Как испаряется вода в стакане

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

Испарение

Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).

Испарение: что это за процесс

Процесс перехода из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием. У этого процесса есть две разновидности: испарение и кипение.

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

Подождите-ка, мы ведь только что сказали, что кипение и испарение — разные вещи. Это действительно так, при этом эти два процесса могут происходить параллельно.

Испарение может происходить и без кипения, просто тогда оно не будет для нас заметно. Например, вода в озере испаряется, хотя мы этого и не замечаем. Кипение по сути своей — это интенсивное испарение, которое вызвали внешними условиями — доведя вещество до температуры кипения.

Если нет каких-то внешних воздействий, испарение жидкостей происходит крайне медленно. Молекулы покидают жидкость из-за явления диффузии.

Интересно то, что направление тепловых потоков при испарении может идти в разной последовательности и комбинациях:

Подытожим, чтобы не запутаться: в чем главная разница между испарением и кипением:

Испарение на уровне молекул

Давайте вспомним об особенностях разных агрегатных состояний вещества.

Агрегатные состояния

Свойства

Расположение молекул

Расстояние между молекулами

Движение молекулы

сохраняет форму и объем

в кристаллической решетке

соотносится с размером молекул

колеблется около своего положения в кристаллической решетке

близко друг к другу

малоподвижны, при нагревании скорость движения молекул увеличивается

занимают предоставленный объем

больше размеров молекул

хаотичное и непрерывное

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

В предыдущем абзаце мы не случайно заметили, что молекулы движутся быстрее при увеличении температуры — ведь из-за этого испарение идет интенсивнее. В этом случае происходит охлаждение: нагретую жидкость уже покинули все самые быстрые молекулы и температура самой жидкости понижается.

Интенсивность испарения

Интенсивностью испарения называют количество воды, которое испаряется с поверхности площадью 1 см2 за одну секунду.

Интенсивность испарения зависит от следующих факторов:

Скорость испарения — количество жидкости, которая испаряется со свободной поверхности в единицу времени.

Интенсивность испарения — количество жидкости, которая испаряется с единицы площади поверхности в единицу времени.

По сути, это два очень близких друг к другу понятия, поэтому разница будет лишь в величинах и единицах измерения, а суть процесса отражают обе формулировки.

Насыщенный пар

Процесс испарения напрямую связан с круговоротом воды в природе. Вода, испаряясь, превращается в водяной пар и поднимается вверх, где происходит конденсация пара, образуются облака, и вода возвращается на землю в виде осадков.

Вследствие конденсации водяного пара, который живет в воздухе, образуются облака и туман. По этой же причине холодное стекло запотевает, соприкасаясь с теплым воздухом.

На рисунке — процессы испарения и конденсации в плотно закрытом сосуде, когда жидкость и пар находятся в динамическом равновесии. Это значит, что одновременно конденсируется и испаряется одинаковое количество вещества.

Влажность воздуха говорит нам о том, сколько в воздухе содержится водяного пара. Но бесконечное количество пара в воздух не запихнешь. Поэтому, во-первых, его там очень мало, а во-вторых, при избыточном количестве водяного пара происходит конденсация — это когда образуется роса.

Но если мы тот же воздух поместим в помещение с температурой +20 градусов, то в него может испариться уже до 17 миллиграмм пара. Значит его влажность будет равна 1/17 = 6%. Человеку комфортнее всего находиться при значении влажности 40-50%.

Попробуйте курсы подготовки к ЕГЭ по физике с опытным преподавателем в онлайн-школе Skysmart!

Испарение в жизни

И действительно: чего в этой жизни только не испаряется — мы встречаемся с этим каждый день. Давайте узнаем, зачем этот процесс вообще нужен, и как люди научились извлекать из него пользу.

Испарение в организме человека и животных

Выше мы разбирали вопрос, почему если облиться теплой водой, нам все равно станет холодно. По этому же принципу работает ощущение холода после того, как мы вспотели — в какой-то момент нам становится холодно.

Само потоотделение — важный процесс терморегуляции организма. Если мы достигаем высокой температуры (из-за внешних воздействий или же из-за болезни), то организм стремится себя охладить, чтобы не умереть из-за превращения белков в нашем организме в яичницу.

Пот выделяется через поры кожи, а затем испаряется — все это позволяет нашему организму быстро избавиться от лишней энергии, охладить тело и нормализовать температуру.

При высокой влажности холод и тепло воспринимаются более чувствительно. Это связано с потливостью человека при высокой температуре. Такой механизм помогает нам бороться с жарой и «скинуть» избыточное тепло, но при высокой влажности пот не может испариться.

При низкой влажности происходит нечто похожее. Как ни странно, в мороз мы тоже потеем (намного меньше, но все-таки это происходит). Если влажность на улице низкая, то пот испарится из-под куртки и нам будет комфортно. А при высокой влажности — он там задержится и будет проводить тепло наружу, забирая у нас драгоценные Джоули тепла. Поэтому зимой в Петербурге холоднее, чем в Москве.

У животных этот механизм работает схожим образом. Но, например, собакам испарения с кожи недостаточно, поэтому они часто открывают пасть, высовывают язык и дышат порой ну очень смешно 🐶

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

Испарение у растений

Удивительно, но у растений механизм испарения тоже работает схожим образом. Растения очень любят воду, поэтому домашние растения мы поливаем, а в пустынях их просто нет.

Ту воду, которую цветы поглотили, они могут испарять, чтобы не перегреться под жарким солнцем. Да, вода нужна, чтобы растения питались, но в жаркие дни еще и для температурной саморегуляции. 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 круговоротом воды в природе обеспечивается жизнь на Земле — так как влага разносится по всему миру, растения в дикой природе способны жить без наших попыток полить большую пальму из леечки.

Испарение воды с поверхности рек, озер, морей и океанов создает дождевые тучи, которые затем, проливаясь дождем, поливают растения и деревья. Многие дождь не любят, мол, он мокрый, мерзкий и затекает в ботинки, но он очень нужен засушливым регионам — Северной Африке или Центральной Индии, которые часто страдают от засухи.

Испарение в промышленности и быту

С бытом совсем все просто: мы сушим вещи, готовим еду, покупаем увлажнители воздуха или размазываем разлитую лужу по полу.

В случае с промышленностью для нас все не так очевидно. Промышленная техника, работающая на основе испарения, разрабатывается по схожей схеме: в ней всегда максимально увеличена площадь поверхности жидкости, чтобы испарение шло интенсивно.

Например, испаритель, изображенный на схеме, состоит из совокупности соединенных между собой испарителей. В основе его действия — пар, полученный в одной ступени, который используют в качестве источника тепла для следующей ступени. По мере того, как температура уменьшается от одной ступени к другой, вакуум увеличивается, так что температура кипения становится ниже и испарение поддерживается. Он предназначен для того, чтобы очистить воду от отходов.

Источник

Почему вода испаряется при комнатной температуре?

В школе нас учили, что когда вода закипает, она меняет фазу с жидкости на пар. Чтобы вызвать это изменение, требуется высокая температура, называемая точкой кипения. Для воды эта точка составляет 100 °C. Однако вспомните, что во время дождя лужи испаряются после прояснения неба, особенно когда выходит солнце. При испарении фаза воды также переходит из жидкой в ​​парообразную, и это происходит при температурах, далеко не равных 100 °C.

Ответ кроется в физических и химических свойствах молекул воды и связей, образующихся между этими молекулами (межмолекулярных связей).

Химические свойства молекул воды

Молекула воды состоит из двух атомов водорода, соединенных с одним атомом кислорода. Связи между атомами O и H образуются за счет обмена электронами. Эти связи называются ковалентными. Каждый элемент стремится достичь энергетически наименьшего состояния (т.е. наиболее стабильного состояния), теряя или приобретая электроны, чтобы достичь ближайшей конфигурации благородного газа.

Молекула воды имеет слегка изогнутую форму благодаря электронам на атоме кислорода. Это способствует образованию межмолекулярной водородной связи.

Кислород имеет высокую склонность притягивать к себе электроны. Это свойство называется электроотрицательностью. Из-за высокой электроотрицательности электроны проводят больше времени вблизи O, и на O образуется частичный отрицательный заряд. Аналогично, на H образуется частичный положительный заряд. Геометрия молекулы воды такова, что происходит разделение положительных (вблизи двух атомов H) и отрицательных зарядов (на O).

Когда две молекулы воды находятся рядом друг с другом, частично отрицательный O одной молекулы имеет тенденцию притягивать частично положительный атом H другой молекулы, что приводит к слабой связи, называемой водородной связью. Эта связь существует между двумя разными молекулами (межмолекулярная связь). Поскольку водородная связь слабая, для ее разрыва требуется меньше энергии, поэтому вода остается жидкостью при комнатной температуре.

Температура и молекулярная энергия

Влажность

Количество водяного пара, присутствующего в атмосфере, называется влажностью. При любой заданной температуре атмосфера может удерживать только фиксированное количество водяного пара. Чем выше температура, тем большее количество водяного пара присутствует в атмосфере. Концентрация водяного пара в атмосфере имеет верхний предел, за которым водяной пар не может удерживаться.

При испарении, в отличие от кипения, только некоторые молекулы на поверхности обладают достаточной энергией для перехода в парообразную фазу.

Испарение при комнатной температуре

Предположим, что вода налита на стол тонким слоем. Молекулы расположены слоями. Молекулы в самом верхнем слое испытывают межмолекулярные силы притяжения только снизу и с боков, тогда как молекулы в объеме жидкости испытывают межмолекулярное притяжение со всех сторон. Таким образом, молекулы наверху испытывают меньшие суммарные межмолекулярные силы, чем молекулы внутри объема. Поскольку эти межмолекулярные силы (водородные связи) слабы, когда верхний слой подвергается воздействию солнечного света, некоторые молекулы получают достаточно кинетической энергии, чтобы уйти в атмосферу при комнатной температуре.

Более того, чем ниже влажность, тем легче испаряется жидкость. По мере испарения концентрация водяного пара в атмосфере увеличивается. За критическим порогом атмосфера больше не может удерживать водяной пар. Это называется состоянием насыщения. Если состояние насыщения не достигнуто, испарение продолжается.

Таким образом, сочетание влажности и высокой молекулярной энергии делает возможным испарение некоторых молекул на поверхности даже при низких температурах!

Источник

Парообразование

Почему исчезают лужи после дождя? Вода постепенно испаряется. А почему пахнет мыло? Ответ тот же: мыло испаряется, и его частицы попадают к нам в нос. Испарение с поверхности твердых и жидких веществ, а также кипение жидкостей в физике имеют общее название – парообразование. Пронаблюдаем за ним на опытах.

Опыт 1. В две мензурки нальем поровну воды. Воду из левой перельем в тарелку. Через несколько дней окажется, что в ней вода испарилась полностью, а в мензурке – лишь частично. Почему?

Испаряться могут только те молекулы, которые находятся вблизи поверхности жидкости (ведь с других сторон она окружена стенками сосуда). Поэтому большая площадь поверхности воды в тарелке способствует большему количеству вылетов молекул. Следовательно, испарение идет быстрее.

Итак, площадь свободной поверхности – первая причина, влияющая на скорость парообразования.

Опыт 2. Поставим на весы два стакана. В левый нальем кипятка, а в правый – столько же холодной воды. Сначала весы будут в равновесии. Но через 5-10 минут оно нарушится: стакан с горячей водой станет легче! Значит, горячая вода испаряется быстрее холодной.

МКТ объясняет это так. Вылететь из жидкости могут только те частицы, кинетическая энергия которых больше, чем потенциальная энергия притяжения к остальным частицам. При повышении температуры скорость движения всех частиц возрастает, следовательно, возрастает и их кинетическая энергия. Значит, большее количество частиц может вылететь из жидкости.

Итак, температура вещества – вторая причина, влияющая на скорость парообразования.

Опыт 3. Отправимся на кухню и выберем там миску и тарелку с одинаковыми диаметрами. В каждую из них нальем по стакану воды и поставим в спокойное место. Через несколько дней мы увидим, что вода из тарелки испарилась полностью, а из миски – лишь частично. Почему же так произошло? Ведь площади свободных поверхностей воды в миске и воды в тарелке одинаковы.

Взгляните на рисунок: края миски сильнее возвышаются над поверхностью воды, чем края тарелки. Поэтому пар над поверхностью тарелки быстрее рассеивается по комнате за счет диффузии или дуновений ветра. Следовательно, над водой в миске насыщенность (то есть плотность) пара заметно больше. Его молекулы, двигаясь во всевозможных направлениях, будут часто влетать обратно в воду, из-за чего испарение из миски замедляется.

Итак, плотность пара над поверхностью, с которой происходит парообразование – третья причина, влияющая на его скорость.

Опыт 4. В одинаковые стаканы нальем равное количество различных жидкостей: спирта, воды, масла и ртути. По прошествии примерно недели мы обнаружим, что спирт испарился полностью, вода – наполовину, а масло и ртуть практически не уменьшили своего объема.

Итак, род вещества – четвертая причина различной скорости парообразования.

С точки зрения МКТ это объясняется так. Частицы различных жидкостей неодинаково прочно связаны друг с другом (то есть неодинаково сильно притягиваются друг к другу). Например, молекулы масла или ионы ртути сильно взаимодействуют друг с другом. Энергия же взаимодействия молекул спирта или бензина значительно меньше, поэтому их отрыв друг от друга и переход в воздух происходит легче, и эти жидкости испаряются быстрее.

Источник

Стакан воды для покойника

Всем известна присказка о том, зачем нужны в старости близкие – конечно же, «чтоб было кому стакан воды в старости подать». Причём говорится она как о супруге, с которым доживают старость, так и о детях, то есть о самых близких людях. Мнения самих подающих воду, как правило, не спрашивают. Подразумевается, что оказываемое милосердие по отношению к беспомощному старому человеку проявится само собой. Второй вопрос – что будет делать сам немощный человек с этим стаканом воды? Запивать таблетку? Утолять жажду? Смачивать губы? Так для таких дел понадобится не один стакан воды, а много, да ещё и ежедневно. В присказке же говорится только об одном, решающем.

Что такое «Омовение души»

Согласно древним славянским поверьям стакан воды ставили у изголовья умирающего. Не подавали в руки, не давали напиться, а просто ставили. Тогда в момент отлучения души от тела по воде пробежит небольшая рябь, что и покажет живущим о наступлении неизбежного. Душа словно «омывается» в воде, очищается от телесной скверны перед тем, как устремиться на Небеса.

После смерти принято ставить на подоконник, у икон или фотографии почившего стакан с водой. Рядом развешивают полотенце – чтобы душа после того как омылась, могла утереться. В современном варианте стакан с водой просто накрывают краюхой хлеба.

Чем должен быть наполнен стакан – водкой или водой?

Часто стакан с водой заменяют на стакан с водкой, а к хлебу добавляют кусочек сала или огурец, как бы для закуски. Подобные действия искажают древнюю традицию, низводят до банального «выпить и закусить». Правильно всё же ставить стакан с водой. И обойтись без сала-огурцов.

Иногда ставят для усопшего два стакана: один с водой, а другой – с водкой. В данном случае опять идёт искажение традиций. При поминовении было принято перед трапезой «угощать» первой ложкой и первым глотком почившего. Для этого на угол стола проливали немного воды и клали горсточку кути. Сейчас ограничиваются выплёскиванием из «рюмки для покойного» небольшого количества налитой водки на пол.

Зачем на стакан с водой для умершего кладут хлеб?

Краюха хлеба на стакане с водой предназначается отнюдь не покойному, потому воспринимать её как закуску не следует. Наши предки считали, что умершие обращаются после кончины в птиц. И хлеб предназначался птицам-ангелам для поминовения души усопшего.

Какое время стакан с водой долен стоять на столе?

Как предписывает традиция, шесть недель или дольше должна стоять вода, налитая в стакан. Стакан при этом следует разместить столе или на окне. Как правило, до Сороковин, то есть до сорокового дня, в доме покойного стакан с водой и лежащий на нем хлеб не трогают. Вода в это время постепенно испаряется, поэтому ее время от времени подливают. Не надо стесняться этого делать – вы не наущаете таким образом традицию, а, напротив, следуете ей: считается, что испаряющуюся воду расходует сам покойный для своих загробных нужд. Впрочем, в некторых регионах России традиция предписывает вовсе менять воду ежедневно, а хлеб всегда держать свежим, показывая таким образом уважение к умершему. Какой из вариантов поведения выбрать – зависит только от вас и ваших предпочтений.

Что впоследствии делать с водой и хлебом?

Как ни странно, традиция не предписывает строгих способов избавиться от воды. Вовсе не обязательно идти с ней на могилы, чтобы вылить на могильный холм или надгробие – можно просто выплеснуть ее под деревом у дома или в чистом поле. Хлеб стоит раскрошить в том месте, где его съедят птицы или другие звери – это будет своеобразными «поминками» умершего со стороны природы.

Важно! Имейте в виду – стоявшую вот так на столе в стакане воду нельзя пить и в связи с требованием традиций, и по медицинским соображениям.

Кладбище и вода в стакане

Посещение кладбища редко обходится без поминовения души упокоенного. Для этих целей в отдельный стакан наливается «пять капель» и выливается на могилу. Вариант: оставляют ёмкость с водкой у надгробия.

Скорее такие действия можно назвать современными традициями. Наши предки-славяне поминки справляли без горячительных напитков. Сейчас же родственники аргументируют: «Неужели же усопший отказался бы выпить за упокой своей души с нами?» в этом случае следует поступать сообразуясь с характером почившего. Если он не приветствовал алкоголь при жизни, то ограничьтесь стаканом с обычной водой.

Дополнительная информация, связанная с данным материалом:

Источник