Apkārtējā pasaulē pastāvīgi un nepārtraukti notiek ļoti daudz dažādu fizisko parādību un procesu. Viens no svarīgākajiem ir iztvaikošanas process. Šai parādībai ir vairāki priekšnoteikumi. Šajā rakstā mēs analizēsim katru no tiem sīkāk.
Kas ir iztvaikošana?
Šis ir process, kurā vielas tiek pārvērstas gāzveida vai tvaiku stāvoklī. Tas ir raksturīgs tikai šķidras konsistences vielām. Tomēr kaut kas līdzīgs ir novērojams cietās vielās, tikai šo parādību sauc par sublimāciju. To var redzēt, rūpīgi novērojot ķermeņus. Piemēram, ziepju gabals laika gaitā izžūst un sāk plaisāt, tas ir saistīts ar faktu, ka tā sastāvā esošie ūdens pilieni iztvaiko un nonāk gāzveida stāvoklī H2O.
Definīcija fizikā
Iztvaikošana ir endotermisks process, kurā absorbētās enerģijas avots ir fāzes pārejas siltums. Tas ietver divus komponentus:
- noteikts siltuma daudzums, kas nepieciešams, lai pārvarētu molekulāros pievilkšanās spēkus, kad notiek pārtraukums starp savienotajām molekulām;
- siltums, kas nepieciešams molekulu izplešanās darbam šķidrās vielas pārvēršot tvaikos vai gāzē.
Kā tas notiek?
Vielas pāreja no šķidra stāvokļa uz gāzveida stāvokli var notikt divos veidos:
- Iztvaikošana ir process, kurā molekulas izplūst no šķidras vielas virsmas.
- Vārīšana ir iztvaikošanas process no šķidruma, paaugstinot temperatūru līdz vielas īpatnējam viršanas karstumam.
Neskatoties uz to, ka abas šīs parādības pārvērš šķidru vielu gāzē, starp tām pastāv būtiskas atšķirības. Vārīšanās ir aktīvs process, kas notiek tikai noteiktā temperatūrā, savukārt iztvaikošana notiek jebkuros apstākļos. Vēl viena atšķirība ir tā, ka vārīšanās ir raksturīga visam šķidruma biezumam, savukārt otrā parādība notiek tikai uz šķidru vielu virsmas.
Iztvaikošanas molekulārā kinētiskā teorija
Ja šo procesu aplūkojam molekulārā līmenī, tad tas notiek šādi:
- Molekulas šķidrās vielās atrodas pastāvīgā haotiskā kustībā, tām visām ir pilnīgi atšķirīgs ātrums. Tikmēr daļiņas tiek piesaistītas viena otrai, pateicoties pievilkšanās spēkiem. Katru reizi, kad viņi saduras viens ar otru, viņu ātrums mainās. Kādā brīdī daži attīsta ļoti lielu ātrumu, ļaujot tiem pārvarēt gravitācijas spēkus.
- Šiem elementiem, kas parādījās uz šķidruma virsmas, ir tāda kinētiskā enerģija, ka tie spēj pārvarētstarpmolekulāras saites un atstāj šķidrumu.
- Šīs ļoti ātrākās molekulas izlido no šķidras vielas virsmas, un šis process notiek pastāvīgi un nepārtraukti.
- Nokļūstot gaisā, tie pārvēršas tvaikā - to sauc par iztvaikošanu.
- Tā rezultātā atlikušo daļiņu vidējā kinētiskā enerģija kļūst arvien mazāka. Tas izskaidro šķidruma dzesēšanu. Atcerieties, kā bērnībā mums mācīja pūst uz karsta šķidruma, lai tas ātrāk atdziest. Izrādās, ka mēs paātrinājām ūdens iztvaikošanas procesu, un temperatūra pazeminājās daudz ātrāk.
No kādiem faktoriem tas ir atkarīgs?
Šī procesa norisei ir nepieciešami daudzi nosacījumi. Tas nāk no visur, kur atrodas ūdens daļiņas: tie ir ezeri, jūras, upes, visi mitrie priekšmeti, dzīvnieku un cilvēku ķermeņu vāki, kā arī augu lapas. Var secināt, ka iztvaikošana ir ļoti nozīmīgs un neaizstājams process apkārtējai pasaulei un visām dzīvajām būtnēm.
Šeit ir faktori, kas ietekmē šo parādību:
- Iztvaikošanas ātrums ir tieši atkarīgs no paša šķidruma sastāva. Ir zināms, ka katram no tiem ir savas īpašības. Piemēram, tās vielas, kurās iztvaikošanas siltums ir mazāks, tiks pārveidotas ātrāk. Salīdzināsim divus procesus: spirta un parastā ūdens iztvaikošanu. Pirmajā gadījumā pāreja gāzveida stāvoklī notiek ātrāk, jo īpatnējais iztvaikošanas un kondensācijas siltums spirtam ir 837 kJ/kg, bet ūdenim gandrīz trīs reizes.vairāk - 2260 kJ/kg.
- Ātrums ir atkarīgs arī no šķidruma sākotnējās temperatūras: jo augstāka tā ir, jo ātrāk veidojas tvaiks. Piemēram, ņemsim glāzi ūdens, kad traukā ir verdošs ūdens, tad iztvaikošana notiek daudz ātrāk nekā tad, ja ūdens temperatūra ir zemāka.
- Cits faktors, kas nosaka šī procesa ātrumu, ir šķidruma virsmas laukums. Atcerieties, ka karsta zupa atdziest ātrāk liela diametra bļodā nekā mazā apakštasītē.
- Vielu izplatīšanās ātrums gaisā lielā mērā nosaka iztvaikošanas ātrumu, tas ir, jo ātrāk notiek difūzija, jo ātrāk notiek iztvaikošana. Piemēram, stiprā vējā ūdens pilieni ātrāk iztvaiko no ezeru, upju un ūdenskrātuvju virsmas.
- Svarīgu lomu spēlē arī gaisa temperatūra telpā. Tālāk par to runāsim vairāk.
Kāda ir gaisa mitruma nozīme?
Sakarā ar to, ka iztvaikošanas process notiek no visur nepārtraukti un pastāvīgi, gaisā vienmēr ir ūdens daļiņas. Molekulārā formā tie izskatās kā elementu grupa H2O. Šķidrumi var iztvaikot atkarībā no ūdens tvaiku tilpuma atmosfērā, šo koeficientu sauc par gaisa mitrumu. Tas ir divu veidu:
- Relatīvais mitrums ir procentuālā attiecība starp ūdens tvaiku daudzumu gaisā un piesātināto tvaiku blīvumu tajā pašā temperatūrā. Piemēram, rezultāts 100% norādaka atmosfēra ir pilnībā piesātināta ar H2O.
- Absolūtais raksturo ūdens tvaiku blīvumu gaisā, ko apzīmē ar burtu f, un parāda, cik daudz ūdens molekulu satur 1m3 gaisa.
molekulām.
Saikni starp iztvaikošanas procesu un gaisa mitrumu var noteikt šādi. Jo zemāks ir gaisa relatīvais mitrums, jo ātrāk notiks iztvaikošana no zemes virsmas un citiem objektiem.
Dažādu vielu iztvaikošana
Dažādās vielās šis process norit atšķirīgi. Piemēram, alkohols iztvaiko ātrāk nekā daudzi šķidrumi tā zemā īpatnējā iztvaikošanas siltuma dēļ. Bieži vien šādas šķidras vielas sauc par gaistošām, jo ūdens tvaiki no tām burtiski iztvaiko gandrīz jebkurā temperatūrā.
Spirts var arī iztvaikot pat istabas temperatūrā. Vīna vai degvīna gatavošanas procesā alkohols tiek dzīts cauri mēness spīdumam, tikai sasniedzot viršanas temperatūru, kas ir aptuveni 78 grādi. Taču faktiskā spirta iztvaikošanas temperatūra būs nedaudz augstāka, jo oriģinālajā produktā (piemēram, misā) tā ir kombinācija ar dažādām aromātiskajām eļļām un ūdeni.
Kondensācija un sublimācija
Ikreiz, kad ūdens tējkannā vārās, var novērot šādu parādību. Ņemiet vērā, ka vārot ūdenim tas pāriet no šķidra stāvokļa uz gāzveida stāvokli. Tas notiek šādā veidā: karsta ūdens tvaiku strūkla arlielā ātrumā izlido no tējkannas caur snīpi. Šajā gadījumā izveidojies tvaiks nav redzams tieši pie izejas no snīpi, bet nelielā attālumā no tā. Šo procesu sauc par kondensāciju, t.i., ūdens tvaiki sabiezē tiktāl, ka kļūst redzami mūsu acīm.
Cietas vielas iztvaikošanu sauc par sublimāciju. Tajā pašā laikā tie pāriet no agregācijas stāvokļa uz gāzveida stāvokli, apejot šķidruma stadiju. Slavenākais sublimācijas gadījums ir saistīts ar ledus kristāliem. Ledus sākotnējā formā ir cieta viela; temperatūrā virs 0°C tas sāk kust, iegūstot šķidru stāvokli. Tomēr dažos gadījumos pie negatīvas temperatūras ledus pāriet tvaiku formā, apejot šķidro fāzi.
Iztvaikošanas ietekme uz cilvēka ķermeni
Pateicoties iztvaikošanai, mūsu organismā notiek termoregulācija. Šis process notiek, izmantojot pašdzesēšanas sistēmu. Karstā tveicīgā dienā cilvēkam, kurš nodarbojas ar noteiktu fizisko darbu, kļūst ļoti karsts. Tas nozīmē, ka tas palielina iekšējo enerģiju. Un, kā zināms, temperatūrā virs 42° cilvēka asinīs olb altumvielas sāk sarecēt, ja šis process netiek laikus apturēts, tas novedīs pie nāves.
Pašdzesēšanas sistēma ir izstrādāta tieši tā, lai regulētu temperatūru normālai dzīvei. Kad temperatūra kļūst par maksimāli pieļaujamo, caur ādas porām sākas aktīva svīšana. Un tad no ādas virsmas rodasiztvaikošana, kas absorbē lieko ķermeņa enerģiju. Citiem vārdiem sakot, iztvaikošana ir process, kas veicina ķermeņa atdzišanu līdz normālam stāvoklim.
