 % označuježe atmosféra je zcela nasycena molekulami H2O.
- Absolut charakterizuje hustotu vodní páry ve vzduchu, označuje se písmenem f a ukazuje, kolik molekul vody je obsaženo v 1m3 vzduchu.
Souvislost mezi procesem odpařování a vlhkostí vzduchu lze určit následovně. Čím nižší je relativní vlhkost vzduchu, tím rychleji dojde k odpařování z povrchu země a dalších objektů.
Vypařování různých látek
U různých látek tento proces probíhá odlišně. Například alkohol se vypařuje rychleji než mnoho kapalin kvůli jeho nízkému měrnému teplu vypařování. Často se takové kapalné látky nazývají těkavé, protože se z nich vodní pára doslova vypařuje téměř při jakékoli teplotě.
Alkohol se může odpařovat i při pokojové teplotě. V procesu přípravy vína nebo vodky je alkohol poháněn měsíčním svitem a dosahuje pouze bodu varu, který je přibližně rovný 78 stupňům. Skutečná teplota vypařování alkoholu však bude o něco vyšší, protože v původním produktu (například kaši) jde o kombinaci s různými aromatickými oleji a vodou.
Kondenzace a sublimace
Následující jev lze pozorovat pokaždé, když se voda v konvici vaří. Všimněte si, že když se voda vaří, přechází z kapalného skupenství do plynného skupenství. Děje se to tímto způsobem: horkým proudem vodní páry svyletí z konvice výtokem vysokou rychlostí. V tomto případě není vytvořená pára vidět přímo na výstupu z hubice, ale v malé vzdálenosti od ní. Tento proces se nazývá kondenzace, tj. vodní pára zhoustne do takové míry, že je viditelná pro naše oči.
Vypařování pevné látky se nazývá sublimace. Současně přecházejí ze stavu agregace do plynného stavu, přičemž obcházejí kapalný stupeň. Nejznámější případ sublimace je spojen s ledovými krystaly. Ve své původní podobě je led pevná látka, při teplotách nad 0°C začíná tát a nabývá kapalného skupenství. V některých případech však při záporných teplotách led přechází do formy páry a obchází kapalnou fázi.
Vliv vypařování na lidské tělo
Díky odpařování dochází v našem těle k termoregulaci. Tento proces probíhá prostřednictvím samochladícího systému. V horkém dusném dni je člověku, který se věnuje určité fyzické práci, velmi horko. To znamená, že zvyšuje vnitřní energii. A jak víte, při teplotách nad 42 ° se bílkoviny v lidské krvi začínají srážet, pokud se tento proces nezastaví včas, povede to ke smrti.
Samochladicí systém je navržen právě tak, aby reguloval teplotu pro normální život. Když se teplota stane maximální povolenou, začne aktivní pocení přes póry na kůži. A pak z povrchu kůže docházíodpařování, které absorbuje přebytečnou tělesnou energii. Jinými slovy, odpařování je proces, který přispívá k ochlazení těla do normálního stavu.
