Испарение и конденсация. Кипение

Научиться понимать и объяснять процессы испарения, конденсации и кипения с точки зрения молекулярного строения вещества и энергетических превращений.

Испарение и конденсация — основа круговорота воды в природе, работы тепловых машин, систем охлаждения и многих бытовых процессов, таких как сушка белья или запотевание окон. Понимание этих явлений помогает объяснить погоду, работу холодильника и даже приготовление пищи.

• Парообразование — это переход вещества из жидкого состояния в газообразное; оно бывает двух видов: испарение и кипение.
• Испарение происходит с поверхности жидкости при любой температуре, так как наиболее быстрые молекулы могут покинуть жидкость, преодолев притяжение соседей.
• При испарении температура жидкости понижается, потому что жидкость покидают самые энергичные молекулы, унося с собой часть внутренней энергии.
• Конденсация — процесс, обратный испарению: пар превращается в жидкость, при этом выделяется энергия.
• Кипение — это интенсивное парообразование не только с поверхности, но и по всему объёму жидкости, сопровождающееся образованием пузырьков пара.
• Кипение происходит при определённой температуре, которая зависит от внешнего давления; при повышении давления температура кипения увеличивается.
• Удельная теплота парообразования показывает, какое количество теплоты нужно сообщить 1 кг жидкости при температуре кипения, чтобы превратить её в пар.
• В закрытом сосуде при постоянной температуре между жидкостью и паром устанавливается динамическое равновесие, и пар становится насыщенным.

Парообразование

Процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное (пар).

Испарение

Парообразование, которое происходит только с поверхности жидкости при любой температуре.

Конденсация

Переход вещества из газообразного состояния в жидкое, сопровождающийся выделением теплоты.

Кипение

Интенсивное парообразование по всему объёму жидкости при определённой температуре (температуре кипения).

Насыщенный пар

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, когда число молекул, покидающих жидкость, равно числу молекул, возвращающихся в неё.

Удельная теплота парообразования

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо для превращения 1 кг жидкости в пар при температуре кипения (обозначается L, измеряется в Дж/кг).

• Испарение происходит при любой температуре, но чем выше температура, тем быстрее испарение.
• Скорость испарения зависит от рода жидкости, температуры, площади поверхности и наличия ветра (движения воздуха).
• При испарении жидкость охлаждается: например, если подуть на мокрую руку, она становится холоднее.
• Температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) равна 100 °C.
• При повышении внешнего давления температура кипения увеличивается, при понижении — уменьшается (например, в горах вода кипит при температуре ниже 100 °C).
• Удельная теплота парообразования воды L ≈ 2,3 × 10⁶ Дж/кг — это очень большое значение, поэтому для превращения воды в пар нужно много энергии.
• При конденсации пара выделяется такое же количество теплоты, которое было затрачено на парообразование.

1. Пример 1случай

   Лужа после дождя высыхает даже в прохладную погоду

   Пояснение

   • это испарение с поверхности воды
2. Пример 2случай
   • Если выйти из реки в ветреную погоду, становится холодно: ветер ускоряет испарение воды с кожи, и тело теряет тепло
3. Пример 3случай

   Крышка кастрюли с кипящей водой покрывается капельками

   Пояснение

   • это конденсация пара на более холодной поверхности
4. Пример 4случай

   Чайник свистит, когда вода закипает

   Пояснение

   • пузырьки пара поднимаются и лопаются на поверхности, создавая шум
5. Пример 5случай
   • В холодильнике хладагент испаряется в морозильной камере, забирая тепло, а затем конденсируется в конденсаторе на задней стенке, отдавая тепло в комнату

• В горах вода закипает при температуре около 85–90 °C, поэтому сварить яйцо вкрутую там сложнее — для этого требуется больше времени.
• Испарение пота — главный механизм охлаждения тела человека: когда пот испаряется, кожа отдаёт тепло.
• В пустыне вода может испаряться так быстро, что даже при высокой температуре воздух остаётся сухим, а влага из организма уходит незаметно.

• При работе с горячей жидкостью и паром соблюдай осторожность, чтобы не получить ожог.
• Не наклоняйся над ёмкостью с кипящей водой — пар может обжечь лицо.
• При нагревании жидкостей в лаборатории используй специальные подставки и не оставляй приборы без присмотра.

• Внутренняя энергия и способы её изменения
• Количество теплоты. Удельная теплоёмкость
• Влажность воздуха
• Тепловые двигатели