כולנו מודעים היטב לעובדה רצינית אחת בחיים מאז ילדותם. על מנת לקרר תה חם, יש צורך לשפוך אותו לצלוחית קרה ולנשוף אותו על פני השטח במשך זמן רב. כשאתה בן שש או שבע, אתה לא באמת חושב על חוקי הפיזיקה, אתה פשוט לוקח אותם כמובן מאליו או, במונחים פיזיקליים, אתה לוקח אותם כאקסיומה. עם זאת, כאשר אנו לומדים מדע לאורך זמן, אנו מגלים קווי דמיון מעניינים בין אקסיומות והוכחות עקביות, ומתרגמים בצורה חלקה את הנחות הילדות שלנו למשפטי מבוגרים. אותו דבר לגבי תה חם. אף אחד מאיתנו לא יכול היה לדמיין שדרך קירור זו קשורה ישירות לאידוי הנוזל.
פיזיקה של התהליך
כדי לענות על השאלה מה קובע את קצב האידוי של נוזל, יש צורך להבין את עצם הפיזיקה של התהליך. אידוי הוא תהליך של מעבר פאזה של חומר ממצב צבירה נוזלי למצב גזי. כל חומר נוזלי יכול להתאדות, כולל צמיג מאוד. למראית עיןואתה לא יכול לומר שתרחיץ דמוי ג'לי יכול לאבד חלק מהמסה שלו בגלל אידוי, אבל בתנאים מסוימים זה בדיוק מה שקורה. מוצק יכול גם להתאדות, רק תהליך זה נקרא סובלימציה.
איך זה קורה
כאשר מתחילים להבין במה תלוי קצב האידוי של נוזל, יש להתחיל מכך שמדובר בתהליך אנדותרמי, כלומר, תהליך המתרחש עם ספיגת חום. חום מעבר הפאזות (חום האידוי) מעביר אנרגיה למולקולות של חומר, מגביר את מהירותן ומגביר את הסבירות להיפרדותן, תוך החלשת כוחות הלכידות המולקולרית. בהתנתקות מחלק הארי של החומר, המולקולות המהירות ביותר פורצות מגבולותיו, והחומר מאבד את המסה שלו. במקביל, מולקולות הנוזל הנפלטות רותחות באופן מיידי, ומבצעות תהליך של מעבר פאזה עם ההפרדה, ויציאתן כבר במצב גזי.
Application
כדי להבין את הסיבות שבהן תלוי קצב האידוי של נוזל, ניתן לווסת נכון את התהליכים הטכנולוגיים המתרחשים על בסיסם. למשל, הפעלת מזגן, שבמחליף חום-מאייד שבו רותח הקירור, לוקח חום מהחדר המקורר, או הרתחה של מים בצנרת של דוד תעשייתי, שחמומו מועבר ל- צרכי חימום ואספקת מים חמים. הבנת התנאים שבהם תלוי קצב האידוי של נוזל מספקת הזדמנות לתכנן ולייצר ציוד מודרני וטכנולוגי בעל ממדים קומפקטיים ועם מקדם מוגבר.העברת חום.
טמפרטורה
מצב צבירה נוזלי הוא מאוד לא יציב. עם ה-n הארצי שלנו. y. (המושג "תנאים נורמליים", כלומר מתאים לחיי אדם), הוא נוטה מעת לעת לעבור לשלב מוצק או גזי. איך זה קורה? מה קובע את קצב האידוי של נוזל?
הקריטריון העיקרי הוא, כמובן, הטמפרטורה. ככל שנחמם את הנוזל, ככל שנביא יותר אנרגיה למולקולות החומר, ככל שנשבור יותר קשרים מולקולריים, תהליך מעבר הפאזות הולך מהר יותר. אפותיאוזיס מושגת עם רתיחה גרעינית קבועה. מים רותחים ב-100 מעלות בלחץ אטמוספרי. פני השטח של סיר או, למשל, קומקום, שבו הוא רותח, רק במבט ראשון חלקים לחלוטין. עם עלייה מרובה בתמונה, נראה פסגות חדות אינסופיות, כמו בהרים. חום מסופק באופן נקודתי לכל אחת מהפסגות הללו, ובשל משטח חילופי החום הקטן, המים רותחים באופן מיידי, ויוצרים בועת אוויר שעולה אל פני השטח, שם הם קורסים. לכן רותח כזה נקרא מבעבע. קצב אידוי המים הוא מקסימלי.
לחץ
הפרמטר החשוב השני, שבו תלוי קצב האידוי של נוזל, הוא לחץ. כאשר הלחץ יורד מתחת לאטמוספירה, המים מתחילים לרתוח בטמפרטורות נמוכות יותר. עבודתם של סירי הלחץ המפורסמים מבוססת על עיקרון זה - מחבתות מיוחדות, שמהן נשאב אוויר, והמים רתחו כבר ב-70-80 מעלות צלזיוס. עליית הלחץ, לעומת זאת,מעלה את נקודת הרתיחה. מאפיין שימושי זה משמש בעת אספקת מים מחוממים מתחנת כוח תרמית לחימום המרכזי ול-ITP, כאשר, על מנת לשמור על פוטנציאל החום המועבר, המים מחוממים לטמפרטורות של 150-180 מעלות, כאשר יש צורך לא לכלול אפשרות לרתיחה בצינורות.
גורמים אחרים
נשיפה אינטנסיבית של פני הנוזל בטמפרטורה גבוהה מטמפרטורת סילון האוויר המסופק היא גורם נוסף הקובע את קצב האידוי של הנוזל. דוגמאות לכך ניתן לקחת מחיי היומיום. נושבת פני האגם עם הרוח, או הדוגמה שבה התחלנו את הסיפור: נשפת תה חם שנמזג לצלוחית. הוא מתקרר בשל העובדה שבהתנתקות מחלק הארי של החומר, המולקולות לוקחות איתן חלק מהאנרגיה ומקררות אותה. כאן ניתן לראות גם את השפעת שטח הפנים. צלוחית רחבה יותר מספל, כך שיותר מסה של מים יכולה לברוח מהריבוע שלה.
סוג הנוזל עצמו משפיע גם על קצב האידוי: חלק מהנוזלים מתאדים מהר יותר, אחרים, להיפך, לאט יותר. גם למצב האוויר שמסביב יש השפעה חשובה על תהליך האידוי. אם תכולת הלחות המוחלטת גבוהה (אוויר לח מאוד, כמו ליד הים), תהליך האידוי יהיה איטי יותר.
