количество воды в сосуде уменьшается за счет испарения

Испарение и конденсация воды. Несколько практических советов

Вода – одно из самых распространенных и вместе с тем самое удивительное вещество на Земле. Вода находится повсюду: и вокруг нас, и внутри нас. Мировой океан, состоящий из воды, покрывает ¾ поверхности земного шара. Любой живой организм, будь то растение, животное или человек, содержит воду. Человек более чем на 70% состоит из воды. Именно вода – одна из главнейших причин возникновения жизни на Земле. Как и любое вещество, вода может находиться в различных состояниях или, как говорят физики, ‑ агрегатных состояниях вещества: твердом, жидком и газообразном. При этом постоянно происходят переходы из одного состояния в другое – так называемые фазовые переходы. Одним из таких переходов является испарение, обратный процесс называется конденсацией. Давайте попробуем разобраться, как можно использовать это физическое явление, и что нужно знать об этом.

В процессе испарения вода переходит из жидкого состояния в газообразное, при этом образуется водяной пар. Это происходит при любой температуре, когда вода находится в жидком состоянии (0 0 – 100 0 С). Однако скорость испарения не всегда одинаковая и зависит от ряда факторов: от температуры воды, от площади поверхности воды, от влажности воздуха и от наличия ветра. Чем выше температура воды, тем быстрее двигаются ее молекулы и тем интенсивнее происходит испарение. Чем больше площадь поверхности воды, а испарение происходит исключительно на поверхности, тем больше молекул воды смогут перейти из жидкого состояния в газообразное, что увеличит скорость испарения. Чем больше содержание водяных паров в воздухе, то есть чем выше влажность воздуха, тем менее интенсивно происходит испарение. Кроме того, чем больше скорость удаления молекул водяного пара от поверхности воды, то есть чем больше скорость ветра, тем больше скорость испарения воды. Также следует отметить, что в процессе испарения воду покидают самые быстрые молекулы, поэтому средняя скорость молекул, а, значит, и температура воды уменьшаются.

Учитывая описанные закономерности, важно обратить внимание на следующее. Очень горячий чай пить не безвредно. Однако чтобы его заварить, требуется вода с температурой, близкой к температуре кипения (100 0 С). При этом вода активно испаряется: над чашкой с чаем хорошо видны поднимающиеся струйки водяного пара. Чтобы быстро охладить чай и сделать чаепитие комфортным, нужно увеличить скорость испарения, и охлаждение чая произойдет существенно быстрее. Первый способ известен всем с детства: если подуть на чай и тем самым удалить молекулы водяного пара и нагретый воздух от поверхности, то скорость испарения и теплопередачи увеличится, и чай быстрее остынет. Второй способ часто использовали в старину: переливали чай из чашки в блюдце и тем самым увеличивали площадь поверхности в несколько раз, пропорционально увеличивая скорость испарения и теплопередачи, благодаря чему чай быстро остывал до комфортной температуры.

Охлаждение воды при испарении хорошо ощущается, когда летом выходишь из открытого водоема после купания. С влажной кожей находиться прохладнее. Поэтому чтобы не переохладиться и не заболеть, нужно обтереться полотенцем, тем самым остановить охлаждение, вызванное испарением воды. Однако это свойство воды – охлаждаться при испарении – иногда полезно использовать для того, чтобы немного понизить высокую температуру заболевшему человеку и тем самым облегчить его самочувствие при помощи компрессов или обтираний.

При конденсации вода из газообразного состояния переходит в жидкое с выделением тепловой энергии. Это важно помнить, находясь вблизи кипящего чайника. Струя водяного пара, выходящая из его носика, имеет высокую температуру (около 100 0 С). Кроме того, соприкасаясь с кожей человека, водяной пар конденсируется, тем самым увеличивая неблагоприятное термическое воздействие, что может привести к болезненным ожогам.

Также полезно знать, что в воздухе всегда содержится какое-то количество водяных паров. И чем выше температура воздуха, тем больше водяных паров может быть в атмосфере. Поэтому летом при заметном понижении температуры в ночное время часть водяных паров конденсируется и выпадает в виде росы. Если утром пройти босиком по траве, то она будет влажной и холодной на ощупь, так как уже активно испаряется благодаря утреннему солнцу. Похожая ситуация происходит, если зимой войти с улицы в теплое помещение в очках, ‑ очки будут запотевать, так как водяные пары, находящиеся в воздухе, будут конденсироваться на холодной поверхности стекол. Чтобы это предотвратить, можно воспользоваться обычным мылом и нанести на стеклах сетку с шагом около 1 см, а затем растереть мыло мягкой тканью, не спеша и не сильно нажимая. Стекла очков покроются тонкой невидимой пленкой и не будут запотевать.

Водяной пар, находящийся в воздухе, можно с большой точностью считать идеальным газом и рассчитывать параметры его состояния при помощи уравнения Менделеева-Клапейрона. Предположим, что температура воздуха днем при нормальном атмосферном давлении составляет 30 0 С, а влажность воздуха 50%. Найдем, до какой температуры должен охладиться воздух ночью, чтобы выпала роса. При этом будем считать, что содержание (плотность) водяных паров в воздухе не изменялось.

По предложенному методу мы предлагаем вам решить задачу:

В закрытой банке объемом 2 л находится воздух, влажность которого составляет 80%, а температура 25 0 С. Банку поставили в холодильник, внутри которого температура 6 0 С. Какая масса воды выпадет в виде росы после наступления теплового равновесия.

Автор: Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г. Москвы

Источник

Количество воды в сосуде уменьшается за счет испарения

Количество воды в сосуде уменьшается за счет испарения

1) только при кипении

2) только при нагревании

3) при любой температуре, если пар в воздухе над поверхностью воды является ненасыщенным

4) при любой температуре, если пар в воздухе над поверхностью воды является насыщенным

Процесс испарения заключается в переходе вещества из жидкого состояния в газообразное. Молекулы, обладающие достаточно большой кинетической энергией, вырываются из поверхностного слоя жидкости и превращаются в пар. Естественно, что данный процесс может происходить при любой температуре. Однако, наблюдается и обратный процесс: жидкость захватывает молекулы пара, то есть пар конденсирует обратно в жидкость. Интенсивность обратного процесса зависит от концентрации молекул пара над поверхностью жидкости. Среднее количество молекул, покидающих жидкость в единицу времени, сравнивается с средним числом молекул, конденсирующих обратно, когда пар над поверхностью жидкости становится насыщенным. Устанавливается так называемое динамическое равновесие. При этом количество жидкости в сосуде перестает убывать. Верно утверждение 3.

Вы в своем решении сами же себе и противоречите. В первых двух предложениях Вы даете определение испарения и подчеркиваете, что этот процесс всегда и при любых условиях,что, безусловно, верно. Тогда все варианты оказываются неверными.

При динамическом равновесии в случае насыщенного пара количество жидкости не изменяется. И тут Вы употребляете слова «не испаряется» не в том смысле, в каком Вы его изначально определили.

Вопрос следует как-то переформулировать или снять совсем.

Очень приятно получать настолько содержательные и полезные комментарии. Материалы на сайте в связи с их количеством, безусловно, нуждаются в проверке и рецензировании. Условия задач действительно порой сформулированы авторами сборников не совсем грамотно, и не все огрехи были замечены и поправлены. Так что буду очень благодарен, если Вы и дальше будете помогать проекту и указывать на подобные оплошности.

Попробовал внести изменения в данную задачу, убрал упоминание «испарения» в «бытовом» смысле. Спасибо!

Небольшая просьба: зарегистрируйтесь, пожалуйста, общаться с конкретным человеком гораздо приятнее, чем с Гостем 🙂

Источник

Количество воды в сосуде уменьшается за счет испарения

Количество воды в сосуде уменьшается за счет испарения

1) только при кипении

2) только при нагревании

3) при любой температуре, если пар в воздухе над поверхностью воды является ненасыщенным

4) при любой температуре, если пар в воздухе над поверхностью воды является насыщенным

Процесс испарения заключается в переходе вещества из жидкого состояния в газообразное. Молекулы, обладающие достаточно большой кинетической энергией, вырываются из поверхностного слоя жидкости и превращаются в пар. Естественно, что данный процесс может происходить при любой температуре. Однако, наблюдается и обратный процесс: жидкость захватывает молекулы пара, то есть пар конденсирует обратно в жидкость. Интенсивность обратного процесса зависит от концентрации молекул пара над поверхностью жидкости. Среднее количество молекул, покидающих жидкость в единицу времени, сравнивается с средним числом молекул, конденсирующих обратно, когда пар над поверхностью жидкости становится насыщенным. Устанавливается так называемое динамическое равновесие. При этом количество жидкости в сосуде перестает убывать. Верно утверждение 3.

Вы в своем решении сами же себе и противоречите. В первых двух предложениях Вы даете определение испарения и подчеркиваете, что этот процесс всегда и при любых условиях,что, безусловно, верно. Тогда все варианты оказываются неверными.

При динамическом равновесии в случае насыщенного пара количество жидкости не изменяется. И тут Вы употребляете слова «не испаряется» не в том смысле, в каком Вы его изначально определили.

Вопрос следует как-то переформулировать или снять совсем.

Очень приятно получать настолько содержательные и полезные комментарии. Материалы на сайте в связи с их количеством, безусловно, нуждаются в проверке и рецензировании. Условия задач действительно порой сформулированы авторами сборников не совсем грамотно, и не все огрехи были замечены и поправлены. Так что буду очень благодарен, если Вы и дальше будете помогать проекту и указывать на подобные оплошности.

Попробовал внести изменения в данную задачу, убрал упоминание «испарения» в «бытовом» смысле. Спасибо!

Небольшая просьба: зарегистрируйтесь, пожалуйста, общаться с конкретным человеком гораздо приятнее, чем с Гостем 🙂

Источник

Молекулярная физика. Испарение и конденсация.

Испарение.

Испарение — это переход вещества из жидкого состояния в газообразное (пар), происходящее со свободной поверхности жидкости.

Сублимацию, или возгонку, т.е. переход вещества из твердого состояния в газообразное, так­же называют испарением.

Из повседневных наблюдений известно, что количество любой жидкости (бензина, эфира, воды), находящейся в открытом сосуде, постепенно уменьшается. Жидкость не исчезает бесследно — она превращается в пар. Испарение — это один из видов парообразования. Другой вид — это кипение.

Механизм испарения.

Как происходит испарение? Молекулы любой жидкости находятся в не­прерывном и беспорядочном движении, причем, чем выше температура жидкости, тем больше кинетическая энергия молекул. Среднее значение кинетической энергии имеет определенную величину. Но у каждой молекулы кинетическая энергия может быть как больше, так и меньше средней. Если вблизи поверхности окажется молекула с кинетической энергией, достаточной для преодоления сил межмолекулярного притяжения, она вылетит из жидкости. То же самое пов­торится с другой быстрой молекулой, со второй, третьей и т. д. Вылетая наружу, эти молекулы образуют над жидкостью пар. Образование этого пара и есть испарение.

Поглощение энергии при испарении.

Поскольку при испарении из жидкости вылетают более быстрые молекулы, средняя кинетическая энергия оставшихся в жидкости молекул становится все меньше и меньше. Это значит, что внутренняя энергия испаряющейся жидкости уменьшает­ся. Поэтому если нет притока энергии к жидкости извне, температура испаряющейся жидкости понижается, жидкость охлаждается (именно поэтому, в частности, человеку в мокрой одежде холоднее, чем в сухой, особенно при ветре).

Однако при испарении воды, налитой в стакан, мы не замечаем понижения ее температуры. Чем это объяснить? Дело в том, что испарение в данном случае происходит медленно, и темпера­тура воды поддерживается постоянной за счет теплообмена с окружающим воздухом, из которого в жидкость поступает необходимое количество теплоты. Значит, чтобы испарение жидкости про исходило без изменения ее температуры, жидкости необходимо сообщать энергию.

Количество теплоты, которое необходимо сообщить жидкости для образования единицы массы пара при постоянной температуре, называется теплотой парообразования.

Скорость испарения жидкости.

В отличие от кипения, испарение происходит при любой темпе­ратуре, однако с повышением температуры жидкости скорость испарения возрастает. Чем выше температура жидкости, тем больше быстро движущихся молекул имеет достаточную кинетичес­кую энергию, чтобы преодолеть силы притяжения соседних частиц и вылететь за пределы жид­кости, и тем быстрее идет испарение.

Скорость испарения зависит от рода жидкости. Быстро испаряются летучие жидкости, у кото­рых силы межмолекулярного взаимодействия малы (например, эфир, спирт, бензин). Если кап­нуть такой жидкостью на руку, мы ощутим холод. Испаряясь с поверхности руки, такая жид­кость будет охлаждаться и отбирать у нее некоторое количество теплоты.

Скорость испарения жидкости зависит от площади ее свободной поверхности. Это объясняется тем, что жидкость испаряется с поверхности, и чем больше площадь свободной поверхности жид­кости, тем большее количество молекул одновременно вылетает в воздух.

В открытом сосуде масса жидкости вследствие испарения постепенно уменьшается. Это свя­зано с тем, что большинство молекул пара рассеивается в воздухе, не возвращаясь в жидкость (в отличие от того, что происходит в закрытом сосуде). Но небольшая часть их возвращается в жидкость, замедляя тем самым испарение. Поэтому при ветре, который уносит молекулы пара, испарение жидкости происходит быстрее.

Применение испарения в технике.

Испарение играет важную роль в энергетике, холодильной технике, в процессах сушки, испарительного охлаждения. Например, в космической технике быстроиспаряющимися веществами покрывают спускаемые аппараты. При прохождении через атмосферу планеты корпус аппарата в результате трения нагревается, и покрывающее его вещество начи­нает испаряться. Испаряясь, оно охлаждает космический аппарат, спасая его тем самым от пере­грева.

Конденсация.

Конденсация (от лат. condensatio — уплотнение, сгущение) — переход вещества из газообраз­ного состояния (пара) в жидкое или твердое состояние.

Известно, что при наличии ветра жидкость испаряется быстрее. Почему? Дело в том, что од­новременно с испарением с поверхности жидкости идет и конденсация. Конденсация происходит из-за того, что часть молекул пара, беспорядочно перемещаясь над жидкостью, снова возвраща­ется в нее. Ветер же выносит вылетевшие из жидкости молекулы и не дает им возвращаться.

Конденсация может происходить и тогда, когда пар не соприкасается с жидкостью. Именно конденсацией объясняется, например, образование облаков: молекулы водяного пара, поднима­ющиеся над землей, в более холодных слоях атмосферы группируются в мельчайшие капельки воды, скопления которых и представляют собой облака. Следствием конденсации водяного пара в атмосфере являются также дождь и роса.

При испарении жидкость охлаждается и, став более холодной, чем окружающая среда, начи­нает поглощать ее энергию. При конденсации же, наоборот, происходит выделение некоторого количества теплоты в окружающую среду, и ее температура несколько повышается. Количество теплоты, выделяющееся при конденсации единицы массы, равно теплоте испарения.

Источник

Количество воды в сосуде уменьшается за счет испарения

Широкую стеклянную трубку длиной около полуметра, запаянную с одного конца, целиком заполнили водой и установили вертикально открытым концом вниз, погрузив низ трубки на несколько сантиметров в тазик с водой (см. рисунок). При комнатной температуре трубка остается целиком заполненной водой. Воду в тазике медленно нагревают. Где установится уровень воды в трубке, когда вода в тазике начнет закипать? Ответ поясните, используя физические закономерности.

1. При комнатной температуре вода занимает весь объем трубки и не выливается из нее, потому что давление насыщенного водяного пара при комнатной температуре очень невелико (менее от нормального атмосферного давления) и над водой возникнет «торричеллиева пустота», заполненная насыщенным водяным паром, только если высота водяного столба будет примерно 10 метров.

2. С ростом температуры воды давление ее насыщенного пара растет, пока при температуре кипения не сравняется с внешним атмосферным давлением. Поэтому, когда температура воды в трубке приблизится к температуре кипения, над водой в трубке появится «торричеллиева пустота», заполненная насыщенным водяным паром. С дальнейшим повышением температуры уровень воды в трубке будет понижаться. При температуре кипения достигается равенство давления насыщенного водяного пара в трубке и атмосферного давления, поэтому уровень воды в трубке и в тазике одинаков.

Здравствуйте. А почему давления сравняются именно при температуре кипения?

Пузырьки внутри жидкости будут расти только тогда, когда давление атмосферы сравняется с давлением насыщенного пара внутри пузырька.

Ученица проводила наблюдение процесса испарения жидкости. С этой целью она обернула шарик термометра кусочком ваты и с помощью пипетки накапала на вату воды. Как изменялись внутренняя энергия и температура воды на ватке в процессе испарения? Относительная влажность окружающего воздуха меньше 100%.

Для каждой величины определите соответствующий характер ее изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Испарение жидкости, в отличие от кипения, происходит при любой температуре. Процесс испарения воды из ватки представляет собой вылет молекул воды с ее поверхности. При этом преимущественно вылетают самые быстрые молекулы, тем самым средняя кинетическая энергия движения молекул воды в ватке уменьшается, а значит, уменьшается и температура ватки с водой, что отображается на показаниях термометра. Конечно, присутствует и обратный процесс, молекулы жидкости конденсируют обратно из водяного пара, но при относительной влажности окружающего воздуха меньше 100% процесс испарения преобладает. Внутренняя энергия также уменьшается, поскольку, во-первых, уменьшается температура, в во-вторых, уменьшается количество воды в ватке.

я думал, что при кипении плавлении, испарении температура не изменяется..

При плавлении и кипении действительно температура не изменяется. Вся подводимая энергия идет на фазовый переход. Иначе говоря, поступающее тепло передается молекулам, и они «переходят» в новое агрегатное состояние.

При испарении же, чтобы молекулы жидкости переходили из жидкого состояния в газообразное, им тоже нужна добавка к энергии, эта добавка идет за счет уменьшения средней энергии оставшихся молекул. В результате температура уменьшается.

Кстати, именно на этом принципе основана работа психометра, который очень популярен в ЕГЭ. Прибор состоит из двух термометров, мокрого и сухого. Температура мокрого всегда ниже, так как вода, испаряясь, его охлаждает.

В закрытом сосуде находятся водяной пар и некоторое количество воды. Как изменятся при изотермическом уменьшении объема сосуда следующие три величины: давление в сосуде, масса воды, масса пара?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Пояснение. Ключом к пониманию этого задания является определение понятия насыщенного водяного пара. По определению это такой пар, который находится в динамическом равновесии с жидкостью. При изотермическом уменьшении объема сосуда с водяным паром динамическое равновесие сохранится, но при этом часть водяного пара сконденсируется.

В закрытом сосуде над поверхностью жидкости находится насыщенный водяной пар, то есть пар, который находится в динамическом равновесии с жидкостью. Процесс испарения с поверхности жидкости уравновешен обратным процессом конденсации пара. Концентрация насыщенного водяного пара определяется только температурой. При изотермическом процессе динамическое равновесие сохранится. Так как температура не изменяется, концентрация пара будет оставаться постоянной. Поскольку объем уменьшается, часть пара сконденсируется. Следовательно, в результате уменьшения объема сосуда масса пара уменьшится, а масса воды увеличится. Насыщенный пар можно считать идеальным газом, а значит для него выполняется уравнение состояния Поскольку ни температура, ни концентрация не изменяются, не будет изменяться и давление в сосуде.

В условии не сказано, что речь идёт о насышеном паре.

Об этом нужно догадаться

В сосуде нет воздуха: «В закрытом сосуде находятся водяной пар и некоторое количество воды.» То есть больше ничего нет

n=N/V. Т.к. объем уменьшается, то концентрация увеличивается, а значит и давление растет.

тоже уменьшается.

«На­сы­щен­ный пар можно счи­тать иде­аль­ным газом» + у нас изотермическое сжатие, то, следовательно, он должен подчиняться ур-ию Клайперона: pV=const. В этом случае у нас давление увеличивается, т.к. объем уменьшается.

Закон выполняется только при постоянной массе газа, а здесь масса пара не постоянна.

В герметичную банку, сделанную из очень тонкой жести и снабженную наверху завинчивающейся крышкой, налили немного воды (заполнив малую часть банки) при комнатной температуре и поставили на газовую плиту, на огонь, не закрывая крышку. Через некоторое время, когда почти вся вода выкипела, банку сняли с огня, сразу же плотно завинтили крышку и облили банку холодной водой. Опишите физические явления, которые происходили на различных этапах этого опыта, а также предскажите и объясните его результат.

1. После помещения банки на огонь вода в ней нагревалась через тонкую стенку банки от горячих продуктов горения газа. При этом с ростом температуры вода испарялась, и возрастало давление ее паров в банке, которые постепенно вытесняли из нее воздух. Когда вода закипела и почти вся испарилась, воздуха внутри банки практически не осталось. Давление насыщенных паров в банке при этом стало равно внешнему атмосферному давлению.

2. Когда банку сняли с огня, закрыли крышкой и охладили холодной водой почти до комнатной температуры, горячие пары воды внутри банки остыли и практически целиком сконденсировались на ее стенках, отдавая теплоту конденсации наружу, холодной воде, благодаря процессу теплопроводности через стенки.

3. В соответствии с уравнением Клапейрона — Менделеева давление пара в банке резко упало — во-первых, из-за уменьшения массы оставшегося в банке пара, и, во-вторых — из-за падения его температуры. Заметим, что резкое уменьшение давления в банке можно объяснить и так: при понижении температуры до комнатной пары конденсируются, оставаясь насыщенными, но их давление становится намного меньше давления насыщенных паров воды при температуре кипения (примерно в 40 раз).

4. Поскольку при комнатной температуре давление насыщенных паров воды составляет лишь малую долю от атмосферного давления (не более 3–4%), тонкая банка после поливания ее водой окажется под действием разности этого большого внешнего давления и низкого давления пара внутри. По этой причине на банку начнут действовать большие сдавливающие силы, которые будут стремиться сплющить банку. Как только эти силы превысят предельную величину, которую могут выдержать стенки банки, то она сплющится, резко уменьшившись в объеме.

Источник