در دنیای اطراف ما، طیف عظیمی از پدیده ها و فرآیندهای فیزیکی مختلف به طور مداوم و پیوسته در حال وقوع هستند. یکی از مهمترین آنها فرآیند تبخیر است. چندین پیش نیاز برای این پدیده وجود دارد. در این مقاله هر یک از آنها را با جزئیات بیشتری تحلیل خواهیم کرد.
تبخیر چیست؟
این فرآیند تبدیل مواد به حالت گازی یا بخاری است. این فقط برای مواد با قوام مایع معمول است. با این حال، چیزی مشابه در جامدات مشاهده می شود، تنها این پدیده تصعید نامیده می شود. این را می توان با مشاهده دقیق اجساد مشاهده کرد. به عنوان مثال، یک تکه صابون به مرور زمان خشک می شود و شروع به ترکیدن می کند، این به این دلیل است که قطرات آب موجود در ترکیب آن تبخیر شده و به حالت گازی H2O می رود.
تعریف در فیزیک
تبخیر یک فرآیند گرماگیر است که در آن منبع انرژی جذب شده گرمای انتقال فاز است. این شامل دو جزء است:
- مقدار معینی از گرما مورد نیاز برای غلبه بر نیروهای جاذبه مولکولی در هنگام گسست بین مولکول‌های متصل؛
- گرمای مورد نیاز برای کار انبساط مولکولها در فرآیند تبدیل مواد مایع به بخار یا گاز.
چگونه این اتفاق می افتد؟
انتقال یک ماده از حالت مایع به حالت گازی به دو صورت انجام می شود:
- تبخیر فرآیندی است که در آن مولکول ها از سطح یک ماده مایع فرار می کنند.
- جوش فرآیند تبخیر شدن از مایع با رساندن دما به گرمای مخصوص جوشاندن یک ماده است.
با وجود اینکه هر دوی این پدیده ها یک ماده مایع را به گاز تبدیل می کنند، تفاوت های قابل توجهی بین آنها وجود دارد. جوشاندن یک فرآیند فعال است که فقط در یک دمای خاص اتفاق می افتد، در حالی که تبخیر تحت هر شرایطی رخ می دهد. تفاوت دیگر این است که جوشش مشخصه کل ضخامت مایع است، در حالی که پدیده دوم فقط در سطح مواد مایع رخ می دهد.
نظریه سینتیک مولکولی تبخیر
اگر این فرآیند را در سطح مولکولی در نظر بگیریم، به صورت زیر اتفاق می افتد:
- مولکول‌های موجود در مواد مایع در حرکت بی‌نظم دائمی هستند، همگی سرعت‌های کاملاً متفاوتی دارند. در این میان، ذرات به دلیل نیروهای جاذبه به یکدیگر جذب می شوند. هر بار که آنها با یکدیگر برخورد می کنند، سرعت آنها تغییر می کند. در برخی مواقع، برخی سرعت بسیار بالایی دارند و به آنها اجازه می دهد بر نیروهای گرانش غلبه کنند.
- این عناصر که در سطح مایع ظاهر شده اند، دارای چنان انرژی جنبشی هستند که قادر به غلبه بر آن هستند.پیوندهای بین مولکولی برقرار کرده و مایع را رها کنید.
- این بسیار سریعترین مولکولها هستند که از سطح یک ماده مایع خارج می شوند و این فرآیند به طور مداوم و پیوسته انجام می شود.
- هنگامی که در هوا هستند به بخار تبدیل می شوند - به این تبخیر می گویند.
- در نتیجه این امر، میانگین انرژی جنبشی ذرات باقیمانده کوچکتر و کوچکتر می شود. این خنک شدن مایع را توضیح می دهد. به یاد بیاورید که چگونه در کودکی به ما آموختند که روی یک مایع داغ باد کنیم تا سریعتر خنک شود. معلوم شد که ما فرآیند تبخیر آب را تسریع کردیم و دما خیلی سریعتر کاهش یافت.
به چه عواملی بستگی دارد؟
شرایط زیادی برای وقوع این فرآیند ضروری است. از هر جایی که ذرات آب وجود دارد می آید: اینها دریاچه ها، دریاها، رودخانه ها، همه اشیاء مرطوب، پوشش بدن حیوانات و مردم و همچنین برگ های گیاهان هستند. می توان نتیجه گرفت که تبخیر یک فرآیند بسیار مهم و ضروری برای دنیای اطراف و همه موجودات زنده است.
در اینجا عواملی هستند که بر این پدیده تأثیر می گذارند:
- نرخ تبخیر مستقیماً به ترکیب خود مایع بستگی دارد. مشخص است که هر یک از آنها ویژگی های خاص خود را دارند. به عنوان مثال، موادی که گرمای تبخیر در آنها کمتر است، سریعتر تبدیل می شوند. بیایید دو فرآیند را با هم مقایسه کنیم: تبخیر الکل و آب معمولی. در حالت اول، تبدیل به حالت گازی سریعتر اتفاق می افتد، زیرا گرمای ویژه تبخیر و تراکم برای الکل 837 کیلوژول بر کیلوگرم و برای آب تقریباً سه برابر است.بیشتر - 2260 کیلوژول بر کیلوگرم.
- سرعت به دمای اولیه مایع نیز بستگی دارد: هر چه بیشتر باشد، بخار سریعتر تشکیل می شود. به عنوان مثال، اجازه دهید یک لیوان آب را در نظر بگیریم، زمانی که آب در حال جوش در داخل ظرف وجود دارد، تبخیر با سرعت بسیار بیشتری نسبت به زمانی که دمای آب کمتر است اتفاق می‌افتد.
- عامل دیگری که سرعت این فرآیند را تعیین می کند مساحت سطح مایع است. به یاد داشته باشید که سوپ داغ در یک کاسه با قطر بزرگ سریعتر از یک نعلبکی کوچک خنک می شود.
- سرعت توزیع مواد در هوا تا حد زیادی میزان تبخیر را تعیین می کند، یعنی هر چه انتشار سریعتر رخ دهد، تبخیر سریعتر اتفاق می افتد. برای مثال، با بادهای شدید، قطرات آب سریعتر از سطح دریاچه‌ها، رودخانه‌ها و مخازن بخار تبخیر می‌شوند.
- دمای هوای اتاق نیز نقش مهمی دارد. در ادامه بیشتر در مورد این موضوع صحبت خواهیم کرد.
نقش رطوبت هوا چیست؟
با توجه به اینکه فرآیند تبخیر از همه جا به طور مداوم و پیوسته اتفاق می افتد، همیشه ذرات آب در هوا وجود دارد. در شکل مولکولی، آنها مانند گروهی از عناصر H2O به نظر می رسند. مایعات بسته به حجم بخار آب موجود در جو می توانند تبخیر شوند، این ضریب رطوبت هوا نامیده می شود. این در دو نوع موجود است:
- رطوبت نسبی عبارت است از نسبت مقدار بخار آب موجود در هوا به چگالی بخار اشباع شده در همان دما به عنوان درصد. به عنوان مثال، نمره 100٪ نشان می دهدکه جو کاملاً با مولکول های H2O.
- مطلق چگالی بخار آب در هوا را مشخص می کند که با حرف f نشان داده می شود و نشان می دهد که چه مقدار مولکول آب در 1m3 هوا وجود دارد.
اشباع شده است.
ارتباط بین فرآیند تبخیر و رطوبت هوا را می توان به صورت زیر تعیین کرد. هر چه رطوبت نسبی هوا کمتر باشد، تبخیر از سطح زمین و سایر اجسام سریعتر رخ می دهد.
تبخیر مواد مختلف
در مواد مختلف، این فرآیند به طور متفاوتی پیش می رود. به عنوان مثال، الکل به دلیل گرمای ویژه تبخیر پایین، سریعتر از بسیاری از مایعات تبخیر می شود. اغلب چنین مواد مایعی فرار نامیده می شوند، زیرا بخار آب به معنای واقعی کلمه در تقریباً هر دمایی از آنها تبخیر می شود.
الکل همچنین می تواند حتی در دمای اتاق تبخیر شود. در فرآیند تهیه شراب یا ودکا، الکل از طریق مهتاب رانده می شود و فقط به نقطه جوش می رسد که تقریباً برابر با 78 درجه است. با این حال، دمای تبخیر واقعی الکل کمی بالاتر خواهد بود، زیرا در محصول اصلی (مثلاً ماش) ترکیبی با روغن‌های معطر و آب مختلف است.
تراکم و تصعید
پدیده زیر را می توان هر بار که آب در کتری می جوشد مشاهده کرد. توجه داشته باشید که وقتی آب به جوش می آید از حالت مایع به گاز تبدیل می شود. به این ترتیب اتفاق می افتد: یک جت داغ بخار آب بابا سرعت زیاد از طریق دهانه آن از کتری خارج می شود. در این حالت بخار تشکیل شده مستقیماً در خروجی دهانه قابل مشاهده نیست، بلکه در فاصله کمی از آن قابل مشاهده است. این فرآیند تراکم نامیده می شود، یعنی بخار آب به حدی غلیظ می شود که برای چشم ما قابل مشاهده است.
تبخیر یک جامد تصعید نامیده می شود. در عین حال از حالت تجمع به حالت گازی عبور می کنند و مرحله مایع را دور می زنند. معروف ترین مورد تصعید مربوط به کریستال های یخ است. یخ در شکل اولیه خود جامد است و در دمای بالای 0 درجه سانتیگراد شروع به ذوب شدن کرده و حالت مایع به خود می گیرد. با این حال، در برخی موارد، در دمای منفی، یخ به شکل بخار تبدیل می‌شود و فاز مایع را دور می‌زند.
تاثیر تبخیر بر بدن انسان
به لطف تبخیر، تنظیم حرارت در بدن ما اتفاق می افتد. این فرآیند از طریق یک سیستم خود خنک کننده انجام می شود. در یک روز گرم و گرم، فردی که به کار بدنی خاصی مشغول است بسیار گرم می شود. این بدان معنی است که انرژی داخلی را افزایش می دهد. و همانطور که می دانید در دمای بالای 42 درجه پروتئین در خون انسان شروع به انعقاد می کند، اگر این روند به موقع متوقف نشود منجر به مرگ می شود.
سیستم خود خنک کننده دقیقاً به گونه ای طراحی شده است که دما را برای زندگی عادی تنظیم کند. هنگامی که درجه حرارت به حداکثر مجاز می رسد، تعریق فعال از طریق منافذ روی پوست شروع می شود. و سپس از سطح پوست رخ می دهدتبخیر، که انرژی اضافی بدن را جذب می کند. به عبارت دیگر، تبخیر فرآیندی است که به خنک شدن بدن به حالت عادی کمک می کند.
