Materijal iz ThermalWiki - enciklopedije grijanja

Kondenzacija(kasni latinski condensatio- kondenzacija, od latinskog condenso kondenzirati, zgusnuti) - prijelaz tvari iz gasovitom stanju u tečnost ili čvrstu materiju usled njenog hlađenja ili kompresije. Kondenzacija pare je moguća samo na temperaturama ispod kritične temperature za datu supstancu. Kondenzacija, kao i obrnuti proces - isparavanje, je primjer fazne transformacije supstance ( fazni prelazi 1. vrsta). Prilikom kondenzacije oslobađa se ista količina topline koja je utrošena na isparavanje kondenzirane tvari. Kiša, snijeg, rosa, mraz - sve ove prirodne pojave rezultat su kondenzacije vodene pare u atmosferi.

Dakle, ako ne pričate ružno o tome, pogotovo ako su vaši prijatelji obožavatelji teorije velikog praska, ili su zaista pravi fizičari, važno je zaključiti sljedeće. Fiziku kondenzovane materije treba posmatrati kao oblast fizike koja treba da se istražuje kroz detaljnije proučavanje svega što obuhvata fiziku u njenom čvrstom stanju, kao iu njenim čvrstim amorfnim i tečnim stanjima.

Vazduh se sastoji od nekoliko gasova, među njima. Da bi nastali oblaci, vodena para sadržana u dijelu zraka mora se kondenzirati, odnosno iz plinovitog stanja u tekuće stanje. Riječ je o procesima kondenzacije i drugim faznim transformacijama.

Vrste kondenzacije

Poznata su dva načina površinske kondenzacije: film i kap po kap. Prvi se opaža prilikom kondenzacije na vlažnoj površini, karakterizira ga stvaranje kontinuiranog filma kondenzata. Na nemokrim površinama kondenzat se formira kao zasebne kapljice. Kod kapljične kondenzacije, intenzitet prijenosa topline je mnogo veći nego kod filmske kondenzacije, budući da kontinuirani kondenzatni film otežava prijenos topline.

Dakle, oblaci su u osnovi tečna voda. Da, ovo su vodene mikrokapljice! Toliko su male da ne možemo vidjeti oblik pada. Sve ove mikrokapljice su grupisane u oblake. Lonac hrane ili vrlo vruća voda O: Mnogi ljudi kažu da iz lonca izlazi "para" ili "dim". Para ne može biti, jer smo ovde videli da je to gas, pa je stoga nevidljiv. Takođe ne može biti dim, jer nemamo nešto u plamenu.

Slika 1: Povišena temperatura lonca dovela je do ključanja vode, prelazeći iz tečnog u gasovito stanje. Vodena para se u kontaktu sa vazduhom vraća u tečno stanje, u procesu zvanom kondenzacija, formirajući ovaj mali oblak neposredno iznad posude.

Brzina površinske kondenzacije je veća, što je niža temperatura površine u odnosu na temperaturu zasićenja pare pri datom pritisku. Prisustvo drugog gasa smanjuje stopu površinske kondenzacije, jer gas otežava pari da dođe do rashladne površine. U prisustvu gasova koji se ne mogu kondenzovati, kondenzacija počinje kada para na rashladnoj površini dostigne parcijalni pritisak i temperaturu koji odgovaraju stanju zasićenja (tačka rose).

Od kade i cijelog kupatila "magla". Upotreba riječi maglovito je čak ispravna jer dolazi od magle, riječi koja znači oblak. Često pogrešno govorimo o dimu ili pari. Ali opet: ovo nije para, već oblak! Slika 2: Dio vruća voda izlazeći iz tuša ispari. I ova para se kondenzuje u okolinu.

Na nekim mjestima u Brazilu imamo niske temperature određeno vrijeme godine. Ujutro smo izašli iz kuće topli i topli. Zatim damo "puf" i vidimo da nam iz usta izlazi mini oblak. Slika 3: Devojčica izbaci vazduh iz usta tokom veoma hladnog dana. Vodena para sadržana u ovom vazduhu kondenzuje se da bi pronašla najnižu temperaturu napolju.

Do kondenzacije može doći i unutar zapremine pare (mješavina para i plina). Da bi počela kondenzacija, para mora biti znatno prezasićena. Mjera prezasićenosti je omjer

Detalji Kategorija: Molekularno-kinetička teorija Objavljeno 09.11.2014. 21:08 Pregledi: 8235

U tekućem stanju, tvar može postojati u određenom temperaturnom rasponu. Na temperaturi ispod donje vrijednosti ovog intervala, tečnost se pretvara u čvrstu supstancu. A ako vrijednost temperature prelazi gornju granicu intervala, tekućina prelazi u plinovito stanje.

Zašto se javljaju gore navedeni fenomeni? Zašto je vodena para pronašla uslove za prelazak u tečno stanje. Slika 4: Vodena para se kondenzuje na zaleđenom kanalu! U slučaju oblaka, bilo da su umjetni, kao što je gore navedeno, ili prirodni, potrebna je i površina sa nižom temperaturom. Razmislite o vrućem i vlažnom danu koji se obično iskusi tokom ljeta u većem dijelu Brazila. Na takav dan, površina naše planete se brzo zagrijava. Razmislite o tome kada je tog dana teško hodati bosi po plaži ili pločniku.

Slika 5: U nekim situacijama, površina i tanak sloj zraka iznad nje su mnogo topliji od ostatka zraka, formirajući fenomen fatamorgane. Površina naše planete tada zagrijava zrak iznad sebe u prvih nekoliko metara atmosfere. Dakle, ovi dijelovi toplog zraka su prisiljeni da se dižu jer je topliji zrak manje gust. Da bismo ovo razumjeli, sjetimo se, na primjer, balona. Baloni zagrevaju vazduh unutar balona, ​​a ovaj vazduh, pošto je lakši, prinuđen je da se diže.

Sve ovo možemo posmatrati na primeru vode. U tečnom stanju, vidimo ga u rijekama, jezerima, morima, okeanima, na slavini. Čvrsto stanje voda je led. U njega se pretvara kada mu pri normalnom atmosferskom pritisku temperatura padne na 0 o C. A kada temperatura poraste na 100 o C, voda ključa i pretvara se u paru, što je njeno gasovito stanje.

Slika 6: Baloni sa vrućim gasom: Vazduh unutar balona se zagreva gasnim plamenom. Budući da je zrak unutar balona topliji od okolnog zraka, on je stoga manje gust i stoga se diže. Svaki komad vrućeg zraka iznad površine tada se ponaša kao "nevidljiva lopta".

Slika 7: Neke ptice, kao što su kondor, zugar i vodenjak, koriste vrući zrak koji se diže da jednostavno klize, odnosno lete bez mahanja krilima. Neke ptice koriste ove dijelove vrućeg zraka da klize i ostanu mirne dok lete bez zatvaranja krila. Isti postupak koriste zmajevi, ultralaki i paraglajderi.

Proces pretvaranja tvari u paru naziva se isparavanje. Obrnuti proces prelaska iz pare u tečnost je kondenzacije .

Isparavanje se dešava u dva slučaja: tokom isparavanja i tokom ključanja.

Isparavanje

Slika 8: Ultralaki, paraglajderi i zmajevi su dizajnirani da koriste odmarališta za penjanje i kretanje. Ako se ova područja podignu do točke gdje naiđu na niže temperature koje pogoduju kondenzaciji, vodena para sadržana u tim područjima može se kondenzirati i zatim formirati oblake.

Slika 9: Proces stvaranja oblaka kroz tople izvore, koji su dijelovi vrućeg zraka koji se dižu jer su manje gustoće. Prisjetimo se slučaja kalaja. Vazduh koji ga okružuje našao je hladniju površinu tegle, a zatim se vodena para sadržana u vazduhu kondenzovala. Ali u slučaju vazdušnog paketa koji je formirao oblak? Na kojoj površini se vodena para kondenzovala i formirala ove kapljice?

Isparavanje je fazni proces prijelaza tvari iz tekućeg u plinovito ili parovito stanje, koji se odvija na površini tečnosti .

Kao i kod topljenja, supstanca apsorbuje toplotu tokom isparavanja. Troši se na savladavanje kohezivnih sila čestica (molekula ili atoma) tečnosti. Kinetička energija molekuli sa najvećom brzinom premašuju njihovu potencijalna energija interakcije sa drugim molekulima tečnosti. Zbog toga savladavaju privlačenje susjednih čestica i izlete s površine tekućine. Prosječna energija preostalih čestica postaje manja, a tekućina se postepeno hladi ako se ne zagrijava izvana.

U atmosferi se nalaze sitne čestice u suspenziji, nevidljive golim okom. Ove čestice se nazivaju kondenzacijskim jezgrama jer imaju afinitet prema vodi. Ovo je površina na kojoj se kondenzuje vodena para. Jezgra kondenzacije mogu biti polen, prašina, čestice soli, dim itd.

Slika 10: Mnoge čestice mogu djelovati kao jezgra kondenzacije. Od prirodnih do umjetnih čestica. Na slici imamo ogroman oblak zagađivača u Indiji. Kada se voda kondenzira na ovim česticama, tada imamo vrlo male kapljice koje formiraju jedan oblak!

Pošto su čestice u pokretu na bilo kojoj temperaturi, dolazi i do isparavanja. na bilo kojoj temperaturi. Znamo da se bare suše nakon kiše, čak i po hladnom vremenu.

Ali brzina isparavanja ovisi o mnogim faktorima. Jedan od najvažnijih - temperatura supstance. Što je veća, veća je brzina čestica i njihova energija, a veći njihov broj napušta tečnost u jedinici vremena.

U narednim objavama imat ćemo više informacija o ovom pitanju. Neke od ilustrovanih fotografija preuzete su sa berzanskog servisa. Za dobijanje Dodatne informacije kliknite na fotografiju. U atmosferi nalazimo sve pojave vezane za klimu. Međutim, neki od njih se javljaju vrlo blizu Zemljine površine i direktno ovise o njoj.

U nastavku ćemo raspravljati o nekim od ovih fenomena vezanih za fizičko stanje promjene vode i, striktno, površine Zemlje. To su takozvani oblici kondenzacije: rosa, mraz, magla i oblaci. Noću, mirno i čisto nebo Zemljina površina oslobađa velike količine energije u svemir, brzo se hladeći u procesu poznatom kao radijacijsko noćno hlađenje. Sloj zraka koji leži na površini ubrzo gubi toplinu.

Napunite 2 čaše istom količinom vode. Jednu stavimo na sunce, a drugu u hladovinu. Nakon nekog vremena vidjet ćemo da u prvoj čaši ima manje vode nego u drugoj. Zagrijali su ga sunčevi zraci i brže je ispario. Lokve nakon kiše se također suše mnogo brže ljeti nego u proljeće ili jesen. Pri ekstremnim vrućinama dolazi do brzog isparavanja vode sa površina rezervoara. Bare i jezera presušuju, korita plitkih rijeka presušuju. Što je temperatura viša okruženje, što je veća stopa isparavanja.

Gubitak topline iz ovog sloja zraka rezultira gubitkom kapaciteta ovog zraka da skladišti vodenu paru. Stoga kažemo da zasićenje zasićenim zrakom zasićenja i višak vode prisutne u ovom sloju prelazi u tekuće stanje, odnosno kondenzira. Tada se čestice vode talože na površini u obliku kapljica.

Mraz ima proces formiranja vrlo sličan rosi. Pod ovim uslovima, rezultujuća rosa se može stvrdnuti, formirajući kristale leda ili sublimirajući vodenu paru koja prolazi kroz čvrsto stanje. Bijeli mraz: Ovo je najtipičnije. To radi odlaganjem kristala leda na površinu predmeta. Ovo se dešava na vlažnom vazduhu i obično ne izaziva toliko problema.

Sa istom zapreminom, tečnost u širokom tanjiru će ispariti mnogo brže od tečnosti koja se sipa u čašu. To znači da brzina isparavanja ovisi o površini isparavanja . Što je ova površina veća, to veći broj molekula izleti iz tečnosti u jedinici vremena.

Javlja se kada se biljna tkiva zamrznu bez taloženja leda. To se dešava na suvom vazduhu i pravi veliku štetu. poljoprivreda pa čak i gubici useva. To također donosi veliku štetu poljoprivredi. Magla je suspenzija finih čestica tečne ili ledene vode, što može dovesti do značajnog smanjenja vidljivosti.

Kao konvencija, termin "magla" se koristi kada je horizontalna vidljivost manja od 1 km. Kada je ta vidljivost veća od 1 km, ovu pojavu nazivamo maglom ili maglom. Različiti razlozi mogu biti povezani sa stvaranjem magle. Najčešći tip se javlja u mirnim i vlažnim noćima kada se, poput mraza i rose, površina predmeta brzo hladi. Površinski sloj Vazduh koji je vlažan i koji zahteva samo mali pad temperature da bi dostigao tačku rosišta, zasićuje se da bi se formirale male kapljice vode i leda koje nisu dovoljno teške da se talože i suspenduju.

Sa istim spoljni uslovi brzina isparavanja ovisi o vrsti tvari . Staklene tikvice napunite istom količinom vode i alkohola. Nakon nekog vremena vidjet ćemo da je ostalo manje alkohola nego vode. Isparava brže. To se događa zato što molekuli alkohola slabije međusobno djeluju od molekula vode.

Ova vrsta magle naziva se radijaciona magla i uobičajena je u dolinama. Druga vrsta opće magle je orografska magla. Vlažan vazduh koji sprečava niže predele, kada se nađe na višim površinama poput brda, diže se, širi i hladi. Kako se hladi, masa zraka dostiže tačku rose, stvarajući maglu.

Međutim, postoje još dvije vrste magle: advekcija i para. Prvi od njih nastaje kada sloj vrućeg i vlažnog zraka dođe u kontakt sa hladnom površinom ako se hladi. Drugi se javlja u vodenim tijelima kada hladni zrak dođe u kontakt sa toplom vodom, uzrokujući njeno isparavanje i posljedično povećanje vlage u vazdušnoj masi. Tako ova masa dostiže zasićenje.

utiču na brzinu isparavanja i prisustvo vetra . Znamo da se stvari nakon pranja mnogo brže suše kada ih duva vjetar. Mlaz vrućeg zraka u fenu može brzo osušiti našu kosu.

Vjetar odnosi molekule koji su izletjeli iz tečnosti i oni se ne vraćaju nazad. Njihovo mjesto zauzimaju novi molekuli koji napuštaju tečnost. Stoga ih u samoj tečnosti postaje manje. Zbog toga brže isparava.

Oblaci i magla, grubo rečeno, ista stvar. Razlika je, međutim, u tome što se oblaci nalaze na mnogo većoj nadmorskoj visini, dok se magla formira u nivou tla. Glavni proces stvaranja oblaka odvija se adijabatskim širenjem. U ovom procesu se opaža promjena volumena i temperature bez prijenosa topline. Masa vrućeg zraka blizu površine diže se i širi pod manjim pritiskom. Povećanjem prostora između čestica ove mase temperatura opada, što dovodi do zasićenja.

Isparavanje i kondenzacija su dva procesa u kojima materija prelazi iz jednog stanja u drugo. Materija postoji u tri različita stanja: čvrstom, tečnom i gasovitom. Kada se ispari, tečni materijal postaje gasovit. Kada se kondenzuje, gasovita supstanca postaje tečnost.

Sublimacija

Isparavanje se odvija u čvrste materije Oh. Vidimo kako se smrznuta, ledom prekrivena posteljina postepeno suši na hladnoći. Led se pretvara u paru. Osjetimo oštar miris koji nastaje isparavanjem čvrsta materija naftalin.

Sva materija je sastavljena od sitnih pokretnih čestica koje se nazivaju molekuli. Do isparavanja i kondenzacije dolazi kada ovi molekuli dobijaju ili gube energiju u obliku topline. Kako sunce zagrijava vodu u lokvi, ona polako popušta. Slično, kada voda proključa u loncu, njen nivo se smanjuje. Ovo su dva primjera isparavanja. Čini se da voda nestaje, ali zapravo prelazi u zrak kao plin koji se zove vodena para.

Do isparavanja dolazi kada se tečnost zagreje. Toplota daje više energije molekulima tečnosti. Ova energija čini da se molekuli kreću brže. Uz dovoljno energije, molekuli blizu površine oslobađaju se iz tečnosti i ulaze u vazduh kao gas.

Neke supstance uopšte nemaju tečnu fazu. Na primjer, elementarni jodI 2 - jednostavna tvar, koja je crno-sivi kristali sa ljubičastim metalnim sjajem, u normalnim uvjetima odmah se pretvara u plinoviti jod - ljubičasta para oštrog mirisa. Tečni jod koji kupujemo u apotekama nije tečno stanje, već rastvor joda u alkoholu.

Proces tranzicije čvrstih materija u gasovito stanje, zaobilazeći tečni stupanj, naziva se sublimacija, ili sublimacija .

Kipuće

Kipuće Ovo je takođe proces pretvaranja tečnosti u paru. Ali isparavanje tokom ključanja se događa ne samo na površini tekućine, već u cijelom njenom volumenu. Štaviše, ovaj proces je mnogo intenzivniji nego tokom isparavanja.

Stavite kotlić vode na vatru. Budući da je u vodi uvijek otopljen zrak, pri zagrijavanju se pojavljuju mjehurići na dnu kotla i na njegovim stijenkama. Ovi mjehurići sadrže zrak i zasićenu vodenu paru. Prvo se pojavljuju na zidovima čajnika. Količina pare u njima se povećava, a oni sami povećavaju veličinu. Tada će se pod uticajem Arhimedove uzgonske sile otrgnuti od zidova, podići i izbiti na površinu vode. Kada temperatura vode dostigne 100°C, mjehurići će se formirati po cijeloj zapremini vode.

Isparavanje se događa na bilo kojoj temperaturi, a ključanje se događa samo na određenoj temperaturi, koja se naziva tačka ključanja .

Svaka supstanca ima svoju tačku ključanja. Zavisi od količine pritiska.

Pri normalnom atmosferskom pritisku voda ključa na temperaturi od 100 o C, alkohol - na 78 o C, gvožđe - na 2750 o C. A tačka ključanja kiseonika je minus 183 o C.

Kako pritisak opada, temperatura ključanja se smanjuje. U planinama gde Atmosferski pritisak niže, voda ključa na temperaturi manjoj od 100 o C. A što je iznad nivoa mora, to je niža tačka ključanja. A u ekspres loncu, gde se stvara povećan pritisak, voda ključa na temperaturi iznad 100 o C.

Zasićena i nezasićena para

Ako supstanca može istovremeno postojati u tečnoj (ili čvrstoj) fazi i u gasovitoj, tada se njeno gasovito stanje naziva trajekt . Para se sastoji od molekula koji izlaze iz tečnosti ili čvrste supstance tokom isparavanja.

Ulijte tečnost u posudu i dobro je zatvorite poklopcem. Nakon nekog vremena, količina tekućine će se smanjiti zbog njenog isparavanja. Molekuli koji napuštaju tečnost će se koncentrirati iznad njene površine u obliku pare. Ali kada gustina pare postane prilično visoka, neki od njih će se ponovo početi vraćati u tečnost. I takvih molekula će biti sve više. Konačno, doći će trenutak kada će broj molekula koji napuštaju tekućinu i broj molekula koji se vraćaju u nju biti jednaki. U ovom slučaju to kažu tečnost je u dinamičkoj ravnoteži sa svojom parom . Ovaj par se zove bogat .

Ako tokom isparavanja više molekula izleti iz tečnosti nego što se vrati, tada će takva para biti nezasićeni . nezasićena para nastaje kada se tečnost koja isparava nalazi u otvorenom sudu. Molekuli koji ga napuštaju raspršeni su u prostoru. Ne vraćaju se svi u tečnost.

Kondenzacija pare

Obrnuti prijelaz tvari iz plinovitog u tekuće stanje naziva se kondenzacije. Tokom kondenzacije, neki od molekula pare se vraćaju u tečnost.

Para počinje da se pretvara u tečnost (kondenzira) pri određenoj kombinaciji temperature i pritiska. Ova kombinacija se zove kritična tačka . Maksimalna temperatura , ispod kojeg počinje kondenzacija naziva se kritičan temperatura. Iznad kritične temperature, gas se nikada neće pretvoriti u tečnost.

AT kritična tačka interfejs tečnost-para je zamućen. nestaje površinski napon tečnosti, gustine tečnosti i njene zasićene pare su izjednačene.

U dinamičkoj ravnoteži, kada je broj molekula koji izlaze iz tečnosti i vraćaju se u nju jednak, procesi isparavanja i kondenzacije su uravnoteženi.

Kada voda isparava, formiraju se njeni molekuli vodena para , koji je pomešan sa vazduhom ili drugim gasom. Temperatura na kojoj takva para u zraku postaje zasićena, počinje kondenzirati pri hlađenju i pretvara se u kapljice vode, naziva se tačka rose .

Kada je u vazduhu velika količina vodene pare, kaže se da je njegova vlažnost povećana.

U prirodi vrlo često opažamo isparavanje i kondenzaciju. Jutarnja magla, oblaci, kiša - sve je to rezultat ovih pojava. OD zemljine površine vlaga isparava kada se zagrije. Molekuli nastale pare se podižu. Nailazeći na hladno lišće ili vlati trave na svom putu, para se kondenzuje na njima u obliku kapi rose. Malo više, u površinskim slojevima, postaje magla. A visoko u atmosferi na niskim temperaturama, ohlađena para se pretvara u oblake koji se sastoje od kapljica vode ili kristala leda. Nakon toga, kiša ili grad će padati iz ovih oblaka na zemlju.

Ali kapljice vode nastaju tokom kondenzacije samo kada su u vazduhu najmanje čvrste ili tečne čestice, koje se tzv. jezgra kondenzacije . To mogu biti proizvodi sagorevanja, prskanja, čestice prašine, morska so iznad okeana, čestice nastale kao rezultat hemijske reakcije u atmosferi itd.

desublimacija

Ponekad supstanca može odmah preći iz gasovitog stanja u čvrsto stanje, zaobilazeći tečno stanje. Takav proces se zove desublimacija .

Uzorci leda koji se pojavljuju na čašama po hladnom vremenu primjer su desublimacije. Za vrijeme mrazeva tlo je prekriveno injem - tankim kristalima leda u koje se pretvorila vodena para iz zraka.