تبخر وتبخر الماء. تبخر الماء

على سبيل المثال، من سطح وعاء مفتوح، من سطح الخزان، وما إلى ذلك. يحدث التبخر عند أي درجة حرارة، ولكن لأي سائل تزداد سرعته مع زيادة درجة الحرارة. يزداد الحجم الذي تشغله كتلة معينة من المادة بشكل مفاجئ أثناء التبخر.

الغيوم في السماء والصقيع على الأشجار - كل هذه عواقب عمليات تبخر الماء وتكثيف بخار الماء.

ويجب التمييز بين حالتين رئيسيتين. الأول هو عندما يحدث التبخر في وعاء مغلق وتكون درجة الحرارة في جميع نقاط الوعاء هي نفسها. على سبيل المثال، يتبخر الماء داخل غلاية بخارية أو في غلاية مغلقة بغطاء إذا كانت درجة حرارة الماء والبخار أقل من درجة الغليان. في هذه الحالة، يقتصر حجم البخار المتولد على مساحة الوعاء. يصل ضغط البخار إلى قيمة محددة يكون عندها في حالة توازن حراري مع السائل؛ هذه بخارمُسَمًّى ثري، ويكون ضغطه ضغط البخار. الحالة الثانية هي عندما لا يكون الفضاء الموجود فوق السائل مغلقا؛ هكذا يتبخر الماء من سطح البركة. في هذه الحالة، لا يتحقق التوازن أبدًا، ويكون البخار غير مشبع، ويعتمد معدل التبخر على عوامل كثيرة.

مقياس معدل التبخر هو كمية المادة التي تتسرب في كل وحدة زمنية من وحدة السطح الحر للسائل. الفيزيائي والكيميائي الإنجليزي د. دالتون في بداية القرن التاسع عشر. وجد أن معدل التبخر يتناسب مع الفرق بين ضغط البخار المشبع عند درجة حرارة السائل المتبخر والضغط الفعلي للبخار الحقيقي الموجود فوق السائل. إذا كان السائل والبخار في حالة توازن، فإن معدل التبخر يكون صفرًا. بتعبير أدق، يحدث ذلك، ولكن العملية العكسية تحدث أيضًا بنفس السرعة - تركيز(انتقال المادة من الحالة الغازية أو البخارية إلى الحالة السائلة). ويعتمد معدل التبخر أيضًا على ما إذا كان يحدث في جو هادئ أو متحرك؛ تزداد سرعته إذا تم نفخ البخار الناتج بواسطة تيار هوائي أو ضخه بواسطة مضخة.

إذا حدث التبخر من محلول سائل، فإن المواد المختلفة تتبخر بمعدلات مختلفة. يتناقص معدل تبخر مادة معينة مع زيادة ضغط الغازات الدخيلة، مثل الهواء. لذلك، يحدث التبخر في الفراغ بأعلى سرعة. على العكس من ذلك، من خلال إضافة غاز خامل أجنبي إلى الوعاء، يمكن إبطاء التبخر بشكل كبير.

أثناء التبخر، يجب على الجزيئات المتسربة من السائل أن تتغلب على جاذبية الجزيئات المجاورة وتعمل ضد قوى التوتر السطحي التي تثبتها في الطبقة السطحية. ولذلك، لكي يحدث التبخر، يجب نقل الحرارة إلى المادة المتبخرة، عن طريق سحبها من احتياطي الطاقة الداخلي للسائل نفسه أو أخذها من الأجسام المحيطة. تسمى كمية الحرارة التي يجب نقلها إلى سائل عند درجة حرارة معينة وضغط ثابت لتحويله إلى بخار عند نفس درجة الحرارة والضغط حرارة التبخير. ويزداد ضغط البخار مع زيادة درجة الحرارة، وكلما زادت قوة حرارة التبخر.

إذا لم يتم توفير الحرارة من الخارج إلى السائل المتبخر أو لم يتم توفيرها بشكل كاف، فإن السائل يبرد. ولهذا السبب، عندما نترك يدًا مبللة في الهواء، نشعر بالبرد. من خلال إجبار السائل الموجود في وعاء بجدران غير موصلة للحرارة على التبخر بشكل مكثف، يمكن تبريده بشكل كبير. وفقا للنظرية الحركية، تتبخر أسرع الجزيئات، وينخفض \u200b\u200bمتوسط \u200b\u200bطاقة الجزيئات المتبقية في السائل - ولهذا السبب يبرد السائل.

ويسمى أحيانًا أيضًا بالتبخر تسامي، أو تسامي، أي انتقال المادة الصلبة إلى الحالة الغازية. تقريبا جميع أنماطها متشابهة حقا. حرارة التسامي أكبر من حرارة التبخر بحوالي حرارة الانصهار.

عند درجات حرارة أقل من نقطة الانصهار، يكون ضغط البخار المشبع لمعظم المواد الصلبة منخفضًا جدًا، ويكون تبخرها غائبًا عمليًا. ومع ذلك، هناك استثناءات. وبالتالي، فإن الماء عند 0 درجة مئوية لديه ضغط بخار مشبع قدره 4.58 ملم زئبق. الفن والجليد عند -1 درجة مئوية - 4.22 ملم زئبق. فن. وحتى عند -10 درجة مئوية - لا يزال 1.98 ملم زئبق. فن. تفسر ضغوط بخار الماء الكبيرة نسبيًا تبخر الجليد الصلب الذي يمكن ملاحظته بسهولة، ولا سيما الحقيقة المعروفة المتمثلة في تجفيف الملابس الرطبة في البرد.

إذا تركت وعاء الماء غير مغطى، فسوف يتبخر الماء بعد فترة. إذا قمت بنفس التجربة مع الكحول الإيثيلي أو البنزين، فستحدث العملية بشكل أسرع إلى حد ما. إذا قمت بتسخين وعاء من الماء على موقد قوي بما فيه الكفاية، فسوف يغلي الماء.

كل هذه الظواهر هي حالة خاصة من التبخر، أي تحول السائل إلى بخار. هناك نوعان من التبخيرالتبخر والغليان.

ما هو التبخر

التبخر هو تكوين البخار من سطح السائل. ويمكن تفسير التبخر على النحو التالي.

أثناء التصادمات، تتغير سرعات الجزيئات. غالبًا ما تكون هناك جزيئات تكون سرعتها عالية جدًا بحيث تتغلب على جاذبية الجزيئات المجاورة وتنفصل عن سطح السائل. (التركيب الجزيئي للمادة). نظرًا لوجود الكثير من الجزيئات حتى في كمية صغيرة من السائل، فإن مثل هذه الحالات تحدث كثيرًا، وهناك عملية تبخر مستمرة.

الجزيئات المنفصلة عن سطح السائل تشكل بخارًا فوقه. بعضهم، بسبب الحركة الفوضوية، يعودون إلى السائل. لذلك، يحدث التبخر بشكل أسرع في حالة وجود رياح، لأنها تحمل البخار بعيدًا عن السائل (هنا تحدث أيضًا ظاهرة "التقاط" وفصل الجزيئات عن سطح السائل بواسطة الرياح).

لذلك، في وعاء مغلق، يتوقف التبخر بسرعة: يصبح عدد الجزيئات التي "تنطلق" في وحدة زمنية مساوية للعدد الذي "يعود" إلى السائل.

معدل التبخريعتمد على نوع السائل: فكلما قل التجاذب بين جزيئات السائل، زاد التبخر.

كلما زادت مساحة سطح السائل، زادت فرصة خروج الجزيئات منه. وهذا يعني أن شدة التبخر تعتمد على مساحة سطح السائل.

ومع ارتفاع درجة الحرارة، تزداد سرعة الجزيئات. ولذلك، كلما ارتفعت درجة الحرارة، كلما زاد التبخر.

ما يغلي

الغليان هو تبخر شديد يحدث نتيجة لتسخين السائل وتكوين فقاعات بخار فيه تطفو على السطح وتنفجر هناك.

أثناء الغليان، تظل درجة حرارة السائل ثابتة.

نقطة الغليان هي درجة الحرارة التي يغلي عندها السائل. عادة، عندما نتحدث عن نقطة غليان سائل معين، فإننا نقصد درجة الحرارة التي يغلي عندها هذا السائل عند الضغط الجوي العادي.

أثناء التبخير، تقوم الجزيئات المنفصلة عن السائل بسحب بعض الطاقة الداخلية منه. لذلك، عندما يتبخر السائل، فإنه يبرد.

حرارة التبخير النوعية

تسمى الكمية الفيزيائية التي تميز كمية الحرارة اللازمة لتبخير وحدة كتلة من المادة بالحرارة النوعية للتبخر. (اتبع الرابط للحصول على تحليل أكثر تفصيلا لهذا الموضوع)

في نظام SI، وحدة قياس هذه الكمية هي J/kg. تم تحديده بالحرف L.

يحدث تبخر السائل عند أي درجة حرارة، وكلما ارتفعت درجة الحرارة بشكل أسرع، زادت مساحة السطح الحر للسائل المتبخر، وزادت سرعة إزالة الأبخرة المتكونة فوق السائل.

عند درجة حرارة معينة، اعتمادًا على طبيعة السائل والضغط الذي يقع تحته، يبدأ التبخر في كتلة السائل بأكملها. هذه العملية تسمى الغليان.

هذه عملية تبخر مكثف ليس فقط من السطح الحر، ولكن أيضًا من حجم السائل. فقاعات مليئة بالبخار المشبع تتشكل في الحجم. ترتفع إلى أعلى تحت تأثير قوة الطفو وتنفجر على السطح. مراكز تكوينها عبارة عن فقاعات صغيرة من الغازات الأجنبية أو جزيئات من الشوائب المختلفة.

إذا كانت أبعاد الفقاعة تبلغ عدة ملليمترات أو أكثر، فيمكن إهمال الحد الثاني، وبالتالي، بالنسبة للفقاعات الكبيرة عند ضغط خارجي ثابت، يغلي السائل عندما يصبح ضغط البخار المشبع في الفقاعات مساويًا للضغط الخارجي .

نتيجة للحركة الفوضوية فوق سطح السائل، يعود جزيء البخار، الذي يقع في مجال عمل القوى الجزيئية، إلى السائل مرة أخرى. وتسمى هذه العملية التكثيف.

التبخر والغليان

التبخر والغليان طريقتان يمكن من خلالهما أن يتحول السائل إلى غاز (بخار). تسمى عملية هذا الانتقال بالتبخير. أي أن التبخر والغليان من طرق التبخير. هناك اختلافات كبيرة بين هاتين الطريقتين.

يحدث التبخر فقط من سطح السائل. إنه نتيجة لحقيقة أن جزيئات أي سائل تتحرك باستمرار. علاوة على ذلك، فإن سرعة الجزيئات مختلفة. يمكن للجزيئات ذات السرعة العالية بما فيه الكفاية، بمجرد ظهورها على السطح، التغلب على قوة جذب الجزيئات الأخرى وينتهي بها الأمر في الهواء. تشكل جزيئات الماء، منفردة في الهواء، بخارًا. من المستحيل رؤية الأزواج من خلال عيونهم. ما نراه كضباب مائي هو بالفعل نتيجة التكثيف (العملية المعاكسة للتبخر)، عندما يتجمع البخار عند تبريده على شكل قطرات صغيرة.

ونتيجة للتبخر، يبرد السائل نفسه عندما تغادره أسرع الجزيئات. كما تعلمون، يتم تحديد درجة الحرارة بدقة من خلال سرعة حركة جزيئات المادة، أي طاقتها الحركية.

يعتمد معدل التبخر على عدة عوامل. أولا، يعتمد ذلك على درجة حرارة السائل. كلما ارتفعت درجة الحرارة، كلما كان التبخر أسرع. وهذا أمر مفهوم، لأن الجزيئات تتحرك بشكل أسرع، مما يعني أنه من الأسهل عليها الهروب من السطح. معدل التبخر يعتمد على المادة. في بعض المواد، تنجذب الجزيئات بقوة أكبر، وبالتالي يصعب عليها الطيران، بينما في مواد أخرى تكون أضعف، وبالتالي تترك السائل بسهولة أكبر. ويعتمد التبخر أيضًا على مساحة السطح وتشبع الهواء بالبخار والرياح.

وأهم ما يميز التبخر عن الغليان هو أن التبخر يحدث عند أي درجة حرارة، ويحدث فقط من سطح السائل.

على عكس التبخر، يحدث الغليان فقط عند درجة حرارة معينة. كل مادة في الحالة السائلة لها درجة غليان خاصة بها. على سبيل المثال، يغلي الماء عند الضغط الجوي الطبيعي عند 100 درجة مئوية، والكحول عند 78 درجة مئوية. ومع ذلك، مع انخفاض الضغط الجوي، تنخفض درجة غليان جميع المواد قليلاً.

عندما يغلي الماء، يتم إطلاق الهواء المذاب فيه. نظرًا لأن الوعاء يتم تسخينه عادةً من الأسفل، فإن درجة الحرارة في الطبقات السفلية من الماء تكون أعلى، وتتشكل الفقاعات هناك أولاً. يتبخر الماء في هذه الفقاعات وتصبح مشبعة ببخار الماء.

وبما أن الفقاعات أخف من الماء نفسه، فإنها ترتفع إلى أعلى. نظرًا لحقيقة أن الطبقات العليا من الماء لم تسخن حتى نقطة الغليان، فإن الفقاعات تبرد ويتكثف البخار الموجود فيها مرة أخرى في الماء، وتصبح الفقاعات أثقل وتغرق مرة أخرى.

عندما يتم تسخين جميع طبقات السائل إلى درجة حرارة الغليان، فإن الفقاعات لم تعد تنزل، بل ترتفع إلى السطح وتنفجر. البخار منهم ينتهي في الهواء. وبالتالي، أثناء الغليان، تحدث عملية التبخير ليس على سطح السائل، ولكن طوال سمكه بالكامل في فقاعات الهواء التي تتشكل. على عكس التبخر، الغليان ممكن فقط عند درجة حرارة معينة.

يجب أن يكون مفهوما أنه عندما يغلي السائل، يحدث أيضًا تبخر طبيعي من سطحه.

ما الذي يحدد معدل تبخر السائل؟

في بعض الأحيان يسمى التبخر أيضًا بالتسامي، أو التسامي، أي انتقال المادة الصلبة إلى الحالة الغازية. تقريبا جميع أنماطها متشابهة حقا. حرارة التسامي أكبر من حرارة التبخر بحوالي حرارة الانصهار.

لذا فإن معدل التبخر يعتمد على:

نوع من السائل. السائل الذي تجذب جزيئاته بعضها البعض بقوة أقل يتبخر بشكل أسرع. في الواقع، في هذه الحالة، يمكن لعدد أكبر من الجزيئات التغلب على الجذب والخروج من السائل.
يحدث التبخر بشكل أسرع كلما ارتفعت درجة حرارة السائل. كلما ارتفعت درجة حرارة السائل، زاد عدد الجزيئات سريعة الحركة فيه والتي يمكنها التغلب على قوى الجذب للجزيئات المحيطة بها والابتعاد عن سطح السائل.
يعتمد معدل تبخر السائل على مساحة سطحه. ويفسر هذا السبب بأن السائل يتبخر من السطح، وكلما زادت مساحة سطح السائل، زاد عدد الجزيئات المتطايرة منه في الهواء في وقت واحد.
يحدث تبخر السائل بشكل أسرع مع الرياح. بالتزامن مع انتقال الجزيئات من السائل إلى البخار، تحدث العملية العكسية أيضًا. تتحرك بشكل عشوائي على سطح السائل، وتعود إليه بعض الجزيئات التي تركته مرة أخرى. ولذلك، فإن كتلة السائل الموجود في وعاء مغلق لا تتغير، على الرغم من استمرار السائل في التبخر.

الاستنتاجات

نقول أن الماء يتبخر. و لكن ماذا يعني ذلك؟ التبخر هو العملية التي يتحول بها السائل الموجود في الهواء بسرعة إلى غاز أو بخار. تتبخر العديد من السوائل بسرعة كبيرة، أسرع بكثير من الماء. وهذا ينطبق على الكحول والبنزين والأمونيا. تتبخر بعض السوائل، مثل الزئبق، ببطء شديد.

ما الذي يسبب التبخر؟ لفهم هذا، عليك أن تفهم شيئا عن طبيعة المادة. بقدر ما نعلم، كل مادة تتكون من جزيئات. تعمل قوتان على هذه الجزيئات. أحدهما هو التماسك الذي يجذبهم لبعضهم البعض. والآخر هو الحركة الحرارية للجزيئات الفردية، مما يجعلها تتطاير بعيدًا.

إذا كانت قوة اللصق أعلى، تبقى المادة في حالة صلبة. وإذا كانت الحركة الحرارية قوية بحيث تتجاوز التماسك فإن المادة تصبح أو تكون غازية. إذا كانت القوتان متوازنتين تقريبًا، فلدينا سائل.

الماء، بطبيعة الحال، هو سائل. ولكن على سطح السائل توجد جزيئات تتحرك بسرعة كبيرة لدرجة أنها تتغلب على قوة الالتصاق وتطير بعيدًا في الفضاء. تسمى عملية مغادرة الجزيئات بالتبخر.

لماذا يتبخر الماء بشكل أسرع عندما يتعرض للشمس أو يسخن؟ كلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت كثافة الحركة الحرارية في السائل. وهذا يعني أن المزيد والمزيد من الجزيئات تكتسب سرعة كافية للطيران بعيدًا. عندما تطير الجزيئات الأسرع بعيدًا، تتباطأ سرعة الجزيئات المتبقية في المتوسط. لماذا يبرد السائل المتبقي من خلال التبخر؟

فعندما يجف الماء، فهذا يعني أنه تحول إلى غاز أو بخار وأصبح جزءًا من الهواء.

طالبة في الصف 9B مدرسة تشيرنيشوفا كريستينا MBOU الثانوية رقم 27 في ستافروبول.

موضوع هذا البحث هو دراسة اعتماد معدل التبخر على الظروف الخارجية المختلفة. وتظل هذه المشكلة قائمة في مختلف المجالات التكنولوجية وفي الطبيعة المحيطة بنا. ويكفي أن نقول أن دورة الماء في الطبيعة تتم من خلال مراحل التبخر والتكثيف الحجمي. وتحدد دورة المياه بدورها ظواهر مهمة مثل التأثير الشمسي على الكوكب أو مجرد الوجود الطبيعي للكائنات الحية بشكل عام.

فرضية: يعتمد معدل التبخر على نوع المادة ومساحة سطح السائل ودرجة حرارة الهواء ووجود تيارات هوائية متحركة فوق سطحه.

تحميل:

معاينة:

المؤسسة التعليمية بميزانية البلدية

المدرسة الثانوية رقم 27

عمل بحثي:

"التبخر والعوامل المؤثرة على هذه العملية"

أكمله: طالب الصف 9B

تشيرنيشوفا كريستينا.

المعلم: فيتروفا إل.

ستافروبول

2013

I.مقدمة………………………………………………………………………………………………………………………………….3

الثاني الجزء النظري …………………………………………….4

1. المبادئ الأساسية للنظرية الحركية الجزيئية .......................... 4

2. درجة الحرارة ……………………………………………………………….6

3. خصائص الحالة السائلة للمادة................................................................. 7

4. الطاقة الداخلية …………………………………………………………..8

5. التبخر…………………………………………………………………………………………………………………….10

III.الجزء البحثي................................................................................14

IV.الخلاصة………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….21

خامساً: الأدب…………………………………………………………………………………………….22

مقدمة

يستخدم التبخر على نطاق واسع في الممارسة الصناعية لتنقية المواد، وتجفيف المواد، وفصل المخاليط السائلة، وتكييف الهواء. يتم استخدام تبريد المياه بالتبخير في تعميم أنظمة إمدادات المياه في الشركات.

في محركات المكربن والديزل، يحدد توزيع حجم جزيئات الوقود معدل احتراقها، وبالتالي عملية تشغيل المحرك. لا يشكل ضباب التكثيف بخار الماء أثناء احتراق أنواع الوقود المختلفة فحسب، بل يتم تشكيل العديد من نوى التكثيف، والتي يمكن أن تكون بمثابة مراكز تكثيف للأبخرة الأخرى. تحدد هذه العمليات المعقدة كفاءة المحركات وفقدان الوقود. إن تحقيق أفضل النتائج في دراسة هذه الظواهر يمكن أن يكون بمثابة معلومات لحركة التقدم التقني في بلادنا.

لذا ، والغرض من هذا العمل- استكشاف اعتماد معدل التبخر على العوامل البيئية المختلفة، واستخدام الرسوم البيانية والملاحظات الدقيقة، وأنماط الملاحظة.

فرضية : يعتمد معدل التبخر على نوع المادة ومساحة سطح السائل ودرجة حرارة الهواء ووجود تيارات هوائية متحركة فوق سطحه.

عند إجراء البحث، استخدمنا العديد من الأدوات البسيطة، مثل مقياس الحرارة، بالإضافة إلى موارد الإنترنت وغيرها من المؤلفات.

الجزء الثاني الجزء النظري.

1. المبادئ الأساسية للنظرية الحركية الجزيئية

إن خصائص المواد الموجودة في الطبيعة والتكنولوجيا متنوعة ومتنوعة: الزجاج شفاف وهش، والفولاذ مرن وغير شفاف، والنحاس والفضة موصلان جيدان للحرارة والكهرباء، لكن الخزف والحرير سيئان، وما إلى ذلك.

ما هو التركيب الداخلي لأي مادة؟ هل هي صلبة (مستمرة) أم لها بنية حبيبية (منفصلة) تشبه بنية كومة الرمل؟

لقد تم طرح مسألة بنية المادة في اليونان القديمة، ولكن عدم وجود بيانات تجريبية جعل حلها مستحيلا، ولفترة طويلة (أكثر من ألفي سنة) لم يكن من الممكن التحقق من التخمينات الرائعة حول بنية المادة وقد عبر عنها المفكران اليونانيان القدماء ليوكيبوس وديموقريطوس (460-370 ق.م.م)، اللذين علما أن كل شيء في الطبيعة يتكون من ذرات في حركة مستمرة. تم نسيان تعاليمهم لاحقًا، وفي العصور الوسطى، كانت المادة تعتبر مستمرة بالفعل، وتم شرح التغيرات وحالات الأجسام بمساعدة السوائل عديمة الوزن، والتي جسد كل منها خاصية معينة للمادة ويمكنها الدخول والخروج من الجسم . على سبيل المثال، كان يُعتقد أن إضافة سعرات حرارية إلى الجسم يؤدي إلى تسخينه، وعلى العكس من ذلك، فإن تبريد الجسم يحدث بسبب تدفق السعرات الحرارية وما إلى ذلك.

في منتصف القرن السابع عشر. عاد العالم الفرنسي ب.جاسندي (1592-1655) إلى آراء ديموقريطس. كان يعتقد أن هناك مواد في الطبيعة لا يمكن تجزئتها إلى مكونات أبسط. وتسمى هذه المواد الآن بالعناصر الكيميائية، مثل الهيدروجين والأكسجين والنحاس وغيرها. وبحسب غاسندي فإن كل عنصر يتكون من ذرات من نوع معين.

هناك عدد قليل نسبيًا من العناصر المختلفة في الطبيعة، لكن ذراتها، التي تتحد في مجموعات (من بينها قد تكون هناك ذرات متطابقة)، تعطي أصغر جسيم من نوع جديد من المادة - جزيء. اعتمادًا على عدد ونوع الذرات الموجودة في الجزيء، يتم الحصول على مواد ذات خصائص مختلفة.

في القرن ال 18 ظهرت أعمال M. V. Lomonosov، ووضع أسس النظرية الحركية الجزيئية لهيكل المادة. حارب لومونوسوف بشكل حاسم من أجل طرد السوائل التي لا وزن لها من الفيزياء مثل السعرات الحرارية، وكذلك ذرات البرد والرائحة وما إلى ذلك، والتي كانت تستخدم على نطاق واسع في ذلك الوقت لشرح الظواهر المقابلة. أثبت لومونوسوف أن جميع الظواهر تفسر بشكل طبيعي من خلال حركة وتفاعل جزيئات المادة. - |في بداية القرن التاسع عشر، أظهر العالم الإنجليزي د. دالتون (1766-1844) أنه باستخدام الأفكار حول الذرات والجزيئات فقط، من الممكن استخلاص وشرح القوانين الكيميائية المعروفة من التجارب. وهكذا، أثبت علميا التركيب الجزيئي للمادة. بعد عمل دالتون، تم الاعتراف بوجود الذرات والجزيئات من قبل الغالبية العظمى من العلماء.

مع بداية القرن العشرين. تم قياس أحجام وكتل وسرعات حركة جزيئات المادة، وتم تحديد موقع الذرات الفردية في الجزيئات، باختصار، تم الانتهاء أخيرًا من بناء النظرية الحركية الجزيئية لبنية المادة، والتي كانت استنتاجاتها تم تأكيده من خلال العديد من التجارب.

الأحكام الرئيسية لهذه النظرية هي كما يلي:

1) تتكون كل مادة من جزيئات يوجد بينها مسافات بين الجزيئات.

2) تكون الجزيئات دائمًا في حالة حركة غير منتظمة (فوضوية) مستمرة؛

3) تعمل قوى التجاذب والتنافر بين الجزيئات. تعتمد هذه القوى على المسافة بين الجزيئات. فهي مهمة فقط على مسافات قصيرة جدًا وتتناقص بسرعة عندما تبتعد الجزيئات عن بعضها البعض. وطبيعة هذه القوى كهربائية.

2. درجة الحرارة.

إذا كانت جميع الأجسام تتكون من جزيئات متحركة بشكل مستمر وعشوائي، فكيف سيظهر التغيير في سرعة حركة الجزيئات، أي طاقتها الحركية، وما هي الأحاسيس التي ستسببها هذه التغييرات لدى الإنسان؟ اتضح أن التغير في متوسط الطاقة الحركية للحركة الانتقالية للجزيئات يرتبط بتسخين أو تبريد الأجسام.

في كثير من الأحيان يحدد الإنسان حرارة الجسم عن طريق اللمس، فمثلاً عن طريق لمس مشعاع التدفئة بيده، نقول: المبرد بارد أو دافئ أو ساخن. ومع ذلك، فإن تحديد ما إذا كان الجسم ساخنًا عن طريق اللمس غالبًا ما يكون خادعًا. عندما يلمس الشخص بيده جسمًا خشبيًا ومعدنيًا في الشتاء، يبدو له أن الجسم المعدني أبرد من الجسم الخشبي، على الرغم من أن تسخينهما في الواقع هو نفسه. لذلك، لا بد من تحديد قيمة من شأنها تقييم حرارة الجسم بشكل موضوعي، وإنشاء جهاز لقياسها.

تسمى الكمية التي تميز درجة تسخين الجسم درجة الحرارة. يسمى جهاز قياس درجة الحرارة بمقياس الحرارة. يعتمد عمل موازين الحرارة الأكثر شيوعًا على تمدد الأجسام عند تسخينها وضغطها عند تبريدها. عندما يتلامس جسمان لهما درجات حرارة مختلفة، يحدث تبادل للطاقة بين الجسمين. في هذه الحالة، يفقد الجسم الأكثر تسخينًا (ذو درجة حرارة عالية) الطاقة، ويكتسبها الجسم الأقل تسخينًا (ذو درجة حرارة منخفضة). وهذا التبادل للطاقة بين الأجسام يؤدي إلى تعادل درجات حرارتها وينتهي عندما تتساوى درجات حرارة الأجسام.

ويحدث شعور الإنسان بالدفء عندما يتلقى الطاقة من الأجسام المحيطة به، أي عندما تكون درجة حرارتها أعلى من درجة حرارة الإنسان. يرتبط الشعور بالبرد بإطلاق الطاقة من قبل الإنسان إلى الأجسام المحيطة. في المثال أعلاه، يبدو الجسم المعدني أكثر برودة للإنسان من الجسم الخشبي، لأن الطاقة تنتقل إلى الأجسام المعدنية من اليد بشكل أسرع من الأجسام الخشبية، وفي الحالة الأولى تنخفض درجة حرارة اليد بشكل أسرع.

3. خصائص الحالة السائلة للمادة.

تتأرجح جزيئات السائل حول موضع توازن يحدث عشوائيًا لبعض الوقت، ثم تقفز إلى موضع جديد. يُطلق على الوقت الذي يتأرجح فيه الجزيء حول موضع التوازن زمن "الحياة المستقرة" للجزيء. ذلك يعتمد على نوع السائل ودرجة حرارته. عندما يتم تسخين السائل، ينخفض زمن "الحياة المستقرة".

إذا تم عزل حجم صغير بما فيه الكفاية في السائل، فخلال فترة "الحياة المستقرة" يتم الحفاظ على الترتيب المنظم للجزيئات السائلة، أي أن هناك ما يشبه الشبكة البلورية للمواد الصلبة. ومع ذلك، إذا أخذنا في الاعتبار ترتيب جزيئات السائل بالنسبة لبعضها البعض في كمية كبيرة من السائل، فسيتبين أنه فوضوي.

ولذلك، يمكننا القول أنه يوجد في السائل "ترتيب قصير المدى" في ترتيب الجزيئات. ويسمى الترتيب المنظم للجزيئات السائلة في أحجام صغيرة شبه بلوري (يشبه البلوري). وبتأثيرات قصيرة المدى على السائل، أي أقل من زمن "الحياة المستقرة"، ينكشف تشابه كبير بين خواص السائل وخواص المادة الصلبة. على سبيل المثال، عندما يضرب حجر صغير ذو سطح مستو الماء بشكل حاد، يرتد الحجر عنه، أي أن السائل يظهر خصائص مرنة. إذا كان السباح الذي يقفز من المنصة يضرب سطح الماء بجسمه بالكامل، فسوف يصاب بجروح خطيرة، لأنه في ظل هذه الظروف يتصرف السائل كجسم صلب.

إذا كان وقت التعرض للسائل أطول من زمن "الحياة المستقرة" للجزيئات، فسيتم الكشف عن سيولة السائل. على سبيل المثال، يدخل الشخص الماء بحرية من ضفة النهر، وما إلى ذلك. السمات الرئيسية للحالة السائلة هي سيولة السائل والحفاظ على الحجم. ترتبط سيولة السائل ارتباطًا وثيقًا بفترة "الحياة المستقرة" لجزيئاته. وكلما قصرت هذه المدة، زادت حركة جزيئات السائل، أي زادت سيولة السائل، وكانت خصائصه أقرب إلى خصائص الغاز.

كلما ارتفعت درجة حرارة السائل، كلما اختلفت خصائصه عن خصائص المادة الصلبة وأصبحت أقرب إلى خصائص الغازات الكثيفة. وبالتالي فإن الحالة السائلة للمادة تكون وسطية بين الحالة الصلبة والغازية لنفس المادة.

4. الطاقة الداخلية

كل جسم عبارة عن مجموعة من عدد كبير من الجزيئات. اعتمادًا على بنية المادة، تكون هذه الجزيئات عبارة عن جزيئات أو ذرات أو أيونات. ولكل من هذه الجسيمات بدورها بنية معقدة إلى حد ما. وبالتالي، يتكون الجزيء من ذرتين أو أكثر، وتتكون الذرات من نواة وقذيفة إلكترونية؛ وتتكون النواة من البروتونات والنيوترونات، الخ.

إن الجسيمات التي يتكون منها الجسم في حالة حركة مستمرة؛ بالإضافة إلى أنهم يتفاعلون مع بعضهم البعض بطريقة معينة.

الطاقة الداخلية لجسم ما هي مجموع الطاقات الحركية للجزيئات التي يتكون منها وطاقات تفاعلها مع بعضها البعض (الطاقات الكامنة).

دعونا نتعرف على العمليات التي يمكن أن تتغير بها الطاقة الداخلية للجسم.

1. أولا وقبل كل شيء، من الواضح أن الطاقة الداخلية للجسم تتغير عندما يتشوه. في الواقع، أثناء التشوه تتغير المسافة بين الجسيمات؛ وبالتالي تتغير أيضًا طاقة التفاعل بينهما. فقط في الغاز المثالي، حيث يتم إهمال قوى التفاعل بين الجسيمات، تكون الطاقة الداخلية مستقلة عن الضغط.

2. تغيرات الطاقة الداخلية أثناء العمليات الحرارية. العمليات الحرارية هي عمليات مرتبطة بالتغيرات في درجة حرارة الجسم وحالة التجميع - الذوبان أو التصلب، التبخر أو التكثيف. عندما تتغير درجة الحرارة تتغير الطاقة الحركية لحركة جزيئاتها. ومع ذلك، ينبغي التأكيد على ذلك في نفس الوقت

تتغير أيضًا الطاقة الكامنة لتفاعلها (باستثناء حالة الغاز المخلخل). وفي الواقع، فإن الزيادة أو النقصان في درجة الحرارة يكون مصحوبًا بتغيير في المسافة بين مواضع التوازن عند عقد الشبكة البلورية للجسم، والذي نسجله على أنه تمدد حراري للأجسام. وبطبيعة الحال، تتغير طاقة تفاعل الجسيمات في هذه الحالة. إن الانتقال من حالة تجمع إلى أخرى هو نتيجة تغير في التركيب الجزيئي للجسم، مما يسبب تغيرا في كل من طاقة تفاعل الجزيئات وطبيعة حركتها.

3. تتغير الطاقة الداخلية للجسم أثناء التفاعلات الكيميائية. في الواقع، التفاعلات الكيميائية هي عمليات إعادة ترتيب الجزيئات، وتفككها إلى أجزاء أبسط، أو على العكس من ذلك، ظهور جزيئات أكثر تعقيدًا من جزيئات أبسط أو من ذرات فردية (تفاعلات التحليل والتركيب). في هذه الحالة تتغير قوى التفاعل بين الذرات وبالتالي طاقات تفاعلها بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك فإن طبيعة كل من حركة الجزيئات والتفاعل بينها تتغير، وذلك لأن جزيئات المادة الناشئة حديثاً تتفاعل مع بعضها البعض بشكل مختلف عن جزيئات المواد الأصلية.

4. في ظل ظروف معينة، تخضع نوى الذرات لتحولات تسمى التفاعلات النووية. بغض النظر عن آلية العمليات التي تحدث في هذه الحالة (ويمكن أن تكون مختلفة تمامًا)، فهي جميعها مرتبطة بتغيير كبير في طاقة الجزيئات المتفاعلة. وبالتالي فإن التفاعلات النووية يصاحبها تغير في الطاقة الداخلية للجسم الذي يحتوي على هذه النوى

5. التبخر

يسمى انتقال المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية بالتبخر، ويسمى انتقال المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة بالتكثيف.

أحد أنواع تكوين البخار هو التبخر. التبخر هو تكوين البخار الذي يحدث فقط من السطح الحر للسائل المتاخم للوسط الغازي. دعونا نتعرف على كيفية تفسير التبخر بناءً على النظرية الحركية الجزيئية.

نظرًا لأن جزيئات السائل تتحرك بشكل عشوائي، فمن بين جزيئات الطبقة السطحية سيكون هناك دائمًا جزيئات تتحرك في الاتجاه من السائل إلى الوسط الغازي. ومع ذلك، لن تكون كل هذه الجزيئات قادرة على الطيران خارج السائل، لأنها تخضع للقوى الجزيئية التي تسحبها مرة أخرى إلى السائل. ولذلك، فإن جزيئاته التي لديها طاقة حركية عالية بما فيه الكفاية فقط هي التي ستكون قادرة على الهروب إلى ما بعد الطبقة السطحية للسائل.

في الواقع، عندما يمر الجزيء عبر الطبقة السطحية، يجب أن يبذل شغلًا ضد القوى الجزيئية بسبب طاقته الحركية. تلك الجزيئات التي تكون طاقتها الحركية أقل من هذا العمل يتم سحبها مرة أخرى إلى السائل، ولا يتم سحبها من السائل إلا تلك الجزيئات التي تكون طاقتها الحركية أكبر من هذا العمل. الجزيئات المنبعثة من السائل تشكل بخارًا فوق سطحه. نظرًا لأن الجزيئات الهاربة من السائل تكتسب طاقة حركية نتيجة اصطدامها بجزيئات أخرى من السائل، فإن متوسط سرعة الحركة الفوضوية للجزيئات داخل السائل يجب أن ينخفض أثناء تبخره. وبالتالي، يجب إنفاق طاقة معينة لتحويل الطور السائل للمادة إلى الطور الغازي. يمكن لجزيئات البخار الموجودة فوق سطح السائل أثناء حركتها الفوضوية أن تعود إلى السائل وتعيد إليه الطاقة التي حملتها أثناء التبخر. وبالتالي، أثناء التبخر، يحدث دائمًا تكثيف البخار في وقت واحد، مصحوبًا بزيادة في الطاقة الداخلية للسائل.

ما الأسباب التي تؤثر على معدل تبخر السائل؟

1. إذا صببت كميات متساوية من الماء والكحول والأثير في صحون متطابقة ولاحظت تبخرها، فسيتبين أن الأثير سوف يتبخر أولاً، ثم الكحول، وسوف يتبخر الماء أخيرًا. ولذلك السرعة

التبخر يعتمد على نوع السائل.

2. كلما كان سطحه الحر أكبر، كلما تبخر نفس السائل بشكل أسرع. على سبيل المثال، إذا تم سكب نفس الكميات من الماء في صحن وفي كوب، فسوف يتبخر الماء من الصحن بشكل أسرع من الكوب.

3. من السهل ملاحظة أن الماء الساخن يتبخر بشكل أسرع من الماء البارد.

والسبب في ذلك هو واضح. كلما ارتفعت درجة حرارة السائل، زاد متوسط الطاقة الحركية لجزيئاته، وبالتالي زاد عدد الجزيئات التي تخرج من السائل في نفس الوقت.

4. بالإضافة إلى ذلك، كلما كان معدل تبخر السائل أكبر، كلما قل الضغط الخارجي على السائل، وانخفضت كثافة بخار هذا السائل فوق سطحه.

على سبيل المثال، عندما تكون هناك رياح، يجف الغسيل بشكل أسرع منه في الطقس الهادئ، لأن الرياح تحمل بخار الماء، مما يساعد على تقليل تكثيف البخار على الغسيل.

بما أن الطاقة تنفق على تبخر السائل بسبب طاقة جزيئاته، فإن درجة حرارة السائل تنخفض أثناء عملية التبخر. هذا هو السبب في أن اليد المبللة بالأثير أو الكحول تبرد بشكل ملحوظ. وهذا يفسر أيضًا شعور الإنسان بالبرد عند خروجه من الماء بعد السباحة في يوم حار وعاصف.

إذا تبخر السائل ببطء، فنتيجة للتبادل الحراري مع الأجسام المحيطة، يتم تعويض فقدان طاقته بتدفق الطاقة من البيئة، وتبقى درجة حرارته مساوية لدرجة حرارة البيئة. ومع ذلك، إذا تبخر السائل بمعدل مرتفع، فقد تكون درجة حرارته أقل بكثير من درجة الحرارة المحيطة. وبمساعدة السوائل "المتطايرة"، مثل الأثير، يمكن تحقيق انخفاض كبير في درجة الحرارة.

دعونا نلاحظ أيضًا أن العديد من المواد الصلبة، التي تتجاوز الطور السائل، يمكن أن تنتقل مباشرة إلى الطور الغازي. وتسمى هذه الظاهرة التسامي، أو التسامي. يتم تفسير رائحة المواد الصلبة (على سبيل المثال، الكافور، النفثالين) من خلال التسامي (وانتشارها). يعتبر التسامي نموذجيًا بالنسبة للثلج، على سبيل المثال، يجفف الغسيل عند درجات حرارة أقل من 0 درجة مئوية.

6. الغلاف المائي والغلاف الجوي للأرض

1. تلعب عمليات تبخر وتكثيف الماء دورًا حاسمًا في تكوين الظروف الجوية والمناخية على كوكبنا. على المستوى العالمي، تتلخص هذه العمليات في التفاعل بين الغلاف المائي والغلاف الجوي للأرض.

يتكون الغلاف المائي من كل المياه المتوفرة على كوكبنا في جميع حالات تجمعه؛ يقع 94٪ من الغلاف المائي في المحيط العالمي، ويقدر حجمه بـ 1.4 مليار متر مكعب. تشغل 71% من المساحة الكلية لسطح الأرض، ولو كان سطح الأرض الصلب كروياً أملساً لكان الماء يغطيه بطبقة متواصلة عمقها 2.4 كيلومتر؛ 5.4٪ من الغلاف المائي تشغلها المياه الجوفية، وكذلك الأنهار الجليدية، ورطوبة الغلاف الجوي والتربة. ويأتي 0.6% فقط من المياه العذبة من الأنهار والبحيرات والخزانات الاصطناعية. ومن هذا يتضح مدى أهمية حماية المياه العذبة من التلوث الناتج عن النفايات الصناعية ونفايات النقل.

2. ينقسم الغلاف الجوي للأرض عادة إلى عدة طبقات، لكل منها خصائصها الخاصة. تسمى الطبقة السطحية السفلية من الهواء بالتروبوسفير. الحد الأعلى لها في خطوط العرض الاستوائية يقع على ارتفاع 16-18 كم، وفي خطوط العرض القطبية - على ارتفاع 10 كم. تحتوي طبقة التروبوسفير على 90% من كتلة الغلاف الجوي بأكمله، وهي 4.81018 كجم. تنخفض درجة الحرارة في طبقة التروبوسفير مع الارتفاع. أولاً، بمقدار درجة واحدة مئوية لكل 100 متر، وبعد ذلك، بدءاً من ارتفاع 5 كم، تنخفض درجة الحرارة إلى -70 درجة مئوية.

يتناقص ضغط الهواء وكثافته بشكل مستمر. الطبقة الخارجية من الغلاف الجوي على ارتفاع حوالي 1000 كيلومتر تمر تدريجياً إلى الفضاء بين الكواكب.

3. أثبتت الأبحاث أن كل يوم حوالي 7·10 3 كم 3 الماء وحوالي نفس الكمية تسقط مثل هطول الأمطار.

يرتفع بخار الماء، بسبب تيارات الهواء الصاعدة، ويسقط في الطبقات الباردة من طبقة التروبوسفير. ومع ارتفاع البخار، يصبح مشبعًا ثم يتكاثف ليشكل قطرات المطر والسحب.

أثناء عملية تكثيف البخار في الغلاف الجوي، في المتوسط يوميًا، يتم إطلاق كمية من الحرارة تبلغ 1.6 10 22 J، وهي أكبر بعشرات الآلاف من المرات من الطاقة المولدة على كوكب الأرض خلال نفس الوقت. يمتص الماء هذه الطاقة أثناء تبخره. وهكذا، بين الغلاف المائي والغلاف الجوي للأرض هناك تبادل مستمر ليس فقط للمادة (دورة المياه)، ولكن أيضا للطاقة.

ثالثا. جزء البحث.

لدراسة عمليات التبخر وتحديد مدى اعتماد معدل التبخر على الظروف المختلفة، تم إجراء عدد من التجارب.

التجربة 1. دراسة اعتماد معدل التبخر على درجة حرارة الهواء.

مواد: أطباق زجاجية، محلول بيروكسيد الهيدروجين 3%، زيت نباتي، كحول، ماء، ساعة توقيت، مقياس حرارة، ثلاجة.

تقدم التجربة:باستخدام حقنة، نقوم بوضع المواد على ألواح زجاجية ونلاحظ تبخر المواد.

حجم الكحول 0.5·10 -6 م3

درجة حرارة الهواء: +24.

نتيجة التجربة: استغرق السائل 3 ساعات حتى يتبخر تماماً؛

ماء. الحجم 0.5·10 -6 م3

درجة حرارة الهواء: +24.

نتيجة التجربة: استغرق السائل 5 ساعات حتى يتبخر تماماً؛

محلول بيروكسيد الهيدروجين. الحجم 0.5·10 -6 م3

درجة حرارة الهواء: +24.

نتيجة التجربة: استغرق السائل 8 ساعات حتى يتبخر تماماً؛

زيت نباتي.الحجم 0.5·10 -6 م3

درجة حرارة الهواء: +24.

نتيجة التجربة: استغرق السائل 40 ساعة حتى يتبخر تماماً؛

نغير درجة حرارة الهواء. ضع النظارات في الثلاجة.

الكحول. الحجم 0.5·10 -6 م3

درجة حرارة الهواء: +6.

نتيجة التجربة: استغرق السائل 8 ساعات حتى يتبخر تماماً؛

ماء. الحجم 0.5·10 -6 م3

درجة حرارة الهواء: +6.

نتيجة التجربة: استغرق السائل 10 ساعات حتى يتبخر بالكامل؛

محلول بيروكسيد الهيدروجين.الحجم 0.5·10 -6 م3

درجة حرارة الهواء: +6.

نتيجة التجربة: استغرق السائل 15 ساعة ليتبخر تماماً؛

زيت نباتي.الحجم 0.5·10 -6 م3

درجة حرارة الهواء: +6

نتيجة التجربة: استغرق السائل 72 ساعة حتى يتبخر تماماً؛

خاتمة: تظهر نتائج الدراسة أنه عند درجات حرارة مختلفة يختلف مقدار الوقت اللازم لتبخر نفس المواد. بالنسبة لنفس السائل، تحدث عملية التبخر بشكل أسرع بكثير عند درجة حرارة أعلى. وهذا يثبت اعتماد العملية قيد الدراسة على هذه المعلمة الفيزيائية. مع انخفاض درجة الحرارة، تزداد مدة عملية التبخر، والعكس صحيح.

التجربة 2 . دراسة اعتماد معدل التبخر على مساحة سطح السائل.

هدف: التحقق من اعتماد عملية التبخر على مساحة سطح السائل.

مواد: ماء، كحول، ساعة، حقنة طبية، ألواح زجاجية، مسطرة.

تقدم التجربة:نقيس مساحة السطح باستخدام الصيغة:س=ف·د 2:4.

باستخدام حقنة، نضع سوائل مختلفة على الطبق، ونشكله على شكل دائرة ونراقب السائل حتى يتبخر تمامًا. تظل درجة حرارة الهواء في الغرفة دون تغيير (+24)

الكحول. الحجم 0.5·10 -6 م3

مساحة السطح: 0.00422 م 2

نتيجة التجربة: استغرق السائل ساعة واحدة حتى يتبخر تماما؛

ماء. الحجم 0.5·10 -6 م3

نتيجة التجربة: استغرق السائل ساعتين حتى يتبخر تماما؛

محلول بيروكسيد الهيدروجين. الحجم 0.5·10 -6 م3

مساحة السطح: 0.00422 م2 2

نتيجة التجربة: استغرق السائل 4 ساعات حتى يتبخر تماماً؛

زيت نباتي.الحجم 0.5·10 -6 م3

مساحة السطح: 0.00422 م2 2

نتيجة التجربة: استغرق السائل 30 ساعة حتى يتبخر تماماً؛

نحن نغير الظروف. نلاحظ تبخر نفس السوائل على مساحة سطح مختلفة.

الكحول. الحجم 0.5·10 -6 م3

نتيجة التجربة: استغرق السائل 3 ساعات حتى يتبخر تماماً؛

ماء. الحجم 0.5·10 -6 م3

مساحة السطح: 0.00283 م2 2

نتيجة التجربة: استغرق السائل 4 ساعات حتى يتبخر تماماً؛

محلول بيروكسيد الهيدروجين. الحجم 0.5·10 -6 م3

نتيجة التجربة: استغرق السائل 6 ساعات حتى يتبخر تماماً؛

زيت نباتي.الحجم 0.5·10 -6 م3

مساحة السطح 0.00283 م2 2

نتيجة التجربة: استغرق السائل 54 ساعة حتى يتبخر تماماً؛

خاتمة: ويترتب على نتائج الدراسة أنه من الأوعية ذات المساحات السطحية المختلفة، يحدث التبخر في أوقات مختلفة. وكما يتبين من القياسات، فإن هذا السائل يتبخر بشكل أسرع من وعاء ذي مساحة سطحية أكبر، مما يثبت اعتماد العملية قيد الدراسة على هذه المعلمة الفيزيائية. ومع انخفاض مساحة السطح، تزداد مدة عملية التبخر، والعكس صحيح.

التجربة 3. دراسة اعتماد عملية التبخر على نوع المادة.

هدف: التحقق من اعتماد عملية التبخر على نوع السائل.

الأجهزة والمواد:ماء، كحول، زيت نباتي، محلول بيروكسيد الهيدروجين، ساعة، حقنة طبية، ألواح زجاجية.

التقدم المحرز في التجربة.باستخدام حقنة، نقوم بوضع أنواع مختلفة من السوائل على الأطباق ونراقب العملية حتى تتبخر تمامًا. تبقى درجة حرارة الهواء دون تغيير. درجات حرارة السوائل هي نفسها.

حصلنا على نتائج دراسات الفرق بين تبخر الكحول والماء ومحلول بيروكسيد الهيدروجين 3% والزيت النباتي من بيانات الدراسات السابقة.

خاتمة: تتطلب السوائل المختلفة كميات مختلفة من الوقت حتى تتبخر تمامًا. يتضح من النتائج أن عملية التبخر تتم بشكل أسرع بالنسبة للكحول والماء، وأبطأ بالنسبة للزيت النباتي، أي أنها بمثابة دليل على اعتماد عملية التبخر على المعلمة الفيزيائية - نوع المادة.

التجربة 4. دراسة اعتماد معدل تبخر السائل على سرعة الكتل الهوائية.

هدف: التحقق من اعتماد معدل التبخر على سرعة الرياح.

الأجهزة والمواد:ماء، كحول، زيت نباتي، محلول بيروكسيد الهيدروجين، ساعة، حقنة طبية، ألواح زجاجية، مجفف شعر.

تقدم. نقوم بإنشاء حركة اصطناعية للكتل الهوائية باستخدام مجفف الشعر ونراقب العملية وننتظر حتى يتبخر السائل تمامًا. يحتوي مجفف الشعر على وضعين: الوضع البسيط، الوضع التربو.

في حالة الوضع البسيط:

الكحول. الحجم: 0.5·10 -6 م3

مساحة السطح: 0.00283 م2 2 نتيجة التجربة: استغرق السائل حوالي دقيقتين حتى يتبخر بالكامل؛

ماء. الحجم 0.5·10 -6 م3

مساحة السطح: 0.00283 م2 2

نتيجة التجربة: استغرق السائل حوالي 4 دقائق حتى يتبخر تماماً؛

محلول بيروكسيد الهيدروجين.الحجم: 0.5·10 -6 م3

مساحة السطح: 0.00283 م2 2

نتيجة التجربة: استغرق السائل حوالي 7 دقائق حتى يتبخر بالكامل؛

زيت نباتي.الحجم: 0.5·10 -6 م3

مساحة السطح: 0.00283 م2 2 نتيجة التجربة: استغرق السائل حوالي 10 دقائق حتى يتبخر بالكامل؛

في حالة وضع توربو:

الكحول. الحجم: 0.5·10 -6 م3

مساحة السطح: 0.00283 م2 2 نتيجة التجربة: استغرق السائل حوالي دقيقة واحدة حتى يتبخر بالكامل؛

ماء. الحجم: 0.5·10 -6 م3

مساحة السطح: 0.00283 م2 2

نتيجة التجربة: استغرق السائل حوالي 3 دقائق ليتبخر تماماً؛

محلول بيروكسيد الهيدروجين.الحجم: 0.5·10 -6 م3

مساحة السطح: 0.00283 م2 2 نتيجة التجربة: استغرق السائل حوالي 5 دقائق حتى يتبخر بالكامل؛

زيت نباتي.الحجم: 0.5·10 -6 م3

مساحة السطح: 0.00283 م2 2

نتيجة التجربة: استغرق السائل حوالي 8 دقائق ليتبخر تماماً؛

خاتمة: تعتمد عملية التبخر على سرعة حركة الكتل الهوائية فوق سطح السائل. كلما زادت السرعة، زادت سرعة هذه العملية والعكس صحيح.

لذلك أثبتت الدراسات أن شدة تبخر السائل تختلف باختلاف السوائل وتزداد مع زيادة درجة حرارة السائل وزيادة مساحة سطحه الحرة ووجود الرياح فوق سطحه.

خاتمة.

ونتيجة للعمل تمت دراسة مصادر مختلفة للمعلومات حول مسألة عملية التبخر وظروف حدوثها. يتم تحديد العوامل الفيزيائية التي تؤثر على معدل عملية التبخر. تمت دراسة اعتماد عملية التبخر على العوامل الفيزيائية، وتم تحليل النتائج التي تم الحصول عليها. وتبين أن الفرضية المذكورة صحيحة. تم تأكيد الافتراضات النظرية أثناء عملية البحث - اعتماد معدل عملية التبخر على المعلمات الفيزيائية كما يلي:

مع زيادة درجة حرارة السائل، يزداد معدل عملية التبخر، والعكس صحيح؛

ومع انخفاض المساحة السطحية الحرة للسائل، ينخفض معدل عملية التبخر، والعكس صحيح؛

يعتمد معدل عملية التبخر على نوع السائل.

وبالتالي، فإن عملية تبخر السوائل تعتمد على عوامل فيزيائية مثل درجة الحرارة ومساحة السطح الحرة ونوع المادة.

لهذا العمل أهمية عملية، لأنه بحث في اعتماد شدة التبخر، وهي ظاهرة نواجهها في الحياة اليومية، على العوامل الفيزيائية. وباستخدام هذه المعرفة، يمكنك التحكم في تقدم العملية.

الأدب

Pinsky A. A.، Grakovsky G. Yu الفيزياء: كتاب مدرسي لطلاب المؤسسات

التعليم المهني الثانوي/تحت العام. إد. Yu.I.Dika، N.S.Puryshevoy.-M.:FORUM:INFRA_M، 2002.-560 ص.

Milkovskaya L. B. دعونا نكرر الفيزياء. كتاب مدرسي لأولئك الذين يدخلون الجامعات. م، "المدرسة العليا"، 1985.608 ص.

موارد الإنترنت:http://ru.wikipedia.org/wiki/;

http://class-fizika.narod.ru/8_l 3.htm;

http://e-him.ru/?page=dynamic§ion=33&article=208 ;

كتاب مدرسي عن الفيزياء G.Ya. مياكيشيف "الديناميكا الحرارية"

تنشأ من السطح الحر للسائل.

التسامي، أو التسامي، أي. ويسمى أيضًا انتقال المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية بالتبخر.

من المعروف من الملاحظات اليومية أن كمية أي سائل (البنزين والأثير والماء) الموجود في وعاء مفتوح تتناقص تدريجياً. السائل لا يختفي بدون أثر - بل يتحول إلى بخار. التبخر هو أحد الأنواع تبخير. وهناك نوع آخر يغلي.

آلية التبخر.

كيف يحدث التبخر؟ إن جزيئات أي سائل في حركة مستمرة وعشوائية، وكلما ارتفعت درجة حرارة السائل، زادت الطاقة الحركية للجزيئات. متوسط قيمة الطاقة الحركية له قيمة معينة. ولكن بالنسبة لكل جزيء، يمكن أن تكون الطاقة الحركية أكبر أو أقل من المتوسط. إذا كان هناك جزيء بالقرب من السطح لديه طاقة حركية كافية للتغلب على قوى الجذب بين الجزيئات، فسوف يطير خارج السائل. سيتم تكرار نفس الشيء مع جزيء سريع آخر، مع الثاني والثالث، وما إلى ذلك. وعند الطيران، تشكل هذه الجزيئات بخارًا فوق السائل. تشكيل هذا البخار هو التبخر.

امتصاص الطاقة أثناء التبخر.

ومع خروج الجزيئات الأسرع من السائل أثناء التبخر، يصبح متوسط الطاقة الحركية للجزيئات المتبقية في السائل أقل فأقل. وهذا يعني أن الطاقة الداخلية للسائل المتبخر تنخفض. لذلك، إذا لم يكن هناك تدفق للطاقة إلى السائل من الخارج، تنخفض درجة حرارة السائل المتبخر، ويبرد السائل (ولهذا السبب، على وجه الخصوص، يكون الشخص الذي يرتدي الملابس المبللة أكثر برودة من الملابس الجافة، خاصة في رياح).

ومع ذلك، عندما يتبخر الماء المسكوب في كوب، فإننا لا نلاحظ انخفاضًا في درجة حرارته. كيف يمكن أن نفسر هذا؟ والحقيقة هي أن التبخر في هذه الحالة يحدث ببطء، ويتم الحفاظ على درجة حرارة الماء ثابتة بسبب التبادل الحراري مع الهواء المحيط، والذي تدخل منه الكمية المطلوبة من الحرارة إلى السائل. وهذا يعني أنه لكي يحدث تبخر السائل دون تغيير درجة حرارته، يجب نقل الطاقة إلى السائل.

تسمى كمية الحرارة التي يجب نقلها إلى السائل لتكوين كتلة وحدة من البخار عند درجة حرارة ثابتة حرارة التبخير.

معدل تبخر السائل.

على عكس الغليانيحدث التبخر عند أي درجة حرارة، ولكن مع زيادة درجة حرارة السائل، يزداد معدل التبخر. كلما ارتفعت درجة حرارة السائل، أصبحت الجزيئات سريعة الحركة تمتلك طاقة حركية كافية للتغلب على قوى الجذب للجزيئات المجاورة وتطير خارج السائل، ويحدث التبخر بشكل أسرع.

يعتمد معدل التبخر على نوع السائل. تتبخر بسرعة السوائل المتطايرة التي تكون قوى التفاعل بين جزيئاتها صغيرة (مثل الأثير والكحول والبنزين). إذا قمت بإسقاط مثل هذا السائل على يدك، فسوف تشعر بالبرد. يتبخر هذا السائل من سطح اليد ويبرد ويزيل بعض الحرارة منه.

يعتمد معدل تبخر السائل على مساحة سطحه الحرة. ويفسر ذلك حقيقة أن السائل يتبخر من السطح، وكلما زادت مساحة السطح الحر للسائل، زاد عدد الجزيئات التي تتطاير في الهواء في نفس الوقت.

في الوعاء المفتوح، تتناقص كتلة السائل تدريجيًا بسبب التبخر. ويرجع ذلك إلى أن معظم جزيئات البخار تتشتت في الهواء دون أن تعود إلى السائل (على عكس ما يحدث في الوعاء المغلق). لكن جزء صغير منها يعود إلى السائل، وبالتالي يبطئ عملية التبخر. لذلك، مع الرياح، التي تحمل جزيئات البخار، يحدث تبخر السائل بشكل أسرع.

تطبيق التبخر في التكنولوجيا.

يلعب التبخر دورًا مهمًا في الطاقة والتبريد وعمليات التجفيف والتبريد بالتبخير. على سبيل المثال، في تكنولوجيا الفضاء، تُغطى مركبات الهبوط بمواد تتبخر بسرعة. عند المرور عبر الغلاف الجوي للكوكب، يسخن جسم الجهاز نتيجة الاحتكاك، وتبدأ المادة التي تغطيه بالتبخر. يعمل التبخر على تبريد المركبة الفضائية، وبالتالي حمايتها من الحرارة الزائدة.

تركيز.

تركيز(من اللات. التكثيف- الضغط والتكثيف) - انتقال المادة من الحالة الغازية (البخار) إلى الحالة السائلة أو الصلبة.

ومن المعروف أنه في وجود الرياح يتبخر السائل بشكل أسرع. لماذا؟ والحقيقة هي أنه في وقت واحد مع التبخر من سطح السائل، يحدث التكثيف. ويحدث التكثيف لأن بعض جزيئات البخار التي تتحرك بشكل عشوائي فوق السائل تعود إليه مرة أخرى. تحمل الرياح الجزيئات التي تطير من السائل ولا تسمح لها بالعودة.

يمكن أن يحدث التكثيف أيضًا عندما لا يكون البخار على اتصال بالسائل. إن التكاثف هو الذي يفسر، على سبيل المثال، تكوين السحب: حيث تتجمع جزيئات بخار الماء التي ترتفع فوق سطح الأرض، في الطبقات الباردة من الغلاف الجوي، في قطرات صغيرة من الماء، تكون تراكماتها عبارة عن سحب. كما يؤدي تكثف بخار الماء في الغلاف الجوي إلى هطول الأمطار والندى.

أثناء التبخر، يبرد السائل، ويصبح أكثر برودة من البيئة، ويبدأ في امتصاص طاقته. أثناء التكثيف، على العكس من ذلك، يتم إطلاق كمية معينة من الحرارة في البيئة، وترتفع درجة حرارتها قليلاً. كمية الحرارة المنبعثة أثناء تكثيف وحدة الكتلة تساوي حرارة التبخر.