Підручник Фізика 8 клас - Т.М. Засєкіна - Оріон 2017 рік

Розділ 1 ТЕПЛОВІ ЯВИЩА. ТЕПЛОВІ МАШИНИ ТА МЕХАНІЗМИ

§ 15 Випаровування і конденсація

Ви дізнаєтесь

- Як можна регулювати інтенсивність випаровування

Пригадайте

- Особливості руху й взаємодії молекул речовини в газоподібному і рідкому стані

Пароутворення та конденсація. Як ви вже знаєте, пароутворення — це процес перетворення рідини в пару. Конденсація — явище перетворення пари в рідину. Розрізняють два види пароутворення: випаровування та кипіння.

У цьому параграфі розглянемо детальніше механізми випаровування та конденсації.

Випаровування. Ми знаємо, що молекули рідини, так само як молекули твердого тіла або газу, безперервно рухаються з різними швидкостями. Окремі молекули рідини рухаються із швидкостями як більшими, так і меншими від середньої швидкості.

Якщо якась «швидка» молекула виявиться біля поверхні рідини, то вона може подолати притягання сусідніх молекул і ви летіти з рідини (мал. 49, с. 70). Молекули, що вилетіли з поверхні рідини утворюють над нею пару — відбувається процес випаровування.

Випаровування — перехід речовини з рідкого або твердого агрегатного стану в газоподібний (пару), який відбувається на вільній поверхні рідини.

Мал. 49. Процес випаровування

Швидкість випаровування залежить від кількох причин.

Якщо аркуш паперу змочити в одному місці ефіром, в іншому водою, а ще в іншому — олією, то помітимо, що ефір випарується значно швидше, ніж інші речовини (мал. 50).

Отже, швидкість випаровування залежить від різновиду рідини. Швидше випаровується та рідина, молекули якої притягаються одна до одної з меншою силою. Адже в цьому разі подолати притягання й вилетіти з рідини може більша кількість молекул.

Через те, що деяка кількість молекул, які рухаються швидко, є в рідині за будь-якої температури, то й випаровування відбувається за будь-якої температури. Це підтверджують спостереження. Наприклад, калюжі випаровуються і влітку, в спеку, і восени, коли вже холодно. Але влітку вони висихають швидше. Це пояснюється тим, що чим вища температура рідини, тим більшою є кількість молекул, які швидко рухаються й можуть подолати сили притягання навколишніх молекул і вилетіти з поверхні рідини. Тому рідина випаровується швидше за вищої температури (мал. 51).

Одночасно з переходом молекул з рідини в пару відбувається і зворотний процес. Безладно рухаючись над поверхнею рідини, частина молекул, що її залишили, знову в неї повертаються.

Якщо рідина випаровується в закритій посудині (мал. 52, а), то досить швидко кількість молекул, які вилетіли з рідини, дорівнюватиме кількості молекул пари, що повертаються назад у рідину. Тому кількість рідини в закритій посудині не змінюється, а в просторі над рідиною буде міститись максимально можлива кількість пари в заданому об’ємі.

У відкритій посудині (мал. 52, б) кількість рідини внаслідок випаровування поступово зменшується, бо більшість молекул пари розсіюється в повітрі, не повертаючись у рідину. Тільки невелика їх частина повертається назад у рідину, сповільнюючи цим процес випаровування. Тому під час вітру, який відносить молекули пари, рідина випаровується швидше. Швидкість випаровування залежить від наявності та швидкості потоків повітря та його вологості. Вологість повітря визначається кількістю водяної пари в ньому. Якщо вологість повітря становить 100 %, то це означає, що кількість водяної пари, яка міститься в ньому, — максимальна.

Мал. 50. Швидкість випаровування залежить від різновиду рідини

Мал. 51. Швидкість випаровування залежить від температури

Якщо у вузьку і широку посудину налити однаковий об’єм води, то можна помітити, що в широкій посудині вода випарується значно швидше. Наприклад, налита в блюдце вода випарується швидше, ніж налита у склянку.

Це пояснюється тим, що рідина випаровується з вільної поверхні рідини, і що більшою є площа вільної поверхні рідини, то більше молекул одночасно вилітає з неї в повітря. Отже, швидкість випаровування рідини залежить від площі її вільної поверхні.

Вилітаючи з рідини, молекули долають сили притягання з боку решти молекул, тобто виконують роботу проти цих сил. Не всі молекули рідини можуть виконати таку роботу, а тільки ті з них, які мають достатню для цього кінетичну енергію (достатню швидкість). Але якщо під час випаровування з рідини вилітають найшвидші молекули, то середня швидкість решти молекул рідини стає меншою, отже, і середня кінетична енергія молекул, що залишаються в рідині, зменшується. Це означає, що внутрішня енергія рідини, яка випаровується, зменшується. Тому, якщо немає припливу енергії до рідини ззовні, то під час випаровування вона охолоджується. Виходячи з води навіть у спекотний день, ми відчуваємо холод. Вода під час випаровування з поверхні нашого тіла забирає від нього певну кількість теплоти.

Проте під час випаровування води, налитої у склянку, ми не помічаємо зниження її температури. Чим це можна пояснити? Річ у тім, що випаровування в цьому разі відбувається повільно і температура води залишається сталою за рахунок теплоти, узятої з навколишнього повітря.

Ми говорили, що одночасно з випаровуванням відбувається й конденсація (мал. 53, с. 72). Конденсація пари супроводжується виділенням енергії. Літніми вечорами, коли повітря стає холоднішим, випадає роса. Це водяна пара, що була в повітрі, унаслідок охолодження конденсується, і маленькі крапельки води осідають на траві й листі. Конденсацією пари пояснюється утворення хмар. Водяна пара, що піднімається над землею, утворює у верхніх, холодніших шарах повітря хмари, які складаються з безлічі найдрібніших краплинок води.

Мaл. 52. Випаровування: а — у закритій посудині; б — у відкритій посудині

Мал. 53. Конденсація водяної пари

Слід зазначити, що випаровуватися можуть не тільки рідини, а й тверді тіла. Перехід із твердого стану в газоподібний, минаючи рідкий, називають сублімацією. Прикладом сублімації є висихання білизни на морозі. Тобто у водяну пару перетворюється лід, а не вода.

Зворотний процес — перехід із газоподібного стану в твердий — називається десублімацією. Прикладом десублімації є утворення інею із водяної пари.

Підбиваємо підсумки

- Випаровування — це перехід речовини з рідкого або твердого агрегатного стану в газоподібний (пару), який відбувається на вільній поверхні рідини.

- Швидкість випаровування залежить від багатьох факторів: від різновиду рідини, від температури, від площі вільної поверхні, від наявності вітру над поверхнею, від того, закритий чи відкритий простір над поверхнею.

- Якщо немає припливу енергії до рідини ззовні, то під час випаровування, вона охолоджується.

Я знаю. вмію й розумію

1. Що називають пароутворенням; конденсацією; випаровуванням; парою?

2. Як пояснити зниження температури рідини в результаті її випаровування? Чому рідина випаровується за будь-якої температури?

3. Від чого залежить швидкість випаровування рідини?

4. Як називається процес, зворотний до випаровування? Чим ці процеси відрізняються з енергетичної точки зору?

5. Що таке сублімація? Наведіть приклади.

ПОЯСНІТЬ

1. Чому для виготовлення парфумів використовують спирт, а не воду?

2. Чому ґрунт просихає швидше у вітряну погоду?

3. Чому в закритій посудині рідина холоне повільніше?

4. Подихайте на дерев’яну поверхню, а потім на дзеркало. Порівняйте процеси та поясніть.



Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити