في العالم من حولنا ، تحدث مجموعة كبيرة ومتنوعة من الظواهر والعمليات الفيزيائية المختلفة باستمرار وباستمرار. من أهمها عملية التبخر. هناك عدة شروط مسبقة لهذه الظاهرة. في هذه المقالة سنقوم بتحليل كل منهم بمزيد من التفصيل
ما هو التبخر؟
هذه هي عملية تحويل المواد إلى حالة غازية أو بخارية. إنه نموذجي فقط للمواد ذات القوام السائل. ومع ذلك ، لوحظ شيء مشابه في المواد الصلبة ، فقط هذه الظاهرة تسمى التسامي. يمكن ملاحظة ذلك من خلال المراقبة الدقيقة للجثث. على سبيل المثال ، تجف قطعة من الصابون بمرور الوقت وتبدأ في التصدع ، ويرجع ذلك إلى حقيقة أن قطرات الماء في تركيبتها تتبخر وتنتقل إلى الحالة الغازية H2O.
تعريف في الفيزياء
التبخر هو عملية ماصة للحرارة يكون فيها مصدر الطاقة الممتصة هو حرارة انتقال المرحلة. يشتمل على مكونين:
- كمية معينة من الحرارة اللازمة للتغلب على قوى الجذب الجزيئية عندما يكون هناك فاصل بين الجزيئات المتصلة ؛
- الحرارة المطلوبة لعمل تمدد الجزيئات في عملية تحويل المواد السائلة إلى بخار أو غاز.
كيف يحدث هذا؟
يمكن أن يحدث انتقال المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية بطريقتين:
- التبخر هو عملية تهرب فيها الجزيئات من سطح مادة سائلة.
- الغليان هو عملية التبخير من السائل عن طريق رفع درجة الحرارة إلى الحرارة النوعية لغليان مادة ما.
على الرغم من حقيقة أن هاتين الظاهرتين تعملان على تحويل مادة سائلة إلى غاز ، إلا أن هناك اختلافات كبيرة بينهما. الغليان عملية نشطة تحدث فقط عند درجة حرارة معينة ، بينما يحدث التبخر تحت أي ظروف. الفرق الآخر هو أن الغليان هو سمة لكامل سماكة السائل ، بينما الظاهرة الثانية تحدث فقط على سطح المواد السائلة.
النظرية الحركية الجزيئية للتبخر
إذا اعتبرنا هذه العملية على المستوى الجزيئي ، فإنها تحدث على النحو التالي:
- الجزيئات في المواد السائلة في حركة فوضوية ثابتة ، ولكل منها سرعات مختلفة تمامًا. وفي الوقت نفسه ، تنجذب الجزيئات لبعضها البعض بسبب قوى الجذب. في كل مرة يصطدمون ببعضهم البعض ، تتغير سرعتهم. في مرحلة ما ، يطور البعض سرعة عالية جدًا ، مما يسمح لهم بالتغلب على قوى الجاذبية.
- هذه العناصر ، التي ظهرت على سطح السائل ، لديها طاقة حركية يمكنها التغلب عليهاالروابط بين الجزيئية وترك السائل.
- هذه الجزيئات الأسرع جدًا هي التي تطير من سطح مادة سائلة ، وتحدث هذه العملية باستمرار وباستمرار.
- بمجرد دخولها الهواء ، تتحول إلى بخار - وهذا ما يسمى بالتبخير.
- نتيجة لذلك ، يصبح متوسط الطاقة الحركية للجزيئات المتبقية أصغر وأصغر. هذا ما يفسر تبريد السائل. تذكر كيف تعلمنا في الطفولة أن نفث في سائل ساخن حتى يبرد بشكل أسرع. اتضح أننا قمنا بتسريع عملية تبخر الماء ، وانخفضت درجة الحرارة بشكل أسرع.
ما هي العوامل التي يعتمد عليها؟
هناك العديد من الشروط اللازمة لحدوث هذه العملية. إنه يأتي من كل مكان حيث توجد جزيئات الماء: هذه البحيرات والبحار والأنهار وجميع الأشياء الرطبة وأغلفة أجساد الحيوانات والبشر وكذلك أوراق النبات. يمكن الاستنتاج أن التبخر عملية مهمة للغاية ولا غنى عنها للعالم المحيط وجميع الكائنات الحية.
فيما يلي العوامل التي تؤثر على هذه الظاهرة:
- معدل التبخر يعتمد بشكل مباشر على تكوين السائل نفسه. من المعروف أن كل واحد منهم له خصائصه الخاصة. على سبيل المثال ، المواد التي تكون فيها حرارة التبخر أقل سيتم تحويلها بشكل أسرع. لنقارن عمليتين: تبخر الكحول والماء العادي. في الحالة الأولى ، يحدث التحول إلى الحالة الغازية بشكل أسرع ، لأن الحرارة النوعية للتبخير والتكثيف للكحول هي 837 كيلو جول / كجم ، وبالنسبة للماء ما يقرب من ثلاث مراتأكثر - 2260 كج / كغ.
- تعتمد السرعة أيضًا على درجة الحرارة الأولية للسائل: فكلما زادت ، زادت سرعة تكوين البخار. كمثال ، لنأخذ كوبًا من الماء ، عندما يكون هناك ماء مغلي داخل الوعاء ، يحدث التبخر بمعدل أعلى بكثير مما يحدث عندما تكون درجة حرارة الماء أقل.
- عامل آخر يحدد سرعة هذه العملية هو مساحة سطح السائل. تذكر أن الحساء الساخن يبرد بشكل أسرع في وعاء كبير القطر منه في صحن صغير.
- يحدد معدل توزيع المواد في الهواء إلى حد كبير معدل التبخر ، أي أنه كلما حدث انتشار أسرع ، حدث التبخر بشكل أسرع. على سبيل المثال ، مع الرياح القوية ، تتبخر قطرات الماء بشكل أسرع من سطح البحيرات والأنهار والخزانات.
- تلعب درجة حرارة الهواء في الغرفة دورًا مهمًا أيضًا. سنتحدث أكثر عن هذا أدناه.
ما هو دور رطوبة الهواء؟
نظرًا لحقيقة أن عملية التبخر تحدث من كل مكان بشكل مستمر ومستمر ، فهناك دائمًا جزيئات من الماء في الهواء. في الشكل الجزيئي ، تبدو كمجموعة من العناصر H2O. يمكن أن تتبخر السوائل اعتمادًا على حجم بخار الماء في الغلاف الجوي ، وهذا المعامل يسمى رطوبة الهواء. يأتي في نوعين:
- الرطوبة النسبية هي نسبة كمية بخار الماء في الهواء إلى كثافة البخار المشبع عند نفس درجة الحرارة كنسبة مئوية. على سبيل المثال ، تشير الدرجة 100٪أن الغلاف الجوي مشبع تمامًا بجزيئات H2O.
- يميز المطلق كثافة بخار الماء في الهواء ، ويُشار إليه بالحرف f ويوضح مقدار جزيئات الماء الموجودة في 1 متر3هواء.
يمكن تحديد العلاقة بين عملية التبخر ورطوبة الهواء على النحو التالي. كلما انخفضت الرطوبة النسبية للهواء ، زادت سرعة التبخر من سطح الأرض والأشياء الأخرى.
تبخر مختلف المواد
في المواد المختلفة ، تستمر هذه العملية بشكل مختلف. على سبيل المثال ، يتبخر الكحول بشكل أسرع من العديد من السوائل بسبب حرارة التبخر المنخفضة النوعية. غالبًا ما تسمى هذه المواد السائلة متطايرة ، لأن بخار الماء يتبخر منها فعليًا عند أي درجة حرارة تقريبًا.
يمكن أن يتبخر الكحول أيضًا حتى في درجة حرارة الغرفة. في عملية تحضير النبيذ أو الفودكا ، يتم دفع الكحول عبر لغو القمر ، ويصل فقط إلى نقطة الغليان ، والتي تساوي تقريبًا 78 درجة. ومع ذلك ، فإن درجة حرارة التبخر الفعلية للكحول ستكون أعلى قليلاً ، لأنه في المنتج الأصلي (على سبيل المثال ، الهريس) عبارة عن مزيج من الزيوت العطرية المختلفة والماء.
التكثيف والتسامي
يمكن ملاحظة الظاهرة التالية في كل مرة يغلي فيها الماء في الغلاية. لاحظ أنه عندما يغلي الماء ، فإنه يتغير من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية. يحدث على هذا النحو: نفاثة ساخنة من بخار الماء معيخرج من الغلاية عبر صنبورها بسرعة عالية. في هذه الحالة ، لا يكون البخار المتشكل مرئيًا مباشرةً عند مخرج الفوهة ، ولكن على مسافة قصيرة منه. تسمى هذه العملية بالتكثيف ، أي يتكاثف بخار الماء لدرجة أنه يصبح مرئيًا لأعيننا.
يسمى تبخر المادة الصلبة بالتسامي. في الوقت نفسه ، ينتقلون من حالة التجميع إلى الحالة الغازية ، متجاوزين المرحلة السائلة. ترتبط أشهر حالات التسامي ببلورات الجليد. في شكله الأصلي ، يكون الجليد صلبًا ؛ وعند درجات حرارة أعلى من 0 درجة مئوية ، يبدأ في الذوبان ، ويأخذ حالة سائلة. ومع ذلك ، في بعض الحالات ، عند درجات حرارة سالبة ، يمر الجليد في شكل بخار ، متجاوزًا المرحلة السائلة.
تأثير التبخر على جسم الإنسان
بفضل التبخر ، يحدث التنظيم الحراري في أجسامنا. تتم هذه العملية من خلال نظام التبريد الذاتي. في يوم حار حار ، يصبح الشخص الذي يقوم بعمل بدني معين حارًا جدًا. هذا يعني أنه يزيد من الطاقة الداخلية. وكما تعلم ، في درجات حرارة أعلى من 42 درجة ، يبدأ البروتين في دم الإنسان في التخثر ، إذا لم تتوقف هذه العملية في الوقت المناسب ، فإنها ستؤدي إلى الموت.
تم تصميم نظام التبريد الذاتي بطريقة تنظم درجة الحرارة للحياة الطبيعية. عندما تصبح درجة الحرارة الحد الأقصى المسموح به ، يبدأ التعرق النشط من خلال المسام الموجودة على الجلد. ثم يحدث من سطح الجلدالتبخر ، الذي يمتص طاقة الجسم الزائدة. بمعنى آخر ، التبخر هو عملية تساهم في تبريد الجسم إلى حالته الطبيعية.
