Mēs visi jau kopš bērnības labi zinām vienu nopietnu dzīves faktu. Lai atdzesētu karstu tēju, ir nepieciešams to ieliet aukstā apakštasītē un ilgstoši pūst pa tās virsmu. Kad jums ir seši vai septiņi gadi, jūs īsti nedomājat par fizikas likumiem, jūs tos vienkārši uztverat kā pašsaprotamus vai, fiziski runājot, jūs tos uztverat kā aksiomu. Tomēr, laika gaitā apgūstot zinātni, mēs atklājam interesantas līdzības starp aksiomām un konsekventiem pierādījumiem, vienmērīgi pārvēršot mūsu bērnības pieņēmumus pieaugušo teorēmās. Tas pats attiecas uz karstu tēju. Neviens no mums nevarēja iedomāties, ka šis dzesēšanas veids ir tieši saistīts ar šķidruma iztvaikošanu.
Procesa fizika
Lai atbildētu uz jautājumu, kas nosaka šķidruma iztvaikošanas ātrumu, ir jāsaprot pati procesa fizika. Iztvaikošana ir vielas fāzes pārejas process no šķidra agregācijas stāvokļa uz gāzveida stāvokli. Jebkura šķidra viela var iztvaikot, arī ļoti viskoza. Pēc izskataun nevar teikt, ka noteikta želejveida virca var zaudēt daļu savas masas iztvaikošanas dēļ, bet noteiktos apstākļos tieši tā notiek. Cieta viela var arī iztvaikot, tikai šo procesu sauc par sublimāciju.
Kā tas notiek
Sākot izdomāt, no kā atkarīgs šķidruma iztvaikošanas ātrums, jāsāk no tā, ka tas ir endotermisks process, tas ir, process, kas notiek ar siltuma uzsūkšanos. Fāzes pārejas siltums (iztvaikošanas siltums) pārnes enerģiju uz vielas molekulām, palielinot to ātrumu un palielinot to atdalīšanas iespējamību, vienlaikus vājinot molekulārās kohēzijas spēkus. Atdaloties no vielas lielākās daļas, ātrākās molekulas izlaužas no tās robežām, un viela zaudē savu masu. Tajā pašā laikā izmestās šķidruma molekulas uzreiz uzvārās, veicot fāzes pārejas procesu pēc atdalīšanas, un to izeja jau ir gāzveida stāvoklī.
Pieteikums
Izprotot iemeslus, no kuriem atkarīgs šķidruma iztvaikošanas ātrums, ir iespējams pareizi regulēt uz to pamata notiekošos tehnoloģiskos procesus. Piemēram, gaisa kondicionētāja darbība, kuras siltummainī-iztvaicētājā vārās aukstumaģents, uzņemot siltumu no atdzesētās telpas, vai ūdens vārīšana rūpnieciskā katla caurulēs, kura siltums tiek pārnests uz vajadzības pēc apkures un karstā ūdens apgādes. Izpratne par apstākļiem, no kuriem atkarīgs šķidruma iztvaikošanas ātrums, sniedz iespēju projektēt un ražot modernas un tehnoloģiskas iekārtas ar kompaktiem izmēriem un ar paaugstinātu koeficientu.siltuma pārnese.
Temperatūra
Šķidrais agregācijas stāvoklis ir ārkārtīgi nestabils. Ar mūsu zemes n. y. (jēdziens "normāli apstākļi", t.i., piemērots cilvēka dzīvībai), tam periodiski ir tendence pāriet cietā vai gāzveida fāzē. Kā tas notiek? Kas nosaka šķidruma iztvaikošanas ātrumu?
Primārais kritērijs, protams, ir temperatūra. Jo vairāk mēs karsējam šķidrumu, jo vairāk enerģijas mēs ienesam vielas molekulām, jo vairāk molekulāro saišu mēs pārtraucam, jo ātrāk norit fāzes pārejas process. Apoteoze tiek panākta ar vienmērīgu kodolu vārīšanu. Ūdens vārās 100°C temperatūrā pie atmosfēras spiediena. Katla vai, piemēram, tējkannas virsma, kur tā vārās, tikai no pirmā acu uzmetiena ir ideāli gluda. Vairākkārt palielinot attēlu, mēs redzēsim bezgalīgas asas virsotnes, piemēram, kalnos. Siltums tiek padots punktveida virzienā uz katru no šīm virsotnēm, un mazās siltuma apmaiņas virsmas dēļ ūdens acumirklī uzvārās, veidojot gaisa burbuli, kas paceļas uz virsmas, kur tas sabrūk. Tāpēc šādu vārīšanu sauc par burbuļojošu. Ūdens iztvaikošanas ātrums ir maksimālais.
Spiediens
Otrs svarīgais parametrs, no kura atkarīgs šķidruma iztvaikošanas ātrums, ir spiediens. Kad spiediens nokrītas zem atmosfēras, ūdens sāk vārīties zemākā temperatūrā. Slaveno spiediena katlu darbs ir balstīts uz šo principu - īpašas pannas, no kurām tika izsūknēts gaiss, un ūdens vārījās jau 70-80 ºС. No otras puses, spiediena palielināšanās,paaugstina viršanas temperatūru. Šo noderīgo īpašību izmanto, piegādājot pārkarsētu ūdeni no termoelektrostacijas uz centrālo apkuri un ITP, kur, lai saglabātu pārnestā siltuma potenciālu, ūdens tiek uzkarsēts līdz 150-180 grādu temperatūrai, kad nepieciešams izslēgt vārīšanās iespēja caurulēs.
Citi faktori
Intensīva šķidruma virsmas pūšana ar temperatūru, kas ir augstāka par pievadītās gaisa strūklas temperatūru, ir vēl viens faktors, kas nosaka šķidruma iztvaikošanas ātrumu. To piemērus var ņemt no ikdienas dzīves. Pūtot ezera virsmu ar vēju, jeb piemērs, ar kuru sākām stāstu: pūšot apakštasītē ielietu karstu tēju. Tas atdziest tāpēc, ka, atraujoties no vielas lielākās daļas, molekulas paņem sev līdzi daļu enerģijas, to atdzesējot. Šeit var redzēt arī virsmas laukuma efektu. Apakštase ir platāka par krūzi, tāpēc no tās kvadrāta var izplūst lielāka ūdens masa.
Iztvaikošanas ātrumu ietekmē arī pats šķidruma veids: daži šķidrumi iztvaiko ātrāk, citi, gluži pretēji, lēnāk. Apkārtējā gaisa stāvoklis arī būtiski ietekmē iztvaikošanas procesu. Ja absolūtais mitruma saturs ir augsts (ļoti mitrs gaiss, piemēram, jūras tuvumā), iztvaikošanas process būs lēnāks.
