בעולם שסביבנו, מגוון עצום של תופעות ותהליכים פיזיקליים שונים מתרחשים ללא הרף. אחד החשובים שבהם הוא תהליך האידוי. ישנם מספר תנאים מוקדמים לתופעה זו. במאמר זה, ננתח כל אחד מהם ביתר פירוט.
מהו אידוי?
זהו תהליך המרת חומרים למצב גז או אדים. זה אופייני רק לחומרים בעלי עקביות נוזלית. עם זאת, משהו דומה נצפה במוצקים, רק תופעה זו נקראת סובלימציה. ניתן לראות זאת על ידי התבוננות מדוקדקת בגופות. למשל, חפיסת סבון מתייבשת עם הזמן ומתחילה להיסדק, זה נובע מכך שטיפות המים בהרכבה מתאדות והולכות למצב גזי H2O.
הגדרה בפיזיקה
האידוי הוא תהליך אנדותרמי שבו מקור האנרגיה הנספגת הוא חום מעבר הפאזה. הוא כולל שני רכיבים:
- כמות מסוימת של חום הדרושה כדי להתגבר על כוחות המשיכה המולקולריים כאשר יש הפסקה בין המולקולות המחוברות;
- חום הנדרש לעבודת הרחבת מולקולות בתהליך המרת חומרים נוזליים לאדים או גז.
איך זה קורה?
המעבר של חומר ממצב נוזלי למצב גזי יכול להתרחש בשתי דרכים:
- איידוי הוא תהליך שבו מולקולות בורחות מפני השטח של חומר נוזלי.
- רתיחה הוא תהליך אידוי מנוזל על ידי הבאת הטמפרטורה לחום הספציפי של רתיחה של חומר.
למרות העובדה ששתי התופעות הללו הופכות חומר נוזלי לגז, יש הבדלים משמעותיים ביניהן. רתיחה היא תהליך פעיל המתרחש רק בטמפרטורה מסוימת, בעוד האידוי מתרחש בכל תנאי. הבדל נוסף הוא שהרתחה אופיינית לכל עובי הנוזל, בעוד שהתופעה השנייה מתרחשת רק על פני השטח של חומרים נוזליים.
תאוריית האידוי הקינטית מולקולרית
אם ניקח בחשבון את התהליך הזה ברמה המולקולרית, אז זה קורה באופן הבא:
- מולקולות בחומרים נוזליים נמצאות בתנועה כאוטית מתמדת, לכולן יש מהירויות שונות לחלוטין. בינתיים, החלקיקים נמשכים זה לזה בגלל כוחות המשיכה. בכל פעם שהם מתנגשים זה בזה, המהירויות שלהם משתנות. בשלב מסוים, חלקם מפתחים מהירות גבוהה מאוד, מה שמאפשר להם להתגבר על כוחות הכבידה.
- ליסודות האלה, שהופיעו על פני הנוזל, יש אנרגיה קינטית כזו שהם מסוגלים להתגבר עלקשרים בין מולקולריים ולהשאיר את הנוזל.
- המולקולות המהירות ביותר הללו הן שעפות החוצה מפני השטח של חומר נוזלי, והתהליך הזה מתרחש ללא הרף וברציפות.
- פעם באוויר, הם הופכים לקיטור - זה נקרא אידוי.
- כתוצאה מכך, האנרגיה הקינטית הממוצעת של החלקיקים הנותרים הופכת קטנה יותר ויותר. זה מסביר את קירור הנוזל. תזכרו איך בילדות לימדו אותנו לנשוף על נוזל חם כדי שיתקרר מהר יותר. מסתבר שהאצנו את תהליך אידוי המים, והטמפרטורה ירדה הרבה יותר מהר.
באילו גורמים זה תלוי?
ישנם תנאים רבים הדרושים לתהליך זה. זה מגיע מכל מקום בו נמצאים חלקיקי מים: אלה הם אגמים, ימים, נהרות, כל החפצים הרטובים, כיסויי גופם של בעלי חיים ואנשים, כמו גם עלי צמחים. ניתן להסיק כי אידוי הוא תהליך מאוד משמעותי וחיוני עבור העולם הסובב וכל היצורים החיים.
להלן הגורמים המשפיעים על תופעה זו:
- קצב האידוי תלוי ישירות בהרכב הנוזל עצמו. זה ידוע שלכל אחד מהם יש מאפיינים משלו. לדוגמה, אותם חומרים שבהם חום האידוי נמוך יותר יומרו מהר יותר. נשווה שני תהליכים: אידוי אלכוהול ומים רגילים. במקרה הראשון, ההמרה למצב גזי מתרחשת מהר יותר, מכיוון שהחום הספציפי של אידוי ועיבוי עבור אלכוהול הוא 837 קילו-ג'יי / ק"ג, ועבור מים כמעט פי שלושיותר - 2260 kJ/kg.
- המהירות תלויה גם בטמפרטורה ההתחלתית של הנוזל: ככל שהיא גבוהה יותר, כך נוצר האדים מהר יותר. כדוגמה, ניקח כוס מים, כאשר יש מים רותחים בתוך הכלי, אז האידוי מתרחש בקצב הרבה יותר גבוה מאשר כאשר טמפרטורת המים נמוכה יותר.
- גורם נוסף שקובע את מהירות תהליך זה הוא שטח הפנים של הנוזל. זכור כי מרק חם מתקרר מהר יותר בקערה בקוטר גדול מאשר בצלוחית קטנה.
- קצב התפוצה של חומרים באוויר קובע במידה רבה את קצב האידוי, כלומר, ככל שמתרחשת דיפוזיה מהירה יותר, כך מתרחש אידוי מהיר יותר. לדוגמה, עם רוחות חזקות, טיפות מים מתאדות מהר יותר מפני השטח של אגמים, נהרות ומאגרים.
- טמפרטורת האוויר בחדר משחקת גם היא תפקיד חשוב. נדבר על זה יותר למטה.
מה תפקידה של לחות האוויר?
בשל העובדה שתהליך האידוי מתרחש מכל מקום ברציפות ובאופן קבוע, תמיד יש חלקיקי מים באוויר. בצורה מולקולרית, הם נראים כמו קבוצת יסודות H2O. נוזלים יכולים להתאדות בהתאם לנפח אדי המים באטמוספרה, מקדם זה נקרא לחות אוויר. זה מגיע בשני סוגים:
- לחות יחסית היא היחס בין כמות אדי המים באוויר לצפיפות האדים הרוויים באותה טמפרטורה באחוזים. לדוגמה, ציון של 100% מצייןשהאטמוספירה רוויה לחלוטין במולקולות של H2O.
- המוחלט מאפיין את צפיפות אדי המים באוויר, מסומן באות f ומראה כמה מולקולות מים מכילות 1m3 אוויר.
ניתן לקבוע את הקשר בין תהליך האידוי ללחות האוויר באופן הבא. ככל שהלחות היחסית של האוויר נמוכה יותר, כך יתרחש האידוי מפני כדור הארץ ומעצמים אחרים מהר יותר.
איידוי של חומרים שונים
בחומרים שונים, תהליך זה מתנהל אחרת. לדוגמה, אלכוהול מתאדה מהר יותר מנוזלים רבים בגלל חום האידוי הסגולי הנמוך שלו. לעתים קרובות חומרים נוזליים כאלה נקראים נדיפים, מכיוון שאדי מים ממש מתאדים מהם כמעט בכל טמפרטורה.
אלכוהול יכול גם להתאדות אפילו בטמפרטורת החדר. בתהליך הכנת היין או הוודקה, אלכוהול מונע דרך הירח, רק עד לנקודת הרתיחה, ששווה בערך ל-78 מעלות. עם זאת, טמפרטורת האידוי בפועל של אלכוהול תהיה מעט גבוהה יותר, מכיוון שבמוצר המקורי (למשל, מחית) מדובר בשילוב עם שמנים ארומטיים שונים ומים.
עיבוי וסובלימציה
ניתן להבחין בתופעה הבאה בכל פעם שהמים רותחים בקומקום. שימו לב שכאשר מים רותחים, הם עוברים ממצב נוזלי למצב גזי. זה קורה בצורה כזו: סילון חם של אדי מים עםעף מהקומקום דרך הפיה שלו במהירות גבוהה. במקרה זה, הקיטור שנוצר אינו נראה ישירות ביציאה מהפיה, אלא במרחק קצר ממנה. תהליך זה נקרא עיבוי, כלומר אדי מים מתעבים עד כדי כך שהם נראים לעינינו.
האידוי של מוצק נקרא סובלימציה. במקביל, הם עוברים ממצב הצבירה למצב הגז, עוקפים את שלב הנוזל. המקרה המפורסם ביותר של סובלימציה קשור לגבישי קרח. בצורתו המקורית, קרח הוא מוצק; בטמפרטורות מעל 0 מעלות צלזיוס, הוא מתחיל להמיס, מקבל מצב נוזלי. עם זאת, במקרים מסוימים, בטמפרטורות שליליות, קרח עובר לצורת אדים, עוקף את השלב הנוזלי.
השפעת האידוי על גוף האדם
תודות לאידוי מתרחשת בגופנו ויסות חום. תהליך זה מתרחש באמצעות מערכת קירור עצמית. ביום לוהט לוהט, אדם העוסק בעבודה פיזית מסוימת מתחמם מאוד. זה אומר שזה מגביר את האנרגיה הפנימית. וכידוע, בטמפרטורות מעל 42 מעלות החלבון בדם האדם מתחיל להקריש, אם התהליך הזה לא יופסק בזמן, זה יוביל למוות.
מערכת הקירור העצמית תוכננה בדיוק כך שתווסת את הטמפרטורה לחיים רגילים. כאשר הטמפרטורה הופכת למקסימום המותר, הזעה פעילה מתחילה דרך הנקבוביות בעור. ואז מפני השטח של העור מתרחשתאידוי, אשר סופג אנרגיית גוף עודפת. במילים אחרות, אידוי הוא תהליך שתורם לקירור הגוף למצב תקין.
