Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница

О системе

Технические требования

Синтез

Обучающий модуль

Справка по системе

Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
Общий каталог эффектов

Испарение
Физический процесс перехода вещества из конденсированного состояния в газообразное

Анимация

Описание

Под испарением понимается процесс перехода вещества из конденсированного состояния в газообразное. В более узком смысле понимается переход из жидкого состояния в газообразное. Обратный процесс называется конденсацией. Испарение твердых тел называется возгонкой или сублимацией. При переходе из жидкого состояния в газообразное молекула жидкости должна преодолеть силы межмолекулярного взаимодействия в жидкости. Вследствие вероятностного распределения энергий молекул при тепловом движении испарение возможно при любой температуре, но с возрастанием температуры скорость испарения увеличивается. Немаловажными факторами, влияющими на процесс испарения, являются скорость внешней (по отношению к веществу) диффузии, а также свойства самого вещества. Иллюстрацией влияния таких факторов является тот факт, что при ветре испарение происходит гораздо быстрее. Т.е. движущаяся среда уносит часть молекул, испарившихся с поверхности, и их место занимают новые молекулы. В замкнутом пространстве (закрытом сосуде) испарение происходит при заданной постоянной температуре до тех пор, пока пространство над жидкостью (или твердым телом) не заполнится насыщенным паром. Под паром понимают газообразное состояние вещества в условиях, когда газовая фаза может находиться в равновесии с жидкой или твёрдой фазами того же вещества. Насыщенный пар – одно из состояний пара, когда последний находится в термодинамическом равновесии с жидкостью или твердым телом того же состава. Давление насыщенного пара зависит только от температуры и повышается с ее возрастанием. При испарении происходит работа против сил межмолекулярного сцепления (работа выхода), а также против внешнего давления уже образовавшегося пара совершается за счёт кинетической энергии теплового движения молекул. В результате испарения жидкость охлаждается. Поэтому, чтобы процесс испарения был изотермическим, т.е. протекал при постоянной температуре, необходимо сообщать каждой единице массы вещества определённое количество теплоты, называемое теплотой испарения.
Испарение относится к фазовым переходам первого рода, которые характеризуются отличной от нуля скрытой теплотой фазового перехода. В случае испарения система поглощает тепло.
Связь давления, при котором находится двухфазная система, с температурой задается уравнением Клапейрона – Клаузиуса:

,

где dp – приращение давления [Па], dT – приращение температуры [К], L – скрытая теплота перехода [Дж], T – температура перехода [К], V1, V2 – объемы жидкой и газообразной фаз [м3] как функции температуры.
Равновесное состояние многокомпонентной системы можно графически изобразить при помощи фазовой диаграммы (рис.1). Координатами фазовой диаграммы являются термодинамические параметры: температура и давление. На фазовых диаграммах однокомпонентных систем поля соответствуют однофазным состояниям, линии, разграничивающие их - двухфазным, точки пересечения линий – трёхфазным (эти точки называют тройными точками).
 
Фазовая диаграмма воды

Рис. 1
В  естественных условиях испарение является единственной формой передачи влаги с океанов и суши в атмосферу и основной составляющей круговорота воды на земном шаре.
 

 

 

Ключевые слова

 

Разделы наук

 

Применение эффекта

 Основной особенностью испарения для его применения в технических нуждах является сильная зависимость температуры испарения от типа вещества. Поэтому испарение применяется в технике как средство очистки веществ (рис.1) или разделения жидких смесей перегонкой.
Автомат для экспресс-очистки паром
Рис. 1
Испарение является эффективным инструментом для выпаривания влаги из жидкого пищевого сырья (например, при производстве сахара).
Также испарение лежит в основе пароэнергетики, работы холодильных установок, процессов сушки материалов.

Реализации эффекта

Рассмотрим принцип работы опреснителя соленой воды (рис.1). При нагреве соленой воды за счет действия солнечных лучей происходит испарение пресной воды, с последующей конденсацией на стеклах.
Схема опреснителя

Рис.1
1 – соленая вода, 2 – солнечные лучи, 3 – пар, 4 – пресная вода, 5 – желоба для сбора воды, 6 – стекла

Испарение применяется для очистки овощей. В процессе обработки овощи, такие как корнеплоды, партией подаются в обдирочную машину. Под высоким давлением туда подается пар, который быстро нагревает поверхность продуктов. Затем давление резко сбрасывается. Это ведет к резкому испарению внутренней влаги овощей и формированию пара под кожурой, которая легко удаляется

Литература

1. Матвеев А.Н. Молекулярная физика. – М.: Высшая школа, 1981.

2. Квасников И.А. Термодинамика. – М.: УРСС, 2002.

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина