Что называется испарением?

Испарение: что это за процесс

Процесс перехода жидкости в газ называется испарением. Этот процесс имеет два варианта: испарение и кипение.

Например, мы заварили себе горячий чай. Над чашкой мы обязательно увидим пар, так как вода только что участвовала в процессе кипения.

Подождите, мы только что сказали, что кипячение и испарение — это разные вещи. Это верно, в то время как эти два процесса могут происходить параллельно.

• Испарение – это превращение или переход жидкости в газ (пар) со свободной поверхности жидкости при температуре ниже точки кипения. Если поверхность жидкости открыта и с нее начинается переход вещества из жидкого состояния в газообразное, то это будет называться испарением.
• Кипение – это процесс интенсивного парообразования, происходящий в жидкости при определенной температуре.

Испарение может происходить и без кипения, просто тогда оно не будет для нас заметно. Например, вода в озере испаряется, хотя мы этого не замечаем. Кипение – это по существу интенсивное испарение, которое было вызвано внешними условиями – доводящими вещество до точки кипения.

Физика объясняет испарение тем, что жидкость обычно несколько холоднее окружающего воздуха — из-за разницы температур происходит испарение. Как будто именно о фазовом переходе мы говорим в статье об агрегатных состояниях .

Если нет внешних воздействий, испарение жидкости происходит крайне медленно. Молекулы покидают жидкость благодаря явлению диффузии.

Интересно, что направление тепловых потоков при испарении может идти в разной последовательности и сочетаниях: из глубины жидкости на поверхность, а затем в воздух; только из жидкости на поверхность; на поверхность из воды и газовой среды одновременно; на поверхность только из воздуха.

Основные причины загрязнения

Экология воды является важнейшим компонентом экосистемы. Водный ресурс постоянно загрязняется, а источником отходов может служить как сама природа, так и человек.

Естественные источники

Природа активно загрязняет сама себя. Источником сора, который приводит к ухудшению качества питьевой воды, являются регулярные дожди. Они приносят с собой мусор, пыль, остатки навоза с ферм.

Другими источниками загрязнения являются:

• эрозия почвы и попадание прибрежных почв в реки;
• извержение вулканов;
• разложение остатков животных и водорослей;
• продукты жизнедеятельности организма.

Естественные источники загрязнения не представляют опасности. Остатки растений и животных поедаются паразитами, часть мусора гниет. В ходе круговорота воды водоемы очищаются самостоятельно.

Загрязнение водоёмов человеком

Другое дело – продукты антропогенной деятельности. Преследуя новые промышленные открытия, люди загрязняют питьевую воду, что может привести к ее дефициту в будущем. Фабрики и фабрики сбрасывают свои отходы в водоемы, а граждане некоторых стран оставляют тонны пластика в мировом океане.

Важнейшие факторы промышленного загрязнения вод:

• Одомашненный. Сюда входят слив моющих средств, пищевых добавок и прочей бытовой химии.
• Сельское хозяйство. Водоемы засорены пестицидами и токсичными удобрениями.
• Промышленный. Промышленные отходы попадают в воду.

Загрязнение водоемов человеком представляет большую опасность. Природа не может самостоятельно очиститься от токсичных отходов. Высокая концентрация мусора приводит к гибели растений и животных, развитию хронических заболеваний у всех живых организмов.

Читайте также: Очистка сточных вод способом флотации: это что такое, каковы виды метода и где его применяют?

Виды загрязнений

Существует несколько факторов риска, которые приводят к загрязнению гидросферы.

Все отходы можно разделить на:

• механический – мусорный, пластиковый;
• тепловой — тепло, вырабатываемое электростанциями;
• химический – следствие сброса отходов предприятий;
• радиоактивный;
• биологически — опасные микробы и вирусы.

Тяжёлыми металлами

Загрязнение воды тяжелыми металлами, в том числе ртутью, является одной из важнейших промышленных проблем.

Важнейшими источниками вредных отходов являются предприятия автомобильной и металлургической промышленности.

Элемент	Содержание металлов (мкг/л)
Морская вода	Речная вода
Меркурий	0,03	0,03-2,8
Медь	3.0	1,0-20,0
Вести	0,03	1-23.0
Железо	10,0	10,0-67,0
Мышьяк	10,0	30,0-64,0

Попадая в организм, тяжелые металлы и их соединения вызывают тяжелые отравления. В больших концентрациях они приводят к массовой гибели людей и животных.

Радиоактивными веществами

Загрязнение воды радиоактивными веществами стали фиксировать сравнительно недавно, но сейчас эта проблема приобрела масштабный характер. При работе предприятий образуются радиоактивные изотопы, которые попадают в воду. Местные водохранилища и реки часто используются для охлаждения ядерных реакторов.

Основные источники загрязнения:

• АЭС;
• ядерные испытания;
• атомоходы.

Употребление загрязненной воды приводит к развитию онкологии, появлению «сломанных» генов и мутаций.

Хорошим примером такого загрязнения является Фукусима. Под выведенной из строя станцией находится 360 тонн радиоактивной воды, которая сбрасывается в море из-за постоянных утечек.

Неорганические загрязнения

Неорганическими загрязнителями являются щелочи и кислоты. Они напрямую влияют на качество воды, делая ее непригодной для употребления человеком.

Источники загрязнения:

• сброс промышленных отходов в реку;
• заводские аварии;
• аварии на подземных рудниках.

Такие утечки приводят к тяжелым последствиям – массовой гибели флоры и фауны, отравлению людей.

Канализации

Сточные воды попадают в канализацию, после чего собираются и сбрасываются в местные водоемы. Такая вода содержит не только продукты жизнедеятельности организма, но и опасные химические вещества.

Попадая в воду, они приводят к отравлению и тяжелым заболеваниям. Загрязненная вода является переносчиком малярии, дизентерии, брюшного тифа и паразитов.

Это отличная среда для размножения бактерий и вирусов.

Удобрения

Сельскохозяйственная деятельность также способствует загрязнению гидросферы. Нитраты, фосфаты и пестициды, которые должны были бороться с сорняками, попадают в воду.

Часто просачивание удобрения в воду видно невооруженным глазом – оно меняет цвет.

Это приводит к интенсивному росту сине-зеленых водорослей, которые уничтожают других представителей подводной флоры и фауны.

В такой среде рыба не может жить, что приводит к нехватке корма для животных. Вода, загрязненная удобрениями, со временем превращается в болото.

Испарение на уровне молекул

Напомним свойства различных агрегатных состояний вещества.

Общие условия	Характеристики	Расположение молекул	Расстояние между молекулами	Молекулярное движение
Твердый	сохраняет форму и объем	в кристаллической решетке	коррелирует с размером молекул	колеблется вокруг своего положения в кристаллической решетке
Жидкость	экономит объем	хаотичный	близко друг к другу	неактивен, при нагревании скорость движения молекул увеличивается
Газы	занимать отведенное место	хаотичный	гораздо более крупные молекулы	хаотично и непрерывно

Из этой таблицы видно, что молекулы в жидкостях расположены близко друг к другу, но хаотично, то есть не имеют кристаллической решетки, как в твердых телах. Эти молекулы движутся (кроме того, чем выше температура, тем быстрее они движутся) и при движении сталкиваются. Столкновения меняют направление и скорость движения — из-за этого молекулы иногда быстро устремляются к поверхности жидкости и вылетают из нее. Это испарение.

В предыдущем разделе мы не случайно заметили, что с повышением температуры молекулы движутся быстрее — из-за этого испарение происходит интенсивнее. При этом происходит охлаждение: все самые быстрые молекулы уже покинули нагретую жидкость и температура самой жидкости падает.

Почему, если облить человека горячей водой, она становится холоднее Просто потому, что быстрые молекулы быстро покидают нагретую жидкость, и температура жидкости падает.

Интенсивность испарения

Под скоростью испарения понимается количество воды, которое испаряется с поверхности площадью 1 см2 за одну секунду.

Скорость испарения зависит от следующих факторов:

• Температура поверхности. Чем выше температура, тем больше испарение. После дождя в Санкт-Петербурге улицы еще долго остаются мокрыми, а вот в Таиланде даже в сезон дождей все быстро высыхает из-за высокой температуры. Но это только в том случае, если дождь успел прекратиться в сезон дождей 🙂
• Ветер. Чем больше скорость ветра, тем больше испарение. По такому принципу работает фен — по сути, он создает переносной ветер, который помогает высушить волосы.
• Отсутствие влаги. Скорость испарения будет выше там, где больше дефицит влаги. Вряд ли многие из нас бывали в Сахаре, но каждый представляет, что это такое. В любой пустыне влажность колоссально низкая — из-за этого испарение идет интенсивнее.
• Давление. Чем больше давление, тем меньше испарение. Мы уже установили, что, несмотря на различие между кипением и испарением, эти два процесса родственны. Таким образом, температура кипения воды на вершине Эвереста составляет 69 градусов по Цельсию. В то время как в нашей повседневной жизни он равен 100. Это возвращает нас к первому фактору – температуре.

Насыщенный пар

Процесс испарения напрямую связан с круговоротом воды в природе. Вода, которая испаряется, становится водяным паром и поднимается вверх, где пар конденсируется, образуются облака, а вода возвращается на землю в виде осадков.

За счет конденсации водяного пара, обитающего в воздухе, образуются облака и туман. По этой же причине запотевает холодное стекло при соприкосновении с теплым воздухом.

На рисунке показаны процессы испарения и конденсации в плотно закрытом сосуде, когда жидкость и пар находятся в динамическом равновесии. Это означает, что одно и то же количество вещества конденсируется и испаряется одновременно.

Влажность говорит нам, сколько водяного пара содержится в воздухе. Но вы не можете наполнить воздух бесконечным количеством пара. Поэтому, во-первых, ее очень мало, а во-вторых, происходит конденсация — вот тогда и образуется роса.

Например, зимой при температуре -20 градусов в 1 литре воздуха содержится 1 миллиграмм пара. Относительная влажность в этом случае 100% — испарения не будет, больше пара в этот воздух не наберешь.

Но если тот же воздух поместить в ящик объемом 1 м3 с температурой +20 градусов, в него может испариться до 17 миллиграммов пара. Таким образом, влажность будет равна 1/17 = 6%. Для человека комфортнее всего иметь значение влажности 40-50%.

Испарение в жизни

И действительно: что не испаряется в этой жизни — с этим мы сталкиваемся каждый день. Давайте выясним, зачем вообще нужен этот процесс, и как люди научились им пользоваться.

Испарение в организме человека и животных

Выше мы обсудили вопрос, почему если облить себя горячей водой, мы все равно остынем. Ощущение холода после того, как мы вспотели, работает по тому же принципу — в какой-то момент мы простужаемся.

Пот сам по себе является важным процессом терморегуляции организма. Если мы достигаем высокой температуры (из-за внешних воздействий или из-за болезни), то тело стремится остыть, чтобы не умереть за счет превращения белков в нашем организме в яичницу.

Пот выделяется через поры кожи, а затем испаряется – все это позволяет нашему организму быстро избавляться от лишней энергии, охлаждать тело и нормализовать температуру.

При повышенной влажности холод и тепло воспринимаются более чутко. Это связано с потливостью человека при высокой температуре. Такой механизм помогает нам бороться с жарой и «сбрасывать» лишнее тепло, но при высокой влажности пот не может испаряться. Нечто подобное происходит и при низкой влажности. Как ни странно, на морозе мы тоже потеем (гораздо меньше, но все же бывает). Если влажность на улице низкая, пот испарится из-под куртки и нам будет комфортно. А при высокой влажности будет висеть там и проводить тепло наружу, забирая у нас драгоценные Джоули тепла. Поэтому зимой в Петербурге холоднее, чем в Москве.

У животных этот механизм работает аналогичным образом. А вот например испарения с кожи собакам мало, поэтому они часто открывают пасть, высовывают язык и иногда дышат, ну очень смешно

Именно гортань и язык собаки идеально подходят для испарения влаги и охлаждения тела животного.

Испарение у растений

Удивительно, но и у растений механизм испарения работает аналогичным образом. Растения очень любят воду, поэтому мы поливаем комнатные растения, но в пустынях они просто не водятся.

Воду, которую впитали цветы, они могут испарить, чтобы не перегреться под жарким солнцем. Да, вода необходима растениям для питания, но в жаркие дни она еще и для саморегуляции температуры. Поэтому не забывайте поливать цветы, а в очень жаркие дни делайте это еще интенсивнее.

Испарение в природе и окружающей среде

Процесс испарения напрямую связан с круговоротом воды в природе. Именно круговорот воды в природе обеспечивает жизнь на земле — поскольку влага распределена по всему миру, растения в природе умудряются жить без наших попыток полить большую пальму из лейки.

Испарение воды с поверхности рек, озер, океанов и морей создает дождевые облака, которые затем, проливая дождь, поливают растения и деревья. Дождь многие не любят, мол, он мокрый, противный и немеет в ботинках, но он очень необходим для засушливых районов — Северной Африки или Центральной Индии, которые часто страдают от засухи.

Испарение в промышленности и быту

С жизнью все достаточно просто: сушим вещи, готовим, покупаем увлажнители воздуха или размазываем по полу пролитую лужу.

Когда дело доходит до промышленности, для нас все не так очевидно. Аналогичным образом развивается промышленная технология, основанная на испарении: она всегда максимально увеличивает поверхность жидкости, чтобы испарение продолжалось интенсивно.

Например, испаритель, показанный на схеме, состоит из набора соединенных между собой испарителей. Его действие основано на паре, полученном на одной ступени, который используется в качестве источника тепла для следующей ступени. По мере того, как температура падает от одной ступени к другой, вакуум увеличивается, так что температура кипения снижается, а испарение сохраняется. Он предназначен для очистки воды от отходов.