Ympäröivässä maailmassa tapahtuu jatkuvasti ja jatkuvasti v altava määrä erilaisia fyysisiä ilmiöitä ja prosesseja. Yksi tärkeimmistä on haihdutusprosessi. Tälle ilmiölle on useita edellytyksiä. Tässä artikkelissa analysoimme jokaista niistä yksityiskohtaisemmin.
Mitä haihtuminen on?
Tämä on prosessi, jossa aineet muunnetaan kaasumaiseen tai höyryiseen tilaan. Se on tyypillistä vain nestemäisille aineille. Jotain samanlaista havaitaan kuitenkin kiinteissä aineissa, vain tätä ilmiötä kutsutaan sublimaatioksi. Tämä voidaan nähdä tarkkailemalla ruumiita. Esimerkiksi saippuapala kuivuu ajan myötä ja alkaa halkeilla, mikä johtuu siitä, että sen koostumuksessa olevat vesipisarat haihtuvat ja siirtyvät kaasumaiseen tilaan H2O.
Määritelmä fysiikassa
Haihtuminen on endoterminen prosessi, jossa absorboituneen energian lähde on faasimuutoslämpö. Se sisältää kaksi osaa:
- tietyn määrän lämpöä, joka tarvitaan molekyylien vetovoimavoimien voittamiseksi, kun toisiinsa liittyvien molekyylien välillä on tauko;
- lämpöä tarvitaan molekyylien laajenemiseen nestemäisten aineiden höyryksi tai kaasuksi muuttamisessa.
Miten tämä tapahtuu?
Aineen siirtyminen nestemäisestä tilasta kaasumaiseen tilaan voi tapahtua kahdella tavalla:
- Haihdutus on prosessi, jossa molekyylit karkaavat nestemäisen aineen pinn alta.
- Kiehuminen on prosessi, jossa nesteestä höyrystetään nostamalla lämpötila aineen ominaiskiehumislämpöön.
Huolimatta siitä, että nämä molemmat ilmiöt muuttavat nestemäisen aineen kaasuksi, niiden välillä on merkittäviä eroja. Kiehuminen on aktiivinen prosessi, joka tapahtuu vain tietyssä lämpötilassa, kun taas haihtumista tapahtuu kaikissa olosuhteissa. Toinen ero on se, että kiehuminen on ominaista nesteen koko paksuudelle, kun taas toinen ilmiö esiintyy vain nestemäisten aineiden pinnalla.
Molekyylikineettinen haihtumisen teoria
Jos tarkastelemme tätä prosessia molekyylitasolla, se tapahtuu seuraavasti:
- Nestemäisten aineiden molekyylit ovat jatkuvassa kaoottisessa liikkeessä, niillä kaikilla on täysin eri nopeus. Samaan aikaan hiukkaset vetävät toisiaan puoleensa vetovoimien vuoksi. Joka kerta kun he törmäävät toisiinsa, heidän nopeudensa muuttuvat. Jossain vaiheessa jotkut kehittävät erittäin suurta nopeutta, mikä antaa heille mahdollisuuden voittaa painovoimat.
- Näillä nesteen pinnalle ilmestyneillä alkuaineilla on sellainen liike-energia, että ne pystyvät voittamaanmolekyylien väliset sidokset ja jättää nesteen.
- Nämä erittäin nopeimmat molekyylit lentää ulos nestemäisen aineen pinn alta, ja tämä prosessi tapahtuu jatkuvasti ja jatkuvasti.
- Ilmassa ne muuttuvat höyryksi - tätä kutsutaan höyrystymiseksi.
- Tämän seurauksena jäljellä olevien hiukkasten keskimääräinen kineettinen energia pienenee ja pienenee. Tämä selittää nesteen jäähtymisen. Muista, kuinka lapsuudessa meitä opetettiin puh altamaan kuumalle nesteelle, jotta se jäähtyy nopeammin. Osoittautuu, että nopeutimme veden haihtumisprosessia, ja lämpötila laski paljon nopeammin.
Mistä tekijöistä se riippuu?
Tämän prosessin toteutuminen edellyttää monia ehtoja. Se tulee kaikki alta, missä on vesihiukkasia: nämä ovat järviä, meriä, jokia, kaikkia kosteita esineitä, eläinten ja ihmisten ruumiiden peitteitä sekä kasvien lehtiä. Voidaan päätellä, että haihtuminen on erittäin merkittävä ja välttämätön prosessi ympäröivälle maailmalle ja kaikille eläville olennoille.
Tässä ovat tekijät, jotka vaikuttavat tähän ilmiöön:
- Haihtumisnopeus riippuu suoraan itse nesteen koostumuksesta. Tiedetään, että jokaisella niistä on omat ominaisuutensa. Esimerkiksi ne aineet, joissa höyrystymislämpö on pienempi, muuttuvat nopeammin. Verrataan kahta prosessia: alkoholin ja tavallisen veden haihdutus. Ensimmäisessä tapauksessa muuttuminen kaasumaiseen tilaan tapahtuu nopeammin, koska alkoholin höyrystymis- ja kondensaatiolämpö on 837 kJ / kg ja vesi lähes kolme kertaaenemmän - 2260 kJ/kg.
- Nopeus riippuu myös nesteen alkulämpötilasta: mitä korkeampi se on, sitä nopeammin höyryä muodostuu. Otetaan esimerkiksi lasillinen vettä, kun astian sisällä on kiehuvaa vettä, niin höyrystymistä tapahtuu paljon nopeammin kuin veden lämpötilan ollessa alhaisempi.
- Toinen tekijä, joka määrää tämän prosessin nopeuden, on nesteen pinta-ala. Muista, että kuuma keitto jäähtyy nopeammin halkaisij altaan suuressa kulhossa kuin pienessä lautasessa.
- Aineiden jakautumisnopeus ilmassa määrää suurelta osin haihtumisnopeuden, eli mitä nopeammin diffuusio tapahtuu, sitä nopeammin höyrystyminen tapahtuu. Esimerkiksi voimakkailla tuulella vesipisarat haihtuvat nopeammin järvien, jokien ja teko altaiden pinn alta.
- Huoneen ilman lämpötilalla on myös tärkeä rooli. Puhumme tästä lisää alla.
Mikä on ilmankosteuden rooli?
Koska haihtumisprosessi tapahtuu kaikki alta jatkuvasti ja jatkuvasti, ilmassa on aina vesihiukkasia. Molekyylimuodossa ne näyttävät ryhmältä alkuaineita H2O. Nesteet voivat haihtua riippuen ilmakehän vesihöyryn määrästä, tätä kerrointa kutsutaan ilmankosteudeksi. Sitä on kahta tyyppiä:
- Suhteellinen kosteus on ilmassa olevan vesihöyryn määrän suhde tyydyttyneen höyryn tiheyteen samassa lämpötilassa prosentteina. Esimerkiksi pistemäärä 100 % osoittaaettä ilmakehä on täysin kyllästetty H2O.
- Absoluuttinen luonnehtii ilmassa olevan vesihöyryn tiheyttä, merkitty kirjaimella f ja osoittaa kuinka paljon vesimolekyylejä on 1 m3 ilmassa.
Haihdutusprosessin ja ilmankosteuden välinen yhteys voidaan määrittää seuraavasti. Mitä pienempi ilman suhteellinen kosteus on, sitä nopeammin tapahtuu haihtuminen maan pinnasta ja muista esineistä.
Erilaisten aineiden haihtuminen
Eri aineissa tämä prosessi etenee eri tavalla. Esimerkiksi alkoholi haihtuu nopeammin kuin monet nesteet alhaisen höyrystymislämpönsä vuoksi. Usein tällaisia nestemäisiä aineita kutsutaan haihtuviksi, koska vesihöyry kirjaimellisesti haihtuu niistä melkein missä tahansa lämpötilassa.
Alkoholi voi myös haihtua jopa huoneenlämmössä. Viinin tai vodkan valmistusprosessissa alkoholia ajetaan kuutamon läpi, ja se saavuttaa vasta kiehumispisteen, joka on noin 78 astetta. Alkoholin todellinen haihtumislämpötila on kuitenkin hieman korkeampi, koska alkuperäisessä tuotteessa (esimerkiksi mäskissä) se on yhdistelmä erilaisten aromaattisten öljyjen ja veden kanssa.
Kondensaatio ja sublimaatio
Seuraava ilmiö voidaan havaita aina, kun vesi kiehuu kattilassa. Huomaa, että kun vesi kiehuu, se muuttuu nestemäisestä tilasta kaasumaiseen tilaan. Se tapahtuu tällä tavalla: kuuma vesihöyrysuihkulentää ulos kattilasta nokan kautta suurella nopeudella. Tässä tapauksessa muodostunut höyry ei näy suoraan nokan ulostulossa, vaan lyhyen matkan päässä siitä. Tätä prosessia kutsutaan kondensaatioksi, eli vesihöyry sakeutuu niin paljon, että se näkyy silmillemme.
Kiinteän aineen haihtumista kutsutaan sublimaatioksi. Samaan aikaan ne siirtyvät aggregaatiotilasta kaasumaiseen tilaan ohittaen nestevaiheen. Tunnetuin sublimaatiotapaus liittyy jääkiteisiin. Alkuperäisessä muodossaan jää on kiinteä aine, yli 0 °C:n lämpötiloissa se alkaa sulaa ja muuttuu nestemäiseksi. Kuitenkin joissakin tapauksissa jää muuttuu negatiivisissa lämpötiloissa höyrymuotoon ohittaen nestefaasin.
Haihtumisen vaikutus ihmiskehoon
Hiihtymisen ansiosta kehossamme tapahtuu lämmönsäätelyä. Tämä prosessi tapahtuu itsejäähdytysjärjestelmän kautta. Kuumana helteisenä päivänä tiettyä fyysistä työtä tekevä henkilö kuumenee hyvin. Tämä tarkoittaa, että se lisää sisäistä energiaa. Ja kuten tiedät, yli 42°:n lämpötiloissa ihmisen veren proteiini alkaa hyytyä, jos tätä prosessia ei pysäytetä ajoissa, se johtaa kuolemaan.
Itsejäähdytysjärjestelmä on suunniteltu juuri siten, että se säätelee lämpötilaa normaalia elämää varten. Kun lämpötila nousee suurimmaksi sallituksi, alkaa aktiivinen hikoilu ihon huokosten kautta. Ja sitten ihon pinn alta tapahtuuhaihtuminen, joka imee ylimääräisen kehon energian. Toisin sanoen haihtuminen on prosessi, joka edistää kehon jäähtymistä normaalitilaan.
