Veden haihtuminen ja haihtuminen. Veden haihtuminen

Esimerkiksi avoimen astian pinnalta, säiliön pinnalta jne. Haihtumista tapahtuu missä tahansa lämpötilassa, mutta minkä tahansa nesteen kohdalla sen nopeus kasvaa lämpötilan noustessa. Tietyn ainemassan viemä tilavuus kasvaa äkillisesti haihtumisen aikana.

Pilvet taivaalla, huurre puilla - nämä ovat kaikki seurauksia veden haihtumis- ja vesihöyryn tiivistymisprosesseista.

On erotettava kaksi päätapausta. Ensimmäinen on, kun haihtuminen tapahtuu suljetussa astiassa ja lämpötila on kaikissa astian kohdissa sama. Esimerkiksi vesi haihtuu höyrykattilassa tai kannella suljetussa kattilassa, jos veden ja höyryn lämpötila on kiehumispisteen alapuolella. Tässä tapauksessa syntyvän höyryn määrää rajoittaa astian tila. Höyrynpaine saavuttaa tietyn raja-arvon, jossa se on termisessä tasapainossa nesteen kanssa; sellaisia höyryä nimeltään rikas, ja sen paine on höyryn paine. Toinen tapaus on, kun nesteen yläpuolella oleva tila ei ole suljettu; Näin vesi haihtuu lammen pinnalta. Tässä tapauksessa tasapainoa ei saavuteta melkein koskaan, ja höyry on tyydyttymätön, ja haihtumisnopeus riippuu monista tekijöistä.

Haihtumisnopeuden mitta on aineen määrä, joka karkaa aikayksikköä kohti nesteen vapaan pinnan yksiköstä. Englantilainen fyysikko ja kemisti D. Dalton 1800-luvun alussa. havaitsi, että haihtumisnopeus on verrannollinen eroon kylläisen höyryn paineen haihtuvan nesteen lämpötilassa ja nesteen yläpuolella olevan todellisen höyryn todellisen paineen välillä. Jos neste ja höyry ovat tasapainossa, haihtumisnopeus on nolla. Tarkemmin sanottuna se tapahtuu, mutta myös käänteinen prosessi tapahtuu samalla nopeudella - tiivistyminen(aineen siirtyminen kaasumaisesta tai höyrymäisestä tilasta nesteeksi). Haihtumisnopeus riippuu myös siitä, tapahtuuko se rauhallisessa vai liikkuvassa ilmapiirissä; sen nopeus kasvaa, jos syntyvä höyry puhalletaan pois ilmavirralla tai pumpataan pois pumpulla.

Jos haihtumista tapahtuu nestemäisestä liuoksesta, eri aineet haihtuvat eri nopeuksilla. Tietyn aineen haihtumisnopeus laskee vieraiden kaasujen, kuten ilman, paineen noustessa. Siksi haihtuminen tyhjyyteen tapahtuu suurimmalla nopeudella. Päinvastoin, lisäämällä astiaan vierasta, inerttiä kaasua, haihtumista voidaan hidastaa huomattavasti.

Haihdutuksen aikana nesteestä karkaavien molekyylien on voitettava viereisten molekyylien vetovoima ja toimittava niitä pintakerroksessa pitäviä pintajännitysvoimia vastaan. Siksi, jotta haihtuminen tapahtuisi, lämpöä on välitettävä haihtuvaan aineeseen, ottamalla se itse nesteen sisäisestä energiavarastosta tai ottamalla sitä ympäröivistä kappaleista. Lämpömäärää, joka on välitettävä nesteeseen tietyssä lämpötilassa ja kiinteässä paineessa, jotta se muunnetaan höyryksi samassa lämpötilassa ja paineessa, on ns. höyrystymislämpö. Höyrynpaine kasvaa lämpötilan noustessa, mitä voimakkaammin haihtumislämpö on.

Jos lämpöä ei syötetä ulkopuolelta haihtuvaan nesteeseen tai sitä ei syötetä riittävästi, neste jäähtyy. Tästä syystä, kun jätämme märän käden ilmaan, tunnemme kylmää. Pakottamalla lämpöä johtamattomien seinämien omaavaan astiaan haihtumaan intensiivisesti nestettä voidaan jäähdyttää merkittävästi. Kineettisen teorian mukaan nopeimmat molekyylit haihtuvat, nesteeseen jäävien molekyylien keskimääräinen energia pienenee - siksi neste jäähtyy.

Joskus kutsutaan myös haihtumiseksi sublimaatio, tai sublimaatio eli kiinteän aineen siirtyminen kaasumaiseen tilaan. Lähes kaikki niiden kuviot ovat todella samanlaisia. Sublimaatiolämpö on suurempi kuin haihtumislämpö suunnilleen sulamislämmöllä.

Sulamispisteen alapuolella olevissa lämpötiloissa useimpien kiinteiden aineiden kylläisen höyryn paine on hyvin alhainen, ja niiden haihtumista ei käytännössä ole. Poikkeuksia kuitenkin löytyy. Siten veden kylläisen höyryn paine 0 °C:ssa on 4,58 mm Hg. Art., ja jää -1 °C - 4,22 mm Hg. Taide. ja jopa -10 °C:ssa - edelleen 1,98 mmHg. Taide. Nämä suhteellisen suuret vesihöyrynpaineet selittävät helposti havaittavan kiinteän jään haihtumisen, erityisesti hyvin tunnetun märän pyykin kuivaamisen kylmässä.

Jos jätät vesisäiliön peittämättä, vesi haihtuu hetken kuluttua. Jos teet saman kokeen etyylialkoholilla tai bensiinillä, prosessi tapahtuu jonkin verran nopeammin. Jos lämmität kattilan vettä riittävän tehokkaalla polttimella, vesi kiehuu.

Kaikki nämä ilmiöt ovat erityinen höyrystymistapaus, nesteen muuttuminen höyryksi. Höyrystystä on kahta tyyppiä haihtuminen ja keittäminen.

Mitä on haihtuminen

Haihtuminen on höyryn muodostumista nesteen pinnalta. Haihtuminen voidaan selittää seuraavasti.

Törmäysten aikana molekyylien nopeudet muuttuvat. Usein on molekyylejä, joiden nopeus on niin suuri, että ne voittavat viereisten molekyylien vetovoiman ja irtautuvat nesteen pinnasta. (Aineen molekyylirakenne). Koska pienessäkin tilavuudessa nestettä on paljon molekyylejä, tällaisia tapauksia esiintyy melko usein, ja haihtumisprosessi on jatkuva.

Nesteen pinnasta erotetut molekyylit muodostavat sen yläpuolelle höyryä. Jotkut niistä palaavat kaoottisen liikkeen vuoksi takaisin nesteeseen. Siksi haihtuminen tapahtuu nopeammin, jos on tuulta, koska se kuljettaa höyryn pois nesteestä (tässä tapahtuu myös tuulen aiheuttama "sieppaus" ja molekyylien erottaminen nesteen pinnasta).

Siksi suljetussa astiassa haihtuminen pysähtyy nopeasti: aikayksikköä kohti "irtoavien" molekyylien määrä tulee yhtä suureksi kuin nesteeseen "palautuneiden" määrä.

Haihtumisnopeus riippuu nestetyypistä: mitä vähemmän vetoa nesteen molekyylien välillä on, sitä voimakkaampaa on haihtuminen.

Mitä suurempi nesteen pinta-ala, sitä useammalla molekyyleillä on mahdollisuus poistua siitä. Tämä tarkoittaa, että haihtumisen voimakkuus riippuu nesteen pinta-alasta.

Lämpötilan noustessa molekyylien nopeudet kasvavat. Siksi mitä korkeampi lämpötila, sitä voimakkaampaa haihtuminen.

Mitä kiehuu

Kiehuminen on voimakasta höyrystymistä, joka tapahtuu nesteen kuumentamisen seurauksena, siihen muodostuu höyrykuplia, jotka kelluvat pintaan ja räjähtävät siellä.

Kiehumisen aikana nesteen lämpötila pysyy vakiona.

Kiehumispiste on lämpötila, jossa neste kiehuu. Yleensä, kun puhutaan tietyn nesteen kiehumispisteestä, tarkoitamme lämpötilaa, jossa tämä neste kiehuu normaalissa ilmakehän paineessa.

Höyrystymisen aikana nesteestä erottuneet molekyylit ottavat pois osan sisäisestä energiasta. Siksi nesteen haihtuessa se jäähtyy.

Höyrystyksen ominaislämpö

Fysikaalista määrää, joka kuvaa aineen yksikkömassan haihduttamiseen tarvittavan lämmön määrää, kutsutaan ominaishöyrystyslämmöksi. (seuraa linkkiä saadaksesi tarkemman analyysin tästä aiheesta)

SI-järjestelmässä tämän suuren mittayksikkö on J/kg. Se on merkitty kirjaimella L.

Nesteen haihtuminen tapahtuu missä tahansa lämpötilassa ja mitä nopeammin korkeampi lämpötila, sitä suurempi on haihtuvan nesteen vapaa pinta-ala ja sitä nopeammin nesteen yläpuolelle muodostuneet höyryt poistuvat.

Tietyssä lämpötilassa, riippuen nesteen luonteesta ja paineesta, jossa se sijaitsee, höyrystyminen alkaa koko nesteen massasta. Tätä prosessia kutsutaan keittämiseksi.

Tämä on intensiivinen höyrystymisprosessi ei vain vapaalta pinnalta, vaan myös nesteen tilavuudessa. Tilavuuteen muodostuu kylläisellä höyryllä täytettyjä kuplia. Ne nousevat ylöspäin kelluvan voiman vaikutuksesta ja räjähtävät pintaan. Niiden muodostumiskeskukset ovat pieniä vieraiden kaasujen kuplia tai erilaisten epäpuhtauksien hiukkasia.

Jos kuplan mitat ovat luokkaa useita millimetrejä tai enemmän, toinen termi voidaan jättää huomiotta ja siksi suurilla kuplilla jatkuvassa ulkoisessa paineessa neste kiehuu, kun kuplien kylläisen höyryn paine on yhtä suuri kuin ulkoinen paine .

Kaoottisen liikkeen seurauksena nesteen pinnan yläpuolella molekyylivoimien toiminta-alueelle joutunut höyrymolekyyli palaa takaisin nesteeseen. Tätä prosessia kutsutaan kondensaatioksi.

Haihdutus ja keittäminen

Haihduttaminen ja kiehuminen ovat kaksi tapaa, joilla neste muuttuu kaasuksi (höyryksi). Tällaisen siirtymän prosessia kutsutaan höyrystymiseksi. Eli haihdutus ja keittäminen ovat höyrystymistapoja. Näiden kahden menetelmän välillä on merkittäviä eroja.

Haihtuminen tapahtuu vain nesteen pinnalta. Se on seurausta siitä, että minkä tahansa nesteen molekyylit liikkuvat jatkuvasti. Lisäksi molekyylien nopeus on erilainen. Riittävän nopeat molekyylit voivat päästä pinnalle voittamaan muiden molekyylien vetovoiman ja päätyä ilmaan. Vesimolekyylit muodostavat yksittäin ilmassa höyryä. On mahdotonta nähdä pariskuntia heidän silmiensä kautta. Se, mitä näemme vesisumuna, on jo seurausta kondensaatiosta (höyrystymisen vastainen prosessi), kun jäähtyessään höyryä kerääntyy pienten pisaroiden muodossa.

Haihtumisen seurauksena neste itse jäähtyy, kun nopeimmat molekyylit poistuvat siitä. Kuten tiedätte, lämpötila määräytyy tarkasti aineen molekyylien liikenopeuden, toisin sanoen niiden kineettisen energian, mukaan.

Haihtumisnopeus riippuu monista tekijöistä. Ensinnäkin se riippuu nesteen lämpötilasta. Mitä korkeampi lämpötila, sitä nopeampi haihtuminen. Tämä on ymmärrettävää, koska molekyylit liikkuvat nopeammin, mikä tarkoittaa, että niiden on helpompi paeta pinnalta. Haihtumisnopeus riippuu aineesta. Joissakin aineissa molekyylit houkuttelevat voimakkaammin, ja siksi niiden on vaikeampi lentää ulos, kun taas toisissa ne ovat heikompia, ja siksi ne poistuvat nesteestä helpommin. Haihtuminen riippuu myös pinta-alasta, ilman kyllästymisestä höyryllä ja tuulesta.

Tärkein asia, joka erottaa haihtumisen kiehumisesta, on se, että haihtumista tapahtuu missä tahansa lämpötilassa, ja se tapahtuu vain nesteen pinnalta.

Toisin kuin haihdutus, kiehuminen tapahtuu vain tietyssä lämpötilassa. Jokaisella nestemäisessä tilassa olevalla aineella on oma kiehumispisteensä. Esimerkiksi vesi normaalissa ilmanpaineessa kiehuu 100 °C:ssa ja alkoholi 78 °C:ssa. Kuitenkin, kun ilmanpaine laskee, kaikkien aineiden kiehumispiste laskee hieman.

Kun vesi kiehuu, siihen liuennut ilma vapautuu. Koska astiaa lämmitetään yleensä alhaalta, on alemmissa vesikerroksissa lämpötila korkeampi ja sinne muodostuu ensin kuplia. Vesi haihtuu näihin kupliin ja ne kyllästyvät vesihöyryllä.

Koska kuplat ovat kevyempiä kuin itse vesi, ne nousevat ylöspäin. Koska ylemmät vesikerrokset eivät ole lämmenneet kiehumispisteeseen, kuplat jäähtyvät ja niissä oleva höyry tiivistyy takaisin vedeksi, kuplat painavat ja vajoavat uudelleen.

Kun kaikki nestekerrokset kuumennetaan kiehumislämpötilaan, kuplat eivät enää laskeudu, vaan nousevat pintaan ja räjähtävät. Niistä tuleva höyry päätyy ilmaan. Siten kiehumisen aikana höyrystymisprosessi ei tapahdu nesteen pinnalla, vaan koko sen paksuuden ajan muodostuvissa ilmakuplissa. Toisin kuin haihdutus, keittäminen on mahdollista vain tietyssä lämpötilassa.

On ymmärrettävä, että kun neste kiehuu, tapahtuu myös normaalia haihtumista sen pinnalta.

Mikä määrittää nesteen haihtumisnopeuden?

Joskus haihtumista kutsutaan myös sublimaatioksi tai sublimaatioksi, eli kiinteän aineen siirtymiseksi kaasumaiseen tilaan. Lähes kaikki niiden kuviot ovat todella samanlaisia. Sublimaatiolämpö on suurempi kuin haihtumislämpö suunnilleen sulamislämmöllä.

Joten haihtumisnopeus riippuu:

Eräänlainen neste. Neste, jonka molekyylit vetävät toisiaan puoleensa pienemmällä voimalla, haihtuu nopeammin. Todellakin, tässä tapauksessa suurempi määrä molekyylejä voi voittaa vetovoiman ja lentää ulos nesteestä.
Haihtuminen tapahtuu nopeammin mitä korkeampi nesteen lämpötila on. Mitä korkeampi nesteen lämpötila on, sitä enemmän siinä on nopeasti liikkuvia molekyylejä, jotka voivat voittaa ympäröivien molekyylien houkuttelevat voimat ja lentää pois nesteen pinnalta.
Nesteen haihtumisnopeus riippuu sen pinta-alasta. Tämä syy selittyy sillä, että neste haihtuu pinnasta, ja mitä suurempi nesteen pinta-ala on, sitä suurempi määrä molekyylejä samanaikaisesti lentää siitä ilmaan.
Nesteen haihtuminen tapahtuu nopeammin tuulen mukana. Samanaikaisesti molekyylien siirtymisen kanssa nesteestä höyryksi tapahtuu myös käänteinen prosessi. Liikkuessaan satunnaisesti nesteen pinnalla, osa siitä lähteneistä molekyyleistä palaa takaisin siihen. Siksi nesteen massa suljetussa astiassa ei muutu, vaikka neste jatkaa haihtumista.

johtopäätöksiä

Sanotaan, että vesi haihtuu. Mutta mitä se tarkoittaa? Haihdutus on prosessi, jossa ilmassa oleva neste muuttuu nopeasti kaasuksi tai höyryksi. Monet nesteet haihtuvat hyvin nopeasti, paljon nopeammin kuin vesi. Tämä koskee alkoholia, bensiiniä ja ammoniakkia. Jotkut nesteet, kuten elohopea, haihtuvat hyvin hitaasti.

Mikä aiheuttaa haihtumista? Tämän ymmärtämiseksi sinun on ymmärrettävä jotain aineen luonteesta. Sikäli kuin tiedämme, jokainen aine koostuu molekyyleistä. Näihin molekyyleihin vaikuttaa kaksi voimaa. Yksi niistä on koheesio, joka vetää heidät puoleensa. Toinen on yksittäisten molekyylien lämpöliike, joka saa ne lentämään erilleen.

Jos tartuntavoima on suurempi, aine pysyy kiinteässä tilassa. Jos lämpöliike on niin voimakas, että se ylittää koheesion, aine muuttuu tai on kaasua. Jos nämä kaksi voimaa ovat suunnilleen tasapainossa, meillä on nestettä.

Vesi on tietysti nestettä. Mutta nesteen pinnalla on molekyylejä, jotka liikkuvat niin nopeasti, että ne voittavat tartuntavoiman ja lentävät pois avaruuteen. Molekyylien poistumisprosessia kutsutaan haihtumiseksi.

Miksi vesi haihtuu nopeammin, kun se altistuu auringolle tai lämpenee? Mitä korkeampi lämpötila, sitä voimakkaampi lämpöliike nesteessä. Tämä tarkoittaa, että yhä useammat molekyylit saavat tarpeeksi nopeutta lentääkseen pois. Kun nopeimmat molekyylit lentävät pois, jäljellä olevien molekyylien nopeus hidastuu keskimäärin. Miksi jäljelle jäänyt neste jäähtyy haihtumalla?

Joten kun vesi kuivuu, se tarkoittaa, että se on muuttunut kaasuksi tai höyryksi ja tullut osaksi ilmaa.

9B luokan opiskelija Chernyshova Kristina MBOU Lukio nro 27 Stavropolissa.

Tämän tutkimustyön aiheena on tutkia haihtumisnopeuden riippuvuutta erilaisista ulkoisista olosuhteista. Tämä ongelma on edelleen ajankohtainen eri tekniikan aloilla ja ympäröivässä luonnossa. Riittää, kun sanotaan, että veden kiertokulku luonnossa tapahtuu haihtumis- ja tilavuustiivistymisvaiheiden kautta. Veden kierto puolestaan määrää sellaisia tärkeitä ilmiöitä kuin auringon vaikutus planeettaan tai yksinkertaisesti elävien olentojen normaali olemassaolo yleensä.

Hypoteesi: haihtumisnopeus riippuu aineen tyypistä, nesteen pinta-alasta ja ilman lämpötilasta, liikkuvien ilmavirtojen läsnäolosta sen pinnan yläpuolella.

Ladata:

Esikatselu:

KUNNAN TALOUSARVION OPETUSLAITOS

YKSIKOULO nro 27

Tutkimustyö:

"Haihtuminen ja tähän prosessiin vaikuttavat tekijät"

Suorittanut: 9B luokan opiskelija

Chernyshova Kristina.

Opettaja: Vetrova L.I.

Stavropol

2013

I. Johdanto…………………………………………………………………………………………….3

II Teoreettinen osa………………………………………………………….4

1. Molekyylikineettisen teorian perusmääräykset……………………4

2. Lämpötila………………………………………………………..……………6

3. Aineen nestemäisen olomuodon ominaisuudet…………………………………..7

4. Sisäinen energia……………………………………………………….……..8

5. Haihtuminen………………………………………………………………………………..10

III.Tutkimusosa………………………………..……………………..14

IV. Päätelmä………………………………………………………………………………….…..21

V. Kirjallisuus…………………………………………………………………………………….22

Johdanto

Tämän tutkimustyön aiheena on tutkia haihtumisnopeuden riippuvuutta erilaisista ulkoisista olosuhteista. Tämä ongelma on edelleen ajankohtainen eri tekniikan aloilla ja ympärillämme olevassa luonnossa. Riittää, kun sanotaan, että veden kiertokulku luonnossa tapahtuu haihtumis- ja tilavuuskondensaatiovaiheiden kautta. Veden kierto puolestaan määrää sellaisia tärkeitä ilmiöitä kuin auringon vaikutus planeettaan tai yksinkertaisesti elävien olentojen normaali olemassaolo yleensä.

Haihdutusta käytetään laajalti teollisessa käytännössä aineiden puhdistukseen, materiaalien kuivaamiseen, nestemäisten seosten erottamiseen ja ilmastointiin. Haihdutusvesijäähdytystä käytetään yritysten kiertovesijärjestelmissä.

Kaasuttimessa ja dieselmoottoreissa polttoainehiukkasten kokojakauma määrää niiden palamisnopeuden ja siten moottorin toimintaprosessin. Kondensaatiosumut eivät muodosta vain vesihöyryä eri polttoaineiden palamisen aikana, vaan muodostuu monia kondensaatioytimiä, jotka voivat toimia muiden höyryjen kondensaatiokeskuksina. Nämä monimutkaiset prosessit määräävät moottoreiden hyötysuhteen ja polttoainehäviön. Parhaiden tulosten saavuttaminen näiden ilmiöiden tutkimuksessa voisi toimia tietona teknisen kehityksen liikkeelle maassamme.

Niin , tämän työn tarkoitus- tutkia haihtumisnopeuden riippuvuutta erilaisista ympäristötekijöistä ja havaita kuvioita käyrien ja huolellisten havaintojen avulla.

Hypoteesi : haihtumisnopeus riippuu aineen tyypistä, nesteen pinta-alasta ja ilman lämpötilasta, liikkuvien ilmavirtojen läsnäolosta sen pinnan yläpuolella.

Tutkimuksessa käytimme erilaisia yksinkertaisia välineitä, kuten lämpömittaria, sekä Internetin resursseja ja muuta kirjallisuutta.

II Teoreettinen osa.

1. Molekyylikineettisen teorian perusperiaatteet

Luonnosta ja tekniikasta löytyvien aineiden ominaisuudet ovat moninaiset ja vaihtelevat: lasi on läpinäkyvää ja särkyvää ja teräs elastista ja läpinäkymätöntä, kupari ja hopea ovat hyviä lämmön- ja sähkönjohtajia, mutta posliini ja silkki huonoja jne.

Mikä on minkä tahansa aineen sisäinen rakenne? Onko se kiinteä (jatkuva) vai rakeinen (erillinen) rakenne, joka on samanlainen kuin hiekkakasan rakenne?

Kysymys aineen rakenteesta esitettiin jo muinaisessa Kreikassa, mutta kokeellisen tiedon puute teki sen ratkaisun mahdottomaksi, eikä pitkään aikaan (yli kahteentuhanteen vuoteen) ollut mahdollista vahvistaa loistavia arvauksia aineen rakenteesta. esittivät antiikin kreikkalaiset ajattelijat Leukippos ja Demokritos (460-370 eKr.), jotka opettivat, että kaikki luonnossa koostuu jatkuvassa liikkeessä olevista atomeista. Heidän opetuksensa unohdettiin myöhemmin, ja jo keskiajalla ainetta pidettiin jatkuvana, ja kehon muutoksia ja tiloja selitettiin painottomien nesteiden avulla, joista jokainen personoi tietyn aineen ominaisuuden ja saattoi sekä päästä kehoon että sieltä poistua. . Esimerkiksi uskottiin, että kalorien lisääminen kehoon saa sen lämpenemään, päinvastoin, kehon jäähtyminen tapahtuu kalorivirtauksen jne.

1700-luvun puolivälissä. Ranskalainen tiedemies P. Gassendi (1592-1655) palasi Demokrituksen näkemyksiin. Hän uskoi, että luonnossa on aineita, joita ei voida hajottaa yksinkertaisempiin komponentteihin. Tällaisia aineita kutsutaan nykyään kemiallisiksi alkuaineiksi, kuten vety, happi, kupari jne. Gassendin mukaan jokainen alkuaine koostuu tietyntyyppisistä atomeista.

Luonnossa on suhteellisen vähän erilaisia alkuaineita, mutta niiden atomit, jotka yhdistyvät ryhmiin (niiden joukossa voi olla identtisiä atomeja), antavat uudentyyppisen aineen pienimmän hiukkasen - molekyylin. Molekyylissä olevien atomien lukumäärästä ja tyypistä riippuen saadaan aineita, joilla on erilaisia ominaisuuksia.

1700-luvulla M. V. Lomonosovin teokset loivat perustan aineen rakenteen molekyylikineettiselle teorialle. Lomonosov taisteli päättäväisesti painottomien nesteiden, kuten kalorien, sekä kylmä-, haju- jne. atomien karkottamiseksi fysiikasta, joita käytettiin tuolloin laajalti vastaavien ilmiöiden selittämiseen. Lomonosov osoitti, että kaikki ilmiöt selittyvät luonnollisesti ainemolekyylien liikkeellä ja vuorovaikutuksella. - |1800-luvun alussa englantilainen tiedemies D. Dalton (1766-1844) osoitti, että käyttämällä vain ajatuksia atomeista ja molekyyleistä on mahdollista johtaa ja selittää kokeista tunnettuja kemiallisia lakeja. Siten hän perusti tieteellisesti aineen molekyylirakenteen. Daltonin työn jälkeen suurin osa tutkijoista tunnusti atomien ja molekyylien olemassaolon.

1900-luvun alkuun mennessä. mitattiin ainemolekyylien koot, massat ja liikkumisnopeudet, määritettiin yksittäisten atomien sijainti molekyyleissä, sanalla sanoen saatiin vihdoin päätökseen aineen rakenteen molekyylikineettinen teoria, jonka johtopäätökset olivat mm. monien kokeiden vahvistama.

Tämän teorian pääsäännöt ovat seuraavat:

1) jokainen aine koostuu molekyyleistä, joiden välillä on molekyylien välisiä tiloja;

2) molekyylit ovat aina jatkuvassa häiriöttömässä (kaaoottisessa) liikkeessä;

3) molekyylien välillä vaikuttavat sekä houkuttelevat että hylkivät voimat. Nämä voimat riippuvat molekyylien välisestä etäisyydestä. Ne ovat merkittäviä vain hyvin lyhyillä etäisyyksillä ja pienenevät nopeasti molekyylien siirtyessä pois toisistaan. Näiden voimien luonne on sähköinen.

2. Lämpötila.

Jos kaikki kappaleet koostuvat jatkuvasti ja satunnaisesti liikkuvista molekyyleistä, niin miten molekyylien liikenopeuden eli liike-energian muutos ilmenee ja mitä tuntemuksia nämä muutokset aiheuttavat ihmisessä? Osoittautuu, että molekyylien translaatioliikkeen keskimääräisen kineettisen energian muutos liittyy kappaleiden kuumenemiseen tai jäähtymiseen.

Usein ihminen määrittää kehon lämmön koskettamalla, esimerkiksi koskettamalla lämmityspatteria kädellä, sanomme: patteri on kylmä, lämmin tai kuuma. Kuitenkin sen määrittäminen, onko keho kuuma koskettamalla, on usein harhaanjohtavaa. Kun ihminen koskettaa talvella puuta ja metallia kädellä, hänestä näyttää siltä, että metalliesine on kylmempää kuin puinen, vaikka todellisuudessa niiden lämmitys on sama. Siksi on tarpeen määrittää arvo, joka arvioi objektiivisesti kehon lämpenemistä, ja luoda laite sen mittaamiseksi.

Kehon kuumenemisastetta kuvaavaa määrää kutsutaan lämpötilaksi. Lämpötilan mittauslaitetta kutsutaan lämpömittariksi. Yleisimpien lämpömittareiden toiminta perustuu kappaleiden laajenemiseen kuumennettaessa ja puristumiseen jäähdytettäessä. Kun kaksi erilämpöistä kappaletta joutuvat kosketuksiin, tapahtuu energianvaihtoa kappaleiden välillä. Tässä tapauksessa kuumempi kappale (korkeassa lämpötilassa) menettää energiaa ja vähemmän kuumennettu (matala lämpötila) saa sitä. Tämä energianvaihto kappaleiden välillä johtaa niiden lämpötilojen tasaamiseen ja päättyy, kun kappaleiden lämpötilat ovat yhtäläisiä.

Ihmisen lämmön tunne syntyy, kun hän saa energiaa ympäröivistä kehoista, eli kun niiden lämpötila on korkeampi kuin ihmisen lämpötila. Kylmän tunne liittyy ihmisen energian vapautumiseen ympäröiviin kehoihin. Yllä olevassa esimerkissä metallikappale näyttää ihmiselle kylmemmältä kuin puinen, koska kädestä metallikappaleisiin siirtyy energiaa nopeammin kuin puisiin, ja ensimmäisessä tapauksessa käden lämpötila laskee nopeammin.

3. Aineen nestemäisen tilan ominaisuudet.

Nestemolekyylit värähtelevät satunnaisesti esiintyvän tasapainoasennon ympärillä jonkin aikaa t ja hyppäävät sitten uuteen asemaan. Aikaa, jonka molekyyli värähtelee tasapainoasennon ympärillä, kutsutaan molekyylin "setted life" ajaksi. Se riippuu nesteen tyypistä ja sen lämpötilasta. Kun nestettä kuumennetaan, "laskeutunut käyttöikä" lyhenee.

Jos nesteessä eristetään riittävän pieni tilavuus, niin "laskeutuneen elämän" aikana siinä säilyy nestemolekyylien järjestetty järjestely, eli siinä on kiinteiden aineiden kidehilaa. Kuitenkin, jos otamme huomioon nestemolekyylien järjestelyn suhteessa toisiinsa suuressa nestemäärässä, se osoittautuu kaoottiseksi.

Siksi voimme sanoa, että nesteessä molekyylien järjestelyssä on "lyhyen kantaman järjestys". Nestemolekyylien järjestäytynyttä järjestelyä pieninä tilavuuksina kutsutaan kvasikiteiseksi (kidemäiseksi). Lyhytaikaisilla vaikutuksilla nesteeseen, alle "laskeutuneen elämän ajan", ilmenee nesteen ominaisuuksien suuri samankaltaisuus kiinteän aineen ominaisuuksien kanssa. Esimerkiksi kun pieni tasapintainen kivi osuu jyrkästi veteen, kivi pomppii siitä pois, eli nesteellä on elastisia ominaisuuksia. Jos lavalta hyppäävä uimari osuu koko kehollaan veden pintaan, hän loukkaantuu vakavasti, koska näissä olosuhteissa neste käyttäytyy kuin kiinteä kappale.

Jos nesteelle altistumisaika on pidempi kuin molekyylien "laskeutunut elinikä", nesteen juoksevuus havaitaan. Esimerkiksi ihminen pääsee vapaasti veteen joen rannalta jne. Nestemäisen tilan pääpiirteet ovat nesteen juoksevuus ja tilavuuden säilyminen. Nesteen juoksevuus liittyy läheisesti sen molekyylien "laskeutuneeseen" aikaan. Mitä lyhyempi tämä aika, sitä suurempi nestemolekyylien liikkuvuus, eli sitä suurempi neste on juoksevuus ja sen ominaisuudet ovat lähempänä kaasun ominaisuuksia.

Mitä korkeampi nesteen lämpötila on, sitä enemmän sen ominaisuudet eroavat kiinteän aineen ominaisuuksista ja tulevat lähemmäksi tiheiden kaasujen ominaisuuksia. Näin ollen aineen nestemäinen tila on saman aineen kiinteän ja kaasumaisen tilan välissä.

4. Sisäinen energia

Jokainen keho on kokoelma valtavasta määrästä hiukkasia. Aineen rakenteesta riippuen nämä hiukkaset ovat molekyylejä, atomeja tai ioneja. Jokaisella näistä hiukkasista puolestaan on melko monimutkainen rakenne. Siten molekyyli koostuu kahdesta tai useammasta atomista, atomit koostuvat ytimestä ja elektronikuoresta; ydin koostuu protoneista ja neutroneista jne.

Hiukkaset, jotka muodostavat kappaleen, ovat jatkuvassa liikkeessä; lisäksi ne ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa tietyllä tavalla.

Kehon sisäinen energia on niiden hiukkasten kineettisten energioiden, joista se koostuu, ja niiden keskinäisen vuorovaikutuksen energioiden (potentiaalienergiat) summa.

Selvitetään, missä prosesseissa kehon sisäinen energia voi muuttua.

1. Ensinnäkin on selvää, että kehon sisäinen energia muuttuu, kun se muuttaa muotoaan. Itse asiassa muodonmuutoksen aikana hiukkasten välinen etäisyys muuttuu; näin ollen myös niiden välisen vuorovaikutuksen energia muuttuu. Vain ideaalisessa kaasussa, jossa hiukkasten väliset vuorovaikutusvoimat jätetään huomiotta, sisäinen energia on paineesta riippumaton.

2. Sisäinen energia muuttuu lämpöprosessien aikana. Lämpöprosessit ovat prosesseja, jotka liittyvät sekä kehon lämpötilan että sen aggregaatiotilan muutoksiin - sulamiseen tai kiinteytymiseen, haihtumiseen tai kondensoitumiseen. Kun lämpötila muuttuu, sen hiukkasten liike-energia muuttuu. On kuitenkin korostettava, että samaan aikaan

Myös niiden vuorovaikutuksen potentiaalienergia muuttuu (paitsi harvinaisen kaasun tapauksessa). Todellakin, lämpötilan nousuun tai laskuun liittyy tasapainoasemien välisen etäisyyden muutos kappaleen kidehilan solmuissa, minkä rekisteröimme kappaleiden lämpölaajenemiseksi. Luonnollisesti hiukkasten vuorovaikutuksen energia muuttuu tässä tapauksessa. Siirtyminen aggregaatiotilasta toiseen on seurausta kehon molekyylirakenteen muutoksesta, joka aiheuttaa muutoksen sekä hiukkasten vuorovaikutusenergiassa että niiden liikkumisen luonteessa.

3. Kehon sisäinen energia muuttuu kemiallisten reaktioiden aikana. Itse asiassa kemialliset reaktiot ovat prosesseja, joissa molekyylit järjestyvät uudelleen, niiden hajoaminen yksinkertaisempiin osiin tai päinvastoin monimutkaisempien molekyylien syntyminen yksinkertaisemmista tai yksittäisistä atomeista (analyysi- ja synteesireaktiot). Tässä tapauksessa atomien väliset vuorovaikutusvoimat ja vastaavasti niiden vuorovaikutuksen energiat muuttuvat merkittävästi. Lisäksi sekä molekyylien liikkeen luonne että niiden välinen vuorovaikutus muuttuvat, koska vastasyntyneen aineen molekyylit ovat vuorovaikutuksessa keskenään eri tavalla kuin alkuperäisten aineiden molekyylit.

4. Tietyissä olosuhteissa atomien ytimet läpikäyvät muunnoksia, joita kutsutaan ydinreaktioksi. Huolimatta tässä tapauksessa tapahtuvien prosessien mekanismista (ja ne voivat olla hyvin erilaisia), ne kaikki liittyvät merkittävään muutokseen vuorovaikutuksessa olevien hiukkasten energiassa. Näin ollen ydinreaktioihin liittyy muutos näitä ytimiä sisältävän kehon sisäisessä energiassa

5. Haihdutus

Aineen siirtymistä nestemäisestä olomuodosta kaasumaiseen tilaan kutsutaan höyrystymiseksi, ja aineen siirtymistä kaasumaisesta nestemäiseen tilaan kutsutaan kondensaatioksi.

Yksi höyrynmuodostustyyppi on haihtuminen. Haihtuminen on höyryn muodostumista, joka tapahtuu vain nesteen vapaalta pinnalta, joka rajautuu kaasumaiseen väliaineeseen. Selvitetään, miten haihtuminen selitetään molekyylikineettisen teorian perusteella.

Koska nesteen molekyylit liikkuvat satunnaisesti, sen pintakerroksen molekyylien joukossa on aina molekyylejä, jotka liikkuvat suunnassa nesteestä kaasumaiseen väliaineeseen. Kaikki tällaiset molekyylit eivät kuitenkaan pysty lentää ulos nesteestä, koska ne ovat alttiina molekyylivoimille, jotka vetävät ne takaisin nesteeseen. Siksi vain ne sen molekyyleistä, joilla on riittävän korkea kineettinen energia, voivat paeta nesteen pintakerroksen ulkopuolelle.

Todellakin, kun molekyyli kulkee pintakerroksen läpi, sen on toimittava kineettisen energiansa vuoksi molekyylivoimia vastaan. Ne molekyylit, joiden liike-energia on tätä työtä pienempi, vedetään takaisin nesteeseen, ja vain ne molekyylit, joiden liike-energia on tätä työtä suurempi, vedetään ulos nesteestä. Nesteestä vapautuvat molekyylit muodostavat höyryä sen pinnan yläpuolelle. Koska nesteestä karkaavat molekyylit saavat kineettistä energiaa törmäysten seurauksena nesteen muiden molekyylien kanssa, nesteen sisällä olevien molekyylien kaoottisen liikkeen keskimääräisen nopeuden pitäisi laskea sen haihtumisen aikana. Siten tietty energia täytyy käyttää aineen nestefaasin muuttamiseksi kaasumaiseksi. Nesteen pinnan yläpuolella sijaitsevat höyrymolekyylit voivat kaoottisen liikkeensä aikana lentää takaisin nesteeseen ja palauttaa siihen haihtumisen aikana kuljettamansa energian. Tästä johtuen haihdutuksen aikana höyryn tiivistyminen tapahtuu aina samanaikaisesti, johon liittyy nesteen sisäisen energian kasvu.

Mitkä syyt vaikuttavat nesteen haihtumisnopeuteen?

1. Jos kaadat yhtä suuret määrät vettä, alkoholia ja eetteriä identtisiin lautasiin ja tarkkailet niiden haihtumista, käy ilmi, että eetteri haihtuu ensin, sitten alkoholi ja vesi haihtuu viimeisenä. Siksi nopeus

haihtuminen riippuu nesteen tyypistä.

2. Mitä suurempi sen vapaa pinta-ala, sitä nopeammin sama neste haihtuu. Esimerkiksi, jos lautaseen ja lasiin kaadetaan samat määrät vettä, vesi haihtuu lautasesta nopeammin kuin lasista.

3. On helppo huomata, että kuuma vesi haihtuu nopeammin kuin kylmä vesi.

Syy tähän on selvä. Mitä korkeampi nesteen lämpötila on, sitä suurempi on sen molekyylien keskimääräinen kineettinen energia ja siten sitä suurempi määrä niitä poistuu nesteestä samassa ajassa.

4. Lisäksi nesteen haihtumisnopeus on suurempi, mitä pienempi on nesteeseen kohdistuva ulkoinen paine ja mitä pienempi on tämän nesteen höyryntiheys sen pinnan yläpuolella.

Esimerkiksi tuulella pyykki kuivuu nopeammin kuin tyynellä säällä, koska tuuli kuljettaa vesihöyryä pois ja tämä auttaa vähentämään höyryn tiivistymistä pyykin pinnalle.

Koska nesteen haihtumiseen kuluu energiaa sen molekyylien energian vuoksi, nesteen lämpötila laskee haihdutusprosessin aikana. Tästä syystä eetteriin tai alkoholiin kastettu käsi jäähtyy huomattavasti. Tämä selittää myös ihmisen kylmän tunteen, kun hän nousee vedestä uimisen jälkeen kuumana, tuulisena päivänä.

Jos neste haihtuu hitaasti, ympäröivän kappaleen kanssa tapahtuvan lämmönvaihdon vuoksi sen energian menetys kompensoituu ympäristöstä tulevalla energialla, ja sen lämpötila pysyy itse asiassa yhtä suurena kuin ympäristön lämpötila. Jos neste kuitenkin haihtuu suurella nopeudella, sen lämpötila voi olla merkittävästi alhaisempi kuin ympäristön lämpötila. "Haihtuvien" nesteiden, kuten eetterin, avulla voidaan saavuttaa merkittävä lämpötilan lasku.

Huomattakoon myös, että monet kiinteät aineet voivat ohittaa nestefaasin suoraan kaasufaasiin. Tätä ilmiötä kutsutaan sublimaatioksi tai sublimaatioksi. Kiinteiden aineiden (esim. kamferi, naftaleeni) haju selittyy niiden sublimoitumisella (ja diffuusiolla). Sublimaatio on tyypillistä jäälle, esimerkiksi pyykki kuivuu alle 0° G:n lämpötiloissa.

6. Maan hydrosfääri ja ilmakehä

1. Veden haihtumis- ja tiivistymisprosesseilla on ratkaiseva rooli planeettamme sää- ja ilmasto-olosuhteiden muodostumisessa. Globaalissa mittakaavassa nämä prosessit laskeutuvat hydrosfäärin ja maapallon ilmakehän vuorovaikutukseen.

Hydrosfääri koostuu kaikesta planeetallamme saatavilla olevasta vedestä sen kaikissa aggregaatiotiloissa; 94 % hydrosfääristä putoaa Maailman valtamerelle, jonka tilavuudeksi arvioidaan 1,4 miljardia m3. Se vie 71% maan pinnan kokonaispinta-alasta, ja jos maan kiinteä pinta olisi sileä pallo, vesi peittäisi sen jatkuvalla kerroksella, jonka syvyys on 2,4 km; Hydrosfääristä 5,4 % on pohjaveden, jäätiköiden, ilmakehän ja maaperän kosteus. Ja vain 0,6 % tulee jokien, järvien ja tekoaltaiden makeasta vedestä. Tästä on selvää, kuinka tärkeää on suojella makeaa vettä teollisuus- ja kuljetusjätteiden aiheuttamalta saastumiselta.

2. Maan ilmakehä on yleensä jaettu useisiin kerroksiin, joista jokaisella on omat ominaisuutensa. Ilman alempaa pintakerrosta kutsutaan troposfääriksi. Sen yläraja päiväntasaajan leveysasteilla kulkee 16-18 km:n korkeudessa ja polaarisilla leveysasteilla - 10 km:n korkeudella. Troposfääri sisältää 90% koko ilmakehän massasta, mikä on 4,8 1018 kg. Troposfäärin lämpötila laskee korkeuden mukana. Ensin 1 °C jokaista 100 metriä kohden, ja sitten 5 km:n korkeudesta alkaen lämpötila laskee -70 °C:seen.

Ilmanpaine ja tiheys laskevat jatkuvasti. Ilmakehän uloin kerros noin 1000 km:n korkeudessa siirtyy vähitellen planeettojen väliseen avaruuteen.

3. Tutkimukset ovat osoittaneet, että joka päivä noin 7·10 3 km 3 vettä ja sataa suunnilleen saman verran kuin sademäärä.

Nousevien ilmavirtojen kuljettama vesihöyry nousee ja putoaa troposfäärin kylmiin kerroksiin. Kun höyry kohoaa, se kyllästyy ja tiivistyy muodostaen sadepisaroita ja pilviä.

Höyryn tiivistymisprosessin aikana ilmakehässä vapautuu keskimäärin vuorokaudessa lämpöä 1,6 10 22 J, joka on kymmeniä tuhansia kertoja suurempi kuin maapallolla samana aikana tuotettu energia. Tämä energia imeytyy veteen haihtuessaan. Siten hydrosfäärin ja maan ilmakehän välillä tapahtuu jatkuvaa aineen (veden kiertokulku) lisäksi myös energian vaihtoa.

III. TUTKIMUSOSA.

Haihtumisprosessien tutkimiseksi ja haihtumisnopeuden riippuvuuden määrittämiseksi erilaisista olosuhteista suoritettiin useita kokeita.

Koe 1. Tutkimus haihtumisnopeuden riippuvuudesta ilman lämpötilasta.

Materiaalit: Lasilevyt, 3 % vetyperoksidiliuos, kasviöljy, alkoholi, vesi, sekuntikello, lämpömittari, jääkaappi.

Kokeen edistyminen:Ruiskulla levitämme aineita lasilevyille ja tarkkailemme aineiden haihtumista.

Alkoholitilavuus 0,5·10 -6 m3

Ilman lämpötila: +24.

Kokeen tulos: kesti 3 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Vesi.

Ilman lämpötila: +24.

Tilavuus 0,5·10 -6 m 3

Kokeen tulos: kesti 5 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan; Vetyperoksidiliuos

Ilman lämpötila: +24.

. Tilavuus 0,5·10 -6 m 3

Kokeen tulos: kesti 8 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan; Kasviöljy.

Ilman lämpötila: +24.

Tilavuus 0,5·10 -6 m 3

Kokeen tulos: kesti 40 tuntia, ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Muutamme ilman lämpötilaa. Laita lasit jääkaappiin.

Alkoholi. Tilavuus 0,5·10 -6 m 3

Ilman lämpötila: +6.

Kokeen tulos: kesti 8 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Alkoholi. Tilavuus 0,5·10 -6 m 3

Vesi.

Tilavuus 0,5·10 -6 m 3 Kokeen tulos: kesti 10 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Alkoholi. Tilavuus 0,5·10 -6 m 3

Vetyperoksidiliuos.

Kokeen tulos: kesti 8 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan; Kasviöljy.

Tilavuus 0,5·10 -6 m 3

Kokeen tulos: kesti 15 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Ilman lämpötila: +6 Kokeen tulos: kesti 72 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Koe 2 . Tutkimus haihtumisnopeuden riippuvuudesta nesteen pinta-alasta.

Kohde: Selvitä haihtumisprosessin riippuvuus nesteen pinta-alasta.

Materiaalit: Vesi, alkoholi, kello, lääkeruisku, lasilevyt, viivain.

Kokeen edistyminen:Mittaamme pinta-alan kaavalla: S=P·D2:4.

Levitämme ruiskulla erilaisia nesteitä levylle, muotoilemme sen ympyräksi ja tarkkailemme nestettä, kunnes se haihtuu kokonaan. Ilman lämpötila huoneessa pysyy ennallaan (+24)

Muutamme ilman lämpötilaa. Laita lasit jääkaappiin.

Pinta-ala: 0,00422m 2

Kokeen tulos: kesti 1 tunti ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Kokeen tulos: kesti 8 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Kokeen tulos: kesti 2 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Kokeen tulos: kesti 5 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan;. Tilavuus 0,5·10 -6 m 3

Pinta-ala: 0,00422 m 2

Kokeen tulos: kesti 4 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Kokeen tulos: kesti 8 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan; Kasviöljy.

Pinta-ala: 0,00422 m 2

Kokeen tulos: kesti 30 tuntia, ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Muutamme ehtoja. Tarkkailemme samojen nesteiden haihtumista eri pinta-alalla.

Muutamme ilman lämpötilaa. Laita lasit jääkaappiin.

Kokeen tulos: kesti 3 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Kokeen tulos: kesti 8 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Pinta-ala: 0,00283 m 2

Kokeen tulos: kesti 4 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Kokeen tulos: kesti 5 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan; Vetyperoksidiliuos

Kokeen tulos: kesti 6 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Kokeen tulos: kesti 8 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan; Kasviöljy.

Pinta-ala 0,00283 m 2

Kokeen tulos: kesti 54 tuntia, ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Ilman lämpötila: +6 Tutkimuksen tuloksista seuraa, että eri pinta-alaisista astioista haihtumista tapahtuu eri aikoja. Kuten mittauksista voidaan nähdä, tämä neste haihtuu nopeammin pinta-alaltaan suuremmasta astiasta, mikä todistaa tutkittavan prosessin riippuvuuden tästä fysikaalisesta parametrista. Pinta-alan pienentyessä haihdutusprosessin kesto pitenee ja päinvastoin.

Koe 3. Tutkimus haihtumisprosessin riippuvuudesta ainetyypistä.

Kohde: Selvitä haihdutusprosessin riippuvuus nestetyypistä.

Laitteet ja materiaalit:Vesi, alkoholi, kasviöljy, vetyperoksidiliuos, kello, lääkeruisku, lasilevyt.

Kokeen edistyminen.Levitämme ruiskulla levyille erilaisia nesteitä ja tarkkailemme prosessia, kunnes se haihtuu kokonaan. Ilman lämpötila pysyy ennallaan. Nesteiden lämpötilat ovat samat.

Alkoholin, veden, 3-prosenttisen vetyperoksidiliuoksen ja kasviöljyn haihtumisen eroa koskevien tutkimusten tulokset saadaan aikaisempien tutkimusten tiedoista.

Ilman lämpötila: +6 Eri nesteet vaativat eri aikaa haihtuakseen täydellisesti. Tuloksista on selvää, että haihtumisprosessi etenee nopeammin alkoholilla ja vedellä ja hitaammin kasviöljyllä, eli se toimii todisteena haihtumisprosessin riippuvuudesta fysikaalisesta parametrista - aineen tyypistä.

Koe 4. Nesteen haihtumisnopeuden riippuvuuden tutkimus ilmamassojen nopeudesta.

Kohde: tutkia haihtumisnopeuden riippuvuutta tuulen nopeudesta.

Laitteet ja materiaalit:Vesi, alkoholi, kasviöljy, vetyperoksidiliuos, kello, lääkeruisku, lasilevyt, hiustenkuivaaja.

Edistyminen. Luomme ilmamassojen keinotekoisen liikkeen hiustenkuivaajalla, tarkkailemme prosessia ja odotamme, kunnes neste haihtuu kokonaan. Hiustenkuivaajassa on kaksi tilaa: yksinkertainen tila, turbotila.

Yksinkertaisen tilan tapauksessa:

Alkoholi. Tilavuus: 0,5·10 -6 m3

Pinta-ala: 0,00283 m 2 Kokeen tulos: kesti noin 2 minuuttia, ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Kokeen tulos: kesti 8 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Pinta-ala: 0,00283 m 2

Kokeen tulos: kesti noin 4 minuuttia, ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Tilavuus 0,5·10 -6 m 3 Tilavuus: 0,5·10 -6 m3

Pinta-ala: 0,00283 m 2

Kokeen tulos: kesti noin 7 minuuttia, ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Kokeen tulos: kesti 8 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan; Tilavuus: 0,5·10 -6 m3

Pinta-ala: 0,00283 m 2 Kokeen tulos: kesti noin 10 minuuttia, ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Turbotilassa:

Alkoholi. Tilavuus: 0,5·10 -6 m3

Pinta-ala: 0,00283 m 2 Kokeen tulos: kesti noin 1 minuutti ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Vesi.

Pinta-ala: 0,00283 m 2

Tilavuus: 0,5·10 -6 m3

Tilavuus 0,5·10 -6 m 3 Tilavuus: 0,5·10 -6 m3

Pinta-ala: 0,00283 m 2 Kokeen tulos: kesti noin 3 minuuttia, ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Kokeen tulos: kesti 8 tuntia ennen kuin neste haihtui kokonaan; Tilavuus: 0,5·10 -6 m3

Pinta-ala: 0,00283 m 2

Kokeen tulos: kesti noin 5 minuuttia, ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Ilman lämpötila: +6 Kokeen tulos: kesti noin 8 minuuttia, ennen kuin neste haihtui kokonaan;

Haihdutusprosessi riippuu ilmamassojen liikkeen nopeudesta nesteen pinnan yläpuolella. Mitä suurempi nopeus, sitä nopeammin tämä prosessi etenee ja päinvastoin.

Joten tutkimukset ovat osoittaneet, että nesteen haihtumisen intensiteetti vaihtelee eri nesteillä ja kasvaa nesteen lämpötilan noustessa, sen vapaan pinta-alan kasvaessa ja tuulen läsnäolon myötä sen pinnan yläpuolella.

Työn tuloksena tutkittiin erilaisia tietolähteitä haihdutusprosessista ja sen esiintymisen edellytyksistä. Fysikaaliset parametrit, jotka vaikuttavat haihtumisprosessin nopeuteen, määritetään. Haihdutusprosessin riippuvuutta fysikaalisista parametreista tutkittiin ja saadut tulokset analysoitiin. Esitetty hypoteesi osoittautui oikeaksi. Teoreettiset oletukset vahvistuivat tutkimusprosessin aikana - haihtumisprosessin nopeuden riippuvuus fysikaalisista parametreista on seuraava:

Nesteen lämpötilan noustessa haihdutusprosessin nopeus kasvaa ja päinvastoin;

Nesteen vapaan pinta-alan pienentyessä haihtumisprosessin nopeus laskee ja päinvastoin;

Haihdutusprosessin nopeus riippuu nesteen tyypistä.

Näin ollen nesteiden haihtumisprosessi riippuu sellaisista fysikaalisista parametreista kuin lämpötila, vapaa pinta-ala ja aineen tyyppi.

Tällä työllä on käytännön merkitystä, sillä siinä tutkittiin arkielämässä kohtaaman ilmiön haihtumisintensiteetin riippuvuutta fysikaalisista parametreista. Tämän tiedon avulla voit hallita prosessin edistymistä.

Kirjallisuus

Pinsky A. A., Grakovsky G. Yu, fysiikka: oppikirja oppilaitosten opiskelijoille

Toisen asteen ammatillinen koulutus/Yleinen. Ed. Yu.I.Dika, N.S.Puryshevoy.-M.:FORUM:INFRA_M, 2002.-560 s.

Milkovskaya L.B. Toistetaan fysiikka M., "Higher School", 1985.608.

Internet-resurssit:http://ru.wikipedia.org/wiki/;

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

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

Fysiikan oppikirja G.Ya. Myakishev "Termodynamiikka"

Syntyy nesteen vapaalta pinnalta.

Sublimaatio tai sublimaatio, ts. Aineen siirtymistä kiinteästä tilasta kaasumaiseen tilaan kutsutaan myös haihtumiseksi.

Jokapäiväisten havaintojen perusteella tiedetään, että avoimessa astiassa olevan nesteen (bensiini, eetteri, vesi) määrä vähenee vähitellen. Neste ei katoa ilman jälkiä - se muuttuu höyryksi. Haihdutus on yksi tyypeistä höyrystymistä. Toinen tyyppi on kiehuminen.

Haihdutusmekanismi.

Miten haihtuminen tapahtuu? Minkä tahansa nesteen molekyylit ovat jatkuvassa ja satunnaisessa liikkeessä, ja mitä korkeampi nesteen lämpötila on, sitä suurempi on molekyylien kineettinen energia. Kineettisen energian keskiarvolla on tietty arvo. Mutta kunkin molekyylin kineettinen energia voi olla joko suurempi tai pienempi kuin keskiarvo. Jos pinnan lähellä on molekyyli, jonka kineettinen energia riittää voittamaan molekyylien välisen vetovoiman, se lentää ulos nesteestä. Sama toistuu toisella nopealla molekyylillä, toisella, kolmannella jne. Lentäessään ulos nämä molekyylit muodostavat höyryä nesteen yläpuolelle. Tämän höyryn muodostuminen on haihtumista.

Energian imeytyminen haihdutuksen aikana.

Nopeiden molekyylien lentää pois nesteestä haihtumisen aikana, nesteeseen jäävien molekyylien keskimääräinen kineettinen energia pienenee. Tämä tarkoittaa, että haihtuvan nesteen sisäinen energia pienenee. Siksi, jos nesteeseen ei tule energiaa ulkopuolelta, haihtuvan nesteen lämpötila laskee, neste jäähtyy (tämän vuoksi erityisesti märissä vaatteissa oleva ihminen on kylmempää kuin kuivissa, erityisesti tuuli).

Kuitenkin, kun lasiin kaadettu vesi haihtuu, emme huomaa sen lämpötilan laskua. Miten voimme selittää tämän? Tosiasia on, että haihtuminen tapahtuu tässä tapauksessa hitaasti ja veden lämpötila pidetään vakiona ympäröivän ilman kanssa tapahtuvan lämmönvaihdon vuoksi, josta tarvittava määrä lämpöä tulee nesteeseen. Tämä tarkoittaa, että nesteen haihtuminen tapahtuisi muuttamatta sen lämpötilaa, nesteeseen on välitettävä energiaa.

Lämpömäärää, joka on välitettävä nesteeseen, jotta muodostuu höyryn yksikkömassa vakiolämpötilassa, kutsutaan höyrystymislämpö.

Nesteen haihtumisnopeus.

Toisin kuin kiehuvaa, haihtumista tapahtuu missä tahansa lämpötilassa, mutta nesteen lämpötilan noustessa haihtumisnopeus kasvaa. Mitä korkeampi nesteen lämpötila, sitä enemmän nopeasti liikkuvilla molekyyleillä on riittävästi kineettistä energiaa voittamaan viereisten hiukkasten vetovoimat ja lentää ulos nesteestä, ja sitä nopeammin haihtuminen tapahtuu.

Haihtumisnopeus riippuu nesteen tyypistä. Haihtuvat nesteet, joiden molekyylien väliset vuorovaikutusvoimat ovat pienet (esim. eetteri, alkoholi, bensiini), haihtuvat nopeasti. Jos pudotat tällaista nestettä käteesi, tunnet olosi kylmäksi. Käden pinnalta haihtuva neste jäähtyy ja ottaa siitä lämpöä pois.

Nesteen haihtumisnopeus riippuu sen vapaasta pinta-alasta. Tämä selittyy sillä, että neste haihtuu pinnasta, ja mitä suurempi on nesteen vapaa pinta-ala, sitä suurempi määrä molekyylejä samanaikaisesti lentää ilmaan.

Avoimessa astiassa nesteen massa pienenee vähitellen haihtumisen vuoksi. Tämä johtuu siitä, että suurin osa höyrymolekyyleistä hajoaa ilmaan palaamatta nesteeseen (toisin kuin suljetussa astiassa). Mutta pieni osa niistä palaa nesteeseen, mikä hidastaa haihtumista. Siksi tuulen mukana, joka kuljettaa pois höyrymolekyylejä, nesteen haihtuminen tapahtuu nopeammin.

Haihdutuksen soveltaminen tekniikassa.

Haihdutuksella on tärkeä rooli energiassa, jäähdytyksessä, kuivausprosesseissa ja haihdutusjäähdytyksessä. Esimerkiksi avaruusteknologiassa laskeutumisajoneuvot päällystetään nopeasti haihtuvilla aineilla. Kulkiessaan planeetan ilmakehän läpi laitteen runko lämpenee kitkan seurauksena ja sitä peittävä aine alkaa haihtua. Haihtuessaan se jäähdyttää avaruusalusta, mikä säästää sitä ylikuumenemiselta.

Tiivistyminen.

Tiivistyminen(alkaen lat. kondensaatio- tiivistyminen, kondensaatio) - aineen siirtyminen kaasumaisesta tilasta (höyry) nestemäiseen tai kiinteään tilaan.

Tiedetään, että tuulen läsnä ollessa neste haihtuu nopeammin. Miksi? Tosiasia on, että samanaikaisesti nesteen pinnasta haihtumisen kanssa tapahtuu kondensaatiota. Kondensoituminen johtuu siitä, että osa höyrymolekyyleistä, jotka liikkuvat satunnaisesti nesteen päällä, palaavat siihen uudelleen. Tuuli kuljettaa pois nesteestä lentävät molekyylit eikä anna niiden palata.

Kondensaatiota voi tapahtua myös silloin, kun höyry ei ole kosketuksissa nesteen kanssa. Juuri kondensaatio selittää esimerkiksi pilvien muodostumisen: maanpinnan yläpuolelle, ilmakehän kylmemmissä kerroksissa nousevat vesihöyryn molekyylit ryhmittyvät pieniksi vesipisaroiksi, joiden kerääntymät ovat pilviä. Vesihöyryn tiivistyminen ilmakehässä aiheuttaa myös sadetta ja kastetta.

Haihtumisen aikana neste jäähtyy ja ympäristöä kylmemmäksi tullessaan alkaa imeä energiaansa. Kondensoitumisen aikana päinvastoin ympäristöön vapautuu tietty määrä lämpöä ja sen lämpötila nousee hieman. Yksikkömassan kondensoituessa vapautuva lämpömäärä on yhtä suuri kuin haihtumislämpö.