מהו אידוי נוזלים. פיזיקה מולקולרית

אידוי

אידוי על ספל תה

אידוי- תהליך המעבר של חומר ממצב נוזלי למצב גזי, המתרחש על פני חומר (אדים). תהליך האידוי הוא הפוך מתהליך העיבוי (מעבר מאדים לנוזל). אידוי (איוד), מעבר של חומר משלב מעובה (מוצק או נוזלי) לגזי (קיטור); מעבר שלב מהסדר הראשון.

יש מושג מפורט יותר של אידוי בפיזיקה גבוהה יותר.

אידוי- זהו תהליך שבו חלקיקים (מולקולות, אטומים) עפים החוצה (נתלשים) מפני השטח של נוזל או מוצק, בעוד E k > E p.

מאפיינים כלליים

אידוי של גוף מוצק נקרא סובלימציה (סובלימציה), ואיוד בנפח של נוזל נקרא רתיחה. בדרך כלל, אידוי מובן כאיידוי על פני השטח החופשיים של נוזל כתוצאה מתנועה תרמית של המולקולות שלו בטמפרטורה מתחת לנקודת הרתיחה המתאימה ללחץ של המדיום הגזי הממוקם מעל פני השטח שצוין. במקרה זה, מולקולות בעלות אנרגיה קינטית גדולה מספיק בורחות משכבת ​​הפנים של הנוזל לתוך המדיום הגזי; חלקם משתקפים לאחור ונלכדים על ידי הנוזל, בעוד השאר אובדים על ידי זה באופן בלתי הפיך.

אידוי הוא תהליך אנדותרמי בו נספג חום מעבר הפאזות - חום האידוי המושקע על התגברות על כוחות הלכידות המולקולרית בשלב הנוזל ועל עבודת ההתפשטות כאשר הנוזל הופך לאדים. חום האידוי הספציפי מתייחס למול 1 של נוזל (חום אידוי מולארי, J/mol) או ליחידת המסה שלו (חום אידוי מסה, J/kg). קצב האידוי נקבע על ידי צפיפות פני השטח של שטף האדים jп, החודר ליחידת זמן לשלב הגז מיחידת משטח נוזלי [במול / (ס.מ 2) או ק"ג / (ס.מ 2)]. הערך הגבוה ביותר של jp מושג בוואקום. בנוכחות תווך גזי צפוף יחסית מעל הנוזל, האידוי מואט בשל העובדה שקצב הוצאת מולקולות האדים מפני השטח של הנוזל לתוך המדיום הגזי נעשה קטן בהשוואה לקצב פליטתן מהנוזל. . במקרה זה, ליד הממשק נוצרת שכבה של תערובת אדים-גז, כמעט רוויה בקיטור. הלחץ החלקי וריכוז הקיטור בשכבה זו גבוהים יותר מאשר בחלק הארי של תערובת האדים-גז.

תהליך האידוי תלוי בעוצמת התנועה התרמית של המולקולות: ככל שהמולקולות נעות מהר יותר, האידוי מתרחש מהר יותר. בנוסף, גורמים חשובים המשפיעים על תהליך האידוי הם קצב הדיפוזיה החיצונית (בהתייחס לחומר), וכן תכונות החומר עצמו. במילים פשוטות, עם רוח, האידוי מתרחש הרבה יותר מהר. לגבי תכונות החומר, למשל, אלכוהול מתאדה הרבה יותר מהר ממים. גורם חשוב הוא גם שטח הפנים של הנוזל שממנו מתרחש האידוי: מסיר צר, זה יתרחש לאט יותר מאשר מצלחת רחבה.

ברמה המולקולרית

חשבו על תהליך זה ברמה המולקולרית: מולקולות שיש להן מספיק אנרגיה (מהירות) כדי להתגבר על המשיכה של מולקולות שכנות פורצות מגבולות החומר (הנוזל). במקרה זה, הנוזל מאבד חלק מהאנרגיה שלו (מתקרר). לדוגמה, נוזל חם מאוד: אנו נושפים על פני השטח שלו כדי לקרר אותו, תוך כדי שאנו מאיצים את תהליך האידוי.

שיווי משקל תרמודינמי

הפרה של שיווי המשקל התרמודינמי בין הנוזל לאדי הכלול בתערובת הגז-אדים מוסברת על ידי קפיצת הטמפרטורה בגבול הפאזה. עם זאת, בדרך כלל ניתן להזניח את הקפיצה הזו וניתן להניח שהלחץ החלקי וריכוז האדים בממשק תואמים את הערכים שלהם עבור אדים רוויים בטמפרטורת פני הנוזל. אם הנוזל ותערובת הגז-אדים אינם תנועתיים והשפעת הסעה חופשית בהם אינה משמעותית, סילוק האדים הנוצרים במהלך האידוי מפני השטח של הנוזל לתוך המדיום הגזי מתרחשת בעיקר כתוצאה מדיפוזיה מולקולרית ו- הופעת זרימת המסה (מה שנקרא סטפן) של תערובת אדים-גז המכוונת מפני השטח של נוזל לתוך תווך גזי (ראה דיפוזיה). חלוקת טמפרטורה במצבים שונים של קירור נוזל באידוי. זרימות חום מכוונות: א - מהשלב הנוזלי למשטח האידוי לשלב הגז; ב - מהשלב הנוזלי בלבד למשטח האידוי; ג - למשטח האידוי מהצד של שני השלבים; ד - למשטח האידוי רק מהצד של שלב הגז.

Baro-, דיפוזיה תרמית

ההשפעות של דיפוזיה בארו ותרמית בדרך כלל אינן נלקחות בחשבון בחישובים הנדסיים, אך השפעת הדיפוזיה התרמית יכולה להיות משמעותית עם אי-הומוגניות גבוהה של תערובת הגז-אדים (עם הבדל גדול במסות המולריות של מרכיביה) ושיפועי טמפרטורה משמעותיים. כאשר אחד או שני השלבים נעים ביחס לממשק שלהם, התפקיד של העברת החומר והאנרגיה של תערובת האדים והגז והנוזל גדל.

בהיעדר אספקת אנרגיה למערכת הנוזל-גז מהחוץ. מקורות חום ניתן לספק אידוי לשכבת הפנים של הנוזל מאחד או משני השלבים. בניגוד לזרימה שנוצרת של חומר, המופנית תמיד במהלך האידוי מנוזל לתוך תווך גזי, לזרמי חום יכולים להיות כיוונים שונים בהתאם ליחס הטמפרטורות של עיקר הנוזל tl, גבול הפאזה tgr וה- tg בינוני גז. כאשר כמות מסוימת של נוזל באה במגע עם נפח חצי אינסופי או זרימה של תווך גז השוטף את פניו ובטמפרטורת נוזל הגבוהה מטמפרטורת הגז (tl > tgr > tg), מתרחשת זרימת חום מהצד של הנוזל לממשק: (Qlg = Qzh - Qi, כאשר Qi הוא חום האידוי, Qzhg הוא כמות החום המועברת מהנוזל למדיום הגז. במקרה זה, הנוזל מקורר (מה שנקרא קירור אידוי). אם, כתוצאה מקירור כזה, מגיע השוויון tgr \u003d tg, העברת החום מהנוזל לגז נפסקת (Qzhg = 0) וכל החום המסופק מהצד של הנוזל לממשק מושקע באידוי (Ql = Qi).

במקרה של תווך גזי שאינו רווי בקיטור, הלחץ החלקי של האחרון בממשק וב-Ql = Qi נשאר גבוה יותר מאשר בחלק הארי של הגז, וכתוצאה מכך האידוי והקירור האידוי של הגז. נוזל לא מפסיק ו-tgr הופך נמוך מ-tl ו-tg. במקרה זה, חום מסופק לממשק משני השלבים עד שכתוצאה מירידה ב-tl, מגיעים לשוויון tgr = tl וזרימת החום מהצד הנוזלי נפסקת, ומהצד של המדיום הגז Qgl. הופך שווה לצ'י. אידוי נוסף של הנוזל מתרחש בטמפרטורה קבועה tm = tl = tgr, מה שנקרא גבול קירור הנוזל בזמן קירור אידוי או טמפרטורת המדחום הרטוב (שכן זה מוצג על ידי מד החום הרטוב של הפסיכומטר). הערך של tm תלוי בפרמטרים של מדיום הגז-אדים ובתנאי העברת החום והמסה בין שלב הנוזל והגז.

אם נוזל ותווך גזי, בעלי טמפרטורות שונות, נמצאים בנפח מוגבל שאינו מקבל אנרגיה מבחוץ ואינו מוציא אותה, מתרחש אידוי עד שמתרחש שיווי משקל תרמודינמי בין שני השלבים, שבו הטמפרטורות של שני השלבים משתווים באנטלפיה קבועה של המערכת, ושלב הגז רווי בקיטור בטמפרטורת המערכת. האחרון, המכונה טמפרטורת הרוויה האדיאבטית של הגז, נקבע רק על ידי הפרמטרים הראשוניים של שני השלבים ואינו תלוי בתנאי העברת החום והמסה.

קצב אידוי

ניתן למצוא את קצב האידוי האיזוטרמי [ק"ג / (מ 2 שניות)] עם דיפוזיה חד-כיוונית של אדים לשכבה קבועה של תערובת אדים-גז בינארית הממוקמת מעל פני הנוזל בעובי d, [m] נוסחת סטפן: , כאשר D הוא מקדם הדיפוזיה ההדדית, [m 2 /With]; - אדי גז קבועים, [J / (ק"ג K)] או [m 2 / (s 2 K)]; T היא הטמפרטורה של התערובת, [K]; p הוא הלחץ של תערובת אדי הגז, [Pa]; - לחץ אדים חלקי בממשק ובגבול החיצוני של שכבת התערובת, [Pa].

במקרה הכללי (נוזל וגז נע, תנאים לא איזותרמיים), בשכבת הגבול של הנוזל הסמוך לממשק, העברת התנע מלווה בהעברת חום, ובשכבת הגבול של הגז (תערובת אדים-גז). ), מתרחשות העברת חום ומסה מחוברים. במקרה זה, כדי לחשב את קצב האידוי, נעשה שימוש במקדמי העברת חום ומסה ניסיוניים, ובמקרים פשוטים יחסית, שיטות משוערות לפתרון מספרי של מערכת משוואות דיפרנציאליות עבור שכבות גבול מצומדות של שלבי הגז והנוזל.

עוצמת העברת המסה במהלך האידוי תלויה בהבדל בפוטנציאלים הכימיים של האדים בממשק ובחלק הארי של תערובת האדים-גז. עם זאת, אם ניתן להזניח דיפוזיה בארו ותרמית, ההבדל בפוטנציאלים הכימיים מוחלף בהבדל בלחצים חלקיים או בריכוזי אדים ולוקח: cp, gr - cp, osn), כאשר bp, bc - מקדם העברת מסה, p - לחץ תערובת, pp - לחץ אדים חלקי, yp = pp / p - ריכוז אדים מולרי, cp = rp / r - ריכוז אדים מסה, rp, r - צפיפות מקומית של אדים ותערובות; משמעות המדדים היא: "gr" - בגבול הפאזה, "ראשי" - בעיקר. המסה של התערובת. צפיפות שטף החום המופק במהלך האידוי על ידי הנוזל היא [ב J/(m2 s)]: q = azh(tl - tgr) = rjp + ag (tgr - tg), כאשר azh, ag הם העברת החום מקדם מצדי הנוזל והגז , [W / (m 2 K)]; r - אידוי חום, [J/kg].

ברדיוסים קטנים מאוד של עקמומיות של משטח האידוי (לדוגמה, במהלך אידוי של טיפות קטנות של נוזל), נלקחת בחשבון השפעת מתח הפנים של הנוזל, מה שמוביל לעובדה שלחץ האדים בשיווי המשקל מעל הממשק גבוה מלחץ האדים הרווי של אותו נוזל מעל משטח שטוח. אם tgr ~ tl, אז בעת חישוב האידוי, ניתן לקחת בחשבון רק העברת חום ומסה בשלב הגז. בעוצמה נמוכה יחסית של העברת מסה, האנלוגיה בין תהליכי חום והעברת מסה תקפה בערך, וממנה נובע: Nu/Nu0 = Sh*/Sh0, כאשר Nu = ag l/lg הוא מספר Nusselt, l הוא הגודל האופייני של משטח האידוי, lg הוא תערובת הקיטור-גז המוליכות התרמית, Sh* = bpyg, grl/Dp = bccg, grl/D הוא מספר שרווד עבור רכיב הדיפוזיה של זרימת הקיטור, Dp = D/ RpT הוא מקדם הדיפוזיה הקשור לשיפוע הלחץ החלקי של האדים. הערכים של bp ו-bc מחושבים מהיחסים לעיל, המספרים Nu0 ו-Sh0 תואמים ל-jp: 0 וניתן לקבוע מהנתונים עבור תהליכי העברת חום ומסה המתרחשים בנפרד. המספר Sh0 עבור זרימת האדים הכוללת (דיפוזיה והסעה) נמצא על ידי חלוקת Sh* בריכוז הגז הטוחני (yg, gr) או במסה (sg, gr) בממשק, תלוי איזה כוח מניע של מסה מעביר את המקדם b מוקצה ל.

משוואות

משוואות הדמיון של Nu ו- Sh* במהלך האידוי כוללות, בנוסף לקריטריונים הרגילים (מספרי ריינולדס Re, Archimedes Ar, Prandtl Pr או Schmidt Sc ופרמטרים גיאומי), פרמטרים הלוקחים בחשבון את השפעת זרימת האדים הרוחבית ו מידת האי-הומוגניות של תערובת האדים-גז (יחסי מסות מולריות או קבועי גז מרכיביה) על פרופילים, מהירויות, טמפרטורות או ריכוזים בחתך של שכבת הגבול.

ב-jp קטן, שאינם מפרים באופן משמעותי את משטר התנועה ההידרודינמי של תערובת אדי הגז (לדוגמה, במהלך אידוי מים לאוויר אטמוספרי) ואת הדמיון של תנאי הגבול של שדות הטמפרטורה והריכוז, ההשפעה של טיעונים נוספים במשוואות הדמיון אינם משמעותיים וניתן להזניח אותם, בהנחה ש- Nu = Sh. כאשר תערובות מרובות רכיבים מתאדות, הקביעות הללו הופכות להרבה יותר מסובכות. יחד עם זאת, חום האידוי של מרכיבי התערובת והרכבי שלבי הנוזל והגז האדי, הנמצאים בשיווי משקל זה עם זה, שונים ותלויים בטמפרטורה. כאשר תערובת נוזלית בינארית מתאדה, תערובת האדים המתקבלת עשירה יותר יחסית ברכיב נדיף יותר, להוציא רק תערובות אזאוטרופיות שמתאדות בנקודות הקיצון (מקסימום או מינימום) של עקומות המצב כנוזל טהור.

עיצובי מכשירים

הכמות הכוללת של הנוזל המתאדה גדלה עם עלייה במשטח המגע של שלבי הנוזל והגז; לפיכך, התכנון של מכשירים בהם מתרחש אידוי מספק הגדלת משטח האידוי על ידי יצירת מראה נוזלית גדולה, לפירוקו לתוך סילונים וטיפות, או יצירת סרטים דקים הזורמים מטה על פני החרירים. עלייה בעוצמת העברת החום והמסה במהלך האידוי מושגת גם על ידי הגדלת מהירות המדיום הגזי ביחס למשטח הנוזל. עם זאת, עלייה במהירות זו לא אמורה להוביל לסחף מוגזם של נוזל על ידי המדיום הגזי ולעלייה משמעותית בהתנגדות ההידראולית של המנגנון.

יישום

אידוי נמצא בשימוש נרחב בפרקטיקה התעשייתית לניקוי חומרים, ייבוש חומרים, הפרדת תערובות נוזלים ומיזוג אוויר. קירור מים באידוי משמש במערכות אספקת מים במחזור של ארגונים.

ראה גם

סִפְרוּת

• // מילון אנציקלופדי של ברוקהאוז ואפרון: ב-86 כרכים (82 כרכים ו-4 נוספים). - סנט פטרסבורג. , 1890-1907.
• ברמן ל"ד, קירור אידוי של מים במחזור, מהדורה 2, מ.-ל., 1957;
• Fuchs N. A., אידוי וגידול טיפות בתווך גזי, מ., 1958;
• Byrd R., Stuart W., Lightfoot E., Transfer Phenomena, trans. מאנגלית, מ', 1974;
• ברמן ל.ד., "יסודות תיאורטיים של כימי. טכנולוגיות", 1974, כרך 8, מס' 6, עמ'. 811-22;
• Sherwood T., Pigford R., Wilkie C., Transfer Mass, Trans. מאנגלית., M., 1982. L. D. Berman.

קישורים

קרן ויקימדיה. 2010 .

מילים נרדפות:

ראה מה זה "איידוי" במילונים אחרים:

המעבר ב-va ממצב צבירה נוזלי או מוצק למצב גזי (קיטור). I. מובנת בדרך כלל כמעבר של נוזל לאדים, המתרחש על פני השטח החופשיים של הנוזל. I. גופים מוצקים נקראים. סובלימציה או סובלימציה. תלות בלחץ ...... אנציקלופדיה פיזית

אידוי המתרחש על פני השטח החופשיים של נוזל. אידוי מפני השטח של מוצק נקרא סובלימציה... מילון אנציקלופדי גדול

קיימות שתי דרכים לשינוי של נוזל למצב גזי: אידוי והרתחה.

שתי השיטות הללו נבדלות בכך שאידוי מתרחש מפני השטח של הנוזל, ומתרחשת רתיחה בכל הנפח.

הרתחה היא תהליך מהיר, ותוך זמן קצר לא נשאר זכר למים רותחים, הם הופכים לאדים.

אידוי מתרחש בכל טמפרטורה, ללא קשר ללחץ, שבתנאים רגילים הוא תמיד קרוב ל-760 מ"מ כספית. אומנות. אידוי, בניגוד להרתחה, הוא תהליך איטי מאוד. בקבוק הקלון ששכחנו לסגור יתרוקן בעוד כמה ימים; צלוחית מים תחזיק מעמד זמן רב יותר, אבל במוקדם או במאוחר היא תתברר שהיא יבשה.

קצב האידוי תלוי במספר גורמים:

א) קצב האידוי תלוי בסוג הנוזל.

הנוזל מתאדה מהר יותר, המולקולות שלו נמשכות זו לזו בפחות כוח. ואכן, במקרה זה, מספר רב יותר של מולקולות יכול להתגבר על משיכה ולעוף החוצה מהנוזל.

ב) האידוי מתרחש ככל שהטמפרטורת הנוזל גבוהה יותר מהר יותר.

ככל שטמפרטורת הנוזל גבוהה יותר, כך גדל מספר המולקולות הנעות בו במהירות שיכולות להתגבר על כוחות המשיכה של המולקולות שמסביב ולעוף מחוץ לפני הנוזל.

ג) קצב האידוי של נוזל תלוי בשטח הפנים שלו.

סיבה זו מוסברת על ידי העובדה שהנוזל מתאדה מפני השטח, וככל ששטח הפנים של הנוזל גדול יותר, כך גדל מספר המולקולות בו זמנית עפות ממנו לאוויר.

ד) אידוי של נוזל מתרחש מהר יותר עם הרוח.

במקביל למעבר של מולקולות מנוזל לאדים, מתרחש גם התהליך ההפוך. נע באקראי מעל פני הנוזל, חלק מהמולקולות שיצאו ממנו חוזרות אליו שוב. לכן מסת הנוזל בכלי סגור לא משתנה, למרות שהנוזל ממשיך להתאדות.

המחקר ידרוש:

א) כלי זכוכית בשטחי חתך שונים, כוסות

ב) מאזני בית ספר

ג) נוזלים בצפיפויות שונות (מים מתוקים, אלכוהול, שמן חמניות)

ד) גזר, תפוחי אדמה, תפוחים, לחם שחור

ד) מדחום

א) חקירת התלות של קצב האידוי בסוג הנוזלים המאודים.

כדי ללמוד תלות זו, התלמידים לוקחים 3 כלים זהים, ממלאים אותם באלכוהול, מים מתוקים, שמן חמניות ומתבוננים באידוי. רשמו את התאריך והשעה של תחילת הניסוי, וקבעו ברציפות את זמן האידוי המלא של כל נוזל בדיקה. על סמך תוצאות המדידה נערכת טבלה שבה נרשם קצב האידוי של הנוזל לפי מידת הירידה שלהם.

סוג נוזל 24. 11. 25. 11. 27. 11. 1. 12. 10. 12. 15. 12. 20. 12.

2006 2006 2006 2006 2006 2006 2006

מים טריים 10 מ"ג 8 מ"ג 5 מ"ג 2 מ"ג 1 מ"ג 0 מ"ג 0 מ"ג

אלכוהול 10 מ"ג 7 מ"ג 4 מ"ג 0 מ"ג 0 מ"ג 0 מ"ג 0 מ"ג

שמן חמניות. 10 מ"ג 9.5 מ"ג 9 מ"ג 8 מ"ג 7 מ"ג 6 מ"ג 5 מ"ג

מכיוון שתהליך האידוי נמצא בשימוש נרחב בייבוש פירות, פירות יער, ירקות ופטריות, למשימה זו חשיבות מעשית רבה. התלמידים קובעים בניסוי את אחוז היבול של מוצרים מיובשים מכל סוג, מכינים טבלה של תפוקת תוצרת חקלאית מיובשת:

סוג המוצר משקל המוצר הטרי משקל המוצר המיובש תפוקת המוצר המיובש באחוזים מהמשקל המקורי

תפוחים 207 גרם 300 מ"ג 31 גרם 15%

גזר 34 גרם 300 מ"ג 4 גרם 900 מ"ג 14%

תפוח אדמה 80 גרם 710 מ"ג 16 גרם 9 מ"ג 21%

לחם (שחור) 46 גרם 100 מ"ג 25 גרם 250 מ"ג 55%

יישום מעשי של תוצאות התיאוריה והניסוי.

על סמך הנתונים שהתקבלו, החליטו התלמידים לחשב את הרווח האמיתי מכיכר לחם שחור אחת להכנת קרקרים.

1. כיכר לחם (750 גרם) - 10 רובל

1. חבילת קרקרים (50 גרם) - 6 רובל.

בעזרת נתונים טבלאיים, חישבנו כמה קרקרים מתקבלים מכיכר לחם אחת:

46.1 גרם - 25.25 גרם סה"כ: 411 גרם

בואו לחשב כמה חפיסות ייצאו מהקרקרים האלה:

411/50 = 8.2 (חבילות)

ואז העלות של חבילה אחת:

8.2 * 6 \u003d 49.2 (רובל)

49.2 - 10 \u003d 39.2 (רובל)

אבל, עלינו לקחת בחשבון את עלויות הייצור, השכר לעובדים והאריזה. אמנם ניתן לקזז חלק מהסכום בכך שהלחם נרכש לא טרי, אך לא נמכר בזמן.

לפי הנתונים שהתקבלו, אידוי של נוזל תלוי בצפיפות שלהם: ככל שהצפיפות גדולה יותר, כך הנוזל מתאדה לאט יותר.

סוג הנוזל צפיפות הנוזל, ק"ג/קוב. מ' זמן אידוי, שעות.

מים מתוקים 1000 580

אלכוהול 800 145

שמן חמניות 1000 5800

תשומת הלב מופנית לעובדה שעם אותה צפיפות של מים מתוקים ושמן חמניות, קצב האידוי של נוזלים אלו שונה (התלמידים חישבו בעצמם את צפיפות השמן, באמצעות כוס וקשקשי תלמידים). באמצעות ספרות וידע נוספים שכבר התקבלו במהלך הכימיה, ניתן להסביר עובדה זו בכך שהמים הם חומר לא אורגני, ויש קשר מיוחד בין מולקולות - מימן. הקשר הזה חלש מאוד. שמן מתייחס לחומרים אורגניים. אלו הם אסטרים של גליצרול האלכוהול התלת-הידרי וחומצות קרבוקסיליות. בשל המבנה המורכב, חיבור זה יהיה הרבה יותר יציב.

ב) חקירת האידוי כפונקציה של טמפרטורת הנוזל.

על כירת הגז מניחים כלי עם מים ומביאים לרתיחה. לאחר מכן התלמידים מורידים את הכלים עם נוזלים: אלכוהול ומים מתוקים. לפי טבלת נקודות הרתיחה של חומרים, אנו מוצאים שנקודת הרתיחה של מים היא 100 מעלות, ואלכוהול - 78 מעלות. נפח הנוזלים ואזור האידוי זהים.

שם החומר אידוי בטמפרטורת החדר, שעות. אידוי בנקודת רתיחה, שעות.

אלכוהול 30 0.07

מים מתוקים 120 0.25

המחקר הראה כי האידוי מהיר יותר בטמפרטורות גבוהות מאשר בטמפרטורת החדר. תופעה זו מוסברת בכך שככל שהטמפרטורה עולה, מהירות המולקולות עולה, והן עוזבות בקלות את פני הנוזל.

ג) חקירת התלות של קצב האידוי בשטח הפנים של הנוזלים המאודים.

עבור הניסוי תצטרך:

א) 3 סוגי נוזלים (מים טריים, אלכוהול, שמן חמניות)

ב) 3 סטים של כוסות, כל אחת מכילה 3 כוסות עם שטח פנים חופשי שונה.

אנו מחשבים את שטחי הפנים של הנוזלים המאודים:

סוג הנוזל קוטר הכוס, ס"מ שטח חתך, ס"מ

גדול 6.6 34.1946

ממוצע 3.5 9.61625

קטן 3 7,065

סוג הנוזל זמן אידוי, שעות, גדול זמן אידוי, שעות, זמן אידוי בינוני, שעות, קטן

מים מתוקים 120 420 580

אלכוהול 30 105 145

שמן חמניות 1200 4100 5800

(התלמידים חישבו את הניסוי עם השמן לפי היחס בין החלק המתאדה של השמן והזמן שבו הוא התאדה)

לאחר סיום הניסוי הגיעו למסקנה שקצב האידוי עומד ביחס ישר לשטח הפנים הפנוי. בניסוי, יש צורך לקחת בחשבון את אי הדיוק ושגיאת המדידה.

ד) לימוד התלות של קצב האידוי ברוח.

עבור הניסוי תצטרך:

א) 2 סוגי נוזלים (אלכוהול, מים מתוקים)

ב) 4 כלים זהים.

שם החומר ללא רוח, שעות עם רוח, שעות

מים מתוקים 120 19

הניסוי מראה כי האידוי מתרחש מהר יותר עם רוח מאשר ללא רוח. ניסיון זה מסביר את הייבוש המהיר של כביסה ושלוליות לאחר גשם.

הוסף את המחיר שלך למסד הנתונים

תגובה

אידוי של נוזל מתרחש בכל טמפרטורה וככל שהטמפרטורה גבוהה יותר מהר יותר, שטח הפנים הפנוי של הנוזל המתאדה גדול יותר, וככל שהאדים הנוצרים מעל הנוזל יוסרו מהר יותר.

בטמפרטורה מסוימת, בהתאם לאופי הנוזל וללחץ שבו הוא נמצא, מתחיל אידוי בכל מסת הנוזל. תהליך זה נקרא הרתחה.

זהו תהליך של אידוי אינטנסיבי לא רק מהמשטח החופשי, אלא גם בחלק הארי של הנוזל. בנפח נוצרות בועות מלאות באדים רוויים. הם עולים תחת פעולת כוח צף ונשברים על פני השטח. מרכזי היווצרותם הם הבועות הקטנות ביותר של גזים זרים או חלקיקים של זיהומים שונים.

אם לבועה יש ממדים בסדר גודל של מספר מילימטרים או יותר, אזי ניתן להזניח את המונח השני, ולכן, עבור בועות גדולות בלחץ חיצוני קבוע, הנוזל רותח כאשר לחץ האדים הרווי בבועות הופך שווה ללחץ החיצוני. לַחַץ.

כתוצאה מתנועה כאוטית מעל פני הנוזל, מולקולת האדים, הנופלת לתחום הפעולה של הכוחות המולקולריים, חוזרת אל הנוזל. תהליך זה נקרא עיבוי.

אידוי והרתחה

אידוי והרתחה הן שתי דרכים שבהן נוזל משתנה לגז (קיטור). תהליך של מעבר כזה נקרא אידוי. כלומר, אידוי והרתחה הן שיטות אידוי. ישנם הבדלים משמעותיים בין שתי השיטות הללו.

האידוי מתרחש רק מפני השטח של הנוזל. זוהי תוצאה של העובדה שהמולקולות של כל נוזל נעות ללא הרף. יתרה מכך, מהירות המולקולות שונה. מולקולות בעלות מהירות גבוהה מספיק, כשהן על פני השטח, יכולות להתגבר על כוח המשיכה של מולקולות אחרות ולגמור באוויר. מולקולות מים, שנמצאות בנפרד באוויר, פשוט יוצרות קיטור. אי אפשר לראות בעיניים של זוגות. מה שאנו רואים כערפל מים הוא כבר תוצאה של עיבוי (תהליך הפוך של אידוי), כאשר האדים נאספים בצורה של טיפות זעירות במהלך הקירור.

כתוצאה מאידוי, הנוזל עצמו מתקרר, כאשר המולקולות המהירות ביותר עוזבות אותו. כפי שאתה יודע, הטמפרטורה נקבעת רק על ידי מהירות התנועה של מולקולות של חומר, כלומר, האנרגיה הקינטית שלהם.

קצב האידוי תלוי בגורמים רבים. ראשית, זה תלוי בטמפרטורה של הנוזל. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, האידוי מהיר יותר. זה מובן, שכן המולקולות נעות מהר יותר, מה שאומר שקל להן יותר לברוח מפני השטח. קצב האידוי תלוי בחומר. בחלק מהחומרים, המולקולות נמשכות חזק יותר, ולכן קשה יותר לעוף החוצה, בעוד שבאחרים הן חלשות יותר, ולכן קל יותר לעזוב את הנוזל. אידוי תלוי גם בשטח הפנים, הרוויה של האוויר בקיטור, הרוח.

הדבר החשוב ביותר שמבדיל בין אידוי לרתיחה הוא שהאידוי מתבצע בכל טמפרטורה, והוא זורם רק מפני השטח של הנוזל.

שלא כמו אידוי, רתיחה מתרחשת רק בטמפרטורה מסוימת. לכל חומר במצב נוזלי יש נקודת רתיחה משלו. לדוגמה, מים בלחץ אטמוספרי רגיל רותחים ב-100 מעלות צלזיוס, ואלכוהול ב-78 מעלות צלזיוס. עם זאת, ככל שהלחץ האטמוספרי יורד, נקודת הרתיחה של כל החומרים יורדת מעט.

כאשר מים רותחים, האוויר המומס בהם משתחרר. מכיוון שהכלי לרוב מחומם מלמטה, הטמפרטורה בשכבות התחתונות של המים גבוהה יותר, ותחילה נוצרות בו בועות. מים מתאדים לתוך הבועות הללו, והן רוויות באדי מים.

מכיוון שהבועות קלות יותר מהמים עצמם, הן עולות למעלה. בשל העובדה ששכבות המים העליונות לא התחממו עד לסף רתיחה, הבועות מתקררות והאדים שבהן מתעבים בחזרה למים, הבועות הופכות כבדות יותר ושוקעות שוב.

כאשר כל שכבות הנוזל מחוממות לסף רתיחה, הבועות כבר לא יורדות אלא עולות אל פני השטח ומתפוצצות. כמה מהם באוויר. כך, במהלך הרתיחה, תהליך האידוי מתרחש לא על פני הנוזל, אלא לאורך כל עוביו בבועות האוויר שנוצרות. בניגוד לאידוי, הרתחה אפשרית רק בטמפרטורה מסוימת.

יש להבין שכאשר נוזל רותח, מתרחש גם האידוי הרגיל מפני השטח שלו.

מה קובע את קצב האידוי של נוזל?

מדד לקצב האידוי הוא כמות החומר שעף ליחידת זמן מיחידה של פני השטח החופשיים של הנוזל. הפיזיקאי והכימאי האנגלי D. Dalton בתחילת המאה ה-19. נמצא שקצב האידוי הוא פרופורציונלי להפרש בין לחץ האדים הרווי בטמפרטורת הנוזל המתאדה לבין הלחץ בפועל של האדים האמיתיים שקיים מעל הנוזל. אם נוזל ואדי נמצאים בשיווי משקל, אז קצב האידוי הוא אפס. ליתר דיוק, זה מתרחש, אבל התהליך ההפוך מתרחש גם באותה מהירות - הִתְעַבּוּת(מעבר של חומר ממצב גזי או אדי למצב נוזלי). קצב האידוי תלוי גם בשאלה אם הוא מתרחש באווירה רגועה או בתנועה נעה; מהירותו גדלה אם הקיטור המתקבל מועף על ידי זרם אוויר או נשאב החוצה.

אם מתרחש אידוי מתמיסה נוזלית, אז חומרים שונים מתאדים בקצב שונה. קצב האידוי של חומר נתון יורד עם עלייה בלחץ של גזים זרים, כגון אוויר. לכן, אידוי לריק מתרחש בקצב הגבוה ביותר. להיפך, על ידי הוספת גז אינרטי חיצוני לכלי, ניתן להאט מאוד את האידוי.

לפעמים אידוי נקרא גם סובלימציה, או סובלימציה, כלומר מעבר של מוצק למצב גזי. כמעט כל הדפוסים שלהם ממש דומים. חום הסובלימציה גדול מחום האידוי בערך בחום ההיתוך.

אז, קצב האידוי תלוי ב:

1. סוג של נוזל. הנוזל מתאדה מהר יותר, המולקולות שלו נמשכות זו לזו בפחות כוח. ואכן, במקרה זה, מספר רב יותר של מולקולות יכול להתגבר על משיכה ולעוף החוצה מהנוזל.
2. האידוי מתרחש ככל שהטמפרטורת הנוזל גבוהה יותר מהר יותר. ככל שטמפרטורת הנוזל גבוהה יותר, כך גדל מספר המולקולות הנעות בו במהירות שיכולות להתגבר על כוחות המשיכה של המולקולות שמסביב ולעוף מחוץ לפני הנוזל.
3. קצב האידוי של נוזל תלוי בשטח הפנים שלו. סיבה זו מוסברת על ידי העובדה שהנוזל מתאדה מפני השטח, וככל ששטח הפנים של הנוזל גדול יותר, כך גדל מספר המולקולות בו זמנית עפות ממנו לאוויר.
4. אידוי של נוזל מתרחש מהר יותר עם הרוח. במקביל למעבר של מולקולות מנוזל לאדים, מתרחש גם התהליך ההפוך. נע באקראי מעל פני הנוזל, חלק מהמולקולות שיצאו ממנו חוזרות אליו שוב. לכן מסת הנוזל בכלי סגור לא משתנה, למרות שהנוזל ממשיך להתאדות.

מסקנות

אנחנו אומרים שהמים מתאדים. אבל מה זה אומר? אידוי הוא התהליך שבו נוזל באוויר הופך במהירות לגז או לאד. נוזלים רבים מתאדים מהר מאוד, הרבה יותר מהר ממים. זה חל על אלכוהול, בנזין, אמוניה. חלק מהנוזלים, כמו כספית, מתאדים לאט מאוד.

מה גורם לאידוי? כדי להבין זאת, יש להבין משהו על מהות החומר. ככל הידוע לנו, כל חומר מורכב ממולקולות. שני כוחות פועלים על מולקולות אלו. אחד מהם הוא הלכידות שמושכת אותם זה לזה. השני הוא תנועה תרמית של מולקולות בודדות, הגורמת להן להתעופף.

אם כוח ההדבקה גבוה יותר, החומר נשאר במצב מוצק. עם זאת, אם התנועה התרמית כל כך חזקה שהיא חורגת מהלכידות, אז החומר הופך או הוא גז. אם שני הכוחות מאוזנים בערך, אז יש לנו נוזל.

מים, כמובן, הם נוזל. אבל על פני הנוזל יש מולקולות שנעות כל כך מהר שהן מתגברות על כוח הלכידות ועופות לחלל. תהליך הבריחה של מולקולות נקרא אידוי.

מדוע מים מתאדים מהר יותר כשהם בשמש או מחוממים? ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך התנועה התרמית בנוזל חזקה יותר. המשמעות היא שיותר ויותר מולקולות תופסות מספיק מהירות כדי לעוף משם. כאשר המולקולות המהירות ביותר עפות, מהירות המולקולות הנותרות מואטת בממוצע. מדוע הנוזל הנותר מתקרר באידוי.

אז כשהמים מתייבשים, זה אומר שהם הפכו לגז או לאדים והפכו לחלק מהאוויר.

בטבע, חומרים יכולים להיות באחד משלושה מצבי צבירה: מוצק, נוזלי וגזי. ניתן לראות את המעבר מהראשון לשני ולהיפך מדי יום, במיוחד בחורף. עם זאת, הפיכת הנוזל לאדים, המכונה תהליך האידוי, לרוב אינה גלויה לעין. למרות חוסר המשמעות לכאורה שלו, הוא ממלא תפקיד חשוב בחיי האדם. אז בואו לגלות יותר על זה.

אידוי - מה זה

בכל פעם שאתה מחליט להרתיח קומקום לתה או לקפה, אתה יכול לראות איך, לאחר שהגיע ל-100 מעלות צלזיוס, המים הופכים לאדים. זו בדיוק הדוגמה המעשית לתהליך האידוי (מעבר של חומר מסוים למצב גזי).

אידוי הוא משני סוגים: רתיחה ואידוי. במבט ראשון, הם זהים, אבל זו טעות נפוצה.

אידוי הוא אידוי מפני השטח של חומר, והרתיחה היא מכל נפחו.

אידוי לעומת רתיחה: מה ההבדל?

למרות שגם תהליך האידוי וגם הרתיחה תורמים שניהם למעבר של נוזל למצב גזי, כדאי לזכור שני הבדלים חשובים ביניהם.

• רתיחה היא תהליך פעיל המתרחש בטמפרטורה מסוימת. לכל חומר הוא ייחודי ויכול להשתנות רק עם ירידה בלחץ האטמוספרי. בתנאים רגילים, המים צריכים לרתוח ב-100 מעלות צלזיוס, עבור שמן חמניות מזוקק - 227 מעלות צלזיוס, עבור לא מזוקק - 107 מעלות צלזיוס. אלכוהול, להיפך, צריך טמפרטורה נמוכה יותר - 78 מעלות צלזיוס לרתיחה. טמפרטורת האידוי יכולה להיות כל שהיא, ובניגוד לרתיחה, היא מתרחשת ללא הרף.
• ההבדל המשמעותי השני בין התהליכים הוא שבזמן הרתיחה מתרחש אידוי לאורך כל עובי הנוזל. ואילו אידוי של מים או חומרים אחרים מתרחש רק מפני השטח שלהם. אגב, תהליך הרתיחה תמיד מלווה באידוי בו זמנית.

תהליך סובלימציה

מאמינים כי אידוי הוא המעבר מנוזל למצב צבירה גזי. עם זאת, במקרים נדירים, עקיפת הנוזל, ייתכן אידוי ישירות מהמוצק למצב הגזי. תהליך זה נקרא סובלימציה.

המילה הזו מוכרת לכל מי שהזמין אי פעם ספל או חולצת טריקו עם התמונה האהובה עליו בסלון צילום. סוג זה של אידוי משמש להחלת תמונה לצמיתות על בד או קרמיקה; לכבודו, סוג זה של הדפסה נקרא הדפסת סובלימציה.

כמו כן, אידוי כזה משמש לעתים קרובות לייבוש תעשייתי של פירות וירקות, הכנת קפה.

למרות שסובלימציה היא הרבה פחות שכיחה מאידוי של נוזל, לפעמים ניתן להבחין בה בחיי היומיום. אז, פשתן רטוב שטוף תלוי לייבוש בחורף קופא מיד והופך קשה. עם זאת, בהדרגה נוקשות זו נעלמת, והדברים מתייבשים. במקרה זה, מים ממצב הקרח, עוקפים את השלב הנוזלי, עוברים מיד לאדים.

איך מתרחש אידוי

כמו רוב התהליכים הפיזיקליים והכימיים, למולקולות יש תפקיד מרכזי בתהליך האידוי.

בנוזלים הם ממוקמים קרוב מאוד זה לזה, אך אין להם מיקום קבוע. הודות לכך, הם יכולים "לטייל" על פני כל שטח הנוזל, ובמהירויות שונות. זה מושג בשל העובדה שבמהלך התנועה הם מתנגשים זה בזה ומתוך התנגשויות אלו מהירותם משתנה. לאחר שהפכו מהירות מספיק, המולקולות הפעילות ביותר מקבלות את ההזדמנות לעלות אל פני החומר ולאחר שהתגברו על כוח המשיכה של מולקולות אחרות, עוזבות את הנוזל. כך מתאדים מים או חומר אחר ונוצרים אדים. האם זה לא קצת כמו טיסה של רקטה לחלל?

למרות שהמולקולות הפעילות ביותר עוברות מנוזל לאדים, "אחיהם" הנותרים ממשיכים להיות בתנועה מתמדת. בהדרגה, הם גם רוכשים את המהירות הדרושה כדי להתגבר על משיכה ולעבור למצב צבירה אחר.

בהדרגה וללא הרף עוזבים את הנוזל, המולקולות משתמשות באנרגיה הפנימית שלה לשם כך והיא פוחתת. וזה משפיע ישירות על הטמפרטורה של החומר - הוא יורד. לכן כמות התה המצנן בכוס מצטמצמת מעט.

תנאי אידוי

צפייה בשלוליות אחרי גשם, תבחין שחלקן מתייבשות מהר יותר, וחלקן לוקחות יותר זמן. מכיוון שהייבוש שלהם הוא תהליך אידוי, אנו יכולים להשתמש בדוגמה זו כדי להבין את התנאים הדרושים לכך.

• קצב האידוי תלוי בסוג החומר שמתאדה, מכיוון שלכל אחד מהם יש תכונות ייחודיות המשפיעות על הזמן שלוקח למולקולות שלו לעבור לחלוטין למצב גזי. אם תשאירו פתוחים 2 בקבוקים זהים מלאים באותה כמות נוזל (באחד אלכוהול C2H5OH, בשני - מים H2O), אז המיכל הראשון יתרוקן מהר יותר. היות וכאמור לעיל, טמפרטורת האידוי של האלכוהול נמוכה יותר, מה שאומר שהוא יתנדף מהר יותר.
• הדבר השני בו תלוי האידוי הוא טמפרטורת הסביבה ונקודת הרתיחה של החומר המתאדה. ככל שהראשון גבוה יותר והשני נמוך יותר, כך הנוזל יכול להגיע אליו מהר יותר ולהיכנס למצב גזי. לכן, במהלך תגובות כימיות מסוימות הכרוכות באידוי, חומרים מחוממים במיוחד.
• מצב נוסף בו תלוי האידוי הוא שטח הפנים של החומר ממנו הוא מתרחש. ככל שהוא גדול יותר, התהליך מהיר יותר. בהתחשב בדוגמאות שונות של אידוי, אנו יכולים שוב לחשוב על תה. לעתים קרובות זה מוזג לתוך צלוחית כדי להתקרר. שם, המשקה התקרר מהר יותר, מכיוון ששטח הפנים של הנוזל גדל (קוטר הצלוחית גדול מקוטר הכוס).
• ושוב על תה. דרך נוספת לקרר אותו מהר יותר ידועה - לנשוף עליו. איך אפשר לשים לב שנוכחות רוח (תנועת אוויר) היא משהו שגם האידוי תלוי בו. ככל שמהירות הרוח גבוהה יותר, כך מולקולות הנוזל יהפכו מהר יותר לקיטור.
• לחץ אטמוספרי משפיע גם על עוצמת האידוי: ככל שהוא נמוך יותר, כך המולקולות עוברות מהר יותר ממצב אחד לאחר.

עיבוי ודסובלימציה

ברגע שהופכות לאדים, המולקולות לא מפסיקות לנוע. במצב צבירה חדש, הם מתחילים להתנגש במולקולות אוויר. בגלל זה, לפעמים הם יכולים לחזור למצב נוזלי (עיבוי) או מוצק (דה-סובלימציה).

כאשר תהליכי האידוי והעיבוי (דה-סובלימציה) שווים זה לזה, זה נקרא שיווי משקל דינמי. אם חומר גזי נמצא בשיווי משקל דינמי עם הנוזל שלו בהרכב דומה, הוא נקרא אדי רווי.

אידוי ואדם

בהתחשב בדוגמאות שונות של אידוי, אי אפשר שלא להיזכר בהשפעה של תהליך זה על גוף האדם.

כפי שאתה יודע, בטמפרטורת גוף של 42.2 מעלות צלזיוס, החלבון בדם האנושי מתקפל, מה שמוביל למוות. גוף האדם יכול להתחמם לא רק בגלל זיהום, אלא גם בעת ביצוע עבודה פיזית, ספורט, או בזמן שהייה בחדר חם.

הגוף מצליח לשמור על טמפרטורה מקובלת לחיים רגילים, הודות למערכת הקירור העצמי - הזעה. אם טמפרטורת הגוף עולה, הזיעה משתחררת דרך נקבוביות העור, ואז היא מתאדה. תהליך זה מסייע ל"שריפת" אנרגיה עודפת ועוזר לקרר את הגוף ולנרמל את הטמפרטורה שלו.

אגב, זו הסיבה שלא צריך להאמין ללא תנאי בפרסומות שמציגות את הזיעה כנגע העיקרי של החברה המודרנית ולנסות למכור כל מיני חומרים לקונים תמימים כדי להיפטר ממנה. אי אפשר לגרום לגוף להזיע פחות מבלי להפריע לתפקוד התקין שלו, ודאודורנט טוב יכול רק להסוות את ריח הזיעה הלא נעים. לכן, באמצעות אנטי-פרספירנטים, אבקות שונות ואבקות, אתה יכול לגרום נזק בלתי הפיך לגוף. אחרי הכל, חומרים אלו סותמים נקבוביות או מצמצמים את צינורות ההפרשה של בלוטות הזיעה, מה שאומר שהם שוללים מהגוף את היכולת לשלוט על הטמפרטורה שלו. במקרים בהם עדיין יש צורך בשימוש באנטי-פרספירנטים, יש להתייעץ תחילה עם הרופא.

תפקיד האידוי בחיי הצומח

כפי שאתה יודע, לא רק אדם הוא 70% מים, אלא גם צמחים, וחלקם, כמו צנוניות, הם 90% מים. לכן חשוב גם עבורם האידוי.

מים הם אחד המקורות העיקריים של חומרים שימושיים (וגם מזיקים) הנכנסים לגוף הצמח. אולם על מנת שחומרים אלו יספגו יש צורך באור השמש. אבל בימים חמים, השמש יכולה לא רק לחמם את הצמח, אלא גם להתחמם יתר על המידה, ובכך להרוס אותו.

כדי למנוע זאת, נציגי הפלורה מסוגלים להתקרר בעצמם (בדומה לתהליך ההזעה האנושי). במילים אחרות, כשהצמחים מתחממים יתר על המידה, הצמחים מאדים מים וכך מתקררים. לכן, כל כך הרבה תשומת לב מוקדשת להשקיית גינות ומטעים בקיץ.

כיצד נעשה שימוש באידוי בתעשייה ובבית

עבור תעשיות הכימיות והמזון, אידוי הוא תהליך הכרחי. כפי שהוזכר לעיל, זה לא רק עוזר לייבש מוצרים רבים (אידות לחות מהם), מה שמגדיל את חיי המדף שלהם; אבל גם עוזר לייצר מוצרים תזונתיים אידיאליים (פחות משקל וקלוריות, עם תכולה גבוהה יותר של חומרים מזינים).

כמו כן, נעשה שימוש באידוי (בעיקר סובלימציה) לטיהור חומרים שונים.

תחום יישום נוסף הוא מיזוג אוויר.

אל תשכח את הרפואה. הרי גם תהליך השאיפה (שאיפת אדים רווי תכשירים רפואיים) מבוסס על תהליך האידוי.

אדים מסוכנים

עם זאת, כמו לכל תהליך, יש לו גם חסרונות. אחרי הכל, לא רק חומרים שימושיים, אלא גם קטלניים יכולים להפוך לאדים ולהישאף על ידי אנשים ובעלי חיים. והדבר הכי עצוב הוא שהם בלתי נראים, מה שאומר שאדם לא תמיד יודע שהוא נחשף לרעלן. לכן כדאי להימנע מלהיות ללא מסכות מגן וחליפות במפעלים ובמפעלים העובדים עם חומרים מסוכנים.

למרבה הצער, אדים מזיקים יכולים לארוב גם בבית. אחרי הכל, אם רהיטים, טפטים, לינוליאום או פריטים אחרים עשויים מחומרים זולים עם הפרות של טכנולוגיה, הם מסוגלים לשחרר רעלים לאוויר, אשר בהדרגה "הרעילו" את בעליהם. לכן, כאשר קונים כל דבר, כדאי להסתכל על תעודת האיכות של החומרים מהם הוא עשוי.