A evaporação ocorre constantemente ou em um determinado momento. Taxa de evaporação. Quando a água evapora da superfície do corpo, a distância entre suas moléculas aumenta...
Quantitativamente, a evaporação é caracterizada pela massa de água que evapora por unidade de tempo de uma unidade de superfície. Esse valor é chamado de taxa de evaporação. No sistema SI, é expresso em kg / (m 2. s), no CGS - em g / (cm 2. s).
A taxa de evaporação aumenta com o aumento da temperatura da superfície de evaporação. No processo de evaporação, as moléculas de água que se transformam em vapor gastam parte de sua energia na superação das forças de coesão e no trabalho de expansão associado ao aumento do volume do líquido, que passa para o estado gasoso. Como resultado, a energia média das moléculas que permanecem no líquido diminui e o líquido esfria. Para continuar o processo de evaporação, é necessário calor adicional, que é chamado de calor de evaporação. O calor de evaporação diminui com o aumento da temperatura da superfície de evaporação.
Se a evaporação ocorrer a partir da superfície da água, essa dependência é expressa pela fórmula:
Q \u003d Q 0 - 0,65. t, (5,9)
onde Q é o calor de vaporização, J/g;
t é a temperatura da superfície que evapora, 0 С;
Q 0 \u003d 2500 J / kg.
Se a evaporação ocorrer a partir da superfície do gelo ou da neve, então:
Q \u003d Q 0 - 0,36. t, (5,10)
Para fins práticos, a taxa de evaporação é expressa em termos da altura (em mm) da camada de água que evapora por unidade de tempo. Uma camada de água de 1 mm de altura, que evaporará de uma área de 1 m 2, corresponde à sua massa de 1 kg.
De acordo com a lei de Dalton, a taxa de evaporação W em kg / (m 2. s) é diretamente proporcional ao déficit de umidade calculado a partir da temperatura da superfície evaporante e inversamente proporcional à pressão atmosférica:
onde E 1 - elasticidade de saturação, tomada a partir da temperatura da superfície de evaporação, hPa;
e é a pressão de vapor no ar ambiente, hPa;
R- Pressão atmosférica, hPa;
A é o coeficiente de proporcionalidade, que depende da velocidade do vento.
Pode-se ver pela lei de Dalton que quanto maior a diferença (E 1 - e), maior a taxa de evaporação. Se a superfície que evapora é mais quente que o ar, então E 1 é maior que a elasticidade de saturação E à temperatura do ar. Neste caso, a evaporação continua mesmo quando o ar está saturado com vapor de água, isto é, se e = E (mas E Pelo contrário, se a superfície de evaporação for mais fria que o ar, então, com uma umidade relativa bastante alta, pode ocorrer que E 1 Taxa de evaporação versus pressão atmosférica devido ao fato de que no ar parado, a difusão molecular aumenta com a diminuição da pressão externa: quanto menor, mais fácil é para as moléculas se separarem da superfície de evaporação. No entanto, a pressão atmosférica perto da superfície da Terra flutua dentro de limites relativamente pequenos. Portanto, não pode alterar significativamente a taxa de evaporação. Mas isso deve ser levado em consideração, por exemplo, ao comparar as taxas de evaporação em diferentes alturas em áreas montanhosas. A taxa de evaporação depende da velocidade do vento. Com o aumento da velocidade do vento, a difusão turbulenta aumenta, da qual depende em grande parte a taxa de evaporação. Quanto mais intensa for a mistura turbulenta, mais rápida será a transferência do vapor de água para o ambiente. Se o ar é transferido da terra para um corpo d'água, então a taxa de evaporação do corpo d'água aumenta, pois no ar que flui para uma superfície relativamente mais seca, o déficit de umidade é maior do que sobre o corpo d'água. Quando o ar é transferido da superfície da água para a terra, a taxa de evaporação diminui gradualmente como resultado da diminuição do déficit de umidade no ar que está acima da água. A taxa de evaporação das superfícies dos mares e oceanos é afetada por sua salinidade, uma vez que a elasticidade de saturação sobre uma solução é menor do que sobre a água doce. A evaporação da superfície do solo é significativamente afetada propriedades físicas, estado da superfície ativa, relevo e outros fatores. Uma superfície lisa evapora menos que uma rugosa, pois a mistura turbulenta é menos desenvolvida sobre ela do que sobre uma superfície rugosa. Solos claros, tudo o mais constante, evaporam menos do que solos escuros, pois aquecem menos. Solos soltos com capilares largos evaporam menos do que solos densos com capilares estreitos. Isso é explicado pelo fato de que a água sobe mais perto da superfície do solo através de capilares estreitos do que através de capilares largos. A taxa de evaporação depende do grau de umidade do solo: quanto mais seco o solo, mais lenta é a evaporação. A taxa de evaporação é influenciada pelo terreno. Em altitudes mais elevadas, sobre as quais há intensa mistura turbulenta, a evaporação ocorre mais rapidamente do que em terras baixas, ravinas e vales, onde o ar é menos móvel. A cobertura vegetal afeta a taxa de evaporação. Reduz significativamente a evaporação diretamente da superfície do solo. No entanto, as próprias plantas evaporam muita umidade, que retiram do solo. A evaporação da umidade pelas plantas é um processo físico e biológico e é chamado de transpiração. A remoção completa do vapor d'água de uma determinada superfície com a mesma cobertura vegetal é chamada de evapotranspiração. Inclui a evaporação da superfície da Terra e das plantas. A evaporação é a evaporação máxima possível em uma determinada área de uma determinada superfície ativa com uma quantidade suficiente de umidade nas condições meteorológicas aqui existentes. No estado líquido, uma substância pode existir em uma determinada faixa de temperatura. A uma temperatura abaixo do valor mais baixo desse intervalo, o líquido se transforma em sólido. E se o valor da temperatura exceder o limite superior do intervalo, o líquido passa para o estado gasoso. Podemos observar tudo isso no exemplo da água. Em estado líquido, vemos em rios, lagos, mares, oceanos, uma torneira de água. O estado sólido da água é o gelo. Ele se transforma nele quando, à pressão atmosférica normal, sua temperatura cai para 0 o C. E quando a temperatura sobe para 100 o C, a água ferve e se transforma em vapor, que é seu estado gasoso. O processo de transformação de uma substância em vapor é chamado de vaporização.
O processo inverso de mudança de vapor para líquido é condensação
. A vaporização ocorre em dois casos: durante a evaporação e durante a ebulição. A evaporação é o processo de fase de transição de uma substância do estado líquido para o estado gasoso ou vapor, ocorrendo na superfície do líquido
.
Tal como acontece com a fusão, o calor é absorvido por uma substância durante a evaporação. É gasto na superação das forças coesivas das partículas (moléculas ou átomos) do líquido. A energia cinética das moléculas com maior velocidade excede sua energia potencial de interação com outras moléculas do líquido. Devido a isso, eles superam a atração de partículas vizinhas e voam para fora da superfície do líquido. A energia média das partículas restantes torna-se menor e o líquido esfria gradualmente se não for aquecido do lado de fora. Como as partículas estão em movimento a qualquer temperatura, a evaporação também ocorre. em qualquer temperatura. Sabemos que as poças secam depois da chuva, mesmo com tempo frio. Mas a taxa de evaporação depende de muitos fatores. Um dos mais importantes - temperatura da substância. Quanto mais alto, maior a velocidade das partículas e sua energia, e maior o número de saídas do líquido por unidade de tempo. Encha 2 copos com a mesma quantidade de água. Colocamos um no sol e o outro deixamos na sombra. Depois de um tempo, veremos que há menos água no primeiro copo do que no segundo. Foi aquecido pelos raios do sol e evaporou mais rápido. As poças após a chuva também secam muito mais rápido no verão do que na primavera ou no outono. Em calor extremo, ocorre rápida evaporação da água das superfícies dos reservatórios. Lagos e lagos estão secando, os leitos de rios rasos estão secando. Quanto maior a temperatura ambiente, maior a taxa de evaporação. Com o mesmo volume, o líquido em um prato largo evaporará muito mais rápido do que o líquido derramado em um copo. Significa que taxa de evaporação depende da área de superfície de evaporação
. Quanto maior essa área, maior o número de moléculas que saem do líquido por unidade de tempo. Sob as mesmas condições externas taxa de evaporação depende do tipo de substância
. Encha os frascos de vidro com o mesmo volume de água e álcool. Depois de um tempo, veremos que resta menos álcool do que água. Ele evapora mais rápido. Isso acontece porque as moléculas de álcool interagem mais fracamente umas com as outras do que as moléculas de água. afetam a taxa de evaporação e presença de vento
. Sabemos que as coisas depois de lavadas secam muito mais rápido quando são sopradas pelo vento. O jato de ar quente em um secador de cabelo pode secar rapidamente nosso cabelo. O vento leva embora as moléculas que saíram do líquido e elas não retornam. Seu lugar é ocupado por novas moléculas que saem do líquido. Portanto, eles se tornam menos no próprio líquido. Portanto, evapora mais rápido. A evaporação também ocorre em sólidos. Vemos como o linho congelado e coberto de gelo seca gradualmente no frio. Gelo se transforma em vapor. Sentimos um odor pungente da evaporação do sólido de naftaleno. Algumas substâncias não possuem uma fase líquida. Por exemplo, iodo elementarEU 2
- uma substância simples, que são cristais preto-acinzentados com brilho metálico roxo, em condições normais se transforma imediatamente em iodo gasoso - vapor roxo com odor pungente. O iodo líquido que compramos nas farmácias não é o seu estado líquido, mas sim uma solução de iodo em álcool. O processo de transição de sólidos para um estado gasoso, contornando o estágio líquido, é chamado sublimação,
ou sublimação
.
Ebulição
Este é também o processo de transformação do líquido em vapor. Mas a vaporização durante a ebulição ocorre não apenas na superfície do líquido, mas em todo o seu volume. Além disso, este processo é muito mais intenso do que durante a evaporação. Coloque uma chaleira de água no fogo. Como sempre há ar dissolvido na água, quando aquecido, aparecem bolhas no fundo da chaleira e em suas paredes. Essas bolhas contêm ar e vapor de água saturado. Primeiro eles aparecem nas paredes do bule. A quantidade de vapor neles aumenta e eles próprios aumentam de tamanho. Então, sob a influência da força flutuante de Arquimedes, eles se soltarão das paredes, subirão e explodirão na superfície da água. Quando a temperatura da água atingir 100 ° C, bolhas se formarão em todo o volume de água. A evaporação ocorre a qualquer temperatura, e a ebulição ocorre apenas a uma certa temperatura, que é chamada de ponto de ebulição
. Cada substância tem seu próprio ponto de ebulição. Depende da quantidade de pressão. À pressão atmosférica normal, a água ferve a uma temperatura de 100 o C, o álcool - a 78 o C, o ferro - a 2750 o C. E o ponto de ebulição do oxigênio é de menos 183 o C. À medida que a pressão diminui, o ponto de ebulição diminui. Nas montanhas, onde a pressão atmosférica é menor, a água ferve a uma temperatura inferior a 100 o C. E quanto mais alto estiver acima do nível do mar, menor será o ponto de ebulição. E em uma panela de pressão, onde é criado o aumento da pressão, a água ferve a uma temperatura acima de 100 o C. Se uma substância pode existir simultaneamente em uma fase líquida (ou sólida) e uma gasosa, então seu estado gasoso é chamado de balsa
. O vapor é composto de moléculas que escapam de um líquido ou sólido durante a evaporação. Despeje o líquido no recipiente e feche-o bem com uma tampa. Depois de um tempo, a quantidade de líquido diminuirá devido à sua evaporação. As moléculas que saem do líquido se concentrarão acima de sua superfície na forma de vapor. Mas quando a densidade do vapor se tornar bastante alta, alguns deles começarão a retornar ao líquido novamente. E haverá cada vez mais tais moléculas. Finalmente, chegará um momento em que o número de moléculas que saem do líquido e o número de moléculas que retornam a ele serão iguais. Neste caso, dizem que líquido está em equilíbrio dinâmico com seu vapor
. Esse par é chamado rico
. Se, durante a vaporização, mais moléculas saem do líquido do que retornam, então esse vapor será insaturado
. Vapor insaturado é formado quando um líquido evaporando está em um recipiente aberto. As moléculas que o deixam estão espalhadas no espaço. Nem todos retornam ao líquido. A transição inversa de uma substância do estado gasoso para o estado líquido é chamada de condensação.
Durante a condensação, algumas das moléculas de vapor retornam ao líquido. O vapor começa a se transformar em líquido (condensado) a uma certa combinação de temperatura e pressão. Essa combinação é chamada ponto crítico
. Temperatura máxima ,
abaixo do qual a condensação começa é chamado crítico
temperatura.
Acima da temperatura crítica, o gás nunca se transformará em líquido. No ponto crítico, a interface líquido-vapor é borrada. A tensão superficial do líquido desaparece, as densidades do líquido e do seu vapor saturado são equalizadas. No equilíbrio dinâmico, quando o número de moléculas que saem do líquido e retornam a ele é igual, os processos de evaporação e condensação são equilibrados. Quando a água evapora, suas moléculas se formam vapor de água
, que é misturado com ar ou outro gás. A temperatura na qual esse vapor no ar fica saturado, começa a condensar no resfriamento e se transforma em gotículas de água, é chamada de ponto de condensação da água
. Quando há uma grande quantidade de vapor de água no ar, diz-se que sua umidade aumenta. Observamos evaporação e condensação com muita frequência na natureza. Névoa da manhã, nuvens, chuva - tudo isso é o resultado desses fenômenos. A umidade evapora da superfície da Terra quando aquecida. As moléculas do vapor resultante sobem. Encontrando folhas frescas ou folhas de grama em seu caminho, o vapor condensa-se sobre elas na forma de gotas de orvalho. Um pouco mais alto, nas camadas superficiais, torna-se neblina. E no alto da atmosfera a baixas temperaturas, o vapor resfriado se transforma em nuvens que consistem em gotículas de água ou cristais de gelo. Posteriormente, chuva ou granizo cairão dessas nuvens para a terra. Mas as gotas de água se formam durante a condensação apenas quando as menores partículas sólidas ou líquidas estão no ar, que são chamadas de núcleos de condensação
. Podem ser produtos de combustão, pulverização, partículas de poeira, sal marinho sobre o oceano, partículas formadas como resultado de reações químicas na atmosfera, etc. Às vezes, uma substância pode passar de um estado gasoso imediatamente para um estado sólido, ignorando o estágio líquido. Tal processo é chamado dessublimação
. Padrões de gelo que aparecem em copos em climas frios são um exemplo de dessublimação. Durante as geadas, o solo é coberto com geadas - finos cristais de gelo nos quais o vapor de água se transformou do ar. Cada representante do reino da flora evapora quantidades impressionantes de umidade. A água é necessária para que as plantas realizem processos vitais e é absorvida por elas através do sistema radicular. É bombeado ao longo dos caules até as folhas, de onde, consequentemente, evapora. Como mostram os estudos científicos, as plantas absorvem apenas 3% da água que chega até elas, e o restante é evaporado. O processo de evaporação da água da superfície das plantas é chamado de transpiração. De fato, este é o descarte de um organismo vivo do excesso de água, bem como um análogo da transpiração em representantes do reino animal. A parte principal das plantas evapora a água com o verso das folhas, onde existem células verdes especiais (estômatos) que formam pequenos espaços entre elas. Para o meio ambiente, e em particular para os humanos, a evaporação da água pelas plantas também é muito significativa. A intensidade desse fenômeno, por exemplo, reduz o valor nutricional e o sabor das culturas agrícolas. Quanto mais umidade evapora, mais pobre fica o solo, dando constantemente água enriquecida com componentes minerais. Por isso, há necessidade de melhoria regular da terra e fertilização. Como já indicado, a evaporação da água é possível devido à presença de estômatos nas folhas. Seu número em cada organismo não é o mesmo e é determinado pelo habitat e características de um ou outro representante da flora (nível de água nas células, idade, pressão osmótica da seiva celular). A intensidade da evaporação da umidade também depende da presença de sombra, massas de ar e nível de água no solo. Quando a planta acumula água em excesso, os estômatos se expandem e suas células formam buracos por onde o vapor d'água escapa. Nos espaços intercelulares, o líquido está sempre em estado de vapor, mas só pode sair da folha quando os estômatos estão abertos. Normalmente, a transpiração ocorre durante o dia, quando os estômatos são abertos automaticamente. Mas se a planta sofre com a seca, ela muda seu modo e minimiza a evaporação da água. As plantas que crescem em climas quentes, como os trópicos, sempre têm folhas grandes para que a quantidade máxima de água evapore de sua superfície em pouco tempo. Em climas frios ou áridos, respectivamente, o oposto é verdadeiro. Além disso, se a planta não estiver interessada em se livrar regularmente do excesso de água, suas folhas em processo de evolução são cobertas com um revestimento de cera ou pequenas vilosidades. Não é incomum que as folhas se enrolem na luz do sol para reduzir a evaporação. As angiospermas evaporam a água não apenas da parte de trás, mas também da parte frontal das lâminas das folhas. Isso se deve ao fato de os estômatos estarem localizados em ambos os lados, mas a face inferior da folha está quase sempre na água e a evaporação é impossível. A evaporação é o processo pelo qual uma substância passa do estado líquido ou sólido para o vapor. No caso de uma transição de uma substância do estado sólido diretamente para o estado de vapor, o processo é mais frequentemente chamado de sublimação. O inverso - a transição do vapor para a água é chamada de condensação. O vapor de água, condensando-se na atmosfera, forma nuvens e, em seguida, precipitação que cai no solo. Considere a evaporação em um volume fechado. Sabe-se que as moléculas de um líquido, possuindo energia cinética, oscilam constantemente. A velocidade de seu movimento é um importante indicador de sua energia cinética. Durante o movimento oscilatório, as moléculas de água passam para o vapor, que tem a maior velocidade de movimento em comparação com outras moléculas. Para romper com a superfície da água, a molécula em evaporação deve vencer as forças de atração das moléculas restantes, bem como a pressão externa do vapor já formado acima dessa superfície. À medida que a água evapora, a temperatura da água cai. Isso é explicado pelo fato de que as moléculas que saem do líquido têm a energia mais alta em relação a outras moléculas em sua dada temperatura. Para que a temperatura do líquido não diminua, ele deve ser aquecido continuamente. A quantidade de calor necessária para manter uma temperatura constante é chamada de calor específico de evaporação. Assim, a evaporação da água é acompanhada por um gasto de energia, caracterizado pela quantidade de calor que deve ser cedida a uma unidade de sua massa, que tem temperatura 1, para transformá-la em vapor à mesma temperatura. A evaporação ocorre a qualquer temperatura. Mas com o seu aumento, a taxa de evaporação aumenta, pois a intensidade do movimento térmico das moléculas nesse caso também aumenta. Simultaneamente com a evaporação, observa-se o processo de condensação do vapor de água, ou seja, há uma troca contínua de moléculas entre essas fases. Dependendo da predominância do primeiro ou segundo processo acima da superfície da água, será observado vapor d'água saturado, equilíbrio dinâmico ou vapor d'água supersaturado. Esses estados de vapor de água no ar podem ser caracterizados pelas diferenças de pressão de vapor de água correspondentes: ℮0 - ℮ > 0, ℮0- ℮ = 0, ℮0- ℮< 0, где ℮0 - давление насыщенного
водяного пара в воздухе, определяемое
по температуре поверхности воды; ℮ -
парциальное давление водяного пара в
воздухе. Разность ℮0- ℮ - дефицит насыщения
воздуха. Assim, em um volume fechado, a intensidade da evaporação depende da temperatura da superfície da água, que determina o valor de ℮0, e da pressão parcial real do vapor de água ℮ acima da superfície de evaporação. Quanto maior a temperatura da água e menor a pressão parcial real do vapor de água, maior a evaporação. Em condições naturais, a temperatura da água e a umidade do ar não são constantes e dependem de muitos fatores: radiação solar, radiação da superfície subjacente, estratificação atmosférica, velocidade do fluxo de ar, etc. A evaporação de uma superfície de água pode ser estimada usando vários métodos. Um grande número de métodos se deve ao fato de que o complexo mecanismo de interação entre a superfície da água de um reservatório e a massa de ar adjacente a ele não foi totalmente divulgado. O mais preciso dos métodos desenvolvidos é o método instrumental (direto), ou seja, o método de medição direta da camada de água evaporada usando evaporadores de água. O método pulsante também pertence ao método direto. No entanto, nem sempre podem ser aplicados devido à sua laboriosidade e incapacidade de utilização no desenvolvimento do projeto. Portanto, para determinar a evaporação da superfície da água, são utilizados métodos indiretos, baseados no uso das equações de balanço hídrico e térmico, difusão turbulenta de vapor d'água na atmosfera, e também calculam a partir de dados meteorológicos por meio de fórmulas empíricas. Evaporação Evaporação sobre uma caneca de chá Evaporação- o processo de transição de uma substância do estado líquido para o estado gasoso, ocorrendo na superfície de uma substância (vapor). O processo de evaporação é o inverso do processo de condensação (transição de vapor para líquido). Evaporação (vaporização), a transição de uma substância de uma fase condensada (sólida ou líquida) para uma gasosa (vapor); transição de fase de primeira ordem. Existe um conceito mais detalhado de evaporação na física superior. Evaporação- este é um processo no qual partículas (moléculas, átomos) voam para fora da superfície de um líquido ou sólido, enquanto E k > E p. Evaporação corpo sólidoé chamado de sublimação (sublimação), e vaporização no volume de líquido é chamado de ebulição. Normalmente, a evaporação é entendida como a vaporização na superfície livre de um líquido como resultado do movimento térmico de suas moléculas a uma temperatura abaixo do ponto de ebulição correspondente à pressão do meio gasoso localizado acima da superfície especificada. Nesse caso, moléculas com energia cinética suficientemente grande escapam da camada superficial do líquido para o meio gasoso; alguns deles são refletidos de volta e capturados pelo líquido, enquanto o resto é irremediavelmente perdido por ele. A evaporação é um processo endotérmico em que o calor de transição de fase é absorvido - o calor de evaporação gasto na superação das forças de coesão molecular na fase líquida e no trabalho de expansão durante a transformação do líquido em vapor. O calor específico de vaporização é referido a 1 mol de líquido (calor molar de vaporização, J/mol) ou à sua unidade de massa (calor de vaporização em massa, J/kg). A taxa de evaporação é determinada pela densidade superficial do fluxo de vapor jп, penetrando por unidade de tempo na fase gasosa a partir de uma unidade de superfície líquida [em mol / (s.m 2) ou kg / (s.m 2)]. O valor mais alto de jp é obtido no vácuo. Na presença de um meio gasoso relativamente denso acima do líquido, a evaporação diminui devido ao fato de que a taxa de remoção de moléculas de vapor da superfície do líquido para o meio gasoso torna-se pequena em comparação com a taxa de sua emissão pelo líquido. . Neste caso, uma camada de mistura vapor-gás, praticamente saturada de vapor, é formada próximo à interface. A pressão parcial e a concentração de vapor nesta camada são maiores do que na massa da mistura vapor-gás. O processo de evaporação depende da intensidade do movimento térmico das moléculas: quanto mais rápido as moléculas se movem, mais rápida ocorre a evaporação. Além disso, fatores importantes que afetam o processo de evaporação são a taxa de difusão externa (em relação à substância), bem como as propriedades da própria substância. Simplificando, com o vento, a evaporação ocorre muito mais rápido. Quanto às propriedades da substância, por exemplo, o álcool evapora muito mais rápido que a água. Um fator importante também é a área da superfície do líquido a partir do qual ocorre a evaporação: de um decantador estreito, ocorrerá mais lentamente do que de uma placa larga. Considere este processo no nível molecular: moléculas que possuem energia suficiente (velocidade) para vencer a atração de moléculas vizinhas rompem os limites da substância (líquido). Nesse caso, o líquido perde parte de sua energia (esfria). Por exemplo, um líquido muito quente: sopramos em sua superfície para resfriá-lo, enquanto aceleramos o processo de evaporação. A violação do equilíbrio termodinâmico entre o líquido e o vapor contido na mistura gás-vapor é explicada pelo salto de temperatura na fronteira de fase. No entanto, esse salto geralmente pode ser negligenciado e pode-se supor que a pressão parcial e a concentração de vapor na interface correspondem aos seus valores para vapor saturado na temperatura da superfície do líquido. Se o líquido e a mistura gás-vapor são imóveis e a influência da convecção livre neles é insignificante, a remoção do vapor formado durante a evaporação da superfície do líquido para o meio gasoso ocorre principalmente como resultado da difusão molecular e da aparecimento do fluxo de massa (o chamado Stefan) de uma mistura vapor-gás dirigida da superfície de um líquido para um meio gasoso (ver Difusão). Distribuição de temperatura sob diferentes modos de resfriamento líquido evaporativo. Os fluxos de calor são direcionados: a - da fase líquida para a superfície de evaporação para a fase gasosa; b - da fase líquida apenas para a superfície de evaporação; c - para a superfície de evaporação do lado de ambas as fases; d - para a superfície de evaporação apenas do lado da fase gasosa. Os efeitos da difusão baro e térmica geralmente não são levados em consideração nos cálculos de engenharia, mas o efeito da difusão térmica pode ser significativo em uma alta heterogeneidade da mistura gás-vapor (com uma grande diferença massas molares seus componentes) e gradientes de temperatura significativos. Quando uma ou ambas as fases se movem em relação à sua interface, o papel da transferência convectiva de matéria e energia da mistura vapor-gás e líquido aumenta. Na ausência de fornecimento de energia para o sistema de gás líquido da ext. fontes de calor A evaporação pode ser fornecida à camada superficial do líquido a partir de uma ou ambas as fases. Em contraste com o fluxo resultante de uma substância, que é sempre direcionado durante a evaporação de um líquido para um meio gasoso, os fluxos de calor podem ter direções diferentes dependendo da razão entre as temperaturas do volume do líquido tl, o limite de fase tgr e o meio gasoso tg. Quando uma certa quantidade de líquido entra em contato com um volume semi-infinito ou um fluxo médio gasoso lavando sua superfície e a uma temperatura do líquido superior à temperatura do gás (tl > tgr > tg), ocorre um fluxo de calor do lado do líquido para a interface: (Qlg = Qzh - Qi, onde Qi é o calor de evaporação, Qzhg é a quantidade de calor transferida do líquido para o meio gasoso. Neste caso, o líquido é resfriado (o chamado resfriamento evaporativo ). Se, como resultado desse resfriamento, a igualdade tgr \u003d tg for alcançada, a transferência de calor do líquido para o gás é interrompida ( Qzhg = 0) e todo o calor fornecido do lado do líquido para a interface é gasto na evaporação (Ql = Qi). No caso de um meio gasoso não saturado de vapor, a pressão parcial deste último na interface e em Ql = Qi permanece maior do que na massa do gás, pelo que a evaporação e resfriamento evaporativo do líquido não para e tgr se torna menor que tl e tg. Neste caso, o calor é fornecido à interface de ambas as fases até que, como resultado da diminuição de tl, a igualdade tgr = tl seja alcançada e o fluxo de calor do lado líquido pare e do lado do meio gasoso Qgl torna-se igual ao Qi. A evaporação adicional do líquido ocorre a uma temperatura constante tm = tl = tgr, que é chamada de limite de resfriamento do líquido durante o resfriamento evaporativo ou a temperatura do termômetro úmido (já que é mostrada pelo termômetro úmido do psicrômetro). O valor de tm depende dos parâmetros do meio gás-vapor e das condições de transferência de calor e massa entre as fases líquida e gasosa. Se um líquido e um meio gasoso com várias temperaturas, estão em um volume limitado que não recebe energia do exterior e não a distribui, a evaporação ocorre até que ocorra o equilíbrio termodinâmico entre as duas fases, no qual as temperaturas de ambas as fases são equalizadas a uma entalpia constante do sistema, e a fase gasosa está saturada com vapor à temperatura do sistema tad. Esta última, chamada de temperatura de saturação adiabática do gás, é determinada apenas pelos parâmetros iniciais de ambas as fases e não depende das condições de transferência de calor e massa. A taxa de evaporação isotérmica [kg / (m 2 s)] com difusão de vapor unidirecional em uma camada fixa de uma mistura binária vapor-gás localizada acima da superfície do líquido com uma espessura d, [m] pode ser encontrada pela fórmula de Stefan: , onde D é o coeficiente de difusão mútua, [m 2 /Com]; - vapor constante do gás, [J / (kg K)] ou [m 2 / (s 2 K)]; T é a temperatura da mistura, [K]; p é a pressão da mistura gás-vapor, [Pa]; - pressão parcial de vapor na interface e no limite externo da camada de mistura, [Pa]. No caso geral (líquido e gás em movimento, condições não isotérmicas), na camada limite do líquido adjacente à interface, a transferência de momento é acompanhada por transferência de calor e na camada limite do gás (vapor-gás mistura), ocorre a transferência interconectada de calor e massa. Neste caso, para calcular a taxa de evaporação, são utilizados os coeficientes experimentais de transferência de calor e massa, e de uma forma relativamente mais casos simples- Métodos aproximados para soluções numéricas do sistema de equações diferenciais para camadas limite conjugadas das fases gasosa e líquida. A intensidade da transferência de massa durante a evaporação depende da diferença nos potenciais químicos do vapor na interface e na massa da mistura vapor-gás. No entanto, se a difusão baro e térmica puder ser desprezada, a diferença nos potenciais químicos é substituída pela diferença nas pressões parciais ou concentrações de vapor e leva: cp, gr - cp, osn), onde bp, bc - coeficiente de transferência de massa, p - pressão de mistura, pp - pressão parcial de vapor, yp = pp / p - concentração molar de vapor, cp = rp / r - concentração de vapor de massa, rp, r - densidades locais de vapores e misturas; índices significam: "gr" - no limite da fase, "main" - no principal. a massa da mistura. A densidade do fluxo de calor emitido durante a evaporação pelo líquido é [em J/(m2 s)]: q = azh(tl - tgr) = rjp + ag (tgr - tg), onde azh, ag são a transferência de calor coeficiente dos lados do líquido e do gás , [W / (m 2 K)]; r - Evaporação de calor, [J/kg]. Em raios de curvatura muito pequenos da superfície de evaporação (por exemplo, durante a evaporação de pequenas gotas de líquido), a influência da tensão superficial do líquido é levada em consideração, o que leva ao fato de que a pressão de vapor de equilíbrio acima da interface é maior que a pressão vapores saturados o mesmo líquido sobre uma superfície plana. Se tgr ~ tl, ao calcular a evaporação, apenas a transferência de calor e massa na fase gasosa pode ser levada em consideração. Em uma intensidade relativamente baixa de transferência de massa, a analogia entre os processos de transferência de calor e massa é aproximadamente válida, da qual se segue: Nu/Nu0 = Sh*/Sh0, onde Nu = ag l/lg é o número de Nusselt, l é o tamanho característico da superfície de evaporação, lg é a condutividade térmica da mistura vapor-gás, Sh* = bpyg, grl/Dp = bccg, grl/D é o número de Sherwood para o componente de difusão do fluxo de vapor, Dp = D/ RpT é o coeficiente de difusão relacionado ao gradiente de pressão parcial de vapor. Os valores de bp e bc são calculados a partir das razões acima, os números Nu0 e Sh0 correspondem a jp: 0 e podem ser determinados a partir dos dados para processos de transferência de calor e massa que ocorrem separadamente. O número Sh0 para o fluxo de vapor total (difusão e convecção) é encontrado dividindo Sh* pela concentração molar (yg, gr) ou massa (sg, gr) do gás na interface, dependendo de qual força motriz coeficiente de transferência de massa b. As equações de similaridade para Nu e Sh* durante a evaporação incluem, além dos critérios usuais (números de Reynolds Re, Archimedes Ar, Prandtl Pr ou Schmidt Sc e parâmetros geom.), parâmetros que levam em conta a influência do fluxo de vapor transversal e o grau de não homogeneidade da mistura vapor-gás (razões de massas molares ou constantes de gás de seus componentes) em perfis, velocidades, temperaturas ou concentrações na seção transversal da camada limite. Em jp pequenos, que não violam significativamente o regime hidrodinâmico de movimento da mistura gás-vapor (por exemplo, durante a evaporação da água em ar atmosférico) e a similaridade das condições de contorno dos campos de temperatura e concentração, a influência de argumentos adicionais nas equações de similaridade é insignificante e pode ser desprezada, assumindo que Nu = Sh. Quando misturas multicomponentes evaporam, essas regularidades se tornam muito mais complicadas. Ao mesmo tempo, os calores de evaporação dos componentes da mistura e as composições das fases líquida e vapor-gás, que estão em equilíbrio entre si, são diferentes e dependem da temperatura. Quando uma mistura líquida binária evapora, a mistura de vapor resultante é relativamente mais rica em um componente mais volátil, excluindo apenas as misturas azeotrópicas que evaporam nos pontos extremos (máximo ou mínimo) das curvas de estado como um líquido puro. A quantidade total de líquido em evaporação aumenta com o aumento da superfície de contato das fases líquida e gasosa; portanto, o projeto de dispositivos nos quais ocorre a evaporação prevê um aumento na superfície de evaporação criando espelho grande líquido, sua fragmentação em jatos e gotas ou a formação de filmes finos que escorrem pela superfície dos bicos. Um aumento na intensidade da transferência de calor e massa durante a evaporação também é alcançado pelo aumento da velocidade do meio gasoso em relação à superfície do líquido. No entanto, um aumento nesta velocidade não deve levar ao arrastamento excessivo de líquido pelo meio gasoso e a um aumento significativo na resistência hidráulica do aparelho. A evaporação é amplamente utilizada na prática industrial para limpeza de substâncias, secagem de materiais, separação de misturas líquidas e ar condicionado. O resfriamento evaporativo da água é usado nos sistemas de abastecimento de água circulante das empresas. Fundação Wikimedia. 2010. Transição para va de líquido ou sólido estado de agregação em gasoso (vapor). I. é geralmente entendido como a transição de um líquido para vapor, que ocorre na superfície livre do líquido. I. corpos sólidos chamados. sublimação ou sublimação. Dependência de pressão ... ... Enciclopédia Física Vaporização que ocorre na superfície livre de um líquido. A evaporação da superfície de um sólido é chamada de sublimação... Grande dicionário enciclopédico
Evaporação
Sublimação
Ebulição
Vapor saturado e insaturado
Condensação de vapor
dessublimação
O papel da evaporação da água na vida das plantas
O processo de evaporação da água de uma planta
Métodos para calcular a evaporação da superfície da água.
características gerais
Nivel molecular
Equilíbrio termodinâmico
Baro-, difusão térmica
Taxa de evaporação
Equações
Projetos de aparelhos
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