Wir alle sind uns seit unserer Kindheit einer ernsten Tatsache des Lebens bewusst. Um heißen Tee abzukühlen, muss er in eine k alte Untertasse gegossen und lange über die Oberfläche geblasen werden. Mit sechs oder sieben Jahren denkt man nicht wirklich über die Gesetze der Physik nach, man hält sie einfach für selbstverständlich oder, physikalisch gesprochen, für ein Axiom. Wenn wir jedoch im Laufe der Zeit Wissenschaft lernen, entdecken wir interessante Ähnlichkeiten zwischen Axiomen und konsistenten Beweisen, die unsere Annahmen aus der Kindheit reibungslos in Theoreme für Erwachsene übersetzen. Gleiches gilt für heißen Tee. Niemand von uns hätte sich vorstellen können, dass diese Art der Kühlung direkt mit der Verdunstung von Flüssigkeit zusammenhängt.
Physik des Prozesses
Um die Frage zu beantworten, was die Verdunstungsrate einer Flüssigkeit bestimmt, ist es notwendig, die Physik des Prozesses zu verstehen. Verdampfung ist der Vorgang des Phasenübergangs eines Stoffes vom flüssigen Aggregatzustand in den gasförmigen Zustand. Jede flüssige Substanz kann verdampfen, auch sehr viskose. Im Aussehenund man kann nicht sagen, dass ein bestimmter geleeartiger Brei durch Verdunstung einen Teil seiner Masse verlieren kann, aber unter bestimmten Bedingungen passiert genau das. Ein Feststoff kann auch verdampfen, nur nennt man diesen Vorgang Sublimation.
Wie es passiert
Um herauszufinden, wovon die Verdunstungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit abhängt, sollte man davon ausgehen, dass es sich um einen endothermen Prozess handelt, also um einen Prozess, der unter Aufnahme von Wärme abläuft. Die Phasenübergangswärme (Verdampfungswärme) überträgt Energie auf die Moleküle einer Substanz, erhöht ihre Geschwindigkeit und erhöht die Wahrscheinlichkeit ihrer Trennung, während sie die Kräfte der molekularen Kohäsion schwächt. Wenn sie sich von der Masse der Substanz lösen, brechen die schnellsten Moleküle aus ihren Grenzen aus und die Substanz verliert ihre Masse. Gleichzeitig kochen die ausgestoßenen flüssigen Moleküle sofort, führen den Prozess des Phasenübergangs bei der Trennung durch und ihr Austritt befindet sich bereits im gasförmigen Zustand.
Bewerbung
Wenn man die Gründe versteht, von denen die Verdunstungsrate einer Flüssigkeit abhängt, ist es möglich, die auf ihrer Grundlage ablaufenden technologischen Prozesse richtig zu regulieren. Zum Beispiel der Betrieb einer Klimaanlage, in deren Wärmetauscher-Verdampfer das Kältemittel siedet und dem gekühlten Raum Wärme entzieht, oder das Sieden von Wasser in den Rohren eines Industriekessels, dessen Wärme auf den übertragen wird Bedarf an Heizung und Warmwasserversorgung. Das Verständnis der Bedingungen, von denen die Verdampfungsrate einer Flüssigkeit abhängt, bietet die Möglichkeit, moderne und technologische Geräte mit kompakten Abmessungen und mit einem erhöhten Koeffizienten zu entwerfen und herzustellenWärmeübertragung.
Temperatur
Flüssiger Aggregatzustand ist extrem instabil. Mit unserem irdischen n. j. (das Konzept der „Normalbedingungen“, d.h. geeignet für menschliches Leben), tendiert es periodisch dazu, in eine feste oder gasförmige Phase überzugehen. Wie kommt es dazu? Was bestimmt die Verdunstungsrate einer Flüssigkeit?
Das primäre Kriterium ist natürlich die Temperatur. Je mehr wir die Flüssigkeit erhitzen, desto mehr Energie bringen wir zu den Molekülen der Substanz, je mehr molekulare Bindungen wir aufbrechen, desto schneller verläuft der Phasenübergangsprozess. Die Apotheose wird mit einem stetigen Kochen der Keime erreicht. Wasser siedet bei 100 °C bei Atmosphärendruck. Die Oberfläche eines Topfes oder beispielsweise eines Wasserkochers ist dort, wo es kocht, nur auf den ersten Blick perfekt glatt. Bei mehrfacher Vergrößerung des Bildes sehen wir endlose scharfe Gipfel, wie in den Bergen. Jedem dieser Spitzen wird punktweise Wärme zugeführt, und aufgrund der kleinen Wärmeaustauschfläche kocht Wasser sofort und bildet eine Luftblase, die an die Oberfläche steigt, wo sie zusammenbricht. Deshalb wird ein solches Kochen als sprudelnd bezeichnet. Die Verdunstungsrate des Wassers ist maximal.
Druck
Der zweite wichtige Parameter, von dem die Verdampfungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit abhängt, ist der Druck. Wenn der Druck unter den atmosphärischen Druck fällt, beginnt Wasser bei niedrigeren Temperaturen zu kochen. Die Arbeit der berühmten Schnellkochtöpfe basiert auf diesem Prinzip - spezielle Pfannen, aus denen Luft abgepumpt wurde und das Wasser bereits bei 70-80 ° C kochte. Die Druckerhöhung dagegenerhöht den Siedepunkt. Diese nützliche Eigenschaft wird bei der Zufuhr von überhitztem Wasser aus einem Wärmekraftwerk zur Zentralheizung und zum ITP verwendet, wo Wasser auf Temperaturen von 150-180 Grad erhitzt wird, um das Potenzial der übertragenen Wärme aufrechtzuerh alten, wenn dies ausgeschlossen werden muss die Möglichkeit des Kochens in Rohren.
Andere Faktoren
Intensives Anblasen der Flüssigkeitsoberfläche mit einer Temperatur, die höher ist als die Temperatur des zugeführten Luftstrahls, ist ein weiterer Faktor, der die Verdunstungsrate der Flüssigkeit bestimmt. Beispiele hierfür lassen sich aus dem Alltag entnehmen. Die Oberfläche des Sees mit dem Wind wehen oder das Beispiel, mit dem wir die Geschichte begonnen haben: heißen Tee in eine Untertasse blasen. Es kühlt ab, weil die Moleküle, die sich von der Masse der Substanz lösen, einen Teil der Energie mitnehmen und sie kühlen. Hier sieht man auch den Effekt der Fläche. Eine Untertasse ist breiter als ein Becher, sodass möglicherweise mehr Wassermasse aus ihrem Quadrat entweichen kann.
Auch die Art der Flüssigkeit selbst beeinflusst die Verdunstungsrate: Manche Flüssigkeiten verdunsten schneller, andere hingegen langsamer. Auch der Zustand der Umgebungsluft hat einen wichtigen Einfluss auf den Verdunstungsprozess. Wenn der absolute Feuchtigkeitsgeh alt hoch ist (sehr feuchte Luft, z. B. in Meeresnähe), ist der Verdunstungsprozess langsamer.
